图形绘制与处理PPT课件

1、 例例 1 在0X2 区间内，绘制曲线 y=2e-0.5xsin(2x)。 程序如下： x=0:pi/100:2*pi; y=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x); plot(x,y)第1页/共76页 说明：（1）当x,y是同维矩阵时，则以x,y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。（2）当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制出多根不同色彩的曲线。曲线条数等于y矩阵的另一维数，x被作为这些曲线共同的横坐标。（3）plot函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数：plot(x)。第2页/共76页 例例2 某工厂2000年各月总产值（单位：万元）分别为

2、22、60、88、95、56、23、9、10、14、81、56、23，试绘制折线图以显示出该厂总产值的变化情况。 程序如下： p=22,60,88,95,56,23,9,10,14,81,56,23; plot(p)第3页/共76页 2含多个输入参数的plot函数含多个输入参数的plot函数调用格式为：plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn)%其中xi和yi成对出现,该函数将分别按顺序取数据xi与yi进行绘图.3含选项的plot函数含选项的plot函数调用格式为：plot(x1,y1,选项1,x2,y2, 选项2,xn,yn,选项n)%按照”选项”要求绘制指定属性的图形.第4页/共76页

3、绘制图形线条属性是LineSpec参数来定义的.有如下属性: (1)、线型属性定义符定义符线型线型定义符定义符线型线型-实线实线(默认值默认值)-划线划线:点线点线-.点划线点划线第5页/共76页(2)、线条宽度属性和颜色属性定义符定义符颜色颜色定义符定义符颜色颜色R(red)红色红色G(green) 绿色绿色b(blue)蓝色蓝色y(yellow) 黄色黄色k(black)黑色黑色w(white) 白色白色m(magenta) 粉红粉红c(cyan)青色青色第6页/共76页(3)、标记类型定义符定义符标记类型标记类型 定义符定义符标记类型标记类型定义符定义符 标记类型标记类型+加号加号.实点

4、实点*星号星号上三角形上三角形右三角形右三角形v下三角形下三角形o(字母字母)小圆圈小圆圈x交叉号交叉号p正五角星正五角星s正方形正方形d菱形菱形h 正六角星正六角星第7页/共76页 例例3 用不同线型和颜色在同一坐标内绘制曲线y=2e-0.5xsin(2x)及其包络线。程序如下： x=(0:pi/100:2*pi); y1=2*exp(-0.5*x)*1,-1; y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x); x1=(0:12)/2; y3=2*exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1); plot(x,y1,g:,x,y2,b-,x1,y3,rp);第8页/共76页

5、 4双纵坐标函数plotyy plotyy函数能把函数值具有不同量纲、不同数量级的两个函数绘制在同一坐标中。调用格式为： plotyy(x1,y1,x2,y2) 其中x1y1对应一条曲线，x2y2对应另一条曲线。横坐标的标度相同，纵坐标有两个，左纵坐标用于x1y1数据对，右纵坐标用于x2y2数据对。第9页/共76页 例例4 用不同标度在同一坐标内绘制曲线y1=e-0.5xsin(2x)及曲线y2=1.5e-0.1xsin(x)。 程序如下： x1=0:pi/100:2*pi; x2=0:pi/100:3*pi; y1=exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1); y2=1.5*exp

6、(-0.1*x2).*sin(x2); plotyy(x1,y1,x2,y2);第10页/共76页 5极坐标图polar函数用来绘制极坐标图，其调用格式为：polar(theta,rho,选项)%根据极坐标极角theta和极径rho绘图，选项的内容与plot函数相似。例如例如：绘制=sin(2)cos(2)的极坐标图。 程序如下： theta=0:0.01:2*pi; rho=sin(2*theta).*cos(2*theta); polar(theta,rho,k); 第11页/共76页 6对数坐标图形 MATLAB提供了绘制双对数和单轴对数坐标曲线的函数，调用格式为： loglog(x1,

