第四讲Matlab绘图.ppt
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1、第四讲 Matlab 绘图,Matlab语言丰富的图形表现方法,使得数学计算结果可以方便地、多样性地实现了可视化,这是其它语言所不能比拟的。,数据可视化,不管根据计算得到的数据堆还是符号堆是多么准确,人们还是很难从这一大堆原始的数据和符号中发现它们的具体物理含义或是内在规律,而数据图形恰能使视觉感官直接感受到数据的许多内在本质,发现数据的内在联系。因此,数据可视化是一项非常重要的技术。,Matlab语言的绘图功能,不仅能绘制几乎所有的标准图形,而且其表现形式也是丰富多样的。Matlab语言不仅具有高层绘图能力,而且还具有底层绘图能力句柄绘图方法。在面向对象的图形设计基础上,使得用户可以用来开发
2、各专业的专用图形。,一、二维绘图,手工绘图figure命令自动打开一个图形窗口Figure(1),继续使用figure命令又会生成Figure(2),也可以直接输入Figure(10)。有菜单栏File、Edit、View、Insert、Tool、Desktop等。下面按照画图的一般顺序举例,例:画图y=sin(x),z=cos(x)1.在Matlab的命令窗口输入各变量之间的关系。x=-pi:0.1:pi;y=sin(x);z=cos(x);2.建立图形窗口。figure3.建立坐标系:菜单InsertAxes,可以拖放,改变位置。,4.给坐标轴加数据。选中坐标轴,右键选Add Data t
3、o Axes,再选图的类型和选Add Data to Axes,再选图的类型和变量的数据源。5.选中坐标轴,双击。可对坐标轴进行属性设置:可加网格线、各坐标轴的取值范围、字体、背景图片颜色等。6.防止再修改。菜单栏ToolsEdit Plot。,菜单栏功能介绍File,New新建m文件、图形窗口(自动编号)、变量(自动保存到变量空间)、用户界面GUI。Open打开目录下已有的图形。,Save保存图形窗口(可自命名,后缀fig)。Generate M-File根据图形窗口生成M文件(基本框架的代码自动生成)。例:输入mesh(peaks)生成如下图形:,选择“Generate M-File”选项
4、,生成如下文件。,Import Data导入数据到变量空间(后缀是mat文件)。Save Workspace As.将图形窗口中的图形变量数据导出,储存在二进制mat文件中,可供其它编程语言调用。Preferences定义图形窗口的各种设置,包括字体、颜色等。Export Setup打开“图形输出”对话框,导出图形窗口到一个文件(ppt等)里面(可以各种图片格式,jpg、tif等)。Page setup页面设置,设置图形尺寸、纸张大小、线型及文本类型等。,菜单栏功能介绍Edit,Copy Figure复制图形,不含坐标信息。Copy Option设置图形复制的格式、图形背景颜色和大小等。Fig
5、ure Property Editor设置图形众多属性:名称、颜色等。Axes Property Editor设置图形坐标轴的众多属性:网格、字体等。Colormap色图编辑。Find Files查找文本文件。Clear*清除类功能。,菜单栏功能介绍View,Figure Toolbar常用图形窗口工具条Camera Toolbar相机工具条(设置图形的视角和光照等)Plot Edit Toolbar画图编辑工具条Figure Palette图画板Plot Browser绘图浏览器(查看当前图形窗口中的所有图形对象)Property Editor属性编辑器,菜单栏功能介绍Insert,X La
6、bel插入x轴的标签Title插入图像的标题Legend插入图例、说明条Colorbar插入色条Line插入直线Arrow插入箭头Axes插入坐标,菜单栏功能介绍Tools,Edit Plot编辑画图板的开关锁Zoom In局部放大Pan以手移动Rotate 3D按照3维旋转Data Cursor数据指针Reset View全部重置View Layout Grid背景网格Align Distribute Tool排列布局工具Basic Fitting数据曲线拟合Data Statistics数据统计,plot 最基本的二维图形指令,plot(y)缺省自变量绘图格式,y可以是向量、实数矩阵或复数
7、向量。若y为向量,以y元素值为纵坐标,以相应元素下标为横坐标绘图。若y为实数矩阵,则绘制y的列向量对其坐标索引的图形。若y为复向量,则plot(y)相当于plot(real(y),imag(y)。,y=1,2,4,8,16,32,64,128;plot(y),y=0,1,2;3,4,5;6,7,8;plot(y),x=1:1:100;y=2:2:200;z=x+y.*i;plot(z),plot(x,y)基本格式,以y(x)的函数关系作出直角坐标图。x,y均可为向量和矩阵,其中有3种组合用于绘制连线图。x,y均为n维向量时,绘制向量y对向量x的图形,即以x为横坐标,y为纵坐标。x,y均为mn的
8、矩阵,将绘制n条不同颜色的连线。绘制规则为:以x矩阵的第i列分量作为横坐标,矩阵y的第i列分量作为纵坐标,绘得第i条连线。,例:用plot(x,y)绘制双向量x=0:0.1:10;y=sin(x)+2;plot(x,y),例:用plot(x,y)绘制双矩阵x=1,2,3;4,5,6;7,8,9;y=2,4,5;3,6,7;4,6,8plot(x,y),plot(x1,y1,x2,y2)多条曲线绘图格式。例:x1=0:0.1:10;y1=sin(x1);x2=0:0.1:10;y2=cos(x2);x3=0:0.1:10;y3=sin(x3)+cos(x3);plot(x1,y1,x2,y2,x
