Matlab系列之二维图形（上）

简要

上一篇已经对图形的属性有过介绍，在此基础上来进行二维以及后续三维图形的操作（注：没接触过其他维度的操作，就不折腾相关的内容了），将会更容易理解这些属性的用法，当然，全部的属性使用都来一遍，感觉就不太实际了，大可不必~

简单说下本篇会涉及的内容，常见的plot使用肯定是要有的，然后就是对图形做一些操作，显得更灵活一点，毕竟软件这么强大，不能只局限于画简简单单的图形，此外还有就是一些比较特殊的二维图，比如直方图，柱状图之类的，具体还有啥，慢慢往下看~

绘制基础

这一段的内容，本来是上一篇想写进去的，不过感觉前后有点不协调，就留到本篇来写了，主要作用就是理解图形的形成机制，和上篇的属性啥的关联不是太大。

要知道，MATLAB是没法真正绘制连续图形的，都是通过”打点“的方式进行绘制，因此要有个离散的概念，比如离散函数y=f(x)，然后x的标量数组[x1,x2,x3,…,xn]则对应着y的值[y1,y2,y3,…,yn]，然后这两个数组在直角坐标系中以点序列的形式表示，于是就形成了离散的图形，而连续图形的表示则是把离散区间进行细化，逼近连续的形式，在视觉上呈现连续的效果，画图的时候，每两个离散点用线进行连接，则可表示出该函数的连续特性，所以在进行操作图形的时候，要记住点与点之间是对应的，假如x或y缺了点，另一部分就相当于越界了，然后无法对应即绘制失败。

看接下来的两个示例，就可以清楚MATLAB中的连续和离散了

%示例1 离散
x=0:12;%自变量
y=sin(x);%x的对应点
plot(x,y,'r*','markersize',20)%对点进行标记
grid on%开启网格显示

示例1运行结果

%示例2 连续
x=0:0.01:12
y=sin(x);%x的对应点
plot(x,y,'r*','markersize',20)%对点进行标记
grid on%开启网格显示

示例2运行结果

再补充下完整绘图的几个步骤，大致如下：

1）、准备数据，二维图形就是准备横坐标和纵坐标的数据，三维图形则需要准备矩形参变量和Z轴数据

2）、指定图形窗口和子图位置，可以使用figure命令指定图形窗口，默认是打开Figure1，subplot就可以指定子图的位置，如果像上述那样直接进行了plot，则是默认使用Figure1的窗口

3）、绘图，根据数据绘制曲线或曲面图，可对绘制方式进行设置，如：色彩、线型、数据点标记等

4）、注释，可以设置坐标轴的坐标范围、刻度等，还能对图形进行注释，如：图名、图例、文字说明等

5）、保存图片，可以将绘制的图形保存为.fig后缀的文件，也可转换为其他格式的图形文件

以上几个步骤是相对详细的绘图步骤，一般情况下，只进行了步骤1~3，其余的都是使用的默认设置。

plot

plot是最基本的一个二维图形绘制的函数，输入plot(a,b)就可以画出一个分别以a、b为x轴和y轴的图形，基本的调用格式有以下的几种，即：

plot(x)
plot(x,y)
plot(x1,y1,x2,y2,..)

plot(x)中的x可以是向量、实数矩阵或者复数矩阵，若x为实向量，则以x的值为纵坐标，各值对应的下标则为横坐标，最后以直线连接各点；若x是复数向量，则实部为横坐标，虚部为纵坐标，然后各点以直线进行顺序连接；若x是个实数矩阵，则按列绘制每列元素值相对其下标的连线图，且同时绘制多条，条数即矩阵列数；若x是个复数矩阵，则分别以x实部矩阵和虚部矩阵的对应元素为横纵坐标绘制多条连线图。

plot(x,y)就要直观一些了，x和y是同维度的向量，以x、y分别为横纵坐标，将相对应的元素值进行连线；若x是个向量，而y是个与x等维度的矩阵，那么绘制出多条曲线，线条数即y矩阵的另一个维数（非与x的相同维数），如果x和y都是矩阵，且等维度，则以x、y对应列元素为横纵坐标进行绘制，曲线条数为矩阵行数。

plot(x1,y1,x2,y2,…)就跟plot(x,y)相同了，只是多了元素对，且不同元素对之间不存在约束关系，相对比较独立，只是在同一个figure里进行显示。

接下来用plot进行一些使用操作：

%1 绘制多条曲线
clear all
close all
clc
x=0:0.05:5;%x坐标
y1=0.1*x-0.5;%y1坐标
y2=sin(x.^2);%y2坐标
figure
plot(x,y1,x,y2)

结果

%2 变量为矩阵时的图例
clear all
close all
clc
x=0:pi/180:2*pi;
y1=sin(x);
y2=sin(2*x);
y3=sin(3*x);
X=[x;x;x]';
Y=[y1;y2;y3]';
plot(X,Y,x,cos(x))

结果

%3 含y坐标变量的锯齿波
y=[1 0 1 0 1 0];
plot(y)

结果

%4 正弦波
x=0:0.01:10;
y=sin(x);
plot(x,y)

结果

%5 绘制双矩阵
x=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];
y=[3 2 1;6 5 4;9 8 7];
plot(x,y)

结果

文字标注

一般情况下，我们都会给绘制的图形添加文字标注，主要的标注方式有以下几种，其中所述的属性名和属性值就是上篇的绘图基础所涉及的。

(1) 添加图形标题

使用title命令，使用格式有两种，即：

title('string')%在坐标系顶部添加一个文本串即string作为该图形标题
title('text','属性名','属性值','...')%设置标题名的属性，可以是字体大小、字体名以及字体的粗细等

