备战数学建模3-MATLAB绘制各种二维图形

Posted 2022-04-17 nuist__NJUPT

目录

MATLAB二维曲线及二维图形

 1-plot(x,y)函数的基本用法

          2-fplot(f,lim,选项)函数的基本用法

 3-subplot(m,n,p)函数的基本用法

4- polar(theata,rho,选项)函数的基本用法

 5-bar(y,style)函数的基本用法

6-hist(y,x)函数和rose(theta,x)函数的基本用法

7-pie(x,explode)函数和area()函数的用法

 8-scatter()函数、stairs()函数、stem()函数的应用

 9-compass()函数、feather()函数、quiver()函数的应用

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MATLAB二维曲线及二维图形

1-plot(x,y)函数的基本用法

plot(x,y)函数的基本用法：其中分别用于存储x坐标和y的坐标。

我们看一下例子1，用plot函数绘制一条折线。代码如下：

x = [2.5, 3.5, 4, 5] ;
y = [1.5, 2.0, 1, 1.5] ;
plot(x,y);

 绘制的折线图如下所示：

如果plot()函数中只有参数x，则x作为纵坐标，x对应的位置作为横坐标。

如下代码的横坐标是1，2，3，4，纵坐标为向量x中的值。

x = [2,3,4,5] ;
plot(x) ;

当plot函数的参数x是复数向量的时候，分别以该向量元素的实部和虚部作为横纵坐标，绘制一条折线。

x = [2.5, 3.5, 4, 5] ;
y = [1.5, 2, 1, 1.5] ;
cx = complex(x,y) ;
plot(cx) ;

绘制的图形如下所示：

plot(x,y)函数参数的变化形式：

当x是向量，y是矩阵时，如果矩阵y的列数等于x的长度，则以向量x的为横坐标，以y的每个行向量为纵坐标绘制曲线，曲线的条数等于y的行数。

如果矩阵y的行数等于x的长度，则以向量x为横坐标，以y的每个列向量为纵坐标绘制曲线，曲线的条数等于y的列数。

看一下例子2，矩阵y的行向量与行向量x的长度相同，代码如下：

x = linspace(0,2*pi,100) ;
y = [sin(x); sin(2*x); sin(0.5*x)] ;
plot(x,y) ;

 绘制的图形如下所示：

上述代码也可以写成入戏的形式，代码如下：

t = 0 : 0.01 : 2*pi ;
t1 = t' ;
x = [t1, t1, t1];
y = [sin(t1),sin(2*t1),sin(0.5*t1)] ;
plot(x,y) ;

含有多个输入的plot()函数，使用向量对的方式，每个向量对构成 一组数据的横纵坐标，绘制出图形。

看一下例子3，我们使用10个，20个，100个数据点绘制正弦曲线，会发现数据点越多曲线越光滑。代码如下所示：

t1 = linspace(0,2*pi,10) ;
t2 = linspace(0, 2*pi, 20) ;
t3 = linspace(0, 2*pi, 100) ;
plot(t1,sin(t1),t2,sin(t2)+1,t3,sin(t3)+2) ;

绘制的图形入下所示：

含选项的plot函数，plot(x,y,选项)函数，选项用于指定线型，颜色，数据点标记。

线型有如下几种常用的：

“-” ：实线    “：”：虚线   “-.”：点画线  “--”双画线

颜色一般用英文的首字母字母开头，例如：

“r” ：红色  “g”：绿色  “b”：蓝色  “w”：白色  “k”：黑色

数据点标记常用的如下所示：

“*” ：星号  “o”:圆圈  “s”：方形  “p”：五角星  “^”:朝上三角形 ‘d’：菱形

我们看一下上面的例子4，代码如下所示：

x = (0:pi/50:2*pi)' ;
y1 = 2 * exp(-0.5*x)*[1,-1];
y2 = 2 * exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);
x1 = 0:0.5:6 ;
y3 = 2 * exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1) ;
plot(x,y1,'k:',x,y2,'b--',x1,y3,'rp') ;

 绘制的图形如下所示：

 2-fplot(f,lim,选项)函数的基本用法

自适应设置间隔绘图的函数fplot(f,lim,选项),自适应间隔，一般波动变化较大的间隔设大一些，波动变化较小的，间隔设置小一点。其中f代表一个函数，通常采用函数句柄的形式，lims表示x轴的取值范围，用二元向量[xmin,xmax]表示，默认为[-5,5]，选项部分与plot()函数相同。

我们看一下上面例子6，具体的代码如下：

fplot(@(x) sin(1./x), [0,0.2], 'b') ;

 绘制的图形如下所示：

双输入函数参数的用法：fplot(funx,funy,tlims,选项)

 我们看一下上面的例子，具体的代码如下所示：

fplot(@(t) t.*sin(t), @(t) t.*cos(t), [0, 10*pi], 'r') ;

 绘制的图形如下所示：

 绘制图形的辅助操作

图形标注包括：title(图形标题)，xlabel(x轴说明)，ylabel(y轴说明)，text(x,y,图形说明)，legend(图例1，图例2，...)

