matlab中使用plot画图.docx

5.1 二维平面图形5.1.1 根本图形函数plot 是绘制二维图形的最根本函数，它是针对向量或矩阵的列来绘制曲线的。也就是说，使用 plot 函数之前，必需首先定义好曲线上每一点的 x 及 y 坐标，常用格式为：（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，就由 n 条曲线。（2） plot(x,y) 以 x 元素为横坐标值，y 元素为纵坐标值绘制曲线。（3） plot(x,y1,x,y2,) 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。例 5.1.1 画出一条正弦曲线和一条余弦曲线。>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=sin(x);>> y2=cos(x);>> plot(x,y1,x,y2)10.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-101234567具体的特征字符说明如下：颜色颜色符号说明bblue 蓝色ggreen 绿色rred 红色ccayn 青色my kmagenta 品红yellow 黄色black 黑色wwhite 白色线型线型符号说明-实线:虚线-.点划线-双划线数据点标记数据点符号说明.o实心点空心圆圈x+叉子十字符号*s米字符号square 方块dvdiamond 菱形下三角<上三角左三角>右三角ppentagram 五角星hhexagram 六角星plot(x,y1,”k-.o”,x,y2,”k*:”)1.8.6.4.200.20.40.60.8-1012345670000-grid on(/off) 给当前图形标记添加取消网络xlable(string) 标记横坐标ylabel(string) 标记纵坐标title(string) 给图形添加标题text(x,y,string) 在图形的任意位置增加说明性文本信息gtext(string) 利用鼠标添加说明性文本信息axis(xmin xmax ymin ymax) 设置坐标轴的最小最大值>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=sin(x);>> y2=cos(x);>> plot(x,y1,x,y2)>> grid on>> xlabel(”independent variable X”)>> ylabel(”Dependent Variable Y1 & Y2”)>> title(”Sine and Cosine Curve”)>> text(1.5,0.3,”cos(x)”)>> gtext(”sin(x)”)>> axis(0 2*pi -0.9 0.9)Sine and Cosine Curvecos(x)sin(x)0123456independent variable X0.80.620.4Y&1YelbaairVtnednepeD0.20-0.2-0.4-0.6-0.85.1.3 图形的比较显示在一般默认的状况下， MATLAB 每次使用 plot 函数进展图形绘制，将重产生一个图形窗口。但有时期望后续的图形能够和前面所绘制的图形进展比较。一般来说有两种方法：一是承受 hold on(/off)命令，将产生的图形曲线叠加到已有的图形上；二是承受 subplot(m,n,k)函数，将图形窗口分隔成 n m× 个子图，并选择第 k 个子图作为当前图形，然后在同一个视图窗口中画出多个小图形。（1） 子窗口的序号按行由上往下，按列从左向右编号。（2） 假设不用指令 clf 去除，以后图形将被绘制在子图形窗口中。例 5.1.3 在同一窗口中绘制线段。见图 5.1.5>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=sin(x);>> y2=cos(x);>> y3=x;>> y4=log(x);>> plot(x,y1,x,y2)>> hold on>> plot(x,y3)>> plot(x,y4)>> hold off例 5.1.4 在多个窗口中绘制图形。见图 5.1.6>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=sin(x);>> y2=cos(x);>> y3=exp(x);>> y4=log(x);>> subplot(2,2,1);>> plot(x,y1);>> subplot(2,2,2);>> plot(x,y2);>> subplot(2,2,3);>> plot(x,y3);>> subplot(2,2,4);>> plot(x,y4);5.2 三维立体图形5.2.1 三维曲线图与二维图形相对应，MATLAB 供给了 plot3 函数，可以在三维空间中绘制三维曲线，它的格式类似于 plot，不过多了 z 方向的数据。plot3 的调用格式为：plot3(x1,y1,z1,x2,y2,z2,.)其中 x1,y1,z1,x2,y2,z2,等分别为维数一样的向量，分别存储着曲线的三个坐标值，该函数的使用方式和 plot 类似，也可以承受多种的颜色或线型见表 5.1.1来区分不同的数据组，只需在每组变量后面加上相关字符串即可实现该功能。 例 5.2.1 绘制方程 x=ty=sin(t) z=cos(t)在 t=0,2*pi上的空间方程。