第四讲matlab数学建模之图像处理、程序设计.ppt

1 第四讲 图形处理MATLAB7程序设计 2 1 基本的绘图命令 基本的绘图命令绘图的一般步骤绘制二维曲线图极坐标图形的绘制多个图形的绘制方法曲线的色彩 线型和数据点型 3 1 基本的绘图命令 绘制基本线性图的函数表 图形的标注为清晰表达图形和图中曲线的意义 应在图形中加入适当的标注 包括图形标题 X轴 Y轴名称等 4 5 2 绘图的一般步骤 基本的绘图步骤 6 3 绘制二维曲线图 二维曲线图在MATLAB7中的绘制是最为简便的 如果将X轴和Y轴的数据分别保存在两个向量中 同时向量的长度完全相等 那么可以直接调用函数进行二维图形的绘制 在MATLAB7中 使用plot函数进行二维曲线图的绘制 7 A 二维平面图形与坐标系1 几个基本的绘图命令a 线性坐标曲线plot函数命令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 命令格式 plot X Y plot x1 y1 x2 y2 综合调用方式 8 用命令plot x y 绘制函数y cos x 在两个周期内的图形 x 0 0 01 2 pi y cos x plot x y 在同一图形窗口中用命令plot x y 绘出正弦余弦函数的图形 x 0 0 01 2 pi y sin x cos x plot x y 9 调用格式 plot x y s s为类型说明参数 是字符串 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 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 在当前坐标系中绘图时 每调入一次绘图函数 MATLAB将擦掉坐标系中已有的图形对象 可以用holdon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 用不同的线型和标注来绘制两条曲线 t1 0 0 1 2 pi t2 0 0 1 6 y1 sin t1 y2 sqrt t2 plot t1 y1 hb t2 y2 g 10 绘制二维曲线图 x 0 0 01 10 y tan x plot x y 11 4 极坐标图形的绘制 MATLAB提供了polar函数来在极坐标下绘制图形 x 0 0 01 10 y1 sin x y2 cos x 2 5 polar y1 y2 r 2 极坐标图polar theta rho 绘制以theta为角度 rho为半径的极坐标曲线 例 绘制以y sin 2t cos 2t 的极坐标曲线 t 0 2 pi 100 2 pi sin2t sin 2 t cos2t cos 2 t polar t sin2t cos2t 13 5 多个图形的绘制方法 subplot函数可以实现多个图形的绘制 x 0 1 20 subplot 2 2 1 plot x sin x 14 多个图形的绘制方法 x 0 1 20 subplot 2 2 2 plot x cos x 15 多个图形的绘制方法 subplot 2 2 3 x 0 1 2 y1 tan x plot x y1 b 16 6 曲线的色彩 线型和数据点型 曲线的色彩 线型和数据点型参数定义 17 1 图题的标注 在MATLAB中 通常可以使用3种方式给图形添加图题 使用Insert菜单中的Title命令 使用属性编辑器 PropertyEditor 使用title函数 18 图题的标注 x 0 1 2 y1 sin x y2 sin x 0 25 y3 sin x 0 5 plot x y1 b x y2 r x y3 gh title Therethreelines 19 文本标注举例 x linspace 3 5 100 y cos x z sin x plot x y x z title 一条正弦曲线和一条余弦曲线 xlabel x的取值范围 ylabel Y和Z的值 20 4 图例的添加 为了更好地区分所绘制的多条曲线 可以使用图例加以说明 对它们表示的数据进行更准确的区分 可以使用如下3种方法生成图例 打开Insert菜单中并选择Legend命令 单击工具栏中的legend图标 使用legend函数 21 图例的添加举例 22 5 坐标网格的添加 在图形绘制过程中 为了精确地知道图形上某点的坐标 需要绘制坐标网格来定位 MATLAB7语言中提供了grid函数来实现这一功能 gridoff命令关闭坐标网格 gridon命令打开坐标网格gridmirror命令使用更细化的网格 grid AX 命令使用AX坐标系代替当前坐标系 23 坐标网格的添加举例 x linspace 