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MATLAB绘图功能

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图形窗口的创建与控制,图形窗口的基本操作;二维和三维绘图基本的指令、着色、线型控制‘特殊图形表现特殊数据的性质;坐标轴的控制和图形标注命令


1.图形窗口的创建

  1. 指令创建:figure,两种格式:figurefigure(n)

  2. 菜单创建:File-New-Figure

  3. 注意:在MATLAB中无法画出真正的连续函数

  1. 对离散区间进行更细的划分,逐步趋近函数的连续变化特性,直到视觉上呈现连续的效果
  2. 把每两个离散点用直线连续,以每两个离散点之间的直线来近似表示两点间函数特性

2.二维平面图形与坐标系

2.1.几个基本的绘图指令

2.1.1.线性坐标曲线plot

plot 是 MATLAB 二维曲线绘图中最简单、最重要、使用最广泛的一个线性绘图函数。它可以生成线段、曲线和参数方程曲线的函数图形

指令 说明
plot(y) 单参数式(y为纵坐标向量,横坐标为向量[1 2 3 4 …])
plot(x,y) 参数式 (x 为横坐标向量,y为纵坐标向量)
plot(Y) m×n 矩阵式(矩阵的每列为纵坐标,横坐标为向量[1:m])
plot(X,Y) 混合式
plot(Z) 复向量式
plot(x1,y1,x2,y2,…) 综合调用方式

2.1.2.plot(X,Y)注意事项

  1. 如果 X 和 Y 都是向量,则长度必须相等
  2. 如果 X 是向量,而 Y 是一个矩阵,X 的长度与矩阵 Y 的行数或列数相等,则它的作用是将向量 X 与矩阵 Y 的每列或每行的向量相对应作折( 曲)线,当 Y 是方阵时,则将向量 X 与矩阵 Y 的列向量对应作图
  3. 如果 X 是矩阵,Y 是向量,Y 的长度等于矩阵 X 的行数或列数,则将 X 的每列或每行的向量与 Y 相对应作图。当 X 是方阵时,则将 X 的各列与 Y 对应作图
  4. 如果 X 和 Y 都是矩阵,且维数相同,则按列与列的对应方式来作图。

peaks:MATLAB测试立体绘图的快捷函数

2.1.3.plot(Z)绘图


2.1.4.对数坐标曲线命令

semilogx:横坐标为对数坐标
semilogy:纵坐标为对数坐标
loglog:横纵坐标均为对数坐标

clear all
clc
t=0.1:0.1:3*pi;    
y=sin(t)+1; 
figure(1)        %创建一个新的窗口
semilogx(t,y) 
grid on          %打开网格
figure(2)
semilogy(t,y)
figure(3)
loglog(t,y)

2.1.5.双y轴图形

绘制左右均有y轴的图形

plotyy(x1,y1,x2,y2):在窗口中同时绘制两条曲线:(x1,y1)和(x2,y2),曲线(x1,y1)用左侧的 y 轴,曲线(x2,y2)用右侧的 y 轴
plotyy(x1,y1,x2,y2, 'fun'):'fun’是字符串,用来指定绘图的函数名,如 plot、semilogx、semilogy 等
plotyy(z1,y1,x2,y2, ‘fun1’, ‘fun2’):'fun1’和’fun2’指定不同的绘图函数分别绘制

注意: plotyy 函数不能加入设置曲线线型、颜色及标出数据点的参数

2.2.线型和颜色

plot 函数可以设置曲线的线段类型、定点标记和线段颜色

调用格式

plot(x,y,s):s 为类型说明参数,是字符串

  1. s 字符串可以是三种类型的符号之一,也可以是线型与颜色和定点标记与颜色的组合
  2. 如果没有 s 参数,plot 将使用缺省设置(实线,前七种颜色顺序着色)绘制曲线
  3. 在当前坐标系中绘图时,每调用一次绘图函数,MATLAB将擦掉坐标系中已有的图形对象。可以用 hold on 命令在一个坐标系中增加新的图形对象

    注意: MATLAB会根据新图形的大小,重新改变坐标系的比例
clear all
clc
t1=0:0.1:2*pi; 
t2=0:0.1:6; 
y1=sin(t1);
y2=sqrt(t2); 
plot(t1,y1,':hb',t2,y2,'--g') 