7、y1,选项1,x2,y2,选项2,)semilogx(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,)semilogy(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,) % semilogx绘制的图形，纵轴采用线性坐标，横轴采用对数坐标；semilogy与其相反。第12页/共76页 例如：例如：绘制y=10 x2的对数坐标图并与直角线性坐标图进行比较。 程序如下： x=0:0.1:10; y=10*x.*x; subplot(2,2,1);plot(x,y);title(plot(x,y); grid on; subplot(2,2,2);semilogx(x,y);title(semilogx(x,y)

8、; grid on; subplot(2,2,3);semilogy(x,y);title(semilogy(x,y); grid on; subplot(2,2,4);loglog(x,y);title(loglog(x,y); grid on; 第13页/共76页 二、 绘制图形的辅助操作绘制图形的辅助操作 1. 图形注释：通过选择图形窗口主菜单Insert下选项或者调用相应的标注函数。 title(图形名称)%添加图形标题 xlabel(x轴说明) ylabel(y轴说明) text(x,y,图形说明) %添加文本注释，帮助解释数据和图形内容等 legend(图例1,图例2,)%给图形添

9、加图例第14页/共76页 例如：例如： 给图形添加图形标注。程序如下： x=(0:pi/100:2*pi); y1=2*exp(-0.5*x)*1,-1; y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x); x1=(0:12)/2; y3=2*exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1); plot(x,y1,g:,x,y2,b-,x1,y3,rp); title(曲线及其包络线); %加图形标题 xlabel(independent variable X); %加X轴说明 ylabel(independent variable Y); %加Y轴说明 text(2.8,0.5

10、,包络线); %在指定位置添加图形说明 text(0.5,0.5,曲线y); text(1.4,0.1,离散数据点); legend(包络线,包络线,曲线y,离散数据点) %加图例第15页/共76页 2. 坐标控制 控制坐标属性axis函数的调用格式为：axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax) 指定二维图形x轴和y 轴的刻度范围。axis函数功能丰富，常用的用法还有：axis equal 纵、横坐标轴采用等长刻度axis square 使各坐标轴长度相同，产生正方形坐标系(缺省为矩形)，但刻度增量未必相同axis auto 使用缺省设置（为自动刻度）第16页/共7

11、6页 axis off 取消坐标轴 axis on 显示坐标轴grid on/off命令控制是画还是不画网格线，不带参数的grid命令在两种状态之间进行切换。box on/off命令控制是加还是不加边界线，不带参数的box命令在两种状态之间进行切换。第17页/共76页 例例4.6 用图形保持功能在同一坐标内绘制曲线y=2e-0.5xsin(2x)及其包络线，并加网格线。 程序如下： x=(0:pi/100:2*pi); y1=2*exp(-0.5*x)*1,-1;y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x); plot(x,y1,b:); axis(0,2*pi,-2,2); %

12、设置坐标 hold on; %设置图形保持状态 plot(x,y2,k); grid on; %加网格线 box off; %不加坐标边框 hold off; %关闭图形保持第18页/共76页 3. 图形窗口的分割subplot 该函数用于创建与控制多个坐标轴，把当前窗口分成几个矩形部分，不同部分按行方向以数字进行标号。调用格式如下 ： subplot(m,n,p)%将一个窗口分成mn个小窗口，在第p个小窗口中创建坐标轴。 例如：例如： 在一个图形窗口中以子图形式同时绘制正弦、余弦、正切、余切曲线。 程序如下： x=linspace(0,2*pi,60); y=sin(x);z=cos(x);

13、 t=sin(x)./(cos(x)+eps); ct=cos(x)./(sin(x)+eps);第19页/共76页 subplot(2,2,1); plot(x,y);title(sin(x);axis(0,2*pi,-1,1); subplot(2,2,2); plot(x,z);title(cos(x);axis(0,2*pi,-1,1); subplot(2,2,3); plot(x,t);title(tangent(x);axis(0,2*pi,-40,40); subplot(2,2,4); plot(x,ct);title(cotangent(x);axis(0,2*pi,-40