5 5 100 y x 4 22 x 2 6 x 10 plot x y gridon 24 6 使用矩形或是椭圆在图形中圈出重要部分 用户可以使用矩形或是椭圆在图形中圈出特别的区域 从而使得该区域能引起特别的注意 当其中的一个矩形或是椭圆被选中时 用户可以移动并改变它的大小 或是右击它 在弹出的快捷菜单中用户可以选择改变它的属性和外观 25 应用举例 当右击矩形或是椭圆时 将弹出一个菜单 26 3 三维图形的绘制 MATLAB语言提供了三维图形的处理功能 与二维图形相似 绘制三维图形时可以使用MATLAB语言提供的相关函数 三维线图指令plot3三维网线图和曲面图三维网线图三维曲面图 27 1 三维线图指令plot3 该程序用于绘制三维的螺旋曲线图 t 0 pi 50 20 pi plot3 sin t cos 2 t sin t cos t 28 2 三维网线图 使用mesh函数来绘制三维网格图形 z peaks 50 mesh z 2 三维图形的绘制 三 三维曲面图的绘制例试单独使用山峰演示函数peaks peaks 30 z 3 1 x 2 exp x 2 y 1 2 10 x 5 x 3 y 5 exp x 2 y 2 1 3 exp x 1 2 y 2 30 3 三维曲面图 可是使用surf函数来绘制三维表面图形 X Y meshgrid 4 0 2 4 Z exp 0 5 X 2 Y 2 surf X Y Z 三维图形的绘制 三维曲面图的绘制例 t 0 pi 10 2 pi X1 Y1 Z1 cylinder 3 20 Z1 2 Z1 X2 Y2 Z2 cylinder 2 cos t 20 Z2 2 Z2 subplot 1 2 1 surf X1 Y1 Z1 title 圆柱面 subplot 1 2 2 surf X2 Y2 Z2 title 半径变化的圆柱面 三维图形的绘制 三维曲面图的绘制例 X1 Y1 Z1 sphere 8 X2 Y2 Z2 sphere 20 subplot 1 2 1 surf X1 Y1 Z1 title 64个面构成的球面 subplot 1 2 2 surf X2 Y2 Z2 title 400个面构成的球面 33 4 特殊图形的绘制 条形图和面积图 BarandAreaGraphs 饼形图 PieCharts 离散型数据图方向和速度矢量图形等高线的绘制 ContourPlots 34 1 条形图和面积图 条形图和面积图用于绘制向量和矩阵数据 这两种图形可以用来比较不同组数据的在总体数据中所占的比例 其中条形图适于表现离散型数据 而面积图适于表现连续型数据 35 条形图举例 集合式条形图的绘制 y 12345678910 bar y 36 2 饼形图 在统计学中 人们经常要用到饼形图来表示各个统计量占总量的份额 饼形图可以显示向量或矩阵中的元素占所有元素总和的百分比 MATLAB提供了pie函数和pie3函数 分别用于绘制二维饼形图和三维饼形图 37 3 离散型数据图 MATLAB7提供了一系列适于表现离散型数据的函数 其中常用的主要有stem函数 stem3函数和stairs函数 38 离散型数据图举例 使用stem y 函数来绘制句柄状图形 y rand 20 1 stem y 39 4 方向和速度矢量图形 MATLAB7提供了一些函数用于绘制方向矢量和速度矢量图形 这些函数有compass feather quiver和quiver3 40 方向和速度矢量图形举例 用compass函数绘制矢量图形 w 0 0 1 6 z sin w exp j w compase z 41 5 等高线的绘制 等高线函数为创建 显示并标注由一个或多个矩阵确定的等值线 42 等高线的绘制举例 使用contour函数绘制等高线图形 x y z peaks contour x y z 三维图形的绘制 三 等高线图的绘制例 X Y Z peaks 30 subplot 2 2 1 surf X Y Z title 演示山峰的三维曲面图 subplot 2 2 2 contour X Y Z 5 title 演示山峰的等高线图 subplot 2 2 3 contourf Z 5 title 在相邻等高线之间用颜色填充 subplot 2 2 4 C h contour Z 5 clabel C h title 为等高线添加高度值 43 44 视点控制举例 view函数的使用 X Y meshgrid 5 0 2 5 Z exp 0 5 X 2 Y 2 surf X Y Z view 30 60 45 光照控制举例 本例首先绘制一个膜面图 然后使用位置向量 0 21 设置光源的方向 z peaks 50 surf z light