ATLAB应用基础第三章1MATLAB的图形功能

1、.第3章 MATLAB的图形功能MATLAB可以给计算数据以二维、三维的图形表现。通过对图形线型、色彩、光线、视角等的指定和处理，可把计算数据的特征更好地表现出来。在MATLAB中有两个层次的绘图命令：高层与底层绘图命令。高层命令简单实用，底层命令有更强、更灵活的控制和表现图形的能力。本章将先后介绍上述两类绘图命令。但重点介绍高层绘图命令。3.1 二维图形3.1.1 基本二维绘图命令 plot1、调用格式格式1：plot(x,y)功能：(1)若x，y为同规模的向量，则绘制以x为横坐标、y为纵坐标的一条曲线。例如：x=0:0.02:6; y=1./(x-0.3).2+0.01)+1./(x-0.

2、9).2+0.04)-6;plot(x,y) 运行结果如下图所示：(2)若x为向量、y是二维数组，则绘制以x为横坐标、y的每一列为纵坐标的多条曲线。例如：x=0:0.02:6;y=sin(x);cos(x)'plot(x,y) 运行结果如下图所示：(3)若x，y均为二维数组(必须相同规模)，则绘制以它们的对应列为横、纵坐标的多条曲线。例如：x=0:0.02:6;0:0.02:6;y=sqrt(x(1,:);exp(-x(2,:);plot(x.',y.') 运行结果如下图所示：注意:在绘图时，以上x或y中的虚部将被忽略。例如：x = 0:0.2:10*pi;y = sq

3、rt(sin(x);plot(x,y) 运行结果如下图所示：格式2：plot(y)功能：(1)若y为向量，其元素为实数，则绘制以其下标为横坐标、以y为纵坐标的图形，即相当于plot(1:length(y),y)。例如：x=0:0.02:6;y=1./(x0.3).2+0.01)+1./(x0.9).2+0.04)-6;plot(y)运行结果如下图所示：(1)若y为复数向量，则绘制以其实部为横坐标，以其虚部系数为纵坐标的图形，即相当于plot(real(y),imag(y)。例如：x = 0:0.2:2*pi;y = sqrt(sin(x)plot(y) 运行结果如下图所示： y = Colum

4、ns 1 through 4 0 0.4457 0.6240 0.7514 Columns 5 through 8 0.8470 0.9173 0.9654 0.9927 Columns 9 through 12 0.9998 0.9868 0.9536 0.8992 Columns 13 through 16 0.8219 0.7180 0.5788 0.3757 Columns 17 through 20 0+0.2416i 0+0.5055i 0+0.6652i 0+0.7822i Columns 21 through 24 0+0.8699i 0+0.9336i 0+0.9755i 0

5、+0.9968i Columns 25 through 28 0+0.9981i 0+0.9792i 0+0.9399i 0+0.8791i Columns 29 through 32 0+0.7945i 0+0.6816i 0+0.5286i 0+0.2883i (3)若是按y绘制曲线，曲线条线等于y的列数。例如：x = 0:0.2:10*pi;y = sin(x);cos(x)'plot(y) 运行结果如下图所示： 格式3：plot (x1,y1,x2,y2,)功能：分别以(x1，y1)为二元组，(x2，y2)为二元组，按照plot(x,y)命令规则，绘出各组图形。如：x = 0:

6、0.02:2*pi;y = sin(x); z = cos(x);plot(x,y,x,z) 运行结果如下图所示：格式4：(指定曲线线型、颜色和标记的)plot (x,s)plot (x,y,s)plot (x1,y1,s1,x2,y2,s2)其中s为一字符串，用于指定绘图时的曲线线型、曲线颜色和线的标记。曲线线型： （实线, 缺省设置）: （虚线）. （点划线） （双划线）例如：x = 0:0.02:2*pi;y = sin(x); z = cos(x);plot(x,y,':',x,z,'-.')运行结果如下图所示 曲线颜色yyellow（黄色）mmagen

7、ta（品红）ccyan（青）天兰rred（红）ggreen（绿）bblue（兰）wwhite（白）kblack（黑）例如：x = 0:0.02:2*pi;y = sin(x); z = cos(x);plot(x,y,'c',x,z,'r')运行结果如下图所示：曲线标记·point（点）Xx-mark（叉号）Ocircle（园字母O）+plus（加号）*star（星号）s square（方块）ddiamond（点）vtriangle(down)（下三角）triangle(up)（上三角）<triangle(left)（左三角）>triang

