第三节MATLAB绘图(二维)

1、第三章 MATLAB 绘图（二维）07电本 黄国营 0712020110matlab语言丰富的图形表现方法，使得数学计算结果可以方便地、多样性地实现了可视化，这是其它语言所不能比拟的。matlab语言的绘图功能n 不仅能绘制几乎所有的标准图形，而且其表现形式也是丰富多样的。n matlab语言不仅具有高层绘图能力，而且还具有底层绘图能力句柄绘图方法。n 在面向对象的图形设计基础上，使得用户可以用来开发各专业的专用图形。3.1 二维图形3.1.1 绘制二维曲线的基本函数一、plot函数q 曲线的颜色、线型、标记二、图形放大及缩小1.基本绘图函数：plot函数plot（x1,y1,option1,

2、x2,y2,option2,）v x1,y1给出的数据分别为x,y轴坐标值，v option1为选项参数，如曲线的颜色、线型及数据点标记符号等v 以逐点连折线的方式绘制第1个二维图形；同时类似地绘制第2个二维图形，等。v 这是plot命令的完全格式*plot的功能v 用直线连接相邻两数据点来绘制图形v 根据图形坐标大小自动缩扩坐标轴，将数据标尺及单位标注自动加到两个坐标轴上，可自定坐标轴，可把x, y 轴用对数坐标表示v 如果打开过图形窗口，则在最近打开的图形窗口上绘制图形，且清除当前图形，绘制新图形，如果未打开窗口，则开一个新的图形窗口Figurev 可单窗口单曲线绘图；可单窗口多曲线绘图；

3、可单窗口多曲线分图绘图；可多窗口绘图v 可任意设定曲线颜色和线型v 可给图形加坐标网线和图形加注功能2.plot的常用格式（1）plot(x)             当x为一向量时，以x元素的值为纵坐标，x的序号为横坐标值绘制曲线。 当x为一实矩阵时，则以其序号为横坐标，按列绘制每列元素值相对于其序号的曲线，当x为m×n矩阵时，就有n条曲线。（2）plot(x, y)这是最常见的形式。在plot(x,y)中如果x，y是同维向量，该指令以x元素为横坐标值，y元素为纵

4、坐标值绘制曲线。如x是向量，y是有一维与x元素数量相等的矩阵，则以x为共同横坐标，按列绘制y每列元素值, 曲线数为y的另一维的元素数。如x，y是同维矩阵，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，数目等于矩阵的列数。 （3）plot(x,y1,x,y2,)  %y写成向量形式   以公共的x元素为横坐标值，以y1、y2元素为纵坐标值绘制多条曲线。当然每条曲线也可以有不同的横坐标（4）plot(x1,y1,x2,y2,)  例3.1 绘制出显函数方程在区间内的曲线。 在命令窗口输入如下语句x = -pi:pi/10:pi;%以pi/

5、10为步长y = tan(sin(x) - sin(tan(x);%求出各点上的函数值plot(x,y,'-rs','LineWidth',2,. 'MarkerEdgeColor','k',. 'MarkerFaceColor','g',. 'MarkerSize',10)得到的图形如图3.1所示，并标上了线型属性。图3.1 以pi/10为步长的曲线tan(sin(x) - sin(tan(x)由于plot（）函数只将给定点用直线连接起来，因此步长选得过大，曲线将看似一折线，因此将

6、上述绘图语句步长改为0.05，并在及两个子区间内加密自变量选择点，即将上述语句修改为x=-pi:0.05:-1.8,-1.801:0.001:-1.2,-1.2:0.05:1.2,1.2:0.001:1.8,1.81:0.05:pi;%以步长方式构造自变量 y = tan(sin(x) - sin(tan(x);plot(x,y)得到曲线如图3.2所示。图3.2 细化步长后的曲线tan(sin(x) - sin(tan(x)plot的开关调用格式® Plot (x,y,s) 开关格式，开关量字符串s设定曲线颜色和绘图方式，使用颜色字符串的前13个字母，如 yellowyel表示等。或

7、 plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2，)表3.1 MATLAB绘图命令的各种选项色彩字符色彩字符线型字符线型格式y黄-实线m洋红色：点线c青-.点划线r红-虚线g绿b蓝w白k黑标记符号数据点形式标记符号数据点形式.点<小于号o圆s正方形x叉号d菱形+加号p五角星*星号h六角星v向下的三角形 square 正方形 diamon 菱形 pentagram 五角星 hexagram 六角星向上的三角形>大于号3.2 用不同的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。MATLAB程序如下：x=0:pi/100:2*pi' y1=2*exp(