14、,40);第20页/共76页 x=linspace(0,2*pi,60); y=sin(x);z=cos(x); t=sin(x)./(cos(x)+eps); ct=cos(x)./(sin(x)+eps); subplot(2,2,1); %选择22个区中的1号区 stairs(x,y);title(sin(x)-1);axis (0,2*pi,-1,1); subplot(2,1,2); %选择21个区中的2号区 stem(x,y);title(sin(x)-2);axis (0,2*pi,-1,1); subplot(4,4,3); %选择44个区中的3号区 plot(x,y);tit

15、le(sin(x);axis (0,2*pi,-1,1); subplot(4,4,4); %选择44个区中的4号区 plot(x,z);title(cos(x);axis (0,2*pi,-1,1); subplot(4,4,7); %选择44个区中的7号区 plot(x,t);title(tangent(x);axis (0,2*pi,-40,40); subplot(4,4,8); %选择44个区中的8号区 plot(x,ct);title(cotangent(x);axis (0,2*pi,-40,40);第21页/共76页三、 绘制二维图形的其他函数1、条形图:用水平条形或垂直条形来

16、表示向量或矩阵中的值. bar(Y) %将Y中的每一个分量绘制成一个条形。若Y为向量,则分别显示每个分量的高度,横坐标为1到length(Y );若Y为矩阵,则对每一行中分量创建的条形进行分组,在分别绘出,横坐标为1到Y矩阵的行数 bar(x,Y,选项) %在x指定的位置上绘制出Y中每一个分量的条形,其中x为严格递增向量.如果Y为矩阵,则bar将矩阵分解成几个行向量,在指定的横坐标处分别绘出条形 barh() 绘制水平条形图,其中输入参数同bar第22页/共76页例如:绘制数据点的条形图y=1:9; bar(y) y=1 2 3;4 5 6;7 8 9; bar(y)x=-4:0.4:4; b

17、ar(x,exp(-x.2)y=round(rand(5,3)*10); subplot(2,1,1)bar(y,group) subplot(2,1,2) bar(y,2)第23页/共76页y=round(rand(5,4)*10); subplot(2,1,1)barh(y,group) subplot(2,1,2) barh(y,2)第24页/共76页2、面积图area 该函数根据向量或矩阵中的数据连接成一条或多条曲线，并填充每条曲线下面的面积，其输入参数为向量或矩阵。 area（Y）% 绘制向量Y 的面积图或矩阵Y中每一列元素总和的面积图。 area（X，Y）% 该函数在X数值处绘制相

18、应的Y数据，从而构成面积图。 若X为向量，则length（X）= length（Y）且X必须是单调的； 若X为矩阵，则size（X）= size（Y），且X中每一列必须是单调的。第25页/共76页例如：根据矩阵绘制面积图y=1 5 3;3 4 7;3 5 3;7 6 1; area(y) %根据矩阵绘制面积图 grid on %显示网格 set(gca,layer,top) %设置图层属性 set(gca,XTick,1:4) %在X轴上标注4个刻度第26页/共76页3、饼图 pie 饼图用于显示某个向量或矩阵中元素所占的比例。其输入参数为向量或矩阵。 调用格式如下： pie(X) %应用X中

19、的数据绘制不分离饼图。X中的每个元素在饼图中通过一个扇区来表示。X中元素X(i)所代表的扇形大小通过X(i)/sum(X)的大小来决定。 pie(X，explode) %分离饼图。将一个扇区从饼形图中分离出，参数 explode为对应于X的为零或非零的向量或矩阵。与explode的非零值对应的部分将从饼形图中心分离出来。explode必须与X具有相同大小第27页/共76页例如：根据向量创建一个饼图，并将特定扇区分离出来。程序如下：x=5 3 0.5 2.5 2 9;explode=0 1 0 0 0 1; %定义控制向量 pie(x,explode) %绘制饼图值为1表示从饼图中心分离出来第2

