1、Matlab二維繪圖2022-06-08 20:41本節(jié)介紹MATLAB 的兩種根本繪圖功能：二維平面圖形和三維立體圖形。5.1二維平面圖形根本圖形函數(shù)plot是繪制二維圖形的最根本函數(shù)，它是針對向量或矩陣的列來繪制曲線的。也就是 說，使用plot函數(shù)之前，必須首先定義好曲線上每一點的x及y坐標(biāo)，常用格式為：(1) plot(x)當(dāng)x為一向量時，以x元素的值為縱坐標(biāo)，x的序號為橫坐標(biāo)值繪制 曲線。當(dāng)x為一實矩陣時，那么以其序號為橫坐標(biāo)，按列繪制每列元素值相對于其序號的曲 線，當(dāng)X為mix n矩陣時，就由n條曲線。(2) plot(x,y)以x元素為橫坐標(biāo)值，y元素為縱坐標(biāo)值繪制曲線。(3) p

2、lot(x,y1,x,y2,以公共的x元素為橫坐標(biāo)值，以y1,y2,元素為縱坐標(biāo)值繪制多條 曲線。例畫出一條正弦曲線和一條余弦曲線。>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=si n( x);>> y2=cos(x);>> plot(x,y1,x,y2)1圖 5.1.1 函數(shù) plot 繪制的正弦曲線 在繪制曲線圖形時，常常采用多種顏色或線型來區(qū)分不同的數(shù)據(jù)組， MATLAB 軟件專 門提供了這方面的參數(shù)選項見表 ，我們只要在每個坐標(biāo)后加上相關(guān)字符串，就可 實現(xiàn)它們的功能。表 5.1.1 繪圖參數(shù)表色彩字符顏色線型字符線型格式標(biāo)記符號數(shù)據(jù)點

3、形式標(biāo)記符號數(shù)據(jù)點形式y(tǒng) 黃- 實線 . 點< 小于號 m 紫： 點線 o 圓 s 正方形 c 青 -. 點劃線 x 叉號 d 菱形 r 紅 - - 虛線 + 加號 h 六角星 g 綠 * 星號 p 五角星 b 藍(lán) v 向下三角形 w白A向上三角形 k 黑 > 大于號 例如，在上例中輸入>> plot(x,y1,'r+-',x,y2,'k*:')那么得圖 圖使用不同標(biāo)記的plot函數(shù)繪制的正弦曲線圖形修飾MATLAB軟件為用戶提供了一些特殊的圖形函數(shù)，用于修飾已經(jīng)繪制好的圖形 表圖形修飾函數(shù)表函數(shù)含義grid on (/off)給當(dāng)前圖形

4、標(biāo)記添加(取消)網(wǎng)絡(luò)xlable( stri ng '標(biāo)記橫坐標(biāo)ylabel( stri ng '標(biāo)記縱坐標(biāo)title( string '給圖形添加標(biāo)題text(x,y, ' string在圖形的任意位置增加說明性文本信息 gtext( string '利用鼠標(biāo)添加說明性文本信息axis(xmin xmax ymin ymax) 設(shè)置坐標(biāo)軸的最小最大值例給例的圖形中參加網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)記。(見圖 和)>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=si n( x);>> y2=cos(x);>> plot(x,y1

5、,x,y2)>> grid on>> xlabel('i ndepe ndent variable X')>> ylabel('Depe ndent Variable Y1 & Y2')>> title('Sine and Cosine Curve')>> text(1.5,0.3,'cos(x)')>> gtext('si n(x)')>> axis(0 2*pi -0.9 0.9)圖使用了圖形修飾的plot函數(shù)繪制的正弦

6、曲線圖形的比擬顯示在一般默認(rèn)的情況下，MATLAB每次使用plot函數(shù)進(jìn)行圖形繪制，將重新產(chǎn)生一個圖 形窗口。但有時希望后續(xù)的圖形能夠和前面所繪制的圖形進(jìn)行比擬。一般來說有兩種方法： 一是采用hold on(/off)命令，將新產(chǎn)生的圖形曲線疊加到已有的圖形上；二是采用subplot(m,n,k)函數(shù)，將圖形窗口分隔成n mx個子圖，并選擇第k個子圖作為當(dāng) 前圖形，然后在同一個視圖窗口中畫出多個小圖形。例在同一窗口中繪制線段。>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=si n( x);>> y2=cos(x);>> y3=x;>>

