第五章 matlab数据显示及存取.ppt

Matlab 仿真及其应用主讲：陈孝敬E-mail:主要内容：主要内容：二二维和三维绘图；维和三维绘图；图形处理；图形处理；MATMAT文件应用；文件应用；文件文件I/OI/O；第第5 5章章 数据显示与存取数据显示与存取5.1 5.1 二维绘图二维绘图5.1.1 5.1.1 函数函数plot()plot()1.绘制单根二维曲线绘制单根二维曲线plot函数的基本调用格式为：函数的基本调用格式为：plot(x,y)其中其中x和和y为长度相同的向量，分别用于存储为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和坐标和y坐标数坐标数据。据。例例5-3 在在0 x2 区间内，绘制曲线区间内，绘制曲线 y=2e-0.5xcos(4x)x=0:pi/100:2*pi;y=2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);plot(x,y)例例5-1 用函数用函数plot绘制双向量绘制双向量x=0:0.1:10;y=sin(x)+2;plot(x,y)例例5-2 用函数用函数plot绘制双向量和矩阵绘制双向量和矩阵x=0:0.1:10;y=sin(x)+2;cos(x)+1;plot(x,y)例例5-4 5-4 绘制曲线。绘制曲线。程序如下：程序如下：t=0:0.1:2*pi;t=0:0.1:2*pi;x=t.*sin(3*t);x=t.*sin(3*t);y=t.*sin(t).*sin(t);y=t.*sin(t).*sin(t);plot(x,y);plot(x,y);2.plot2.plot函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数：函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数：plot(x)plot(x)在这种情况下，当在这种情况下，当x x是实向量时，以该向量元素的下标为横是实向量时，以该向量元素的下标为横坐标，元素值为纵坐标画出一条连续曲线，这实际上是绘坐标，元素值为纵坐标画出一条连续曲线，这实际上是绘制折线图。制折线图。例例5-5 5-5 用函数用函数plotplot（）绘制向量和矩阵。（）绘制向量和矩阵。t=1:0.1:10t=1:0.1:10a=0,1,2;2,3,4;5,6,7;a=0,1,2;2,3,4;5,6,7;y=sin(t);y=sin(t);plot(y)plot(y)，figurefigure，plotplot（a a）;3.plot(x,y,s)3.plot(x,y,s)参数参数x x和和y y的含义同的含义同plot(x,y)plot(x,y)中的相同，参数中的相同，参数s s请参见书请参见书P79P79表表5-15-1；例例5-6 5-6 用函数用函数plotplot（）绘制双向量，其中数据点选为菱形，（）绘制双向量，其中数据点选为菱形，连接曲线选为红色点划线表示。连接曲线选为红色点划线表示。x=0:0.5:20 x=0:0.5:20y=sin(x);y=sin(x);plot(x,y,plot(x,y,-.rd);-.rd);%plot(x,y,%plot(x,y,:.mx);:.mx);4 4含多个输入参数的含多个输入参数的plotplot函数函数调用格式为：调用格式为：plot(x1,y1,x2,y2,plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn),xn,yn)(1)(1)当输入参数都为向量时，当输入参数都为向量时，x1x1和和y1y1，x2x2和和y2y2，xnxn和和ynyn分别组成一组向量对，每一组向量对的长度可以不同。分别组成一组向量对，每一组向量对的长度可以不同。每一向量对可以绘制出一条曲线，这样可以在同一坐标每一向量对可以绘制出一条曲线，这样可以在同一坐标内绘制出多条曲线。内绘制出多条曲线。(2)当输入参数有矩阵形式时，配对的当输入参数有矩阵形式时，配对的x,y按对应列元素为横、按对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。例例5-7 分析下列程序绘制的曲线。分析下列程序绘制的曲线。x1=linspace(0,2*pi,100);x2=linspace(0,3*pi,100);x3=linspace(0,4*pi,100);y1=sin(x1);y2=1+sin(x2);y3=2+sin(x3);x=x1;x2;x3;y=y1;y2;y3;plot(x,y,x1,y1-1)5.1.2 5.1.2 函数函数fplot()fplot()功能：对函数自适应采样的绘图函数功能：对函数自适应采样的绘图函数fplot函数的调用格式为：函数的调用格式为：fplot(fname,lims,tol,选项选项)其中其中fname为函数名，以字符串形式出现，为函数名，以字符串形式出现，lims为为x,y的取值的取值范围，范围，tol为相对允许误差，其系统默认值为为相对允许误差，其系统默认值为2e-3。选项定。选项定义与义与plot函数相同。函数相同。