第三章数据和函数的可视化精选文档.ppt

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1、第三章数据和函数的可视化本讲稿第一页，共八十五页教学内容：教学内容：二维绘图二维绘图 三维绘图三维绘图 图形窗功能图形窗功能第第三三章章数据和函数的可视化数据和函数的可视化本讲稿第二页，共八十五页3.1 3.1 二维图形绘制二维图形绘制3.1.1 3.1.1 二维绘图步骤二维绘图步骤设置线型和点型选定图形窗或者图形窗的绘图区域调用基本的绘图函数设置轴的区域刻度和格线图形注释：图名，轴名，图例，文字说明打印数据的准备本讲稿第三页，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数plotplot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：1

2、.plot(x)1.plot(x)当x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，这实际上是绘制折线图。本讲稿第四页，共八十五页本讲稿第五页，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数plotplot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：1.plot(x)1.plot(x)当x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，这实际上是绘制折线图。当输入参数是实矩阵时，则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线，曲线条数等于输入参数矩阵的列数。本讲稿第六页，共八十五页本讲稿第七页

3、，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数plotplot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：1.plot(x)1.plot(x)当x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，这实际上是绘制折线图。当输入参数是实矩阵时，则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线，曲线条数等于输入参数矩阵的列数。当输入参数是复数矩阵时，则按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线本讲稿第八页，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数plotplot函数的基本调用格式为：函数的基本调

4、用格式为：2.plot(x,y)2.plot(x,y)当x和y为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和y坐标数据。本讲稿第九页，共八十五页本讲稿第十页，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数plotplot函数的基本调用格式为：函数的基本调用格式为：2.plot(x,y)2.plot(x,y)当x和y为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和y坐标数据。当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制出多根不同颜色的曲线。曲线条数等于y矩阵的另一维数，x被作为这些曲线共同的横坐标。本讲稿第十一页，共八十五页本讲稿第十二页，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基

5、本二维绘图函数plotplot函数的基本调用格式为：函数的基本调用格式为：2.plot(x,y)2.plot(x,y)当x和y为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和y坐标数据。当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制出多根不同颜色的曲线。曲线条数等于y矩阵的另一维数，x被作为这些曲线共同的横坐标。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。本讲稿第十三页，共八十五页本讲稿第十四页，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数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：3.plot(

6、x1,y1,x2,y2,xn,yn)3.plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn)(1)当输入参数都为向量时，x1和y1，x2和y2，xn和yn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内绘制出多条曲线。(2)当输入参数有矩阵形式时，配对的x,y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。本讲稿第十五页，共八十五页例例: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);x1=linspace(0,2*pi,100);x2=linspace(0,3*pi,100);x2=li

7、nspace(0,3*pi,100);x3=linspace(0,4*pi,100);x3=linspace(0,4*pi,100);y1=sin(x1);y1=sin(x1);y2=1+sin(x2);y2=1+sin(x2);y3=2+sin(x3);y3=2+sin(x3);x=x1;x2;x3;x=x1;x2;x3;y=y1;y2;y3;y=y1;y2;y3;plot(x,y,x1,y1-1)plot(x,y,x1,y1-1)3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数本讲稿第十六页，共八十五页本讲稿第十七页，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函

8、数具有两个纵坐标标度的图具有两个纵坐标标度的图,调用格式为：调用格式为：4.plotyy(x1,y1,x2,y2)4.plotyy(x1,y1,x2,y2)其中x1,y1对应一条曲线，x2,y2对应另一条曲线。横坐标的标度相同，纵坐标有两个，左纵坐标用于x1,y1数据对，右纵坐标用于x2,y2数据对。本讲稿第十八页，共八十五页例例:用不同标度在同一坐标内绘制曲线用不同标度在同一坐标内绘制曲线y1=0.2ey1=0.2e0.5x0.5xcos(4x)cos(4x)和和y2=2ey2=2e-0.5x-0.5xcos(x)cos(x)。程序如下：程序如下：x=0:pi/100:2*pi;x=0:pi

