03-二维平面绘图(1).ppt

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1、MATLAB程序设计入门篇二维平面绘图张智星jangcs.nthu.edu.twhttp:/www.cs.nthu.edu.tw/jang清大资工系 多媒体检索实验室3-1基本的绘图指令nPlot:最基本的绘图指令n对x坐标及相对应的y坐标进行作图n范例3-1：plotxy01.mx=linspace(0,2*pi);%在0到2间，等分取100个点y=sin(x);%计算x的正弦函数值plot(x,y);%进行二维平面描点作图Plot基本绘图-1nlinspace(0,2*pi)产生从0到2且长度为100(默认值)的向量xny是对应的y坐标n只给定一个向量n该向量则对其索引值(Index)作图

2、nplot(y)和plot(1:length(y),y)会得到相同的结果Plot基本绘图-2(I)n一次画出多条曲线n将x及y坐标依次送入plot指令n范例3-2：plotxy02.mx=linspace(0,2*pi);%在0到2间，等分取100个点plot(x,sin(x),x,cos(x),x,sin(x)+cos(x);%进行多条曲线描点作图Plot基本绘图-2(II)Plot(x,sin(x),x,cos(x),x,sin(x)+cos(x);画出多条曲线时，会自动轮换曲线颜色 Plot基本绘图-3(I)n若要以不同的线标(Marker)来作图n范例3-3：plotxy03.mx=l

3、inspace(0,2*pi);%在0到2间，等分取100个点plot(x,sin(x),o,x,cos(x),x,x,sin(x)+cos(x),*);Plot基本绘图-3(II)Plot基本绘图-4(I)n只给定一个矩阵yn对矩阵y的每一个行向量(Column Vector)作图n范例3-4：plot04.my=peaks;%产生一个4949的矩阵plot(y);%对矩阵y的每一个行向量作图Plot基本绘图-4(II)npeaks指令产生一个4949的矩阵，代表二维函数的值nplot(y)直接画出49条直线n类似于从侧面观看peaks函数Plot基本绘图-5(I)nx和y都是矩阵nplot

4、(x,y)会取用y的每一个行向量和对应的x行向量作图n范例3-5：plotxy05.mx=peaks;y=x;%求矩阵x的转置矩阵xplot(x,y);%取用矩阵y的每一行向量，与对应矩阵x%的每一个行向量作图Plot基本绘图-5(II)提示n一般情况下，MATLAB将矩阵视为行向量的集合n对只能处理向量的函数(Ex:max、min、mean)n给定一个矩阵，函数会对矩阵的行向量一一进行处理或运算Plot基本绘图-6(I)n z是一个复数向量或矩阵nplot(z)将z的实部(即real(z)和虚部(即imag(z)当成x坐标和y坐标来作图，n其效果等于plot(real(z),imag(z)n

5、范例3-6：plotxy06.mx=randn(30);%产生3030的随机数(正规分布)矩阵z=eig(x);%计算x的固有值(或称特征值)plot(z,o)grid on%画出网格线Plot基本绘图-6(II)nx是一个3030的随机数矩阵nz则是x的固有值(Eigenvalue，或特征值)nz是复数向量，且每一个复数都和其共轭复数同时出现，因此画出的图是上下对称基本二维绘图指令指令说明Plotx轴和y轴均为线性刻度(Linear Scale)loglogx轴和y轴均为对数刻度(Logarithmic Scale)semilogxx轴为对数刻度，y轴为线性刻度semilogyx轴为线性刻度

6、，y轴为对数刻度plotyy画出两个刻度不同的y轴Plot基本绘图-7(I)nSemilogx指令n使x轴为对数刻度，对正弦函数作图n范例plotxy07.mx=linspace(0,8*pi);%在0到8间，等分取100个点semilogx(x,sin(x);%使x轴为对数刻度，并对其正弦函数作图Plot基本绘图-7(II)X轴为对数刻度Plot基本绘图-8(I)nplotyy指令n画出两个刻度不同的y轴n范例3-8：plotxy08.mx=linspace(0,2*pi);%在0到2间，等分取100个点y1=sin(x);y2=exp(-x);plotyy(x,y1,x,y2);%画出两个

7、刻度不同的y轴，分别是y1,y2Plot基本绘图-8(II)ny1的刻度是在左手边ny2的刻度是在右手边n两边的刻度不同Y1的刻度Y2的刻度3-2图形的控制nplot指令，可以接受一个控制字符串输入n用以控制曲线的颜色、格式及线标n使用语法plot(x,y,CLM)nC：曲线的颜色(Colors)nL：曲线的格式(Line Styles)nM：曲线所用的线标(Markers)图形控制范例-1(I)n用黑色点线画出正弦波n每一数据点画上一个小菱形n范例3-9：plotxy09.mx=0:0.5:4*pi;%x向量的起始与结束元素为0及4，%0.5为各元素相差值y=sin(x);plot(x,y,

8、k:diamond)%其中k代表黑色，：代表点%线，而diamond则指定菱形为曲%线的线标图形控制范例-1(II)plot指令的曲线颜色 Plot指令的曲线颜色字符串曲线颜色RGB值b蓝色(Blue)(0,0,1)c青蓝色(Cyan)(0,1,1)g绿色(Green)(0,1,0)k黑色(Black)(0,0,0)m紫黑色(Magenta)(1,0,1)r红色(Red)(1,0,0)w白色(1,1,1)y黄色(Yellow)(1,1,0)plot指令的曲线格式 plot指令的曲线格式字符串曲线格式-实线(默认值)-虚线：点线-.点虚线plot指令的曲线线标(I)plot指令的曲线线标字符串曲