例例5-9 用用fplot函数绘制函数绘制f(x)=cos(tan(x)的曲线。的曲线。x,y=fplot(cos(tan(pi*x),0,1,1e-4);size(x)fplot(cos(tan(pi*x),0,1,1e-4)例例5-8 用用fplot函数绘制函数绘制sin(x)的曲线。的曲线。x,y=fplot(sin,-pi pi,2e-4);size(x)fplot(sin,-pi pi,2e-4);Matlab提供了一个提供了一个ezplot函数绘制隐函数图形，下面介绍其函数绘制隐函数图形，下面介绍其用法。用法。(1)对于函数对于函数f=f(x)，ezplot函数的调用格式为：函数的调用格式为：ezplot(f)：在默认区间：在默认区间-2x2绘制绘制f=f(x)的图形。的图形。ezplot(f,a,b)：在区间：在区间axb绘制绘制f=f(x)的图形。的图形。(2)对于隐函数对于隐函数f=f(x,y)，ezplot函数的调用格式为：函数的调用格式为：ezplot(f)：在默认区间：在默认区间-2x2和和-2y2绘制绘制f(x,y)=0的的图形。图形。ezplot(f,xmin,xmax,ymin,ymax)：在区间：在区间xminxxmax和和yminyymax绘制绘制f(x,y)=0的图形。的图形。ezplot(f,a,b)：在区间：在区间axb和和ay b绘制绘制f(x,y)=0的图形。的图形。5.1.3 5.1.3 隐函数绘图隐函数绘图(3)对于参数方程对于参数方程x=x(t)和和y=y(t)，ezplot函数的调用格式为：函数的调用格式为：ezplot(x,y)：在默认区间：在默认区间0t2绘制绘制x=x(t)和和y=y(t)的图形。的图形。ezplot(x,y,tmin,tmax)：在区间：在区间tmin t tmax绘制绘制x=x(t)和和y=y(t)的图形。的图形。例例5-10 隐函数绘图应用举例。隐函数绘图应用举例。程序如下：程序如下：subplot(2,2,1);ezplot(x2+y2-9);axis equalsubplot(2,2,2);ezplot(x3+y3-5*x*y+1/5)subplot(2,2,3);ezplot(cos(tan(pi*x),0,1)subplot(2,2,4);ezplot(8*cos(t),4*sqrt(2)*sin(t),0,2*pi)5.2 5.2 三维绘图三维绘图plot3函数与函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为：函数用法十分相似，其调用格式为：plot3(x1,y1,z1,选项选项1,x2,y2,z2,选项选项2,xn,yn,zn,选项选项n)其中每一组其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和plot函数相同。当函数相同。当x,y,z是同维向量时，则是同维向量时，则x,y,z 对应元素构成对应元素构成一条三维曲线。当一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。5.2.15.2.1三维曲线三维曲线例例5-11 绘制三维曲线。绘制三维曲线。程序如下：程序如下：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3(x,y,z);title(Line in 3-D Space);xlabel(X);ylabel(Y);zlabel(Z);grid on;产生三维数据产生三维数据在在MATLAB中，利用中，利用meshgrid函数产生平面区域内的网格坐函数产生平面区域内的网格坐标矩阵。其格式为：标矩阵。其格式为：x=a:d1:b;y=c:d2:d;X,Y=meshgrid(x,y);语句执行后，矩阵语句执行后，矩阵X的每一行都是向量的每一行都是向量x，行数等于向量，行数等于向量y的的元素的个数，矩阵元素的个数，矩阵Y的每一列都是向量的每一列都是向量y，列数等于向量，列数等于向量x的的元素的个数。元素的个数。5.2.25.2.2三维曲面三维曲面绘制三维曲面的函数绘制三维曲面的函数surf函数和函数和mesh函数的调用格式为：函数的调用格式为：mesh(x,y,z,c)surf(x,y,z,c)一般情况下，一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。是维数相同的矩阵。x,y是网格坐标矩阵，是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色用于指定在不同高度下的颜色范围。范围。例例5-12 绘制三维曲面图绘制三维曲面图z=sin(x+sin(y)-x/10。程序如下：程序如下：x,y=meshgrid(0:0.25:4*pi);z=sin(x+sin(y)-x/10;mesh(x,y,z);axis(0 4*pi 0 4*pi-2.5 1);此外，还有带等高线的三维网格曲面函数此外，还有带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的和带底座的三维网格曲面函数三维网格曲面函数meshz。其用法与。