20、8页/共76页4、柱状图 hist 该函数用于显示数据的分布情况。 n=hist(Y) %把向量Y中的元素分放在等间距的10个柱形中，且返回每一个柱形中的元素个数，若Y为矩阵，则按列对Y进行处理。 n=hist(Y,x) % x为向量，返回值为Y中元素的分布。将Y中元素分放到length（x）个由x中元素指定的位置为中心的柱形中 n=hist(Y,nbins)% 标量nbins用于指定柱形的数目第29页/共76页例如：创建一个服从高斯分布的数据的柱状图。程序如下：x=-4:0.1:4; %创建等间距数据 y=randn(1000,1); %创建随机数 hist(y,x) %绘制柱形图第30页/

21、共76页5、阶梯图stairs stairs(Y) %用参量Y的元素绘制阶梯图。 若Y为向量，则横坐标x的范围从1到length(Y) ;若Y为矩阵，则根据Y的每一行绘制阶梯图，其中x轴的量度范围是从1到Y的行数 stairs(X,Y,选项) %X与Y为大小相同的向量或矩阵。选项指定了绘图所用的线型、标记符号和颜色第31页/共76页例如：创建函数的阶梯图，如下：x=0:0.4:10; stairs(x,cos(x).*sin(x)第32页/共76页6、火柴杆图 stem 该函数用于绘制二维离散数据的火柴杆图。 stem(Y) %按Y中元素的序列绘制火柴杆图。若Y为矩阵，则把Y分成几个行向量，在

22、同一横坐标的位置上绘制一个行向量的火柴杆图 。 stem(x,y,选项) % 意义同stairs，若选项为参数fill表示指定是否对火柴杆图末端的小圆圈填充颜色。 第33页/共76页y=linspace(0,2*pi,20);h=stem(cos(y).*sin(y),fill,-,r);第34页/共76页 例如例如 分别以条形图、阶梯图和火柴杆图形式绘制曲线y=2e-0.5x。 程序如下： x=0:0.35:7; y=2*exp(-0.5*x); subplot(1,3,1);bar(x,y,g); title(bar(x,y,g);axis(0,7,0,2); subplot(1,3,2)

23、;stairs(x,y,b); title(stairs(x,y,b);axis(0,7,0,2); subplot(1,3,3);stem(x,y,k); title(stem(x,y,k);axis(0,7,0,2);第35页/共76页 某次考试优秀、良好、中等、及格、不及格的人数分别为：7,17,23,19,5，试用饼图作成绩统计分析。程序如下：x=7,17,23,19,5 explode=1 0 0 0 1;pie(x, explode);title(饼图);legend(优秀,良好,中等,及格,不及格);第36页/共76页 t1=(0:11)/11*pi; y1=sin(t1).*s

24、in(9*t1); t2=(0:100)/100*pi; y2=sin(t2).*sin(9*t2); subplot(2,2,1),plot(t1,y1,r.),axis(0,pi,-1,1),title(点图) subplot(2,2,2),plot(t2,y2,r.),axis(0,pi,-1,1),title(虚线图) subplot(2,2,3),plot(t1,y1,-r+),axis(0,pi,-1,1),title(折线图) subplot(2,2,4),plot(t2,y2),axis(0,pi,-1,1),title(光滑曲线图)第37页/共76页 1.3.2 三维图形三维

25、图形 绘制三维曲线的最基本函数绘制三维曲线的最基本函数 plot3函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为： plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,xn,yn,zn,选项n) 例例1.3.2.1 绘制空间曲线。 程序如下： t=0:pi/50:2*pi; x=8*cos(t);y=4*sqrt(2)*sin(t);z=-4*sqrt(2)*sin(t); plot3(x,y,z,p); title(Line in 3-D Space);text(0,0,0,origin); xlabel(X),ylabel(Y),zlabel(Z);grid;第38页/共76页