8、le(right)（右三角）ppentagram（空心五角星）hhexagram（空心六角星）x = 0:0.2:2*pi;y1 = sin(x); y2 = cos(x); y3 = sqrt(x);hold onplot(x,y1,'.')plot(x,y2,'s')plot(x,y3,'') 运行结果如下图所示： 实际上，可以同时指定曲线的颜色、标记和线型。例如：x = 0:0.2:2*pi;y1 = sin(x); y2 = cos(x);y3 = sqrt(x);hold onplot(x,y1,'bp-')plot(x

9、,y2,'rh-')plot(x,y3,'g') 运行结果如下图所示： 3.1.2 坐标网格、标注和图例说明1、坐标网格grid on 在当前图中加网格线grind off 去掉当前图中的网络线2、标注title（字符串） 功能： 当前坐标系顶部加标题xlabel （字符串）功能： 当前坐标系x轴旁加标题(下方)ylabel （字符串） 功能： 当前坐标系y轴旁加标题(左侧)text （x,y,字符串）功能： 当前坐标系指定位置处加文本gtext （字符串） 功能： 在鼠标单击处加文本3、图例说明legend（字符串1，字符串2，）功能：在当前图形内建立一图例说

10、明框，框内显示各字符串。并且图形的曲线与字符串依次对应，可用鼠标拖动图例框改变其位置。legend off 功能： 删掉图例说明框例如:x=linspace(0,2*pi);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,'b:',x,z,'m+')xlabel('变量X')ylabel('函数Y、Z')title('正弦与余弦曲线')grid ontext(3.3,0.1,'sin(x)')%gtext('cos x') 本命令要用鼠标,在Notebook中不能用legend

11、('sin(x)','cos(x)') 运行结果如下图所示：3.1.3 坐标轴的形式和刻度在缺省状态下，坐标轴自动显示、自动刻度、且为笛卡儿直角坐标系。MATLAB中有以下对坐标轴操作的命令：axis(Xmin,Xmax,Ymin,Ymax)功能: 设定坐标范围v = axis 功能: 获取当前坐标范围，存入v中(v为行向量 Xmin,Xmax,Ymin,Ymax)axis('auto') 功能: 恢复缺省坐标设置axis('xy') 功能: 使用笛卡儿坐标轴（即缺省）jiaxis('ij') 功能: 使用矩阵坐标

12、轴（ ）axis(square) 功能: 显示矩形坐标框axis(equal) 功能: 使各坐标轴刻度增量相同axis(normal) 功能: 使以上两个命令失效axis(off) 功能: 隐去坐标轴axis(on) 功能: 显示坐标轴s1,s2,s3 = axis(state)返回当前坐标轴的属性：s1：anto 自动刻度 manual 人工刻度s2：on 显示坐标轴 off 隐去坐标轴s3：xy 笛卡儿坐标轴 ij 矩阵坐标轴例如:x=linspace(0,2*pi);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,'b:',x,z,'k-')axis

13、('off')grid offxlabel('变量X')ylabel('函数Y、Z')title('正弦与余弦曲线')text(2.5,0.7,'sin(x)')text(4.8,0.7,'cos(x)')legend('sin(x)','cos(x)')运行结果如下图所示：3.1.4图形窗口操作1、创建图形窗口figure功能： 创建一个新的图形窗口。在第一个绘图命令运行后，将自动创建名为Figure No.1的图形窗口，后续的绘图命令均是在该窗口中作用的。figu

14、re命令，将顺序地创建Figure No.2、Figure No.3、等图形窗口，但是，如若Figure No.1不存在，则创建该窗口。2、创建或选择第n个图形窗口figure(n)功能：选择第n个图形窗口为当前窗口，若该窗口不存在，则创建它。3、子坐标系统在同一图形窗口中，可以创建n个子坐标系统，并指定其中之一为当前坐标系统。subplot(m,n,p)将当前窗口划分为m×n个子坐标系统，并选择其中第p个坐系统为当前坐标系统。各子坐标系统按行排序，编号分别为1，2，m×n。特别地subplot(1,1,1)将删除所有子坐标系统而生成一个占满窗口的坐标系统。例如:x=lin