其用法与mesh类似，不同的是类似，不同的是meshc还在还在xy平面上绘制曲面在平面上绘制曲面在z轴方向的等高线，轴方向的等高线，meshz还还在在xy平面上绘制曲面的底座。平面上绘制曲面的底座。例例5-13 在在xy平面内选择区域平面内选择区域-8,8-8,8，绘制，绘制4种三维曲面种三维曲面图。图。程序如下：程序如下：x,y=meshgrid(-8:0.5:8);z=sin(sqrt(x.2+y.2)./sqrt(x.2+y.2+eps);subplot(2,2,1);mesh(x,y,z);title(mesh(x,y,z)subplot(2,2,2);meshc(x,y,z);title(meshc(x,y,z)subplot(2,2,3);meshz(x,y,z)title(meshz(x,y,z)subplot(2,2,4);surf(x,y,z);title(surf(x,y,z)标准三维曲面标准三维曲面sphere函数的调用格式为：函数的调用格式为：x,y,z=sphere(n)cylinder函数的调用格式为：函数的调用格式为：x,y,z=cylinder(R,n)Matlab还有一个还有一个peaks 函数，称为多峰函数，常用于三维曲函数，称为多峰函数，常用于三维曲面的演示。面的演示。例例5-14 绘制标准三维曲面图形。绘制标准三维曲面图形。程序如下：程序如下：t=0:pi/20:2*pi;x,y,z=cylinder(2+sin(t),30);subplot(2,2,1);surf(x,y,z);subplot(2,2,2);x,y,z=sphere;surf(x,y,z);subplot(2,1,2);x,y,z=peaks(30);surf(x,y,z);图形坐标和图形标题图形坐标和图形标题有关图形标注函数的调用格式为：有关图形标注函数的调用格式为：title(图形名称图形名称)xlabel(x轴说明轴说明)ylabel(y轴说明轴说明)zlabel(z轴说明轴说明)5.3 5.3 图形处理图形处理5.3.15.3.1图形标注图形标注例例5-15 在在0 x2 区间内，绘制曲线区间内，绘制曲线y1=2e-0.5x和和y2=cos(4x)，并给图形添加图形标注。，并给图形添加图形标注。程序如下：程序如下：x=0:pi/100:2*pi;y1=2*exp(-0.5*x);y2=cos(4*pi*x);plot(x,y1,x,y2)title(x from 0 to 2pi,fontsize,12,fontweight,bold);%加图形标题加图形标题xlabel(Variable X);%加加X轴说明轴说明ylabel(Variable Y,fontweight,bold);%加加Y轴说明轴说明文本标注和图列标注文本标注和图列标注text(x,y,图形说明图形说明)gtext(string1,string2,string3,.,);legend(图例图例1,图例图例2,)函数中的说明文字，除使用标准的函数中的说明文字，除使用标准的ASCII字符外，还可使用字符外，还可使用LaTeX格式的控制字符，这样就可以在图形上添加希腊字母、格式的控制字符，这样就可以在图形上添加希腊字母、数学符号及公式等内容。例如，数学符号及公式等内容。例如，text(0.3,0.5,sin(omegat+beta)将得到标注效果将得到标注效果sin(t+)。其中，其中，gtext可以用鼠标来选择标注的位置可以用鼠标来选择标注的位置例例5-16 在在0 x2 区间内，绘制曲线区间内，绘制曲线y1=2e-0.5x和和y2=cos(4x)，并给图形添加图形标注。，并给图形添加图形标注。程序如下：程序如下：x=0:pi/100:2*pi;y1=2*exp(-0.5*x);y2=cos(4*pi*x);plot(x,y1,x,y2)title(x from 0 to 2pi,fontsize,12,fontweight,bold);%加图形标题加图形标题xlabel(Variable X);%加加X轴说明轴说明ylabel(Variable Y,fontweight,bold);%加加Y轴说明轴说明text(0.8,1.5,曲线曲线y1=2e-0.5x);%在指定位置添加图形在指定位置添加图形说明说明text(2.5,1.1,曲线曲线y2=cos(4pix);legend(y1,y2)例例5-17 用函数用函数gtext()对图形进行文本标注对图形进行文本标注 x=1:0.1*pi:2*pi;y=sin(x);plot(x,y);gtext(y=sin(x),fontsize,12);例例5-18 5-18 用函数用函数plotplot（）绘制一离散点图，并标上每一个离（）绘制一离散点图，并标上每一个离散点的序号。散点的序号。