MATLAB绘图功能

Posted 2021-06-17 364.99°

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

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目录

• 1.图形窗口的创建
• 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
    • 2.1.2.plot(X,Y)注意事项
    • 2.1.3.plot(Z)绘图
    • 2.1.4.对数坐标曲线命令
    • 2.1.5.双y轴图形
  • 2.2.线型和颜色
  • 2.3.图形窗口的分割
  • 2.4.坐标系的调整
• 3.三维绘图
• • 3.1.三维曲线绘图指令
  • 3.2.三维曲面绘图指令
  • • 3.2.1.平面网格点的生成
    • 3.2.2.三维网格命令mesh
    • 3.2.3.三维网格命令meshc、meshz
    • 3.2.4.三维表面命令surf
    • 3.2.5.等高线图形的绘制
    • 3.2.6.柱面和球面的三维表达
• 4.特殊图形绘制
• • 4.1.直方图命令 bar
  • 4.2.饼图命令 pie
• 5.极坐标系下绘制图形
• 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
    • 6.4.2.控制分格线grid
    • 6.4.3.标记函数text
    • 6.4.4.设置坐标轴set
    • 6.4.5.使用函数 xlabel、title 和 legend 命令进行标注

1.图形窗口的创建

1. 指令创建：figure，两种格式：figure，figure(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

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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

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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

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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,…)或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

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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及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

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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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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

bar、bar3：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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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

pie 、 pie3：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

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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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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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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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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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