7、; y4=log(x);>> plot(x,y1,x,y2)>> hold on>> plot(x,y3)>> plot(x,y4)>> hold off例 5.1.4 在多個窗口中繪制圖形。(見圖 )>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=sin(x);>> y2=cos(x);>> y3=exp(x);>> y4=log(x);>> subplot(2,2,1);>> plot(x,y1);>> subplot(2,2,2);&

8、gt;> plot(x,y2);>> subplot(2,2,3);>> plot(x,y3);>> subplot(2,2,4);>> plot(x,y4);說明 1子窗口的序號按行由上往下，按列從左向右編號。 2如果不用指令 clf 去除，以后圖形將被繪制在子圖形窗口中圖圖形的比擬顯示圖形窗口分割方法5.2三維立體圖形 三維曲線圖與二維圖形相對應(yīng)，MATLAB提供了 plot3函數(shù)，可以在三維空間中繪制三維曲線, 它的格式類似于plot，不過多了 z方向的數(shù)據(jù)。plot3的調(diào)用格式為： plot3(x1,y1,z1,x2,y2,z2,.

9、J其中x1,y1,z1,x2,y2,z2,等分別為維數(shù)相同的向量，分別存儲著曲線的三個坐標(biāo)值，該函數(shù)的使用方式和plot類似，也可以采用多種的顏色或線型見表5.1.1 來區(qū)分不同的數(shù)據(jù)組，只需在每組變量后面加上相關(guān)字符串即可實現(xiàn)該功能。例繪制方程x=t y=s in(t)z=cos(t)在t=0,2*pi上的空間方程。見圖>> elf>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=si n( x);>> y2=cos(x);>> plot3(y1,y2,x,'m:p')>> grid on>>

10、xlabel('Depe ndent Variable Y1') >> ylabel('Dependent Variable Y2') >> zlabel('I ndepe ndent Variable X') >> title('Sine and Cosine Curve')Sine and Ccslne Cur've圖函數(shù)plot繪制的三維曲線圖三維曲面圖如果要畫一個三維的曲面，可以使用mesh(X,Y,Z)或surf(X,Y,Z)函數(shù)來實現(xiàn)。mesh函數(shù)為數(shù)據(jù)點繪制網(wǎng)格線，圖形中的

11、每一個點和其附近的點用直線連接。surf函數(shù)和mesh的用法類似，但它可以畫出著色外表圖，圖形中的每一個點與其相鄰點以 平面連接。為方便測試立體繪圖，MATLAB 提供了一個peaks函數(shù)，它可以產(chǎn)生一個的高斯分布矩陣，其生成方程是 NNXz=3*(1-x).A2.*exp(-(x.A2)-(y+1).A2)-10*(x/5-x.A3-y.A5).*exp(-x.A2-y.A2)-1/3*exp(-(x+1).A2-y.A2)對應(yīng)的圖形是一個凹凸有致的曲面，包含了三個局部極大點及三個局部極小點。下面使用peaks函數(shù)來比擬一下 mesh和surf的區(qū)別。例分別用mesh函數(shù)和surf函數(shù)繪制高

12、斯矩陣的曲面。>> z=peaks(40);>> mesh(z);>> surf(z);0 圖5.2.2 mesh函數(shù)繪制的三維曲面圖ID 圖523 surf函數(shù)繪制的著色外表圖在曲面繪圖中，另一個常用的函數(shù)是 meshgrid函數(shù)，其一般引用格式是: X, Y=meshgrid (x, y)其中x和y是向量，通過meshgrid函數(shù)就可將x和y指定的區(qū)域轉(zhuǎn)換成為矩陣 X和丫 這樣我們在繪圖時就可以先用 meshgrid函數(shù)產(chǎn)生在x-y平面上的二維的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，再以一 組z軸的數(shù)據(jù)對應(yīng)到這個二維的網(wǎng)格，即可畫出三維的曲面。例繪制方程sin ©八2+丫