8、-0.5*x); x=0:pi/100:2*pi; y1=2*exp(-0.5*x); y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x); plot(x,y1,'k:',x,-y1,'k:',x,y2,'b-') %y1和-y1为包络线程序执行结果如图3.3所示，图中首先用黑色虚线绘出两根包络线，再用蓝色双划线绘出曲线y。图3.3 用不同线型和颜色绘制的曲线说明：（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

9、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)。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)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)3.1.2 设置轴的形式与刻度设置 在绘制图形时，用户可以使用函数axis和set对坐标轴的刻度范围进行重新设定，其调用格式如下：（1）函数axisaxis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax)axis函数

10、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 产生正方形坐标系(缺省为矩形)axis auto 使用缺省设置axis off 取消坐标轴axis on 显示坐标轴例3.3 绘制单位圆。 MATLAB程序如下：clear ;close all; clct=0:0.01:2*pi; %定义时间范围x=sin(t);y=cos(t);plot(x,y)axis(-1.5 1.5 -1.5 1.5) %限定x轴和y轴的显示范围pausegrid onaxis('equal')程序运行结果如图3.4所示。图3.4 单位圆（2）函数sets

11、et(gca,xtick,标示向量），set(gca,ytick,标示向量），按照标示向量设置x，y轴的刻度标示； set(gca,xticklabel,字符串|字符串···），set(gca, yticklabel,字符串|字符串··· ）， 按照字符串设置x，y轴的刻度标志例3.4 给正弦曲线设置刻度标示。MATLAB程序如下：t=0:0.05:7; plot(t,sin(t) set(gca,'xtick',0 1.4 3.14 5 6.28)set(gca,'xticklabel','0

12、|1.4|half|5|one')程序运行结果如图3.5所示。图3.5 设置刻度标示的正弦曲线3.1.3图形的标注、网格及图例说明绘制图形时，可以对图形加上一些说明，添加网格和图例等，基本函数及其调用格式如下：（1）添加图形标题命令titletitle（string），在当前坐标系的顶部加一个文本串string，作为图形的标题。title(text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,),设置标题名属性。（2）添加坐标轴标志函数xlabel、ylabel、zlabelxlabel(string)，ylabel（ st

13、ring) ，zlabel（ string),给当前X轴或Y轴或Z轴标注文本文注。xlabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,)或ylabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,)或zlabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,)对X轴、Y轴、Z轴分别进行属性设置。（3）文本注释函数text，gtexttext(x,y,string) ，在

14、二维图形（x,y）位置处标注文本注释string text(x,y,z,string) ，在三维图形（x,y,z）位置处标注文本注释stringgtext（string）用鼠标拖动来确定标注文字string的位置。输入特定的文字用表示，见表3.2例3.5 绘制分段函数曲线并添加图形标注。MATLAB程序如下： clcclose allclearx=0:0.05:10;y=zeros(1,length(x);for n=1:length(x) if x(n)>=8 y(n)=1; elseif x(n)>=6 y(n)=5-x(n)/2 elseif x(n)>=4 y(n)=

15、2 else y(n)=sqrt(x(n) endendplot(x,y)axis(0 10 0 2.5)title('分段函数曲线');xlabel('x')ylabel('y')text(2,1.3,'y=x1/2');text(4.5,1.9,'y=2');text(7.3,1.5,'y=5-x/2');text(8.5,0.9,'y=1');程序执行结果如图3.6所示。图3.6 绘制分段函数曲线并添加图形标注（4）创建图形窗命令figure figure，打开不同的图形窗口，

16、以便绘制不同的图形figure('PropertyName',PropertyValue,.)，创建具有特定属性值的图形窗口figure(h)，创建或显示句柄h定义的图形窗口，如果h不是整数，则返回错误。h = figure(.)（5）设置网格线命令gridgrid on (off),对当前做标图加上网格线或撤销网格线。若直接调用grid命令即可设置或撤销网格线（6）保持图形窗口内容命令holdhold on （ off ） 保持当前图形窗口内容命令（解除保持）。若直接调用hold命令即可保持或解除保持当前图形窗口内容。例3.6分别绘制正余弦曲线并绘制标题，添加或去除栅格。MA

17、TLAB程序如下：close allclcclear%定义时间范围t=0:pi/20:9*pi;figure(1) %建立图形窗口1plot(t,sin(t),'r:*')grid on %在所画出的图形坐标中添加栅格，注意用在plot之后text(pi,0,' leftarrow sin(pi)','FontSize',18)title('添加栅格的正弦曲线')xlabel ('x')ylabel ('sint')figure(2)plot(t,cos(t)grid on pausegrid of