2.3.图形窗口的分割

subplot:实现在同一个窗口中同时显示多个图像的命令

subplot(m,n,i):把图形窗口分割为 m 行 n 列子窗口,然后选定第 i 个窗口为当前窗口

  1. subplot 命令不仅用于二维图形,对三维图形一样适用
  2. 其本质是将 figure 窗口分为几个区域,再在每个区域内分别绘图
clear all
clc
%在第一个子窗口绘图
subplot(2,2,1) 
t=0.1:0.1:2*pi; 
y=sin(t); 
semilogx(t,y) 
grid on  
%在第二个子窗口绘图
subplot(2,2,2) 
t=0:0.1:4*pi; 
y=sin(t); 
plot(t,y)
%在第三个子窗口绘图
subplot(2,2,3) 
x=1:0.01:5; y=exp(x); 
plotyy(x,y,x,y,'semilogx','plot')  
%在第四个子窗口绘图
subplot(2,2,4) 
x=1:0.1:10; y=sqrt(x); 
plot(x,y,':rd')

2.4.坐标系的调整

格式:axis([xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax])

坐标的最小值( xmin,ymin,zmin)必须小于相应的最大值( xmax,ymax,zmax),否则会出错

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clc
%第一个图,未调整坐标系
subplot(2,1,1) 
t=0:0.1:4*pi; 
y=sin(t); 
plot(t,y)  
%第二个图,调整坐标系
subplot(2,1,2) 
t=0:0.1:4*pi; 
y=sin(t); 
plot(t,y) 
axis([0,max(t),min(y),max(y)]) 

3.三维绘图

3.1.三维曲线绘图指令

plot3:用来表现单参数的三维曲线

调用格式:plot3(X1,Y1,Z1,s1,X2,Y2,Z2,s2,…)plot3(X,Y,Z,s)

  1. Xn、Yn、Zn:第一到三维数据,是尺寸相等的向量/矩阵
    1.1. X、Y、Z 是向量时,绘制以向量 X、Y、Z 的元素为 x、y、z 坐标的三维曲线
    1.2.X、Y、Z 是矩阵时,以 X、Y、Z 对应列元素为 x、y、z 坐标分别绘制曲线
  2. s、s1、s2:是字符串,用来设置线型、颜色、数据点标记
clear all
clc
t = 0:pi/50:10*pi;
st = sin(t);
ct = cos(t); 
plot3(st,ct,t)

3.2.三维曲面绘图指令

绘制定义在平面区域 D =[x0,xm]×[y0,yn ]上的三维曲面z=f(x,y)

[x0,xm]在 x 方向分成 m 份,将[y0,yn]在 y 方向分成 n 份,由各划点分别作平行于坐标轴的直线,将区域 D 分成 m×n 个小矩形;对于每个小矩形,计算出网格点的函数值,决定出空间中四个顶点( xi,yi,f(xi,yi)),连接四个顶点得到一个空间的四边形片;所有四边形片连在一起构成函数 z=f(x,y)定义在区域 D 上的空间网格曲面


三维曲面绘图命令可分为平面网格点的生成在平面网格基础上绘制三维网格对三维表面进行处理三个步骤

3.2.1.平面网格点的生成

meshgrid:生成 x-y 平面上的网格点矩阵( 将由两个向量决定的区域转换为对应的网格点矩阵)
生成size(y)*size(x)的矩阵,相当于x从一行重复增加到size(y)行,把y转置成一列再重复增加到size(x)列

[X,Y]=meshgrid(x,y)[X,Y]=meshgrid(x)/[X,Y]=meshgrid(x,x)

  1. x:区间[x0,xm]上分划的向量
  2. y:区间[y0,yn]上分划的向量
  3. X,Y:输出变量矩阵,矩阵 X 的行向量都是向量 x,矩阵 Y 的列向量都是向量 y
[X,Y] = meshgrid(-2:2:2, -2:2:2)
Z = X.*exp(-X.^2 - Y.^2)