见图 5.2.1>> clf>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=sin(x);>> y2=cos(x);>> plot3(y1,y2,x,”m:p”)>> grid on>> xlabel(”Dependent Variable Y1”)>> ylabel(”Dependent Variable Y2”)>> zlabel(”Independent Variable X”)>> title(”Sine and Cosine Curve”)图 5.2.1 函数 plot 绘制的三维曲线图- 7 -5.2.2 三维曲面图假设要画一个三维的曲面，可以使用 mesh(X,Y,Z)或 surf(X,Y,Z)函数来实现。mesh 函数为数据点绘制网格线，图形中的每一个点和其四周的点用直线连接。surf函数和 mesh 的用法类似，但它可以画出着色外表图，图形中的每一个点与其相邻点以平面连接。为便利测试立体绘图， MATLAB 供给了一个 peaks 函数，它可以产生一个的高斯分布矩阵，其生成方程是N N ×z=3*(1-x).2.*exp(-(x.2)-(y+1).2)-10*(x/5-x.3-y.5).*exp(-x.2-y.2)-1/3*e xp(-(x+1).2-y.2)对应的图形是一个凹凸有致的曲面，包含了三个局部极大点及三个局部微小点。 下面使用 peaks 函数来比较一下 mesh 和 surf 的区分。例 5.2.2 分别用 mesh 函数和 surf 函数绘制高斯矩阵的曲面。>> z=peaks(40);>> mesh(z);>> surf(z);图 5.2.2 mesh 函数绘制的三维曲面图- 8 -图 5.2.3 surf 函数绘制的着色外表图在曲面绘图中，另一个常用的函数是 meshgrid 函数，其一般引用格式是：X, Y=meshgrid (x, y)其中 x 和 y 是向量，通过 meshgrid 函数就可将 x 和 y 指定的区域转换成为矩阵 X 和 Y。这样我们在绘图时就可以先用 meshgrid 函数产生在 x-y 平面上的二维的网格数据，再以一组 z 轴的数据对应到这个二维的网格，即可画出三维的曲面。例 5.2.3 绘制方程sin(x2+y2)(1/2)z = -(x2+y2)(1/2)在 x-7.5,7.5;y-7.5,7.5 的图形。>> 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)>> xlabel(”X 轴方向”)>> ylabel(”Y 轴方向”)>> zlabel(”Z 轴方向”) (见图 5.2.4)_(x2+y2)例 5.2.4 绘制由方程形成的立体图。见图 5.2.5 z=xe>> clear>> x=-2:0.1:2;y=x;>> X,Y=meshgrid(x,y);>> Z=X.*exp(-X.2-Y.2);- 9 ->> surf(X,Y,Z)图 5.2.4图 5.2.5- 10 -5.2.3 观看点MTALAB 允许用户设置观看点，其指令是： view(azimuth,elevation)其中方位角 azimuth 是观看点和坐标原点连线在 x-y 平面的投影和 y 轴负方向的夹角，仰角elevation 是观看点与坐标原点的连线和 x-y 平面的夹角。对于这两个角度， 三维图形的默认值分别是-37.5 和 30，二维图形的默认值是 0 和 90。例 5.2.5 从不同的角度观看高斯矩阵的曲面。>> z=peaks(40);>> subplot(2,2,1);>> mesh(z);>> subplot(2,2,2);>> mesh(z);>> view(-37.5,-30);>> subplot(2,2,3);>> mesh(z);>> view(180,0);>> subplot(2,2,4);>> mesh(z);>> view(0,90);图 5.2.6 对应不同观看点的三维曲面图5.3 其他图形函数除了 plot 绘图函数以外，在有些场合对绘制的曲线会有一些特别要求，这就要其他函数来实现，常用的几种函数如下见表 5.3.1- 11 -表 5.3.1 其他图形函数表函数含义loglog 使用对数坐标系绘图semilogx 横坐标为对数坐标轴，纵坐标为线性坐标轴semilogy 横坐标为线性坐标轴，纵坐标为对数坐标轴polar 绘制极坐标图fill 绘制实心图bar 绘制直方图pie 绘制饼图area 绘制面积图quiver 绘制向量场图stairs 绘制阶梯图sterm 绘制火柴杆图例 5.3.1>> x=0:pi/10:2*pi;>> y1=sin(x);>> subplot(2,2,1);>> plot(x,y1);>> subplot(2,2,2);>> bar(x,y1);>> subplot(2,2,3);>> fill(x,y1,”g”);>> subplot(2,2,4);>> stairs(x,y1,”k”);图 5.3.1 其他图形函数- 12 -5.3.1 直方图函数 bar(x)可以绘制直方图，这对统计或者数据采集格外直观有用。它共有四种形式：bar,bar3,barh 和 bar3h，其中 bar 和 bar3 分别用来绘制二维和三维竖直方图，barh 和 bar3h 分别用来绘制二维和三维水平直方图，调用格式是：bar(x,y) 其中 x 必需单调递增或递减，y 为 n m× 矩阵，可视化结果为 m 组，每组 n 个垂直柱，也就是把 y 的行画在一起，同一列的数据用一样的颜色表示； bar(x,y,width) 或 bar(y,width)指定每个直方条的宽度，如 width>1，则直方条会重叠，默认值为 width=0.8；bar(,grouped) 使同一组直方条紧紧靠在一起； bar(,stack) 把同一组数据描述在一个直方条上。例 5.3.2>> y=5 3 2 9;4 7 2 7;1 5 7 3;>> subplot(2,2,1),bar(y)>> x=5 9 11;>> subplot(2,2,2),bar3(x,y)>> subplot(2,2,3),bar(x,y,”grouped”)>> subplot(2,2,4),bar(rand(2,3),.75,”stack”)图 5.3.2 直方图5.3.2 面积图函数 area 用来绘制面积图，面积图在 plot 的根底上填充 x 轴和曲线之间的面积，该图用于查看某个数在该列全部数的总和中所占的比例。 