13、八2)八(1/2) z =(xA2+yA2)A(1/2)在 x -7.5,7.5;y -7.5,7.5的圖形。>> x=-7.5:0.5:7.5;y=x;>> X,Y=meshgrid(x,y);>> R=sqrt(X.A2+Y.A2)+eps;>> Z=si n(R)./R;>> surf(X,Y,Z)>> xlabel('X 軸方向') >> ylabel('Y 軸方向') >> zlabel('Z 軸方向') (見圖 5.2.4)-io -10圖

14、 例繪制由方程形成的立體圖。(見圖)z=x*exp(-(xA2+yA2)>> clear>> x=-2:0.1:2;y=x;>> X,Y=meshgrid(x,y);>> Z=X.*exp(-X.A2-Y.A2);>> surf(X,Y,Z)-2 -2圖525523觀察點MTALAB允許用戶設(shè)置觀察點，其指令是：view(azimuth,elevatio n)其中方位角azimuth是觀察點和坐標(biāo)原點連線在x-y平面的投影和y軸負(fù)方向的夾角，仰 角elevation是觀察點與坐標(biāo)原點的連線和 x-y平面的夾角。對于這兩個角度，三維圖形

15、的 默認(rèn)值分別是-37.5和30,二維圖形的默認(rèn)值是0和90。例從不同的角度觀察高斯矩陣的曲面。>> z=peaks(40);>> subplot(2,2,1);>> mesh(z);>> subplot(2,2,2);>> mesh(z);>> view(-37.5,-30);>> subplot(2,2,3);>> mesh(z);>> view(180,0);>> subplot(2,2,4);10101040400202020401040aiasIS204030102

16、040圖526對應(yīng)不同觀察點的三維曲面圖5.3其他圖形函數(shù)除了 plot繪圖函數(shù)以外，在有些場合對繪制的曲線會有一些特殊要求，這就要其他函 數(shù)來實現(xiàn)，常用的幾種函數(shù)如下見表 表其他圖形函數(shù)表 函數(shù)含義loglog使用對數(shù)坐標(biāo)系繪圖semilogx橫坐標(biāo)為對數(shù)坐標(biāo)軸，縱坐標(biāo)為線性坐標(biāo)軸semilogy橫坐標(biāo)為線性坐標(biāo)軸，縱坐標(biāo)為對數(shù)坐標(biāo)軸polar繪制極坐標(biāo)圖fill繪制實心圖bar繪制直方圖pie繪制餅圖area繪制面積圖quiver繪制向量場圖stairs繪制階梯圖sterm繪制火柴桿圖>> mesh(z); >> view(0,90);例531>> x=

17、0:pi/10:2*pi;>> y1=si n( x);>> subplot(2,2,1);>> plot(x,y1);>> subplot(2,2,2);>> bar(x,y1);>> subplot(2,2,3);>> fill(x,y1,'g');>> subplot(2,2,4);>> stairs(x,y1,'k');圖其他圖形函數(shù)直方圖函數(shù)bar(x)可以繪制直方圖，這對統(tǒng)計或者數(shù)據(jù)采集非常直觀實用。它共有四種形式： bar,bar3,barh

18、和bar3h,其中bar和bar3分別用來繪制二維和三維豎直方圖，barh和bar3h分別用來繪制二維和三維水平直方圖，調(diào)用格式是： bar(x,y)其中x必須單調(diào)遞增或遞減，y為nmx矩陣，可視化結(jié)果為m組，每 組n個垂直柱，也就是把y的行畫在一起，同一列的數(shù)據(jù)用相同的顏色表示； bar(x,y,width)(或bar(y,width)指定每個直方條的寬度，女口 width>1，那么直方條會重疊，默認(rèn)值為width=0.8 ;bar(,'groupe使同一組直方條緊緊靠在一起； bar(,'stac把同一組數(shù)據(jù)描述在一個直方條上例532>> y=5 3 2

19、9;4 7 2 7;1 5 7 3;>> subplot(2,2,1),bar(y)>> x=5 9 11;>> subplot(2,2,2),bar3(x,y)>> subplot(2,2,3),bar(x,y,'grouped')>> subplot(2,2,4),bar(ra nd(2,3),.75,'stack')i圖直方圖面積圖函數(shù)area用來繪制面積圖，面積圖在 plot的根底上填充x軸和曲線之間的面積，該圖 用于查看某個數(shù)在該列所有數(shù)的總和中所占的比例。例 >> x=-3:3;