我们看一下上面的例子1，绘制图形并添加标题，代码入下：

x = -2*pi : 0.05 : 2*pi ;
y = sin(x) ;
plot(x,y) ;
title('y=sinx') ;

 绘制的图形如下所示：

 在图形标题中使用Latex格式控制符。

含有属性的title(图形标题，属性名，属性值)：其中Color属性设置标题颜色，FrontSize属性设置标题大小。

xlabel(x轴说明)

ylabel(y轴说明)

下面我们绘制sinx的函数，并添加标题和标签，代码如下：

x = -2*pi : 0.05 : 2*pi ;
>> y = sin(x) ;
>> plot(x,y) ;
>> title('y=sinx') ;
>> xlabel('-2\\pi\\leqx\\leq2\\pi') ;

 legend(图例1，图例2，...)

 我们看一下例子2，关于legend()函数的使用，代码入下：

x = linspace(0, 2*pi, 100) ;
plot(x,[sin(x); sin(2*x); sin(3*x)]) ;
legend('sin(x)', 'sin(2x)', 'sin(3x)') ;

坐标控制，一般使用axis([xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax]) 函数来实现。这是三维的了，两维的只需要x和y就够了。

我们看一个画正方形的例子，代码如下所示：

x = [0,1,1,0,0] ;
y = [0,0,1,1,0] ;
plot(x,y) ;
axis([-0.1,1.1,-0.1,1.1]) ;
axis equal ; %设置横纵坐标轴采用等行刻度

绘出的图形如下所示：

给坐标系加网格线命令：grid on ,给坐标系加边框，box on 命令。

我们看一下例子3，通过例子3对图形标注命令进行复习，代码如下所示：

x = linspace(0,2*pi,100) ;
y = [sin(x); sin(2*x); sin(0.5*x)] ;
plot(x,y) ;
axis([0,7,-1.2,1.2]) ;
title('不同频率的正弦函数曲线图') ;
xlabel('Xvariable') ;
ylabel('Yvariable') ;
text(2.5, sin(2.5), 'sin(x)') ;
text(1.5, sin(2*1.5), 'sin(2x)') ;
text(5.5, sin(0.5*5.5), 'sin(0.5x)') ;
legend('sin(x)','sin(2x)','sin(0.5x)') ;

 绘制的图形如下所示，图中有标题，标签，图例等标注。

hold on 命令保持原图形窗口，hold off命令刷新图形窗口，hold命令在两种命令之间切换。

我们看一下上面的例子4，使用图形保持功能在一幅图中绘制两个同心圆，代码如下所示：

t = linspace(0, 2*pi, 100) ;
x = sin(t) ;
y = cos(t) ;
plot(x,y,'b') ;
hold on ;
plot(2*x,2*y,'r--') ;
grid on ;
axis([-2.2,2.2,-2.2,2.2]) ;
axis equal ;

绘制的图形如下所示：

 3-subplot(m,n,p)函数的基本用法

图形窗口的分割：同一窗口中不同坐标系下的图形称为子图，使用subplot(m,n,p)函数，代表划分成m*n个窗口，并在第p个窗口绘图。

把正弦函数和余弦函数花在一个图中，代码如下所示：

x1 = linspace(0,2*pi,100) ;
subplot(1,2,1) ;
plot(x1, sin(x1), 'r') ;
grid on ;
axis equal ;
axis([0, 2*pi, -1, 1]) ;
title('正弦曲线图形') ;
xlabel('x') ;
ylabel('sinx') ;
subplot(1,2,2);
plot(x1, cos(x1), 'b') ; 
grid on ;
axis equal ;
axis([0, 2*pi, -1, 1]) ;
title('余弦曲线图形') ;
xlabel('x') ;
ylabel('cosx') ;

绘制的图形如下所示：

其它形式的二维曲线：

对数坐标图：我们看一下例子就可以。

在一个窗口绘制四种坐标图，代码如下所示：

x = 0 : 0.1 : 10 ;
y = 1./x ;
subplot(2,2,1) ;
plot(x,y) ;
title('plot(x,y)') ;
subplot(2,2,2) ;
semilogx(x,y) ;
title('semilogx(x,y)') ;
subplot(2,2,3) ;
semilogy(x,y) ;
title('semilogy(x,y)') ;
subplot(2,2,4) ;
loglog(x,y) ;
title('loglog(x,y)') ;