26、三维曲面三维曲面1. 绘制三维曲面的函数 surf函数和mesh函数的调用格式为： mesh(x,y,z,c) surf(x,y,z,c)2.实例例、x,y=meshgrid(-3:0.1:3);%创建数据 z=peaks(x,y); %计算函数值Meshz(x,y,z); %绘制图形第39页/共76页例、用三维曲面图表现函数z=sin(y)cos(x)。 程序1： x=0:0.1:2*pi;x,y=meshgrid(x);z=sin(y).*cos(x); mesh(x,y,z);xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-axis);title(mesh)

27、;例、n=25-1;x,y,z=sphere(n); %创建数据C= hadamard(25); %设置颜色数据Surf(x,y,z,c); %绘制图形Colormap(1 1 0;0 1 1); %设置颜色第40页/共76页程序2： x=0:0.1:2*pi;x,y=meshgrid(x);z=sin(y).*cos(x); surf(x,y,z);xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-axis);title(surf); 程序3： x=0:0.1:2*pi;x,y=meshgrid(x);z=sin(y).*cos(x); plot3(x,y,z);

28、xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-axis);title(plot3-1);grid;第41页/共76页 例、例、 分析由函数z=x2-2y2构成的曲面形状及与平面z=a的交线。程序如下： x,y=meshgrid(-10:0.2:10); z1=(x.2-2*y.2)+eps; %第1个曲面 a=input(a=?); z2=a*ones(size(x); %第2个曲面 subplot(1,2,1);mesh(x,y,z1);hold on;mesh(x,y,z2); %分别画出两个曲面 v=-10,10,-10,10,-100,100;axis(

29、v);grid;%第1子图的坐标设置 hold off; r0=abs(z1-z2)0.25部分。 程序如下 x=0:0.1:2*pi; x,y=meshgrid(x); z=sin(y).* cos(x); I,J=find(z0.25); for ii=1:length(I) z(I(ii),J(ii)=NaN; end surf(x,y,z);第49页/共76页 视点处理视点处理 MATLAB提供了设置视点的函数view。其调用格式为： view(az,el) 其中az为方位角，el为仰角，它们均以度为单位。系统缺省的视点定义为方位角-37.5,仰角30。第50页/共76页 例例 从不同

30、视点绘制多峰函数曲面。 程序如下： subplot(2,2,1);mesh(peaks); view(-37.5,30); %指定子图1的视点 title(azimuth=-37.5,elevation=30) subplot(2,2,2);mesh(peaks); view(0,90); %指定子图2的视点 title(azimuth=0,elevation=90) subplot(2,2,3);mesh(peaks); view(90,0); %指定子图3的视点 title(azimuth=90,elevation=0) subplot(2,2,4);mesh(peaks); view(-

31、7,-10); %指定子图4的视点 title(azimuth=-7,elevation=-10)第51页/共76页 色彩处理色彩处理 1. 颜色的向量表示 MATLAB除用字符表示颜色外，还可以用含有3个元素的向量表示颜色。 2. 色图 色图是m3 的数值矩阵，它的每一行是RGB三元组。色图矩阵可以人为地生成，也可以调用MATLAB提供的函数来定义色图矩阵。 除plot及其派生函数外，mesh、surf等函数均使用色图着色。图形窗口色图的设置和改变，使用函数： colormap(m) 其中m代表色图矩阵。 3. 三维表面图形的着色 三维表面图实际上就是在网格图的每一个网格片上涂上颜色。sur

32、f函数用缺省的着色方式对网格片着色。除此之外，还可以用shading命令来改变着色方式。第52页/共76页 例：例： 3种图形着色方式的效果展示。 程序如下： z=peaks(20);colormap(copper); subplot(1,3,1);surf(z); subplot(1,3,2); surf(z);shading flat; subplot(1,3,3);surf(z);shading interp;第53页/共76页 光照处理光照处理 MATLAB提供了灯光设置的函数，其调用格式为： light(Color,选项1,Style,选项2,Position,选项3) 例：例： 光