9、3,y3),plot(x,y,s)此格式用于绘制不同的线形、点标和颜色的图形,字符串s设定曲线颜色和绘图方式,使用颜色字符串的前13个字母,如 yellowyel表示等。或plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2,),S的标准设定值如下:,字母 颜色 标点 线型 y 黄色 点线 m 粉红 圈线 c 亮蓝 线 r 大红 字线 g 绿色 实线 b 蓝色 星形线 w 白色:虚线 k 黑色(-)点划线,matlab7.1线形:+|o|*|.|x|square|diamond|v|pentagram|hexagram square 正方形 diamond 菱形 pentagram 五角星 hexag
10、ram 六角星Demo:demos/matlab/graphics/line plotting,例:plot(x,sin(x),-.rd),图形数据取点,用户做好图形后,希望知道某点的函数值,可使用ginput命令,方便地通过鼠标来读取二维平面图中任一点的坐标值。x,y=ginput(n)鼠标选择n个点,它们的坐标值保存在x,y中,可用回车键来结束取点。x,y=ginput 鼠标取点数不受限制。,1.单窗口单曲线绘图,例1:x=0,0.48,0.84,1,0.91,0.6,0.14plot(x,-*)%经过反色处理,2.单窗口多曲线绘图,例2:t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);
11、y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5);plot(t,y,t,y1,t,y2),y,y1,y2,例 3:y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5);y3=cos(t);y4=cos(t+0.25);y5=cos(t+0.5);plot(t,y,y1,y2,y3,y4,y5),y3=cos(t);y4=cos(t+0.25);y5=cos(t+0.5);plot(t,y3);hold on;plot(t,y4);plot(t,y5);,x=peaks;plot(x)%此时查看x变量,x=1:length(peaks);y=peaks;plot(x
12、,y),3.单窗口多曲线分图绘图,在已存的图中添加新的曲线,要求几个图形在同一个图形窗口,但新的曲线不在同一个坐标系中绘制,需要用到hold和subplot函数。hold on 启动图形保持功能,此后绘制的图形都将添加到当前的图形窗口中,并自动调整坐标轴范围。hold off 关闭图形保持功能。hold 在hold on和hold off之间切换。,subplot 子图分割命令,该命令用于生成并控制多个坐标轴,把当前图形窗口分隔成几个矩形部分,不同的部分是按行方向以数字进行标号的。subplot(m,n,p)将一图形窗口分成mxn个小窗口,在第p个小窗口中创建一坐标轴,则新的坐标轴成为当前坐标
13、轴。若p为一向量,则创建一坐标轴,包含所有罗列在p中的小窗口。用户可以通过参数p分别对各子绘图区域进行操作,子绘图区域的编号从左至右编号。subplot(m,n,p,align)对齐坐标轴,t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5);y3=cos(t);subplot(1,3,1);plot(t,y)subplot(1,3,2);plot(t,y3)subplot(1,3,3);plot(t,y2),subplot(3,1,1);plot(t,y)subplot(3,1,2);plot(t,y3)subplot(3,1,3);pl
14、ot(t,y2),income=3.2 4.1 5.0 5.6outgo=2.5 4.0 3.35 4.9subplot(2,1,1),plot(income)subplot(2,1,2),plot(outgo),subplot(position,left bottom width height)在由4个元素指定的位置上创建一坐标轴,4.多窗口绘图,此前学习的绘图命令得到的图形都是在相同的图形窗口中绘制的,这个窗口是Matlab7.0所有图形输出的专用窗口,在利用前面每一个绘图命令绘图时,这个窗口是随之自动生成的。它是如何产生的呢?如何在利用函数命令绘制图形之前生成图形窗口?,figure(n
15、)创建窗口函数,n为窗口顺序号。例:t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5);plot(t,y)自动出现第一个窗口figure(2)plot(t,y1)在第二窗口绘图figure(3)plot(t,y2)在第三窗口绘图,5.可任意设置颜色与线型,例:plot(t,y,r-,t,y1,g:,t,y2,b*),6.图形加注功能,将标题、坐标轴标记、网格线及文字注释加注到图形上,这些函数为:title 给图形加标题 x-lable 给x轴加标注 y-lable 给y轴加标注 text 在图形指定位置加标注 gtext 将标注加到图形任