20、>> y=3 2 5;6 1 8;7 4 9;6 3 7;8 2 9;4 2 9;3 1 7;>> area(x,y)-3-2-10123圖533面積圖533餅圖函數(shù)pie用來繪制餅圖，它可以形象地表示出向量中各元素所占比例。其調(diào)用格式是： pie(x) x中的元素通過x/sum(x)進(jìn)行歸一化，以確定餅圖中的份額；pie(x,explode)向量explode和x元素數(shù)相同，用來指出需要分開的餅片，explode中不為零的局部會被分開。例設(shè)某班的某課程的考試成績?nèi)缦拢?0分以上有32人，81至90有58人，71 至80分有27人，60至70分為21人，60分以下有16

21、人，畫出餅圖。(見圖 ) >> x=32 58 27 21 16; >> explode0=1 0 0 0 0;>> subplot(1,2,1)>> pie(x,explode0)>> explode 1=0 0 0 0 1;>> subplot(1,2,2)>> pie(x,explode1)圖534餅圖534不同坐標(biāo)系中的繪圖Semilogx,semilogy,loglo,polar(theta,rho)的使用方法和plot完全類似，不同的只是繪制到不同的圖形坐標(biāo)上。函數(shù)semilogx繪制x軸為對數(shù)標(biāo)度

22、的圖形，在半對數(shù)坐標(biāo)系中繪 圖；函數(shù)semilogy繪制y軸為對數(shù)標(biāo)度的圖形；函數(shù)loglog繪制兩個軸都為對數(shù)間隔的圖形; 函數(shù)polar(theta,rho)繪制極坐標(biāo)圖形，其中theta為相角，rho為其對應(yīng)的半徑。例 5.3.5 繪制 p =acos(3 9 ),a=2圖形。(見圖 ) >> theta=-pi:pi/80:pi;>> polar(theta,2*cos(3*theta)圖535極坐標(biāo)圖5.4符號表達(dá)式繪圖MATLAB軟件提供了將表達(dá)式進(jìn)行圖形顯示的功能。完成此功能需調(diào)用fplot函數(shù)和ezplot 函數(shù)。函數(shù)fplot用來繪制數(shù)學(xué)函數(shù)，其調(diào)用格

23、式為：fplot(fun,lims)其中fun就是所要繪制的函數(shù)，可以是定義函數(shù)的M文件名，也可以是以x為變量的可計 算字符串。例如'diric(x,10)或''sin(x),cos(x),對于向量x的每個元素，函數(shù)fun(x)必須返回一個行向量。如果fun返回f1(x),f2(x),f3(x)，輸入x1;x2，就會返回矩陣 f1(x1) f2(x1) f3(x1)f1(x2) f2(x2) f3(x2)lims=XMIN XMAX YMIN YMAX 限定了 x,y 軸上的繪圖空間。例 >> subplot(2,2,1),fplot('humps&

24、#39;,0 1)>> subplot(2,2,2),fplot('abs(exp(-j*x*(0:9)*o nes(10,1) ',0 2*pi)>> subplot(2,2,3),fplot('ta n(x),si n(x),cos(x)',2*pi*-1 1-1 1)>> subplot(2,2,4),fplot('si n(1./x)', 0.01 0.1,1e-3)IOO圖541 fplot函數(shù)繪制表達(dá)式圖形ezplot函數(shù)是簡捷繪圖指令之一，它無需數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，直接畫出函數(shù)圖形，根本調(diào)用格式為ezplo

25、t(f)其中f是字符串或代表數(shù)學(xué)函數(shù)的符號表達(dá)式，只有一個符號變量，可以是x,缺省情況下x軸的繪圖區(qū)域為-n ,，但我們可以用 ezplot(f,xmin,xmax)或ezplot(f,xmin,xmax)來指定 x的范圍。例 5.4.2 >> y='xA2'>> subplot(1,2,1)>> ezplot(y)>> subplot(1,2,2)>> y='si n( x)'>> ezplot(y,-pi,pi)圖542 ezplot函數(shù)繪制表達(dá)式圖形5.5 plot 函數(shù)MATLAB對數(shù)據(jù)是按列存儲和計算的，運用plot(x)時，當(dāng)x為一個向量時，以其元素為縱坐標(biāo)，其序號為橫坐標(biāo)值繪制曲