33、照处理后的多峰函数曲面。 程序如下： z=peaks(20); subplot(1,2,1);surf(z); light(Posi,0,20,10);shading interp;hold on; plot3(0,20,10,p);text(0,20,10, light); subplot(1,2,2);surf(z); light(Posi,20,0,10);shading interp;hold on; plot3(20,0,10,p);text(20,0,10, light);第54页/共76页1.3.4 符号函数图形表示一、绘制符号函数的等高线图1、ezcontour(f) 绘制二元

34、符号函数f=f(x,y)的等高线图，这里，函数f将显示默认的平面区域-2pix2pi,-2piy2pi内的函数值。例：绘制下面函数的等高线图。222222)1(52)1(231)5(10)1 ( 3),(yxyxyxeeyxxexyxf第55页/共76页 其中的省略号用英文的句号来输入，可以方便观察定义的函数。第56页/共76页如果要求在指定的区域内绘制二元函数f(x,y)的等高线图，则可以使用如下命令：2、 ezcontour(f，xmin,xmax,ymin,ymax) 3、 ezcontour(f,min,max)其中显示的区域为(minxmax,minymax).如果需要不同颜色填充等

35、高线图可以使用如下函数命令：4、ezcontourf(f)第57页/共76页第58页/共76页二、符号函数的三维网格图1、ezmesh(f) 绘制二元符号函数f=f(x,y)的网格图。函数f将显示默认的平面区域-2pix2pi,-2piy2pi内函数f的图形。第59页/共76页2、在指定区域内绘制二元函数f(x,y)的网格图： ezmesh(f，xmin,xmax,ymin,ymax) ezmesh(f,min,max)其中显示的区域为(minxmax,minymax).第60页/共76页3、在一个圆形区域绘制网格图ezmesh(f，circ) 三、参数形式的三维网格图1、ezmesh(x,y

36、,z) 在默认的区域-2pis2pi,-2pit2pi内绘制参数形式x=x(s,t),y=y(s,t),z=z(s,t)的图形。第61页/共76页2、在指定区域内绘制参数形式的三维网格图：ezmesh(x,y,z，smin,smax,tmin,tmax) ezmesh(x,y,z,min,max)其中显示的区域为(minsmax,mintmax).第62页/共76页四、曲面网格图与等高线图的混合图1、ezmeshc(f) 绘制二元符号函数f=f(x,y)的网格图,同时在xy平面上绘制其等高线图。函数f将显示默认的区域-2pix2pi,-2piy2pi内函数f的图形。例1例2第63页/共76页2

37、、在指定区域内绘制曲面网格图与等高线图的混合图： ezmeshc(f，xmin,xmax,ymin,ymax) ezmeshc(f,min,max)其中显示的区域为(minxmax,minymax).第64页/共76页3、ezmeshc(x,y,z) 在默认的区域-2pis2pi,-2pit2pi内绘制参数形式x=x(s,t),y=y(s,t),z=z(s,t)的网格图形及其等高线图。4、在指定区域内绘制参数形式的三维网格图及其等高线图：ezmeshc(x,y,z，smin,smax,tmin,tmax) ezmeshc(x,y,z,min,max)其中显示的区域为(minsmax,mintmax).第65页/共76页五、符号函数的图形1、ezplot(f) 绘制函数f=f(x)在默认范围-2pix2pi上的图形。第66页/共76页2、ezplot(f,min,max) 绘制函数f=f(x)在指定范围minxmax上的图形。3、 ezplot(f，xmin,xmax,ymin,ymax) 在指定区域内绘制隐函数f(x,y)=0的图形。4、ezplot(f，min,max) 在区域