16、意位置(用鼠标来控制位置),Zoom该命令用于对二维图形的缩放 zoom on zoom offBox控制坐标轴封闭 box on box offlegend 添加图例axis 控制坐标轴的刻度grid on(off)打开、关闭坐标网格线,例:t=0:0.1:10y1=sin(t);y2=cos(t);plot(t,y1,r,t,y2,b-);x=1.7*pi;1.6*pi;y=-0.3;0.8;s=sin(t);cos(t);text(x,y,s);title(正弦和余弦曲线);legend(正弦,余弦)xlabel(时间t),ylabel(正弦、余弦)gridaxis square,2,4
17、,6,8,10,时间t,axis的用法还有:axis(xmin xmax ymin ymax)用行向量中 给出的值设定坐标轴的最大和最小值。如axis(-2 2 0 5)axis(equal)将两坐标轴设为相等 axis on(off)显示和关闭坐标轴的标 记、标志 axis auto 将坐标轴设置返回自动缺 省值Demo:demos/matlab/graphics/axes properties,7.fplot 绘制函数图函数,Plot命令是将从外部输入或通过函数数值计算得到的数据矩阵转化为连线图。而在实际应用中,用户可能并不知道某一个函数随自变量变化的趋势,此时若采用plot来绘图,可能会
18、因为自变量的取值间隔不合理而使曲线图形不能反应出自变量在某些区域内函数值的变化情况。当然用户可以将自变量间隔取得足够小以体现函数值随自变量变化的精确曲线,但数据量变大。而fplot通过内部的自适应算法来动态决定自变量的取值间隔,当函数值变化缓慢时,间隔取大一点;变化剧烈时,间隔取小一点。,fplot的调用格式:,fplot(function,limits)绘制函数function在x区间 limits=xmin,xmax(或者x和y的范围)的函数图。fplot(fun,lims,corline)以指定线形绘图。fplot(fun,lims,n)至少绘制n+1个点。x,y=fplot(fun,l
19、ims)只返回绘图点的值,而不绘图。用plot(x,y)来绘图。,fplot(sin(x),tan(x),cos(x),2*pi*-1 1-1 1)fplot(humps,0 1,rp),8.ezplot 符号函数的简易绘图,ezplot的调用格式:ezplot(f)这里f为包含单个符号变量x的符号表达式,在x轴的默认范围-2*pi,2*pi内绘制f(x)的函数图ezplot(f,xmin,xmax)给定区间ezplot(f,xmin,xmax,figure(n)指定绘图窗口绘图。注:f也可以为f=f(x,y),即为隐函数,也可以绘制参数表达的函数。ez代表符号的意思。,ezplot(sin(
20、x)ezplot(sin(x),cos(y),-4*pi 4*pi,figure(2),f=sym(x2+1);subplot(2,2,1)ezplot(f,-2,2)subplot(2,2,2)ezplot(y-x2-1,-2,2,0,10)x=sym(cos(t);y=sym(sin(t);subplot(2,2,3)ezplot(x,y),三维直角坐标符号函数绘图,ezplot3(x,y,z,t1,t2)x=f(t)y=g(t)z=h(t)是参数方程t1,t2 是参变量的取值范围例:x=sym(cos(t)y=sym(sin(t)z=sym(t2)subplot(2,2,4)ezplot
21、3(x,y,z),(二)fill 基本二维绘图函数绘制二维多边形并填充颜色例:x=1 2 3 4 5;y=4 1 5 1 4;fill(x,y,r),(三)特殊二维绘图函数,bar 绘制直方图 polar 绘制极坐标图 hist 绘制统计直方图(柱状图)stairs 绘制阶梯图 stem 绘制火柴杆图 rose 绘制统计扇形图 comet 绘制彗星曲线,errorbar 绘制误差棒图 compass 复数向量图(罗盘图)feather 复数向量投影图(羽毛图)quiver 向量场图 area 区域图 pie 饼图 convhull 凸壳图 scatter 离散点图,二、三维绘图,在实际的工程计
22、算中常常需要将结果表示成三维图形,Matlab提供了相应的三维图形绘制功能,这些功能和二维图形的绘制由很多类似之处,其中曲线的属性设置完全相同。最常用的三维绘图是绘制三维曲线图、三维网格图和三维曲面图。其余的功能还有:绘制等高线图、伪彩色图、柱面图、球面图、三维多面体等填充颜色。,(一)三维曲线图,plot3 基本的三维图形指令plot3(X,Y,Z)X,Y,Z是长度相同的向量,绘制一条分别以向量X,Y,Z为x,y,z轴坐标值的空间曲线。plot3(X,Y,Z)X,Y,Z均是mxn的矩阵,绘制m条曲线,第i条曲线分别以X,Y,Z矩阵的第i列分量为x,y,z轴坐标值的空间曲线。plot3(x,y
23、,z,s)带开关量plot3(x1,y1,z1,s1,x2,y2,z2,s2,),二维图形的所有基本特性对三维图形全都适用定义三维坐标轴大小 axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax)grid on(off)绘制三维网格 text(x,y,z,string)三维图形标注 子图和多窗口也可以用到三维图形中,例:绘制三维曲线图t=0:pi/50:10*pi;plot3(t,sin(t),cos(t),r:),例:绘制三维螺旋线t=0:pi/50:10*pi;plot3(cos(t),sin(t),t,r:),例:绘制向量t=0:pi/100:2*pi;x=sin(t)s
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