18、f %删除栅格text(pi,0,' leftarrow cos(pi)','FontSize',18)title('去除栅格的余弦曲线')xlabel ('x')ylabel ('cost')程序执行结果如图3.7，3.8所示。图3.7 正弦曲线图3.8 余弦曲线（7）图形标注函数legendlegend('string1','string2',.)，在当前图中添加图例；legend(.,pos) 由pos 确定图例标注的位置，可以返回给句柄：h= legend(.,pos)参数字

19、符串的含义：pos = -1放置图例在轴边界的右边； pos = 0 放置图例在轴边界里；pos = 1 放置图例在轴边界里右上角 (为默认设置)； pos = 2放置图例在轴边界里左上角； pos = 3放置图例在轴边界里左下角； pos = 4放置图例在轴边界里右下角；Legend off ，撤销当前坐标图上的图例。例3.7 给正弦余弦曲线图形添加图例 MATLAB程序如下：x = -pi:pi/20:pi;plot(x,cos(x),'-ro',x,sin(x),'-.b')h = legend('cos','sin',2)

20、;程序执行结果如图3.9所示。图3.9 添加图例的正余弦曲线3.1.4绘制二维图形的其他函数1. 函数绘图命令fplot和分割图形显示窗口命令subplot（m,n,k）fplot(function,limits)：绘制函数曲线在一个指定范围.其中，limits是一个指定x-轴范围的向量xmin xmax，或者是x轴和y轴的范围的向量xmin xmax ymin ymax。 subplot(m,n,p) 按平铺位置建立子图坐标系，将一个图形窗口分成m*n个子图窗口，从左至右，从上往下第p个子图形窗口。例3.8 将一个图形窗口分割成4个子图窗口，并且分别绘制不同函数曲线。MATLAB程序如下：s

21、ubplot(2,2,1),fplot('humps',0 1)subplot(2,2,2)fplot('abs(exp(-j*x*(0:9)*ones(10,1)',0 2*pi)subplot(2,2,3)fplot('tan(x),sin(x),cos(x)',2*pi*-1 1 -1 1)subplot(2,2,4)fplot('sin(1./x)',0.01 0.1,1e-3)程序执行结果如图3.10所示。图3.10 subplot函数和fplot函数的运用2、双纵坐标绘图命令plotyyplotyy(X1,Y1,X2,

22、Y2)，设有两个纵坐标Y1, Y2，以便绘制两个y尺度不同的变量，但x仍用同一个比例尺。例3.9 在同一图形窗口按不同纵坐标绘制曲线。MATLAB程序如下：x = 0:0.01:20;y1 = 200*exp(-0.05*x).*sin(x);y2 = 0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x);plotyy(x,y1,x,y2);程序执行结果如图3.11所示。从图中可以看出，左纵坐标的幅度范围为-200,200,对应y1，而右纵坐标的幅度范围为-0.8 0.8,对应y2。图3.11 曲线200*exp(-0.05*x).*sin(x)和200*exp(-0.05*x).*sin(x

23、);3.其他形式的线性直角坐标图在线性直角坐标系中，其他形式的图形有条形图、阶梯图、杆图和填充图等，所采用的函数分别是：bar(x,y,选项)stairs(x,y,选项)stem(x,y,选项)fill(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,)前3个函数的用法与plot函数相似，只是没有多输入变量形式。fill函数按向量元素下标渐增次序依次用直线段连接x、y对应元素定义的数据点。假如这样连接所得折线不封闭，那么MATLAB将自动把该折线的首尾连接起来，构成封闭多边形。然后将多边形内部涂满指定的颜色。例3.10 分别以条形图、填充图、阶梯图和杆图形式绘制曲线y=2e-0.5x。MATLAB程序

24、如下： x=0:0.35:7; y=2*exp(-0.5*x); subplot(2,2,1);bar(x,y,'g'); title('bar(x,y,''g'')');axis(0,7,0,2); subplot(2,2,2);fill(x,y,'r'); title('fill(x,y,''r'')');axis(0,7,0,2); subplot(2,2,3);stairs(x,y,'b'); title('stairs(x,y,

25、9;'b'')');axis(0,7,0,2); subplot(2,2,4);stem(x,y,'k'); title('stem(x,y,''k'')');axis(0,7,0,2);程序运行结果如图3.12所示。图3.12 几种不同形式的二维图形4. 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)其中theta为极坐标极角，rho为极坐标矢径，选项的内容与plot函数相似。例3.11 绘制=sin(2)cos(2)的极坐标图。MATLAB程序如下：