15、space(0,2*pi,30);y=sin(x);z=cos(x);a=2*sin(x).*cos(x);b=sin(x)./(cos(x)+eps);subplot(2,2,1)plot(x,y)axis(0,2*pi,-1,1)title('sin(x)')subplot(2,2,2)plot(x,z)axis(0,2*pi,-1,1)title('cos(x)')subplot(2,2,3)plot(x,a)axis(0,2*pi,-1,1)title('2sin(x)cos(x)')subplot(2,2,4)plot(x,b)axis

16、(0,2*pi,-20,20)title('sin(x)/cos(x)') 运行结果如下图所示：4、图形重叠绘制hold on功能:保留当前图形及其坐标轴，允许后续图形附加到原图上。hold off功能:其后的绘图命令将抹掉原图而重新绘制(缺省设置）hold功能:on与off的状态切换5、图形缩放zoom on功能:使当前图形窗口的图形可放缩。在此状态下，单击右键放大，单击右键缩小，直至恢复原大小。或者拖动出一个矩形框而放大。注意：本命令与legend 命令均可拖动鼠标，应互斥使用。zoom off功能: 关闭放缩状态zoom功能: 切换on与off状态3.1.5其它二维图形命

17、令1、坐标轴刻度改变后的绘图命令（用法与plot同）loglog(x,y) 功能:x,y轴均采用对数刻度绘制图形semilogx(x,y) 功能:仅x轴采用对数刻度，y轴仍采用线性刻度semilogy(x,y)功能:仅y轴采用对数刻度，x轴仍采用线性刻度2、特殊图形绘制命令bar(x,y)功能: 绘制条状图例如：x=-2.9:0.2:2.9;y=exp(-x.*x);bar(x,y);title('Bar chart of a Bell curve'); 运行结果如下图所示： stairs(x,y) 功能: 绘制阶梯状图例如：x=-2.9:0.2:2.9;y=exp(-x.*x

18、);stairs(x,y);title('Stairs chart of a Bell curve'); 运行结果如下图所示： stem(x,y) 功能: 绘制火柴杆状图例如：x=0:0.2:4*pi;y=exp(-0.3*x).*sin(x);stem(x,y);title('Stem plot'); 运行结果如下图所示：hist(x,y) 功能:绘制在y的每个分量附近x中的元素出现的频数直方图例如：x=-2.9:0.2:2.9;y=randn(5000,1);hist(y,x); %统计y所出现的频数图title('Histogram of rand

19、om data'); 运行结果如下图所示： errorbar(x,y,e) 功能: 函数y = f(x)在x各分量处的误差条状图例如：x=0:0.2:2*pi;y=sin(x);e=rand(size(x)/5; %随机误差值errorbar(x,y,e);title('Errorbar plot'); 运行结果如下图所示：3、极坐标下的曲线绘制polar(,)功能： 在的范围内的曲线图例如：t=0:0.1:8*pi;r=2*sin(t/2);polar(t,r);title('双心脏线'); 运行结果如下图所示：4、玫瑰图rose(v)功能： 在极坐标

20、中将0,2等分20份，以极轴表示v在不同分量处频率的扇形玫瑰图rose(v,n)功能： 将0,2等分n份，绘制v中元素在不同分量处频率的玫瑰图v=randn(100,1)*pi;rose(v);title('玫瑰图'); 运行结果如下图所示： 5、二维函数专用命令fplot(fname,lims,marker,tol)功能: 绘制fname所包含二维函数的曲线其中：fname 函数字符串向量lims 自变量取值区值，形为Xmin, Xmax或Xmin,Xmax,Ymin,Ymaxmarker 绘制曲线所用标记，缺省为 。可接受的标记还有： 、×、0、。tol 相对误差

21、上限，缺省为2*10 3. x的最大数为。marker和tol可以省略。x,y = fplot(fname,lims,)功能:将返回绘图时所用的向量x和相应y。如：fplot(sin(x),cos(x),0,4pi)fplot('tan(sin(x)-sin(tan(x)' , 0,4pi)fplot(sin(x),0,4pi,0)这种自适应绘图一般绘图质量较好，但速度稍慢。此外，ezplot(fname,lims)也有类似功能。6、拓扑关系绘图命令gplot(A,xy,lc)其中:A为一个图G的邻接矩阵，即若a(i,j)非0，则从结点i到结点j有一条边，但A未必为方阵。xy为

22、一个n×2的矩阵，表示各结点的位置。即xy(i,:) = x(i),y(i)lc为线型和颜色，缺省为r，其指明方式与plot命令相同。例如:a=0,1,0,1,0; 1,0,0,0,1; 0,0,0,0,1; 1,1,0,0,0; 0,1,1,0,0;xy=1,5;4,7.4;6,3.5;5,2;2,3;gplot(a,xy)text(1.1,5,'1')text(4,7.4,'2')text(5.9,3.6,'3')text(5.1,2.1,'4')text(2,2.8,'5') 运行结果如下图所示：