9、/100:2*pi;y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);y2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);y2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);plotyy(x,y1,x,y2);plotyy(x,y1,x,y2);3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数本讲稿第十九页，共八十五页本讲稿第二十页，共八十五页3.1.2 3.1.2 基本二维绘图函数基本二维绘图函数设置曲线样式，设置曲线样式，plotplot函数中加绘图选项，其调用格式为：函数中加绘图选项，其调用格式

10、为：5.plot(x1,y1,5.plot(x1,y1,选项选项1,x2,y2,1,x2,y2,选项选项2,xn,yn,2,xn,yn,选项选项n)n)MATLAB MATLAB提供了一些绘图选项，用于确定所绘曲线的线型、提供了一些绘图选项，用于确定所绘曲线的线型、颜色和数据点标记符号，它们可以组合使用。例如，颜色和数据点标记符号，它们可以组合使用。例如，“b-.”b-.”表示蓝色点划线，表示蓝色点划线，“y:d”y:d”表示黄色虚线并用菱形符标表示黄色虚线并用菱形符标记数据点。当选项省略时，记数据点。当选项省略时，MATLABMATLAB规定，线型一律用实规定，线型一律用实线，颜色将根据曲线

11、的先后顺序依次。线，颜色将根据曲线的先后顺序依次。本讲稿第二十一页，共八十五页例：用不同的线型在同一坐标内绘图例：用不同的线型在同一坐标内绘图本讲稿第二十二页，共八十五页例：曲线色彩与线型，数据点型示例例：曲线色彩与线型，数据点型示例本讲稿第二十三页，共八十五页本讲稿第二十四页，共八十五页3.1.3 3.1.3 图形修饰与控制图形修饰与控制1.1.坐标控制坐标控制axisaxis函数的调用格式为：函数的调用格式为：axis(Xmin Xmax Ymin Ymax Zmin Zmax)axis(Xmin Xmax Ymin Ymax Zmin Zmax)axisaxis函数功能丰富，常用的格式还

12、有：函数功能丰富，常用的格式还有：axis equalaxis equal：纵、横坐标轴采用等长刻度。：纵、横坐标轴采用等长刻度。axis squareaxis 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 autoaxis auto：使用缺省设置。：使用缺省设置。axis offaxis off：取消坐标轴。：取消坐标轴。axis onaxis on：显示坐标轴。：显示坐标轴。本讲稿第二十五页，共八十五页例：程序如下例：程序如下:X=0:0.05:7;X=0:0.05:7;Y=sin(X);Y=sin(X);plot(X,Y)plot(X,Y)axis(

13、0 3*pi-2 2)axis(0 3*pi-2 2)axis(square)axis(square)3.1.3 3.1.3 图形修饰与控制图形修饰与控制本讲稿第二十六页，共八十五页本讲稿第二十七页，共八十五页本讲稿第二十八页，共八十五页本讲稿第二十九页，共八十五页3.1.3 3.1.3 图形修饰与控制图形修饰与控制2.2.图形标注图形标注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(title(图形名称图形名称)xlabel(xxlabel(x轴说明轴说明)ylabel(yylabel(y轴说明轴说明)text(x,y,text(x,y,图形说明图形说明)gtext

14、(gtext(字符串字符串)legend(legend(图例图例1,1,图例图例2,)2,)本讲稿第三十页，共八十五页 函数中的说明文字，除使用标准的ASCII字符外，还可使用格式的控制字符，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，text(0.3,0.5,sin(omegat+beta)将得到标注效果sin(t+)。3.1.3 3.1.3 图形修饰与控制图形修饰与控制本讲稿第三十一页，共八十五页例例:编辑一个编辑一个M M文件文件,画出画出SINSIN函数图形函数图形,图形上包括坐标轴标图形上包括坐标轴标题题,图形标题图形标题,并在曲线的过零点处做文字标示并在曲线的过零点

15、处做文字标示.本讲稿第三十二页，共八十五页例例:编辑一个编辑一个M M文件文件,画出画出SINSIN函数图形函数图形,图形上包括坐标轴标图形上包括坐标轴标题题,图形标题图形标题,并在曲线的过零点处做文字标示并在曲线的过零点处做文字标示.本讲稿第三十三页，共八十五页例例:编辑一个编辑一个M M文件文件,画出画出SINSIN函数图形函数图形,图形上包括坐标轴标图形上包括坐标轴标题题,图形标题图形标题,并在曲线的过零点处做文字标示并在曲线的过零点处做文字标示.本讲稿第三十四页，共八十五页本讲稿第三十五页，共八十五页本讲稿第三十六页，共八十五页例例:在同一坐标内，绘出两条函数曲线并有图例注释在同一坐标