is=1:20;is=1:20;zzz=is;zzz=is;figure,plot(is,zzz,.);figure,plot(is,zzz,.);text(is+.01,zzz,num2cell(1:20);text(is+.01,zzz,num2cell(1:20);例例5-195-19 画一椭圆画一椭圆 th=0:pi/50:2*pi;th=0:pi/50:2*pi;a=0.5:.5:4.5;a=0.5:.5:4.5;x=cos(th)*a;x=cos(th)*a;y=sin(th)*sqrt(25-a.2);y=sin(th)*sqrt(25-a.2);plot(x,y),axis(equal),xlabel(x),ylabel(y)plot(x,y),axis(equal),xlabel(x),ylabel(y)title(A set of Ellipses);title(A set of Ellipses);axis函数的调用格式为：函数的调用格式为：axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax)axis函数功能丰富，常用的格式还有：函数功能丰富，常用的格式还有：axis equal：纵、横坐标轴采用等长刻度。：纵、横坐标轴采用等长刻度。axis square：产生正方形坐标系：产生正方形坐标系(缺省为矩形缺省为矩形)。axis auto：使用缺省设置。：使用缺省设置。axis off：取消坐标轴。：取消坐标轴。axis on：显示坐标轴。：显示坐标轴。5.3.25.3.2 坐标控制坐标控制给坐标加网格线用给坐标加网格线用grid命令来控制。命令来控制。grid on/off命令控制是画命令控制是画还是不画网格线，不带参数的还是不画网格线，不带参数的grid命令在两种状态之间进行命令在两种状态之间进行切换。切换。给坐标加边框用给坐标加边框用box命令来控制。命令来控制。box on/off命令控制是加还命令控制是加还是不加边框线，不带参数的是不加边框线，不带参数的box命令在两种状态之间进行切命令在两种状态之间进行切换。换。例例5-20 在同一坐标中，可以绘制在同一坐标中，可以绘制3个同心圆，并加坐标控制。个同心圆，并加坐标控制。程序如下：程序如下：t=0:0.01:2*pi;x=exp(i*t);y=x;2*x;3*x;plot(y)grid on;%加网格线加网格线box on;%加坐标边框加坐标边框axis equal%坐标轴采用等刻度坐标轴采用等刻度可用可用ginput函数读取二维图形的数据函数读取二维图形的数据例例5-21 用函数用函数ginput读取二维图形的数据读取二维图形的数据 x=-pi:pi/20:pi;plot(x,cos(x);x,y=ginput(1);Error=y-cos(x);5.3.35.3.3 图形数据取点图形数据取点hold on/off命令控制是保持原有图形还是刷新原有图形，不命令控制是保持原有图形还是刷新原有图形，不带参数的带参数的hold命令在两种状态之间进行切换。命令在两种状态之间进行切换。例例5-22 采用图形保持，在同一坐标内绘制曲线采用图形保持，在同一坐标内绘制曲线y1=0.2e-0.5xcos(4x)和和y2=2e-0.5xcos(x)。程序如下：程序如下：x=0:pi/100:2*pi;y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);plot(x,y1)hold ony2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);plot(x,y2);hold off5.3.35.3.3 字图和图形保持字图和图形保持 图形窗口的分割图形窗口的分割subplot函数的调用格式为：函数的调用格式为：subplot(m,n,p)该函数将当前图形窗口分成该函数将当前图形窗口分成mn个绘图区，即每行个绘图区，即每行n个，共个，共m行，区号按行优先编号，且选定第行，区号按行优先编号，且选定第p个区为当前活动区。在个区为当前活动区。在每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。x=-pi:pi/20:pi;subplot(2,2,1);plot(x,cos(x);title(First:cos);subplot(2,2,2);plot(x,sin(x);title(First:sin);x=-pi:pi/20:pi;Subplot(2,2,3);plot(x,floor(x);title(Third:floor);subplot(2,2,4);plot(x,round(x);title(Fouth:round);例例5-23 在一个图形上绘制大小的字图在一个图形上绘制大小的字图Matlab 在图形窗口中提供了可视化的图形编辑工具，利用图在图形窗口中提供了可视化的图形编辑工具，利用图形窗口菜单栏或工具栏中的有关命令可以完成对窗口中各种形窗口菜单栏或工具栏中的有关命令可以完成对窗口中各种图形对象的编辑处理。图形对象的编辑处理。在图形窗口上有一个菜单栏和工具栏。菜单栏包含在图形窗口上有一个菜单栏和工具栏。菜单栏包含File、Edit、View、Insert、Tools、Window和和Help共共7个菜单项，个菜单项，工具栏包含工具栏包含11个命令按钮。个命令按钮。