绘制的图形入戏所示：

4- polar(theata,rho,选项)函数的基本用法

 polar(theata,rho,选项)绘制极坐标图，theta表示极角，rho代表极径，选项与plot相同。

我们看一下例子2，通过极角和极径绘制极坐标图形，代码如下所示：

t = 0 : pi/100 : 2*pi ;
r = 1 - sin(t) ;
subplot(1,2,1) ;
polar(t,r) ;
subplot(1,2,2) ;
t1 = t - pi/2 ;
r1 = 1 - sin(t1) ;
polar(t,r1) ;

 绘制的图形如下所示：

 5-bar(y,style)函数的基本用法

下面开始学习绘制统计图。

条形图的绘制：可以使用bar(y,style)函数绘制条形图，其中y是参数数据，style是分组排列模式，有簇状模式grouped和堆积模式stacked两种形式。

我们可以看一下例子3的绘制分组条形图，代码如下所示：

y = [1,2,3,4,5; 1,2,1,2,1; 5,4,3,2,1] ;
subplot(1,2,1) ;
bar(y) ;
title('Group') ;
subplot(1,2,2) ;
bar(y, 'stacked') ;
title('Stacked') ;

绘制的图形如下所示： 

 

我们再看一下上面的例子4，绘制条形图，代码如下所示：

x = [2015, 2016, 2017] ;
y = [68,80,115,98,102; 75,88,102,99,110; 81,86,125,105,115] ;
bar(x,y) ;
title('2015~2017年公司家电销售数据') ;

绘制的图形如下所示:

6-hist(y,x)函数和rose(theta,x)函数的基本用法

我们学习使用hist函数绘制直角坐标下的直方图和rose函数绘制极坐标下的直方图

hist(y,x)函数，y表示要统计的数据，x是指定的区间划分方式。

我们看一下例子5，绘制服从高斯分布的直方图，代码如下所示：

y =  randn(500, 1) ;
subplot(2,1,1) ;
hist(y) ;
title('高斯分布直方图') ;
subplot(2,1,2) ;
x = -3:0.2:3 ;
hist(y,x) ;
title('指定区间中点的直方图') ;

 绘制的直方图如下所示：

 使用rose(theta,x)函数用于绘制极坐标系下的直方图。参数theta用于确定每一区间和原点的角度，选项x用于指定区间的划分方式。

 我们看一下例子6，绘制高斯分布在极坐标下的直方图，代码如下：

y = randn(500,1) ;
theta = y * pi ;
rose(theta) ;
title('在极坐标下的直方图') ;

7-pie(x,explode)函数和area()函数的用法

pie(x,explode)用于绘制扇形图，其中参数x存储待统计的数据，选项explode控制图块的显示模式。

我们看一下例子7，代码如下所示：

score = [5,17,23,9,4] ;
ex = [0,0,0,0,1] ;  %存储图形显示控制符，将最后一个移出来
pie(score, ex) ;
legend('优秀','良好','中等','及格','不及格','location','eastoutside') ;

绘制的扇形图如下所示：

 8-scatter()函数、stairs()函数、stem()函数的应用

三个类似，这边只介绍scatter(x,y,选项，‘field’)函数，其中x,y用于定位数据点，选项用于指定线形，颜色，数据点标记。

scattter()函数用于画散点图，我门看一下例子8，代码如下所示：

t = 0 : pi/50 : 2*pi ;
x = 16*sin(t).^3 ;
y = 13*cos(t) - 5*cos(2*t)- 2*cos(3*t) - cos(4*t) ;
scatter(x,y,'rd','filled') ;

绘制的心形图形如下所示：

 9-compass()函数、feather()函数、quiver()函数的应用

compass()函数用于绘制罗盘图，feather()函数用于绘制羽毛图，quiver()函数用于绘制箭头图，用法和plot()函数类似。

例如:quiver(x,y,u,v)函数，其中(x,y)为矢量起点，(u,v)为矢量终点。

我们看一下上面的例子9，代码如下所示：

A = [4,5] ;
B = [-10, 0] ;
C = A + B ;
hold on ;
quiver(0,0,A(1),A(2)) ;
quiver(0,0,B(1),B(2)) ;
quiver(0,0,C(1),C(2)) ;
text(A(1),A(2),'A') ;
text(B(1),B(2),'B') ;
text(C(1),C(2),'C') ;
axis([-12,6,-1,6]) ;
grid on ;

 绘制的矢量图形如下所示：

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