16、内，绘出两条函数曲线并有图例注释本讲稿第三十七页，共八十五页例例:在在0 x20 x2 区间内，绘制曲线区间内，绘制曲线 y1=2ey1=2e-0.5x-0.5x和和y2=cos(4x)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：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);%加图形标题加图形标题xlabel(Variable X);%加加X X轴说明轴说明ylabel(Variable Y);%加加Y Y轴说明轴说明text(0.8,

17、1.5,曲线y1=2e-0.5x);%在指定位置添加图形说明在指定位置添加图形说明text(2.5,1.1,曲线y2=cos(4pix);legend(y1,y2)%加图例加图例本讲稿第三十八页，共八十五页本讲稿第三十九页，共八十五页3.1.3 3.1.3 图形修饰与控制图形修饰与控制3.3.图形保持图形保持 hold on/off命令控制是保持原有图形还是刷新原有图形，不带参数的hold命令在两种状态之间进行切换。本讲稿第四十页，共八十五页例：采用图形保持，在同一坐标内绘制曲线例：采用图形保持，在同一坐标内绘制曲线 y1=0.2y1=0.2e-0.5xe-0.5xcos(4x)cos(4x)

18、和和y2=2ey2=2e-0.5x-0.5xcos(x)cos(x)。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 off本讲稿第四十一页，共八十五页本讲稿第四十二页，共八十五页3.1.3 3.1.3 图形修饰与控制图形修饰与控制4.4.图形窗口的分割图形窗口的分割subplot函数的调用格式为：subplot(m,n,p)该函数将当前图形窗口分成mn个绘图区，即每行n个，共m行，区号按行优先编号，且选定第p个区为

19、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。本讲稿第四十三页，共八十五页例：把当前窗口分割成四个区域，绘制四条函数曲线例：把当前窗口分割成四个区域，绘制四条函数曲线本讲稿第四十四页，共八十五页本讲稿第四十五页，共八十五页例：窗口分割示例例：窗口分割示例本讲稿第四十六页，共八十五页例：窗口分割示例例：窗口分割示例本讲稿第四十七页，共八十五页3.1.3 3.1.3 图形修饰与控制图形修饰与控制5.5.图形控制图形控制给坐标加网格线用grid命令来控制。grid on/off命令控制是画还是不画网格线，不带参数的grid命令在两种状态之间进行切换。给坐标加边框用box命令来控制。box

20、 on/off命令控制是加还是不加边框线，不带参数的box命令在两种状态之间进行切换。本讲稿第四十八页，共八十五页例：在同一坐标中，可以绘制例：在同一坐标中，可以绘制3 3个同心圆，并加坐个同心圆，并加坐标控制。标控制。t=-pi:0.01:pi;x=sin(t);y=cos(t);plot(x,y,2*x,2*y,3*x,3*y)grid on;box on;axis equal本讲稿第四十九页，共八十五页特殊二维图形指令特殊二维图形指令填充的函数折（曲）线图（面域图）：填充的函数折（曲）线图（面域图）：area垂直的直方图：垂直的直方图：barh垂直的三维直方图：垂直的三维直方图：bar3

21、h慧星轨迹状的图形：慧星轨迹状的图形：comet误差棒图：误差棒图：errorbar符号函数二维曲线：符号函数二维曲线：ezplot沿沿X轴分布的复数向量图（羽毛图）：轴分布的复数向量图（羽毛图）：feather射线图：射线图：compass平面多边形填色平面多边形填色：fill 直方图：直方图：bar()三维直方图三维直方图bar3本讲稿第五十页，共八十五页特殊二维图形指令特殊二维图形指令向量的统计直方图：向量的统计直方图：hist带有标准的直方图：带有标准的直方图：pareto饼图：饼图：pie三维饼图：三维饼图：pie3矩阵矩阵折（曲）线图：折（曲）线图：plotmatrix带状图：带状