例 5.3.3>> x=-3:3;>> y=3 2 5;6 1 8;7 4 9;6 3 7;8 2 9;4 2 9;3 1 7;>> area(x,y)- 13 -图 5.3.3 面积图5.3.3 饼图函数 pie 用来绘制饼图，它可以形象地表示出向量中各元素所占比例。其调用格式是：pie(x) x 中的元素通过 x/sum(x)进展归一化，以确定饼图中的份额； pie(x,explode) 向量 explode 和 x 元素数一样，用来指出需要分开的饼片， explode 中不为零的局部会被分开。图 5.3.4 饼图- 14 -例 5.3.4 设某班的某课程的考试成绩如下： 90 分以上有 32 人，81 至 90 有58 人，71至 80 分有 27 人，60 至 70 分为 21 人，60 分以下有 16 人，画出饼图。见图 5.3.4>> x=32 58 27 21 16;>> explode0=1 0 0 0 0;>> subplot(1,2,1)>> pie(x,explode0)>> explode1=0 0 0 0 1;>> subplot(1,2,2)>> pie(x,explode1)5.3.4 不同坐标系中的绘图Semilogx,semilogy,loglo,polar(theta,rho)的使用方法和 plot 完全类似，不同的只是绘制到不同的图形坐标上。函数 semilogx 绘制 x 轴为对数标度的图形，在半对数坐标系中绘图；函数 semilogy 绘制 y 轴为对数标度的图形；函数 loglog 绘制两个轴都为对数间隔的图形；函数 polar(theta,rho)绘制极坐标图形，其中 theta 为相角，rho 为其对应的半径。例 5.3.5 绘制 =acos(3),a=2 的图形。见图 5.3.5>> theta=-pi:pi/80:pi;>> polar(theta,2*cos(3*theta)图 5.3.5 极坐标图5.4 符号表达式绘图MATLAB 软件供给了将表达式进展图形显示的功能。完成此功能需调用 fplot函数和ezplot 函数。- 15 -函数 fplot 用来绘制数学函数，其调用格式为： fplot(fun,lims)其中 fun 就是所要绘制的函数，可以是定义函数的 M 文件名，也可以是以 x 为变量的可计算字符串。例如diric(x,10)或sin(x),cos(x)，对于向量 x 的每个元素，函数fun(x)必需返回一个行向量。假设 fun 返回f1(x),f2(x),f3(x)，输入x1;x2，就会返回矩阵f1(x1) f2(x1) f3(x1)f1(x2) f2(x2) f3(x2)lims=XMIN XMAX YMIN YMAX限定了 x,y 轴上的绘图空间。例 5.4.1>> subplot(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)图 5.4.1 fplot 函数绘制表达式图形ezplot 函数是简捷绘图指令之一，它无需数据预备，直接画出函数图形，根本调用格式为 ezplot(f)其中 f 是字符串或代表数学函数的符号表达式，只有一个符号变量，可以是 x， 缺省状况下x 轴的绘图区域为 2 , 2 ，但我们可以用 ezplot(f,xmin,xmax)或 ezp lot(f,xmin,xmax)来指定 x 的范围。例 5.4.2>> y=”x2”;>> subplot(1,2,1)- 16 ->> ezplot(y)>> subplot(1,2,2)>> y=”sin(x)”;>> ezplot(y,-pi,pi)图 5.4.2 ezplot 函数绘制表达式图形5.5 plot 函数MATLAB 对数据是按列存储和计算的，运用 plot(x)时，当 x 为一个向量时， 以其元素为纵坐标，其序号为横坐标值绘制曲线。当 x 为实矩阵时，则以其序号为横坐标，按列绘制每列元素相对于序号的曲线，当 x 为 n m× 矩阵时，就有 n 条曲线。假设 x,y 是同维向量，plot(x,y)指令以 x 元素为横坐标值， y 元素为纵坐标值绘制曲线。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。假设 x,y 是同维矩阵，则以 x,y 对应列元素为、纵坐标分别绘制曲线，数目等于矩阵的列数。例 5.5.1>> x=3 5 10 8;>> subplot(2,2,1)>> plot(x)>> x=3 5 10 8;7 2 9 4;2 7 2 7”;>> subplot(2,2,2)>> plot(x)>> x=3 5 6 8;>> y=1 5 10 4;- 17 ->> subplot(2,2,3)>> plot(x,y)>> x=1 3 5 7;2 4 6 8”;>> y=6 2 5 10;3 5 2 6”;>> subplot(2,2,4)>> plot(x,y,”k:*”)图 5.5.15.6 交互式图形指令ginput 是一个比较特别的图形指令，用作猎取图上数据，例如指令>>x,y=ginput(6) % 从图形上选取 6 个点此时，ginput 指令将把当前图形调入前台，同时间标变为十字叉，移动光标， 使穿插点落在目标点上，单击鼠标，即可获得该点数据。例 5.5.2>> fplot(”humps”,0 1)>> ginput(6) x =0.04490.18320.30070.38130.64170.8952- 18 -y = 7.456138.157996.345057.456110.964921.1988