Position 0 5 32 46 绘制图形的图形框架窗口对象 MATLAB7语言中实现句柄访问的函数 47 核心 Core 对象 MATLAB7语言中创建核心对象的函数 48 核心 Core 对象举例 x y meshgrid 2 4 2 Z x exp x 2 y 2 fh figure Position 350275600450 Color w ah axes Color 8 8 8 XTick 2 1012 YTick 2 1012 sh surface XData x YData y ZData Z FaceColor get ah Color 1 EdgeColor k Marker o MarkerFaceColor 51 85 view 3 49 绘图 Plot 对象举例 x y z peaks c h contour x y z set h LineWidth 3 LineStyle 50 set函数 在MATLAB7中 使用set函数可以设置对象的属性值 其通常的调用格式如下 set H PropertyName PropertyValue 命令设置PropertyName的属性为PropertyValue set H a 命令中 a为结构型变量 字段名为图形对象的属性名 字段值为映像的属性值 set H PropertyName1 PropertyValue1 PropertyName2 PropertyValue2 命令同时设置多个属性的值 51 默认属性举例 whitebg w createafigurewithawhitecolorschemeset 0 DefaultAxesColorOrder 000 DefaultAxesLineStyleOrder Z peaks plot 1 49 Z 4 7 52 M文本编辑器的基本知识MATLAB7的控制流语言变量和函数的种类程序设计的辅助函数程序的调试和优化 MATLAB7程序设计 53 1 M文本编辑器的基本知识 M文本编辑器M文件的基本属性M文件的组成部分脚本式M文件函数式M文件 54 M文件的组成部分 函数式M文件的组成部分 调出Medit窗口 在里边输入如下内容 functionf fact n 函数的定义行 Computeafactorialvalue H1行 FACT N returnsthefactorialofN 帮助文本 usuallydenotedbyN Putsimply FACT N isPROD 1 N 注释f prod 1 n 函数体 55 M文件的组成部分及其功能 M文件的组成部分及其功能 56 脚本式M文件举例 本脚本式M文件绘制一个正弦曲线 此文件用于绘制 2 pi 2 pi 区间的正弦曲线图x 2 pi 0 05 2 pi y sin x plot x y c legend 正弦曲线图 57 函数式M文件举例 例判断某一年是否为闰年 解 调出Medit窗口 在里边输入如下内容 该函数用于判断某一年是否为闰年 使用格式为isleapea y 其中y是用户所要计算的年份functionisleapyear year sign 0 ifrem year 4 0sign sign 1 end ifrem year 100 0sign sign 1 endifrem year 400 0sign sign 1 endifsign 1fprintf 4dyearisaleapyear n year elsefprintf 4dyearisnotaleapyear n year end 58 2 控制流 最简单的程序控制就是顺序结构 用户依次输入命令语句即可 MATLAB7语言还提供了4种高级的控制结构 它们是 if else end结构 switch case otherwise end结构 for循环和while循环 59 1 顺序结构 顺序结构是最简单的程序结构 用户在编写好程序之后 系统将按照程序的物理位置顺次执行 a 1 b 2 c 3 s1 a bs2 s1 cs3 s2 s2 60 2 if end语句 只有一种选择时的情况if表达式执行语句end 61 if end语句 有两种选择时的情况if表达式执行语句1else执行语句2end 62 if end语句 有3种或3种以上选择时的情况if表达式1表达式1为真时的执行语句1elseif表达式2表达式2为真时的执行语句2elseif表达式3表达式3为真时的执行语句3elseif else所有的表达式都为假时的执行语句end 63 3 switch case end语句 switch开关语句case条件语句 执行语句 执行语句case 条件语句1 条件语句2 条件语句3 执行语句 执行语句 ot