22、图：ribbon散点图（与相似散点图（与相似，但是只有数据点）：，但是只有数据点）：scatter火柴杆图：火柴杆图：stem 阶梯图：阶梯图：stairs数值函数二维曲线（泛函）绘图指令数值函数二维曲线（泛函）绘图指令fplot本讲稿第五十一页，共八十五页3.2.1 3.2.1 三维绘图步骤三维绘图步骤设置色图和明暗选定图形窗或者图形窗的绘图区域调用三维绘图函数添加灯光，设置视点设置坐标轴范围和标记打印数据的准备图形注释3.2 3.2 三维图形绘制三维图形绘制本讲稿第五十二页，共八十五页3.2.2 3.2.2 三维绘图三维绘图1.1.三维线条图三维线条图plot3plot3函数与函数与plo

23、tplot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,plot3(x1,y1,z1,选项选项1,x2,y2,z2,1,x2,y2,z2,选项选项2,xn,yn,zn,2,xn,yn,zn,选项选项n)n)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plot函数相同。当x,y,z是同维向量时，则x,y,z 对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。本讲稿第五十三页，共八十五页例：绘制三维曲线。例：绘制三维曲线。程序如下：程序如下：t=0:pi/100:20*pi;t

24、=0:pi/100:20*pi;x=sin(t);x=sin(t);y=cos(t);y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3(x,y,z);plot3(x,y,z);title(Line in 3-D Space);title(Line in 3-D Space);xlabel(X);ylabel(Y);zlabel(Z);xlabel(X);ylabel(Y);zlabel(Z);grid on;grid on;本讲稿第五十四页，共八十五页本讲稿第五十五页，共八十五页3.2.2 3.2.2 三维绘图三维绘图2.2.三维网格

25、图及曲面图三维网格图及曲面图产生三维数据产生三维数据 在MATLAB中，利用meshgrid函数产生平面区域内的网格坐标矩阵。其格式为：x=a:d1:b;y=c:d2:d;x=a:d1:b;y=c:d2:d;X,Y=meshgrid(x,y);X,Y=meshgrid(x,y);语句执行后，矩阵X的每一行都是向量x，行数等于向量y的元素的个数，矩阵Y的每一列都是向量y，列数等于向量x的元素的个数。本讲稿第五十六页，共八十五页本讲稿第五十七页，共八十五页本讲稿第五十八页，共八十五页3.2.2 3.2.2 三维绘图三维绘图2.2.三维网格图及曲面图三维网格图及曲面图产生三维数据产生三维数据 在MA

26、TLAB中，利用peaks函数创建X,Y,Z均为n*n阶的方阵数据。其格式为：X,Y,Z=peak(n)X,Y,Z=peak(n)语句执行后，矩阵X的每一列的元素都相同,每一行的元素都是在-3,3内的n等分;矩阵Y的每一行的元素都相同,每一列的元素都是在-3,3内的n等分;Z是X,Y的函数。本讲稿第五十九页，共八十五页本讲稿第六十页，共八十五页3.2.2 3.2.2 三维绘图三维绘图2.2.三维网格图及曲面图三维网格图及曲面图绘制三维图的函数绘制三维图的函数surf函数和mesh函数的调用格式为：mesh(x,y,z)surf(x,y,z)一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。x,y是网格坐

27、标矩阵，z是网格点上的高度矩阵。本讲稿第六十一页，共八十五页本讲稿第六十二页，共八十五页本讲稿第六十三页，共八十五页表表3-1 3-1 常用的三维面绘制函数常用的三维面绘制函数 3.2 3.2 三维图形绘制三维图形绘制本讲稿第六十四页，共八十五页本讲稿第六十五页，共八十五页本讲稿第六十六页，共八十五页本讲稿第六十七页，共八十五页3.2.3 3.2.3 图形修饰处理图形修饰处理1 1 视点处理视点处理 MATLAB提供了设置视点的函数view，其调用格式为：view(az,el)其中az为方位角，el为仰角，它们均以度为单位。系统缺省的视点定义为方位角-37.5,仰角30。本讲稿第六十八页，共八

