数据及函数的可视化.ppt

第四章数据及函数的可视化 本章主要内容如下 4 1可视化的基本步骤4 2二维曲线绘图4 3三维曲线绘图4 4图形窗功能简介 数据可视化是数据分析 系统分析的一种重要方法 MATLAB具有丰富且易于理解和使用的绘图指令 数据和函数的可视化是MATLAB的重要组成部分 4 1可视化的基本步骤 1 曲线数据准备 以二维图形为例 选取一个参变量采样向量计算各坐标数据向量2 选定图形窗及子图位置 3 调用曲线绘图指令 4 设置轴的范围5 图形注释 图名 坐标名 图例 文字说明 例 用图形表示y sin t sin 9t t 0 100 100 pi y sin t sin 9 t subplot 2 1 1 plot t y r axis 0 pi 1 1 title 子图1 subplot 2 1 2 plot t y axis 0 pi 1 1 title 子图2 产生参变量采样向量 产生数据向量 确定子图 线 型 注释等 4 2二维曲线绘图 4 2 1plot的基本调用格式plot X s X为实向量时 以该向量元素的下标为横坐标 元素值为纵坐标画一条连续曲线 X为实矩阵时 则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线 图中曲线数等于X阵列数 X为复数矩阵时 则按列绘制每列以元素实部和虚部为横 纵坐标绘制多条曲线 s用来指定线型 色彩等 缺省时为MATLAB默认设置 例3 1 二维曲线绘图基本指令演示一 4 2二维曲线绘图 4 2 1plot的基本调用格式plot X Y s X Y是同维向量时 绘制X Y元素为横 纵坐标的曲线 X是列向量 Y是与X等行的矩阵时 以X为横坐标 按Y的列数绘制多条曲线 X是矩阵 Y是向量时 以Y为纵坐标按X的列数绘制多条曲线 X Y是同维矩阵时 以X Y对应列元素为横 纵坐标分别绘制曲线 曲线条数等于矩阵列数s的意义与其在plot X s 中相同 例3 2 二维曲线绘图基本指令演示二 plot t Y plot Y t 所绘图形的比较 t 0 pi 50 2 pi k 0 4 0 1 1 Y cos t k plot t y 生成 101 7 的矩阵 生成 1 7 的行向量 生成 101 1 的列向量 将例3 2中的绘图指令改为plot Y t 曲线如图3 3所示 4 2二维曲线绘图 4 2 2曲线的色彩 线型和数据点形色彩和线型 说明 当 s 缺省时 默认设置为曲线一律用 实线 线型 不同曲线按表中所给前七种颜色次序着色 依次为蓝 绿 红等 4 2二维曲线绘图 4 2 2曲线的色彩 线型和数据点形数据点形数据点形用来标志数据点 即可单独使用也可与色彩 线型组合使用 例3 4 二维曲线绘图基本指令演示四 数据点形 函数与例3 3相同 4 2二维曲线绘图 4 2 3图形控制在一般绘图时可采用MATLAB的缺省设置 也能得到满意的画面 但用户也可根据需要改变缺省设置 坐标控制 4 2 3图形控制分格线和坐标框gridon画出分格线gridoff不画分格线boxon使当前坐标呈封闭形式boxoff使当前坐标呈开启形式 说明 缺省时 不画分格线 坐标呈封闭形式 说明 S为带单引号的英文或中文字符串 4 2 3图形控制图形标识title S 书写图名xlable S 横坐标轴名ylable S 纵坐标轴名text xt yt S 在 xt yt 处写字符注释legend s1 s2 在图右上角建立图例 利用精细指令可以对图形进行精细控制 例如在图形指定位置显示各种字符 公式等 图形标识精细指令形式 4 2 3图形控制图形标识精细指令形式 示例结果 1 2 ts 3 sin 例3 6 精细指令演示 t 0 0 01 pi B 1 3 w 2 5 y sin w t exp B t plot t y 1 t y 2 legend rm omega 2 bf alpha 1 omega 5 bf alpha 3 建立图例xlabel fontsize 14 bft ylabel fontsize 14 y title y e alphat sin omegat 4 2 3图形控制双纵坐标图把同一自变量的两个不同量纲 不同数量级的函数绘制在同一张图上 即为双纵坐标图 plotyy X1 Y1 X2 Y2 以左右不同纵轴绘制X1 Y1 X2 Y2两条曲线 plotyy X1 Y1 X2 Y2 FUN 以左右不同纵轴把X1 Y1 X2 Y2绘制成FUN指定形式的两条曲线 plotyy X1 Y1 X2 Y2 FUN1 FUN2 以左右不同纵轴把X1 Y1 X2 Y2绘制成FUN1 FUN2指定的不同形式的两条曲线 说明 轴的范围 刻度自动产生 FUN FUN1 FUN2为MATLAB中所有接受X Y数据对的二维绘图指令 例3 7 已知系统单位阶跃响应和单位脉冲响应分别为 其中 用双纵坐标图画出这两个函数在区间 0 3 上的曲线 t 0 0 02 3 xi 0 5 wn 5 sxi sqrt 1 xi 2 sita atan sxi xi wd wn sxi y1 1 exp xi wn t sin wd t sita sxi y2 wn exp xi wn t sin wd t sxi plotyy t y1 t y2 plotyy t y1 t y2 stem plot 