26、 theta=0:0.01:2*pi; rho=sin(2*theta).*cos(2*theta); polar(theta,rho,'k'); 程序运行结果如图3.13所示。图3.13 极坐标图5对数坐标图形MATLAB提供了绘制对数和半对数坐标曲线的函数，调用格式为： semilogx(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,) semilogy(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,) loglog(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,)其中，选项的定义与plot函数完全一致，所不同的是坐标轴的选取。semilogx函数使用半对数坐标，x轴为常用对数刻度，而y轴仍

27、保持线性刻度。semilogy函数也使用半对数坐标，y轴为常用对数刻度，而x轴仍保持线性刻度。loglog函数使用全对数坐标，x、y均采用常用对数刻度。此外还有一个函数logspace，可以按对数等间距地来产生一个向量，其调用格式为：logspace(a,b,n)其中，a和b是生成向量的第一个和最后一个元素，n是元素总数。当n省略时，自动产生50个元素。例3.12绘制的对数坐标图并与直角线性坐标图进行比较。MATLAB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

28、; subplot(2,2,2);semilogx(x,y); title('semilogx(x,y)'); 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; 程序运行结果如图3.14所示。图3.14 对数坐标图6 其他形式的图形MATLAB提供的绘图函数还有很多，例如，用来表示各元素占总和的百分比的饼图、复数的相量图等等。例3.13绘制图形：(

29、1)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。(2)绘制复数的相量图：3+2i、4.5-i和-1.5+5i。MATLAB程序如下：subplot(1,2,1);pie(7,17,23,19,5);title('饼图');legend('优秀','良好','中等','及格','不及格');subplot(1,2,2);compass(3+2i,4.5-i,-1.5+5i);title('相量图');程序执行结果如图3.15所示

30、。 图3.15 其他形式二维图形特殊二维绘图函数bar 绘制直方图polar 绘制极坐标图 stairs 绘制阶梯图 stem 绘制火柴杆图 pie 绘制饼图 comet 绘制彗星曲线errorbar 绘制误差棒图 compass 复数向量图(罗盘图) feather 复数向量投影图(羽毛图) quiver 向量场图 area 区域图rose 绘制统计扇形图 convhull 凸壳图 scatter 离散点图hist 绘制统计直方图例14，绘制阶梯曲线x=0:pi/20:2*pi;y=sin(x);stairs(x,y)例15：阶梯绘图h2=1 1;1 -1;h4=h2 h2;h2 -h2;h

31、8=h4 h4;h4 -h4;t=1:8;subplot(8,1,1);stairs(t,h8(1,:);axis('off')subplot(8,1,2);stairs(t,h8(2,:);axis('off')subplot(8,1,3);stairs(t,h8(3,:);axis('off')subplot(8,1,4);stairs(t,h8(4,:);axis('off')subplot(8,1,5);stairs(t,h8(5,:);axis('off')subplot(8,1,6);stairs(t,

32、h8(6,:);axis('off')subplot(8,1,7);stairs(t,h8(7,:);axis('off')subplot(8,1,8);stairs(t,h8(8,:);axis('off')h2=1 1;1 -1;h4=h2 h2;h2 -h2;h8=h4 h4;h4 -h4;t=1:8;for i=1:8subplot(8,1,i);stairs(t,h8(i,:)axis('off')end例16：绘制火柴杆绘图 t=0:0.2:2*pi; y=cos(t); stem(y)绘制直方图格式bar(y,opt

33、ion):以x=1,2,3为各个数据点的x 坐标,以y向量的各个对应元素为y坐标,画出一个垂直放置的二维直方图。bar(x,y,option):以向量x的各个对应元素为x 坐标,以y向量的各个对应元素为y坐标,画出一个垂直放置的二维直方图。option:线型和颜色绘制直方图格式bar(y,stck)：以x=1,2,3为各个数据点的x 坐标,以矩阵y的各个列向量的累加值为y坐标,画出1个垂直放置的、累加式的二维直方图bar(y,group)：以x=1,2,3为各个数据点的x 坐标,以矩阵y的各个列向量的累加值为y坐标,画出1个垂直放置的、分组式的二维直方图。 xdata,ydata=bar(x,y):直方图数据的记忆。例17绘制直方图例子y1=15,35,10,20,20;y2=15,35,10;20,20,15;10,15,30;subplot(2,2,1)bar(y1)title('单个直方图')subplot(2,2,2)bar(y2)title('累加直方图')subplot(2,1,2)bar(y2)title('分组直方图')绘制水平放置的直方图格式barh(y,option)barh(x,y,option)barh(y,stck)：