3.2.2.三维网格命令mesh

mesh:生成网格曲面

调用格式

格式 说明
mesh(X,Y,Z,C) X、Y、Z、C 是同维数的矩阵,X、Y、Z 对应空间上的网格点,网格线颜色由C决定
mesh(X,Y,Z) 相当于上面的 C=Z 的情况
mesh(x,y,Z,C) x 和 y 是向量,Z 和 C 是同维数的矩阵,网格曲面的网格顶点是( x(j),y(i),Z(i,j)),网格线的颜色由矩阵 C 决定
mesh(x,y,Z) 相当于上面的 C=Z 的情况
mesh(Z,C) 等价于 mesh(x,y,Z,C),此时向量x=1:n,向量 y=1:m
mesh(Z) 相当于上面的 C=Z 的情况
mesh(…,’PropertyName’,PropertyValue,…) 给函mesh设置曲面属性
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[X,Y] = meshgrid(-2:0.2:2, -2:0.2:2);
Z = X.*exp(-X.^2 - Y.^2);
mesh(Z)

x = -7:0.2:7;
y = -7:0.2:7;
[X,Y] = meshgrid(x);
z = sin(sqrt(X.^2 + Y.^2))./(sqrt(X.^2 + Y.^2));
subplot(2,1,1)
mesh(X,Y,z)

3.2.3.三维网格命令meshc、meshz

meshc:除生成网格曲面外,还在 x-y 平面上生成曲面的等高线图形
meshz:除生成与 mesh 相同的网格曲面外,还在曲面下面加上一个长方体的台柱

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clc
[X,Y] = meshgrid(-2:0.1:2, -2:0.1:2);
Z = X.*exp(-X.^2 - Y.^2);
subplot(2,1,1) 
meshc(Z) 
subplot(2,1,2)
meshz(Z)

3.2.4.三维表面命令surf

surf:实现对网格曲面片进行着色,将网格曲面转化为实曲面(surf 命令的调用格式与 mesh 相同)
shading interp:平滑处理

x = -7:0.2:7;
y = -7:0.2:7;
[X,Y] = meshgrid(x);
z = sin(sqrt(X.^2 + Y.^2))./(sqrt(X.^2 + Y.^2));
subplot(2,2,1)
mesh(X,Y,z)
subplot(2,2,2)
surf(z)
subplot(2,2,3)
surf(z)
shading interp

clear all
clc
x=-20:1:20;
y=-20:1:20;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
z=-X.^2-Y.^2+100;
surf(X,Y,z)

3.2.5.等高线图形的绘制

counter:绘制出二维图形的等高线
contour3:绘制出三维图形的等高线

指令 说明
contour(Z) 直接绘制矩阵 Z 的等高线
contour(X,Y,Z) 用 X 和 Y 指定等高线的 x、y 坐标
contour(Z,n)
contour(X,Y,Z,n)
绘制 n 条等高线
contour(Z,V)
contour(X,Y,Z,V)
向量 V 的元素指定等高线的位置,该向量长度 length(V)对应绘制的等高线条数

3.2.6.柱面和球面的三维表达

cylinder:柱面表达式(柱面的轴线定义为 z 轴,只要给出母线的描述就可完成一个柱面)

调用格式:

  1. [X,Y,Z] = cylinder(R,N)
  2. [X,Y,Z] = cylinder(R):缺省值 N=20
  3. [X,Y,Z] = cylinder:缺省值 N=20,R=[1,1]

    R:是一描述柱面母线的向量;
    N:是旋转柱面上的分割线条数;
    [X,Y,Z] :是返回的x,y,z坐标向量
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clc
t=pi:0.01:3*pi; 
r=sin(t)+t; 
cylinder(r,30) 
shading interp   %平滑处理

sphere:球面的表达式

调用格式:

  1. [X,Y,Z]=sphere(N):产生一个( N+1)×( N+1)的矩阵,然后用函数 surf 命令绘制一个单位的球面,N 为设置分割线的条数
  2. [X,Y,Z] = sphere:缺省值 N = 20

4.特殊图形绘制

4.1.直方图命令 bar

barbar3:直方图常用于统计数据的作图(两指令调用格式类似)