5.3.45.3.4 图形的可视化编辑图形的可视化编辑5.4 MAT5.4 MAT文件应用文件应用扩展名是扩展名是.mat 可借助命令可借助命令save 和和load实现读写实现读写例例5-24 用命令用命令save和和load实现实现Matlab对数据的读写对数据的读写程序如下：程序如下：clearclcx=-pi:pi/3:pi;y=cos(x);save mydatafile x,y;clearload mydatafilez=y;5.5 5.5 文件文件I/OI/O5.5.15.5.1 打开和关闭文件打开和关闭文件matlabmatlab文件输入、输出（文件输入、输出（I/OI/O）函数允许把其它格式的数据文件直）函数允许把其它格式的数据文件直接读进接读进matlabmatlab，它是以，它是以c c语言文件语言文件I/OI/O函数为基础的。函数为基础的。打开和关闭文件（打开和关闭文件（fopen,fclose)fopen,fclose)格式：格式：fid=fopen(fid=fopen(数据文件数据文件，r r)r r 读读w w 写写a a 附加附加rtrt 读写读写关闭文件关闭文件:status=fclose(fid);:status=fclose(fid);例例5-25 在某文件不存在的情况下，用函数在某文件不存在的情况下，用函数fopen按只读方式按只读方式打开文件打开文件fid,message=fopen(test.dat,r);例例5-26 在某文件存在的情况下，用函数在某文件存在的情况下，用函数fopen按只读方式打按只读方式打开文件开文件,打开后关闭打开后关闭fid,message=fopen(1.dat,w);fid,message=fopen(1.dat,r);stastus=fclose(all);5.5.25.5.2 存取二进制文件存取二进制文件用用fopenfopen打开文件后，可打开文件后，可freadfread和和fwritefwrite对二进制文件进行读写对二进制文件进行读写例例5-27 读取已存在文件读取已存在文件aa.m的内容的内容fid=fopen(aa.m,r);data=fread(fid);disp(char(data);例例5-28 读取文件读取文件aa.m的部分内容的部分内容fid=fopen(aa.m,r);data1=fread(fid,4);data2=fread(fid,3,2);disp(char(data1);disp(char(data2);例例5-29 将矩阵写入文件将矩阵写入文件1.txtclear clca=1,2,3;4,5,6;fid=fopen(1.txt,w);count=fwrite(fid,a,int32);closestatus=fclose(fid)clearclcfid=fopen(1.txt,r);a=fread(fid,2 3,int32);5.5.3 5.5.3 存取文本文件存取文本文件对于文本文件，可对于文本文件，可fgetl,fgetsfgetl,fgets和和fscanffscanf对二进制文件进行读取对二进制文件进行读取,其中，其中，fgetlfgetl会舍弃换行符，则会舍弃换行符，则fgetsfgets保留换行符保留换行符,而而fscanffscanf将输入的文件看作是一个输入流将输入的文件看作是一个输入流例例5-30 读取已存在文件读取已存在文件aa.m的内容的内容fid=fopen(aa.m,r);data1=fgetl(fid);data2=fgets(fid);disp(data1);disp(data2);例例5-31 用函数用函数fscanf()进行精确读取某已存在的文本进行精确读取某已存在的文本 fid=fopen(1.text,r);title=fscanf(fid,%s);status=fclose(fid);fid=fopen(1.text,r);title=fscanf(fid,%f);status=fclose(fid);fid=fopen(1.text,r);title=fscanf(fid,%f,2,4);status=fclose(fid);fwrite,fwrite,作用将数据换成制定字符串格式，并写入文本文件中。作用将数据换成制定字符串格式，并写入文本文件中。例例5-31 用函数用函数fprintf()将数据写入文件将数据写入文件 clearclca=1:10;b=a;sqrt(a);fid=fopen(1.txt,w);fprintf(fid,table of sqare root:n);fprintf(fid,%2.0f%6.4fn,b);fclose(fid);Cleartype 15.5.4 5.5.4 文件内的位置控制文件内的位置控制函数函数feof()用于测试指针是否在文件的结束位置，如果是用于测试指针是否在文件的结束位置，如果是返回返回1，否则返回，否则返回0函数函数fseek()用于设定指针位置用于设定指针位置函数函数ftell()用于返回现在的位置指针用于返回现在的位置指针函数函数frewind()用于将指针返回到文件开始用于将指针返回到文件开始例例5-32 用上述函数控制文件指针用上述函数控制文件指针 a=1:6;fid=fopen(six.bin,w);fwrite(fid,a,short);fclose(fid);fid=fopen(six.bin,r);six=fread(fid,3);eof=feof(fid);frewind(fid);status=fseek(fid,2,0);position=ftell(fid);posresult=eof status position;fclose(all);