23、7、填充多边形命令fill(x,y,c)功能:填充由点(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)构成的多边形，其颜色由c指明。例如：x=1:5;y=0,-1,1,-1,0;fill(x,y,'r') 运行结果如下图所示： 8、区域填充命令area(x,y,'属性名1',属性值1,)功能:对x、y界定的区域填充，并对各属性设置对应属性值。例如：t=linspace(0,2*pi,14);x=sin(2*t);y=cos(2*t);area(x,y,'facecolor','r') 运行结果如下图所示：9、对比绘图命令plotyy

24、(x1,y1,x2,y2)功能:在同一坐标系中使用不同坐标绘制两个图形例如:x=-2*pi:pi/10:2*pi;y=sin(x);z=2*abs(cos(x);subplot(2,1,1)plot(x,y,x,z)title('按相同坐标刻度绘制两个图形')subplot(2,1,2)plotyy(x,y,x,z,'plot','semilogy')title('按不同坐标刻度绘制两个图形') 运行结果如下图所示： 10、带状图绘制命令ribbon(x,y,c)功能: 绘制三维带状图例如:x=-2*pi:pi/30:2*pi;y

25、=sin(x);ribbon(x,y,'b') 运行结果如下图所示： 在MATLAB中，还有一些其它二维绘图命令,如pie(饼图)、barh(二维水平条状图)等。即使这里介绍的命令，也有其它不同的形式，请大家自学。3.2.2曲面网线图和表面图1、曲面的彩色网线图如果已知n维的向量x和m维的向量y及相应的二元函数z = f(x,y)的离散值zij=f(xj,yi)（其中:I=1,2,m,j=1, 2,n），则绘制二元函数空间曲面网线图的基本步骤如下：1）生成网格结点矩阵X和Y：X,Y = meshgrid(x,y)其中：X为m×n的矩阵，其每一行都是x向量的复制，而Y也

26、为 m×n矩阵，其每列均为y向量的复制。2）由X，Y计算函数值矩阵Z3）使用命令mesh绘制曲面网线彩图mesh(X,Y,Z)绘制由X,Y,Z决定的网线图，图中以（Xij,Yij,Zij）作为结点，结点间互连，网线颜色随Z值大小而变化。mesh(x,y,Z)绘制由向量x,y和矩阵Z决定的网线图，网线结点为（xj,yi,Zij）。mesh(Z)绘制由（1:n,1:m,Z）决定的网线图。网线结点为（i,j,Zij）例如：x=-7.5:0.5:7.5;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);r=sqrt(X.2+Y.2)+eps;Z=sin(r)./r;mesh(X,Y,Z)title

27、('阔边帽网线图')运行结果如下：2、曲面彩色图形如果已知x和y，并已生成了网络点矩阵X,Y，以及函数值矩阵Z（方法与曲面网线图一样），则要绘制曲面彩色图形可使用如下命令：1）surf(X,Y,Z,C)其中：c指定表面色彩，缺省为c=Z，即按Z值（高度）填充各图块。2）surf(x,y,Z)3）surf(Z)例如：x=-7.5:0.5:7.5;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);r=sqrt(X.2+Y.2)+eps;Z=sin(r)./r;surf(X,Y,Z)title('阔边帽网线图')运行结果如下：3、平面等值线图如果已知x,y并已生成了网格点矩

28、阵X和Y，以及函数值矩阵Z（方法与曲面网线图一样），则要绘制以Z为高程值，以x,y为模纵坐标的平面等值线图，可使用如下命令：1）contour(X,Y,Z)2）contour(X,Y,Z,n)其中：n为等值线条数，缺省值为10。3）contour(X,Y,Z,v)以向量v中的值绘制相应等值线，等值线条线为length(v)。4）contour(Z)以Z下标为横纵坐标值绘等值线。5）contour(Z,n)6）contour(Z,v)7）C,H = contour()将Z值送入C中，并把每条等值线的图形句柄送入H，以便控制其线型、颜色、线宽等。例如：X,Y,Z=peaks;contour(X,Y

