MATLABSimulink教程-编程、计算与仿真（第2版）课件 chapter5 MATLAB科学绘图

第五章:MATLAB科学绘图MATLABGraphics主讲：薛定宇

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课

程

建设MATLAB科学运算与仿真第五章MATLAB科学绘图MATLABGraphics主讲：薛定宇东北大学信息学院MATLAB科学运算与仿真国家级一流本科课程建设第5章

MATLAB科学绘图由数据绘图、由公式绘图，更好地了解数据MATLABR2014b全新绘图体系早期版本的命令仍可使用，但建议采用新的命令本章主要内容简单二维图形绘制特殊二维图形MATLAB三维绘图隐函数绘制5.1简单二维图形绘制本节主要内容基于数据的绘图基于函数表达式的绘图参数方程曲线绘制双y轴曲线图形修饰与编辑图形数据的提取5.1.1基于数据的绘图通过实验或计算得出数据由数据绘图构造向量或矩阵直接绘图图形不是真正曲线，而是由坐标点构成的折线例5-1

显函数绘图数学函数生成数据并绘图图形似乎有误得出的是粗糙的折线如何检验？例5-2

选择密集的样本点数学表达式其中的项在点附近变步长绘图全程小步长绘图

plot函数的其他调用格式t

仍然是向量，y

是矩阵t

和y

都是矩阵，同维数多个向量（矩阵）对：带有选项使用句柄：绘图语句的选项选项表字符串组合，如另一种绘图参数绘图语句绘图参数名与参数值例5-3

分形树的绘制数学模型初值为[0,1]区间均匀分布的伪随机数用圆点绘图，不能连线分形树绘制数学模型MATLAB代码5.1.2基于函数表达式的绘图已知显式函数的数学表达式可以用匿名函数表示函数（点运算）利用符号表达式描述函数利用符号函数描述函数获得函数的句柄h直接绘图

默认绘图区间自定义绘图区间例5-4

重新绘制已知函数数学函数MATLAB绘制语句符号表达式匿名函数：注意点运算同时绘制多条曲线如果有多个函数句柄调用语句允许使用多个选项返回图形句柄例5-5

同时绘制两个函数原函数Taylor级数近似为如何比较Taylor函数在[-4,4]区间的逼近效果？MATLAB语句5.1.3参数方程曲线绘制参数方程的数学形式MATLAB绘制命令当然，也可以生成向量t，再生成x,y由plot函数绘制曲线例5-6Lissajous

曲线数学表达式MATLAB绘图绘图时自动选择t向量的步距得到图形后应该检验例5-7

绘制大范围Lissajous

曲线数学表达式默认参数下的图形绘制修正绘制参数Meshdensity参数，设置成大值，如3005.1.4

双y

轴曲线如果两条曲线差异过大，则可以绘制具有双y轴曲线早期版本可以使用yyplot函数新版本，可以采用yyaxisleft和yyaxisright单独设置坐标系，并在不同的坐标系下绘图

例5-8

双y轴坐标系曲线数学函数为什么需要绘制双y坐标系图形？双y

轴坐标系曲线绘制5.1.5图形修饰与编辑图形修饰命令图形修饰的菜单操作查看(V)绘图编辑工具栏坐标自带的工具LaLeX命令下标与上标gtext、text函数可以直接给出LaTeX命令5.1.6图形数据的提取MATLAB图形可以存入*.fig文件可以获得图形窗口和图形对象的句柄gcf：getcurrentfigure,获得当前窗口的句柄gca：getcurrentaxis,获得当前坐标轴的句柄gco：getcurrentobject,获得当前选中对象的句柄clf：清空当前图形窗口的内容选择感兴趣的曲线给出命令5.2特殊二维图形其他绘图命令除了plot还可以使用line函数，此外5.2.1极坐标极坐标定义正常极坐标广义极坐标：允许负值

r，坐标变换，得出极坐标曲线MATLAB函数早期版本例5-9

极坐标曲线数学公式极坐标函数的周期（理论值）极坐标曲线的绘制排除部分更大范围：实际周期6p例5-10

非周期极坐标函数数学函数MATLAB极坐标曲线绘制选择剔除负r

部分5.2.2离散数据的图形表示时间序列值已知绘制火柴杆图绘制阶梯图零阶保持器（zeroorderhold，ZOH ）例5-11

离散信号的图形表示数学函数采样周期T=0.1s生成向量，绘制火柴杆图绘制阶梯图5.2.3统计图形绘制已知一组离散数据数据分布区间(a,b)，等间距分为m个子区间落入第i个子区间的数据个数称为频度频度计算方法，k为频度结构体数据数值概率密度函数计算、绘图由数据绘制饼图例5-12