(2)添加坐标轴标注

使用xlabel、ylabel、zlabel，分别对应x、y、z三个轴，使用方法相同，以xlabel为例表述

xlabel('text')%给当前坐标系中的x轴添加文本标注，即此处的“text”
xlabel('text','属性名','属性值','...')%设置坐标轴标注文本的属性，可以是字体大小、字体名以及字体的粗细等

(3)图例

使用legend函数进行设置

legend(str1,str2,str3,...)%在当前图中添加多个图例
legend off %关闭当前坐标图上的图例

(4)文本注释

使用text函数在二维和三维图形的指定位置进行文本注释，gtext函数可设置文本注释可拖动，即通过鼠标移动，单击后来确定标注的位置。

text(x,y,'string');%在二维图的(x,y)的位置标注'string'
text(x,y,z,'string');%在三维图的(x,y,z)的位置标注'string'
gtext('string')%使用鼠标移动从而确定‘string’的标注位置

示例

程序

x=0:pi/50:2*pi;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
figure(1);plot(x,y1,'k-*',x,y2,'b-o');%创建图形窗口，并对显示图形
grid on;%打开栅格
legend('sin(\alpha)','cos(\alpha)');%添加2个图例
text(pi,0,'\leftarrow sin(\alpha)');%(pi,0)的位置添加文本注释
gtext('cos(\alpha)\rightarrow');%cos曲线的文本注释，由使用者通过鼠标移动，单击后确定放置位置
title('sin(\alpha) & cos(\alpha)');%添加标题
xlabel('\alpha');%添加x轴标注
ylabel('value')%添加y轴标注

结果

线型、点型和颜色

这三个词对应的就是使用plot函数进行绘制图形时，对图形的控制，你想要怎样线型或者点型的图，颜色又想要怎样的，这些都很适用，为了方便理解和使用，将这些标识符以表格形式进行展示：

之前用plot的时候也已经用过很多次了，这边再简单用几个标识展示下

x=0:0.1:10;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
plot(x,y1,'d-',x,y2,'hc--')

结果

坐标轴设置

在绘图的时候，如果没有对坐标轴进行设置，MATLAB将使用默认模式，即直角坐标系，并自动标记刻度，如果有特定的需要，则可以对坐标轴进行设置，可以设置坐标比例、坐标边界范围以及坐标轴的形式。

坐标轴的控制指令是axis以及axis+控制指令，下方列出一些常用命令及其含义；

示例

%1 使用默认设置的坐标轴
z=0:0.1:2*pi;
x=sin(z);
y=cos(z);
plot(x,y);
axis auto

结果1

%2 使用坐标轴为方形
z=0:0.1:2*pi;
x=sin(z);
y=cos(z);
plot(x,y);
axis square

结果2

%3 设定坐标轴范围
z=0:0.1:2*pi;
x=sin(z);
y=cos(z);
plot(x,y);
axis([-2 2 -2 2])

结果3

%4 设定坐标轴范围且关闭背景
z=0:0.1:2*pi;
x=sin(z);
y=cos(z);
plot(x,y);
axis([-2 2 -2 2]);
axis off

结果4

图形叠加绘制

在很多时候，我们会在一张已有曲线的图形上再绘制一条或多条曲线，从而对各种曲线的关系进行对比分析等，因此在MATLAB中提供了hold命令实现该种功能；

hold on%使得当前轴以及图形保持而不被刷新掉，然后在此图中绘制新图
hold off%使得当前轴以及图形具备刷新的性质，即新图替换旧图
hold %直接相当于on和off的双向切换

示例

%绘制离散信号通过零阶保持器后的波形
t=2*pi*(0:20)/20;
y=cos(t).*exp(-0.4*t);
stem(t,y,'g');
hold on;
stairs(t,y,'r');
hold off;

结果

子图绘制

子图很常见，就是在一个窗口里布置多个独立的图形，使用subplot函数

subplot(m,n,k)%图形窗口中将有(m x n)幅子图，k是当前子图的编号，编号从左到右，从上到下增加
subplot('position',[left bottom width height])%在指定位置开辟一定宽高的子图，并设为当前图，其中[left bottom width height]为设置值，取值范围[0~1]，左下角为（0，0）坐标位置

注：由于子图是独立的，因此所有的绘图指令都可以在子图中使用；若使用subplot后，想要重新在整个窗口绘图，则可使用“clf”命令清除已绘图形再进行绘制，当然直接用close，然后重新创建也可。

示例

%例1
t=(pi*(0:1000)/1000)';
y11=sin(t);
y22=sin(5*t);
y12=y11.*y22;
y21=cos(t);
subplot(221);plot(t,y11);axis([0,pi,-1,1]);
subplot(222);plot(t,y12);axis([0,pi,-1,1]);
subplot(223);plot(t,y21);axis([0,pi,-1,1]);
subplot(224);plot(t,y22);axis([0,pi,-1,1]);

结果1

%例2
t=(pi*(0:1000)/1000)';
y11=sin(t);
y22=sin(5*t);
y12=y11.*y22;
y21=cos(t);
subplot('position',[0.1 0.5 0.35 0.35]);plot(t,y11);axis([0,pi,-1,1]);
subplot('position',[0.5 0.5 0.35 0.35]);plot(t,y12);axis([0,pi,-1,1]);
subplot('position',[0.1 0.1 0.35 0.35]);plot(t,y21);axis([0,pi,-1,1]);
subplot('position',[0.5 0.1 0.35 0.35]);plot(t,y22);axis([0,pi,-1,1]);

结果2

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转载：https://blog.csdn.net/Smart_Devil/article/details/116561652