29、,Z)title('PEAKS函数的等值线图(1)')pausecontour(X,Y,Z,10)title('PEAKS函数的等值线图(2)')pausecontour(X,Y,Z,3 5 7 10)title('PEAKS函数的等值线图(3)')pausecontour(Z)title('PEAKS函数的等值线图(4)')pausecontour(Z,10)title('PEAKS函数的等值线图(5)')运行结果如下：4、三维等值线的绘制当网线矩阵X,Y已知，并已计算出相应函数值矩阵Z后，可使用下述命令绘制三维

30、等值线图：1）contour3(Z)2）contour3(Z,n)其中：n缺省为103）contour3(X,Y,Z)4）contour3(X,Y,Z,n)5）C,H = contour3()6）contour3(X,Y,Z,v)各项含义同contour命令。例如：z=peaks;contour3(z)pausecontour3(z,20)运行结果如下：5、二元函数的伪彩色图（等值线）即用颜色表示平面图表中二元函数值的大小（高度）、方法如下：1）首先指定颜色集pcolor(X,Y,Z)表示在由X,Y构造的平面上，用Z的元素确定相应小格子的颜色。pcolor(Z)表示在由Z的下标值构造的平面上，

31、用Z的元素确定相应小格子的颜色。2）使用命Shading令控制着色模式Shading flat |interp| faceted缺省为faceted，即着色网格并附加黑色网线。若为flat，无网线，且各网格颜色单一。若为interp，无网线，且各网格颜色通过相应4个顶点的颜色值进行双线性内插得出。3）使用hold on使以上设定一直保持例如：%内部函数例x,y,z=peaks(50);pcolor(x,y,z)shading interphold oncontour(x,y,z,10,'k')pauseshading flatcontour(x,y,z,10,'k

32、9;)pauseshading facetedcontour(x,y,z,10,'k')运行结果如下：例如：%外部数据文件例load d:matlabcaiz.txtzcontour(z)运行结果如下：6、其它相关命令1）与mesh命令相关的命令meshc()其中：参数()与mesh命令相同功能：绘制带等值线图的曲面网线图meshz()功能：绘制带引用平面的曲面网线图waterfall()功能：绘制瀑布式曲线图（不带平行y的曲线）例如：mesh(peaks);title('peaks函数的曲面网线图')pausemeshc(peaks);title('p

33、eaks函数带等值线的曲面网线图')pausemeshz(peaks);title('peaks函数带引用曲面的曲面网线图')pausewaterfall(peaks);title('peaks函数的瀑布式曲面网线图')运行结果如下：2）与surf命令相关的命令surfc() 其中：参数()与surf相同功能：绘制带等值线图的曲面网线图surfl()功能：绘制带光照效果的曲面彩色图。例如：surf(peaks);title('peaks函数的曲面网线图')pausesurfc(peaks);title('peaks函数带等值线的曲

34、面网线图')pausesurfl(peaks);title('peaks函数带光照效果的曲面网线图')运行结果如下：3）与contour命令相关的命令c = contourc()功能：计算各条等值线的xy坐标数据clabel(C)功能：对C矩阵所表示的等值线加标注clabel(C,v)功能：给向量v所指定的等值线加标注clabel(C,'manual')功能：在图中单击鼠标处加标注，直到按下回车键为止例如：z=peaks;contour(z)c=contourc(z);clabel(c)pausecontour(z,0,3,5,7)c=contourc(

35、z,0,3,5,7);clabel(c,0,3,5,7)pausecontour(z,1,4,7)clabel(c,'manual')运行结果如下：4）矢量场图（速度图）矢量场图主要用于描绘函数z = f(x,y)在点(x,y)处的梯度大小和方向。绘制矢量场图的方法如下：已知x,y向量，计算网格坐标矩阵X,Y = meshgrid(x,y)计算二元函数值矩阵ZZ = f(X,Y)计算每个Z值各矢量的大小和方向px,py = gradient(Z,dx,dy)其中： dx,dy是x,y方向上的计算步长，若步长为1，可省略。绘制矢量图quiver(x,y,px,py,s,'Lsc')或 quiver(X,Y,px,py,s,'lsc')其中：s缺省时为1，表示所画箭头大小，'lsc'为线型、颜色字符串，缺省为'y'。矢量场图常与等值线图连用，可收到更好的效果。5）消隐和透视MATLAB在同一坐标系中绘制多个三维图形时，缺省为消隐，即重叠部分只有最外侧可见。hidden on 功能：消隐hidden off 功能：透视6）切片图这是实现三元函数v = f(x,y,z)图形