28、十五页3.2.3 3.2.3 图形修饰处理图形修饰处理2 2 色彩处理色彩处理1颜色的向量表示 MATLAB除用字符表示颜色外，还可以用含有3个元素的向量表示颜色。向量元素在0,1范围取值，3个元素分别表示红、绿、蓝3种颜色的相对亮度，称为RGB三元组。2色图 色图(Color map)是MATLAB系统引入的概念。在MATLAB中，每个图形窗口只能有一个色图。色图是m3 的数值矩阵，它的每一行是RGB三元组。色图矩阵可以人为生成，也可以调用MATLAB提供的函数来定义色图矩阵。本讲稿第六十九页，共八十五页3三维表面图形的着色 三维表面图实际上就是在网格图的每一个网格片上涂上颜色。surf函数

29、用缺省的着色方式对网格片着色。除此之外，还可以用shading命令来改变着色方式。shading faceted命令将每个网格片用其高度对应的颜色进行着色，但网格线仍保留着，其颜色是黑色。这是系统的缺省着色方式。shading flat命令将每个网格片用同一个颜色进行着色，且网格线也用相应的颜色，从而使得图形表面显得更加光滑。shading interp命令在网格片内采用颜色插值处理，得出的表面图显得最光滑。本讲稿第七十页，共八十五页例 3种图形着色方式的效果展示。程序如下：x,y,z=sphere(20);colormap(copper);subplot(1,3,1);surf(x,y,z)

30、;axis equalsubplot(1,3,2);surf(x,y,z);shading flat;axis equalsubplot(1,3,3);surf(x,y,z);shading interp;axis equal本讲稿第七十一页，共八十五页本讲稿第七十二页，共八十五页3.2.3 3.2.3 图形修饰处理图形修饰处理3 光照处理 MATLAB提供了灯光设置的函数，其调用格式为light(Color,选项1,Style,选项2,Position,选项3)本讲稿第七十三页，共八十五页例 光照处理后的球面。程序如下：x,y,z=sphere(20);subplot(1,2,1);surf

31、(x,y,z);axis equal;light(Posi,0,1,1);shading interp;hold on;plot3(0,1,1,p);text(0,1,1,light);subplot(1,2,2);surf(x,y,z);axis equal;light(Posi,1,0,1);shading interp;hold on;plot3(1,0,1,p);text(1,0,1,light);本讲稿第七十四页，共八十五页本讲稿第七十五页，共八十五页 在在MATLABMATLAB中，统计分析图形很多，常见的有条形图、阶梯中，统计分析图形很多，常见的有条形图、阶梯图、杆图和填充图等：

32、图、杆图和填充图等：4.3.14.3.1条形图条形图 条形图主要是用于一定时域内比较不同数据集的结果。条形图主要是用于一定时域内比较不同数据集的结果。二维二维三维三维垂直垂直barbarbar3bar3水平水平barhbarhbar3hbar3hbar(x,y,bar(x,y,选项选项)3.3 3.3 特殊图形绘制特殊图形绘制本讲稿第七十六页，共八十五页本讲稿第七十七页，共八十五页本讲稿第七十八页，共八十五页本讲稿第七十九页，共八十五页本讲稿第八十页，共八十五页3.3.2 3.3.2 饼图饼图 饼图主要是用于显示数据元素在总体中所占的百分比。饼图主要是用于显示数据元素在总体中所占的百分比。pi

33、e(x,y,pie(x,y,选项选项)本讲稿第八十一页，共八十五页本讲稿第八十二页，共八十五页3.3 图形窗功能简介图形窗功能简介h=0.01;t=0:h:1;x=12*sin(2*pi*10*t+pi/4)+8*sin(2*pi*20*t)+5*cos(2*pi*40*t);X=fft(x);f=t/h;plot(f(1:floor(length(f)/2),abs(X(1:floor(length(f)/2)text(12,400,leftarrow10Hz)text(22,300,leftarrow20Hz)text(33,150,40Hzrightarrow)title(离散数据的FFT)本讲稿第八十三页，共八十五页函数曲线与频谱函数曲线与频谱本讲稿第八十四页，共八十五页图形编辑功能图形编辑功能编辑坐标轴属性编辑坐标轴属性编辑线条属性编辑线条属性编辑文本属性编辑文本属性编辑图面属性编辑图面属性本讲稿第八十五页，共八十五页