数据的统计分析令b=1，生成10000×1的Rayleigh分布伪随机数绘制概率密度函数的直方图例5-13

绘制频度的饼图同样的数据绘制饼图5.2.4填充图已知一组样本点绘制折线，再将两个点连起来构成封闭曲线，并填充内部例5-14

填充图Rayleigh分布的概率密度函数绘制面积为95%的填充图MATLAB实现5.2.5对数图绘制系统的Bode图已知系统的传递函数模型G(s)选择频率点计算系统的增益（复数向量）绘制图形：横坐标为频率w，对数坐标纵坐标分别为半对数坐标绘制：semilogx，semilogy函数全对数坐标绘制：loglog函数例5-15Bode图幅频特性传递函数模型选择频率向量绘制Bode幅频特性5.2.6动态轨迹绘制与动画制作已知数据的走行轨迹将plot函数替换成comet，即可以绘制轨迹已知质点的移动用循环的方式更新每个时刻的质点位置每步循环修正质点对象的Xdata和Ydata属性更新后调用drawnow命令，立即显示质点位置通过这样的方法生成动画例5-16

单个例子的运行轨迹数学表达式MATLAB生成运动轨迹与前面例子类似，生成样本点再用comet函数取代plot函数，生成质点运动轨迹例5-17Brown运动的动画演示Brown运动粒子个数n=30例子位置s为比例因子，增量满足标准正态分布MATLAB动画生成5.2.7图形窗口的分割用规范的方式分割图形窗口由菜单生成任意的坐标系Insert菜单例5-18Bode图绘制传递函数模型选择频率向量绘制Bode图，将图形窗口分为上下两个部分5.3MATLAB三维绘图两种三维图形三维曲线的绘制、三维曲面的绘制本节主要内容三维曲线三维参数方程的曲线绘制三维曲面视角设置二元参数方程的曲面绘制三维动画的制作与播放5.3.1三维曲线绘制三维空间质点的运动数学模型(参数方程)三维曲线基本绘制函数其他三维函数stem3,stairs3,fill3,bar3,comet3例5-19

三维空间曲线数学模型三维图形绘制生成数据绘制三维曲线5.3.2三维参数方程的曲线绘制参数方程数学模型数学模型的两种表示方法符号表达式匿名函数（点运算）绘制三维曲线例5-20

三维空间曲线数学模型三维图形绘制用符号表达式描述参数方程由匿名函数（点运算）描述参数方程图形绘制5.3.3三维曲面绘制二元函数由meshgrid函数生成x，y网格矩阵用点运算计算每个网格点处的函数中，得出z

矩阵绘制三维网格或曲面图已知函数的符号表达式或匿名函数表达式例5-21

二元函数曲面数学表达式生成数据并绘制曲面在允许的范围内生成网格数据计算函数值并绘图例5-22由表达式直接绘图数学表达式MATLAB绘图命令由匿名函数描述原函数再绘图5.3.4

视角设置视角定义方位角a俯角b唯一确定视角三视图俯视图view(0,90)主视图view(0,0)右侧视图view(90,0)例5-23

曲面的三视图数学表达式将图形窗口分成2行2列形式在不同的分区显示不同的视角5.3.5二元参数方程的曲面绘制二元参数方程的一般形式自变量的范围默认范围[-5,5]曲面绘制例5-24

Möbius带的曲面绘制数学表达式自变量范围曲面图形绘制5.3.6

三维动画的制作与播放由getframe(h)命令可以读取当前图形窗口的一帧图像其中，h

为当前窗口的句柄如果生成动画，则可以提取若干帧图像由这些帧图像可以构造视频由movie函数可以生成视频文件例5-25

时变的三维曲面

时变函数选择一系列t

值，由MATLAB绘制曲面动画视频制作方法由getframe函数叶可以提取一帧二维图像由VideoWriter函数可以打开视频文件由writeVideo函数可以向视频文件中写入一帧图像以Brown运动为例演示生成视频的方法例5-26

将Brown运动做成视频假设运动步数为200步，粒子个数仍为30MATLAB语句5.4

隐函数绘制隐函数不能用plot等底层函数绘制，需要使用特别的图形绘制函数本节介绍内容二维隐函数曲线绘制三维隐函数曲面绘制5.4.1二维隐函数曲线绘制二维隐函数的数学形式不能生成x向量，再由解方程方法得出y向量方程的解不一定唯一fplot函数只能绘制显函数曲线，不能处理隐函数隐函数的绘制方法由符号表达式或匿名函数描述隐函数调用fimplicit函数绘制隐函数调整MeshDensity等参数，使得隐函数曲线更精确例5-27隐函数曲线绘制隐函数的数学表达式自变量的变化范围隐函数绘制方法用符号表达式描述隐函数隐函数绘制（续）原曲线不光滑，有毛刺可以调整绘图参数，使得曲线更平滑设置MeshDensity参数用匿名函数描述隐函数——点运算例5-28