将上例中的绘图指令改写为所绘曲线如下图所示 AX H1 H2 plotyy t y1 t y2 plot set get AX 1 Ylabel String LeftY axis set get AX 2 Ylabel String RightY axis set H1 LineStyle set H2 LineStyle 将上例中的绘图指令再改写为 则可对两条曲线的线型及纵轴分别进行设置 4 2二维曲线绘图 4 2 3图形控制多子图MATLAB允许用户在同一个图形窗里布置几幅独立的子图 subplot m n k 使 m n 幅子图中的第k幅成为当前图 subplot position leftbottomwidthight 在指定位置开辟子图 并成为当前图 说明 subplot m n k 表示图形窗有 m n 幅子图 k是子图编号 序号编排原则是 左上方为第一幅 向右向下依次排号 subplot position leftbottomwidthight 产生的子图位置由人工指定 指定位置的四元组采用归一化的标称单位 即认为图形窗的高 宽的取值范围都是 0 1 例3 8 二维曲线绘图基本指令演示 多子图 t pi 0 1000 1000 y1 sin t y2 sin 10 t y12 sin t sin 10 t subplot 2 2 1 plot t y1 axis 0 pi 1 1 subplot 2 2 2 plot t y2 axis 0 pi 1 1 subplot position 0 2 0 05 0 6 0 45 plot t y12 b t y1 y1 r axis 0 pi 1 1 子图一 子图二 子图三 4 3三维曲线绘图 4 3 1plot3的基本调用格式plot3在三维曲线绘图指令中是最易理解的 其使用格式与plot十分相似 具体如下 plot3 X Y Z s plot3 X1 Y1 Z1 s1 X2 Y2 Z2 s2 说明 X Y Z为同维向量时 绘制以X Y Z元素为x y z坐标的三维曲线 X Y Z为同维矩阵时 以X Y Z对应列元素为x y z坐标分别绘制曲线 曲线条数等于矩阵列数 s s1 s2的意义与二维情况完全相同 可以缺省 X1 Y1 Z1 s1 X2 Y2 Z2 s2 的结构和作用与 X Y Z s 相同 例3 13 三维曲线绘图基本指令演示一 plot3 4 3三维曲线绘图 4 3 2三维网线图和曲面图plot3只能绘制单参数的三维曲线图 而三维网线图和曲面图则比较复杂 主要表现于绘图数据的准备 图形的色彩 明暗 光照和视点处理 数据准备画函数z f x y 所代表的三维空间曲面 需要做以下数据准备 确定自变量x y的取值范围和取值间隔x x1 dx x2 y y1 dy y2 4 3 2三维网线图和曲面图构成xy平面上的自变量 格点 阵 X Y meshgrid x y 计算在自变量采样 格点 上的函数值 即Z f X Y 说明 X由x按行复制而成 其行数为y元素的个数 Y由y按列复制而成 其列数为x元素的个数 x 4 4y 0 4 4 3三维曲线绘图 4 3 2三维网线图和曲面图网线 曲面图基本指令格式网线图mesh Z 以Z矩阵列 行下标为x y轴自变量 画网线图 mesh X Y Z 最常用的网线图调用格式 mesh X Y Z C 最完整的调用格式 画由C指定用色的网线图 说明 在最完整调用格式中 四个输入宗量都是维数相同的矩阵 X Y是自变量 格点 矩阵 Z是格点上函数矩阵 C是指定各点用色的矩阵 C缺省时 默认用色矩阵为Z 单输入宗量格式时 Z矩阵列下标为x轴的 自变量 Z的行下标为y轴 自变量 例3 14a 三维网线绘图指令演示 mesh clf x 4 4 y x X Y meshgrid x y Z X 2 Y 2 mesh X Y Z colormap cool xlabel X ylabel y zlabel z 将mesh X Y Z 改为mesh Z 其网线图如左图所示 注意X Y 坐标的变化 4 3 2三维网线图和曲面图网线 曲面图基本指令格式曲面图surf Z 以Z矩阵列 行下标为x y轴自变量 画曲面图 surf X Y Z 最常用的曲面图调用格式 surf X Y Z C 最完整的调用格式 画由C指定用色的曲面图 有关调用的说明同mesh指令 例3 14b 三维曲面绘图指令演示 surf x 4 4 y x X Y meshgrid x y Z X 2 Y 2 subplot 1 3 1 surf X Y Z subplot 1 3 2 mesh X Y Z subplot 1 3 3 plot3 x y x 2 y 2 boxon 绘曲面图 绘网线图 绘曲线图 例3 14 网线 曲面 曲线图比较 4 3三维曲线绘图 4 3 2三维网线图和曲面图图形的透视曲面图MATLAB在采用缺省设置画mesh图形时 对叠压在后面的图形采取了消隐措施 采用如下指令可控制消隐 hiddenoff透视被叠压的图形hiddenon消隐被叠压的图形 例3 22 零开口四通滑阀的流量方程为 其中K为阀系数 xv为阀的开口量 pl为阀的负载压力 ps为阀的供油压力 设K 0 01m3 N 1 2 s 1 ps 14MPa xv和pl的变化范围分别为 0 2mm 和 0 14MPa 试绘制Ql的曲面图 4 4图形窗功能简介 图形窗除了用于显