调用格式:
1.bar(X,Y):X 是横坐标向量,Y 可以是向量或矩阵。Y 是向量时,每一个元素对应一个竖条;Y 是 m 行 n 列矩阵时,将画出 m 组竖条,每组包括 n 个竖条
2. bar(Y):横坐标使用缺省值 X=1:M
3.bar(X,Y,WIDTH)bar(Y,WIDTH):用 WIDTH 指定竖条的宽度,如果 WIDTH>1,条与条之间将重合。缺省宽度为 0.8

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clc
X=-2:2; 
Y=[3,5,2,4,1;5,4,2,3,5;3,4,5,2,1];
 
subplot(1,2,1) 
bar(X,Y','r') 
xlabel('x')
ylabel('y') 

subplot(1,2,2) 
bar3(X,Y','y')
zlabel('y') 
ylabel('x')

4.2.饼图命令 pie

piepie3:饼图又叫扇形图,用于显示向量中元素所占向量元素总和的百分比(两指令调用格式类似)

调用格式:

  1. pie(X):向量 X 的饼图。把 X 的每一个元素在所有元素总和中占的比例表达出来
  2. pie(X,Y):向量Y(和向量X长度相等)用于指定饼图中抽出一部分的块(非零值对应的块)
  3. pie(...,LABELS):LABELS 是用于标注饼图的字符串数组细胞,其长度必须和向量 X相等
  4. H = pie(...):返回包括饼图和文本对象句柄
clear all
clc
x=[200,360,120,400,320];

subplot(2,2,1),
pie(x,[0 0 0 1 0]) 

subplot(2,2,2),
pie3(x,[0 0 0 1 0])

subplot(2,2,3),
pie(x(2:5)) 

subplot(2,2,4), 
x=[0.1,0.12,0.21,0.34,0.11];
pie3(x ,{'A','B','C','D','E'})

5.极坐标系下绘制图形

polar:直接在极坐标系下绘图的命令

polar(THETA, RHO,S):按照坐标的角度theta,半径rho绘制图形,S 是字符串,用来控制图形的线型

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clc
rhe=2; 
theta=0:pi/20:4*pi;
rho=rhe+theta*rhe;
polar(theta,rho,'r')

6.坐标轴的调整和图形的标注

6.1.坐标轴调整命令

6.2.特征字符串中的希腊字母

6.3.特征字符串中的其他字符

6.4.图例的标注

6.4.1.图例的说明legend

legend:实现不同图例的说明

调用格式:

  1. legend(string1,string2,string3, ...)legend(string1,string2,string3,...,’Location’,’Pos’):按顺序把字符串添加到相应的曲线线型符号之后
  2. Pos:NorthEast 图窗右上角(默认)、NorthWest 图窗左上角、SouthEast 图窗右下角、SouthWest 图窗左下角
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clc
a=rand(10,10);
surf(a)
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');
title('三维曲面')
legend('曲面','location','northwest')

6.4.2.控制分格线grid

grid on:打开分格线控制开关,以后绘制的图形都带有分格线
grid off:关闭分格线控制开关,以后绘制的图形都不带分格线
grid:用于实现分格线绘制切换

6.4.3.标记函数text

text(x,y,'text'):图形窗口的(x,y)处写字符串’text’

6.4.4.设置坐标轴set

set(gca,’属性’,value)

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clc
x = linspace(0,10);
y = sin(4*x);
plot(x,y)
set(gca,'fontsize',16,'fontname','times New Roman');
set(gca,'ylim',[-2,2])
set(gca,'xlim',[1,5])

6.4.5.使用函数 xlabel、title 和 legend 命令进行标注

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clc
t=0:0.1:4*pi; 
y=sin(t); 
y1=cos(t);
plot(t,y,':',t,y1,'r*') 
xlabel('x 轴  (0--4\pi)','fontsize',12,'fontweight','bold') 
ylabel('y 轴','fontsize',12,'fontweight','bold') 
title('绘制正弦波和余弦波Pos=1','fontsize',10,'fontweight','bold','fontangle','italic') 
text(pi,0,'\leftarrowsin(\pi)=0') 
text(pi/2,0.9,['\uparrowsin(\pi/2)=',num2str(sin(pi/2))]) 
legend('正弦波','余弦波')



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