9、线符号符号O圆形+加号X叉号*星号.点号朝上三角形V朝下三角形plot指令的曲线线标(II)plot指令的曲线线标字符串曲线符号符号朝右三角形朝左三角形square方形diamond菱形pentagram五角星形hexagram六角星形None无符号(默认值)3-3图轴的控制nplot指令会根据坐标点自动决定图轴范围n也可以使用axis指令指定图轴范围n使用语法：axis(xmin,xmax,ymin,ymax)nxmin,xmax：指定x轴的最小和最大值nymin,ymax：指定y轴的最小和最大值图轴控制范例-1(I)n画出正弦波在y轴介于0和1的部份n范例3-10：plotxy10.mx=

10、0:0.1:4*pi;%起始与结束元素为0及4，0.1为各%元素相差值y=sin(x);plot(x,y);axis(-inf,inf,0,1);%画出正弦波y轴介于0和1的部份图轴控制范例-1(II)ninf指令：n以数据点(上例：x轴的数据点)的最小和最大值取代之图轴控制范例-2(I)n指定图轴上的网格线点(Ticks)n范例3-11：plotxy11.mx=0:0.1:4*pi;plot(x,sin(x)+sin(3*x)set(gca,ytick,-1-0.3 0.1 1);%在y轴加上网格线点grid on%加上网格线图轴控制范例-2(II)ngrid on：加上网格线ngca：ng

11、et current axis的简称n传回目前使用中的图轴ngca属Handle Graphics的指令，第七章会有更详细的说明 用户加入的网格线点和文字图轴控制范例-3(I)n将网格线点的数字改为文字n范例3-12：plotxy12.mx=0:0.1:4*pi;plot(x,sin(x)+sin(3*x)set(gca,ytick,-1-0.3 0.1 1);%改变网格线点set(gca,yticklabel,极小,临界值,崩溃值,极大);%改变网格线点的文字grid on%加上网格线图轴控制范例-3(II)Subplotn subplotn在一个窗口产生多个图形(图轴)n一般形式为subp

12、lot(m,n,p)n将窗口分为m n个区域n下一个plot指令绘图于第p个区域n p的算法为由左至右，一列一列图轴控制范例-4(I)n同时画出四个图于一个窗口中n范例3-13：plotxy13.mx=0:0.1:4*pi;subplot(2,2,1);plot(x,sin(x);%此为左上角图形subplot(2,2,2);plot(x,cos(x);%此为右上角图形subplot(2,2,3);plot(x,sin(x).*exp(-x/5);%此为左下角图形subplot(2,2,4);plot(x,x.2);%此为右下角图形图轴控制范例-4(II)Subplot(2,2,1)Subpl

13、ot(2,2,3)Subplot(2,2,2)Subplot(2,2,4)图轴控制范例-5(I)n长宽比(Aspect Ratio)n一般图轴长宽比是窗口的长宽比n可在axis指令后加不同的字符串来修改n范例3-14：plotxy14.mt=0:0.1:2*pi;x=3*cos(t);y=sin(t);subplot(2,2,1);plot(x,y);axis normalsubplot(2,2,2);plot(x,y);axis squaresubplot(2,2,3);plot(x,y);axis equalsubplot(2,2,4);plot(x,y);axis equal tight

14、图轴控制范例-5(II)axis normalaxis equalaxis squareaxis square tight改变图轴长宽比的指令n改变目前图轴长宽比的指令n需在plot指令之后呼叫才能发挥效用指令说明axis normal使用预设长宽比(等于图形长宽比)axis square长宽比例为1axis equal长宽比例不变，但两轴刻度一致axis equal tight两轴刻度比例一致，且图轴贴紧图形axis image两轴刻度比例一致(适用于影像显示)改变图轴背景颜色的指令ncolordefn改变图轴与窗口之背景颜色n先呼叫colordef指令，其后plot指令产生的图形才有效用指

15、令说明colordef white图轴背景为白色，窗口背景为浅灰色colordef black图轴背景为黑色，窗口背景为暗灰色colordef none图轴背景为黑色，窗口背景为黑色(这是MATLAB第4版的默认值)grid和box指令n画出网格线或画出图轴外围的方形指令说明grid on画出网格线grid off取消网格线box on画出图轴的外围长方形box off取消图轴的外围长方形3-4加入说明文字n在图形或图轴加入说明文字，增进整体图形的可读性指令说明title图形的标题xlabelx轴的说明ylabely轴的说明zlabelz轴的说明(适用于立体绘图)legend多条曲线的说明te

16、xt在图形中加入文字gtext使用鼠标决定文字的位置说明文字实例-1(I)n范例3-15：plotxy15.msubplot(1,1,1);x=0:0.1:2*pi;y1=sin(x);y2=exp(-x);plot(x,y1,-*,x,y2,:o);xlabel(t=0 to 2pi);ylabel(values of sin(t)and e-x)title(Function Plots of sin(t)and e-x);legend(sin(t),e-x);说明文字实例-1(II)nlegend指令n画出一小方块，包含每条曲线的说明n为特殊符号n产生上标、下标、希腊字母、数学符号等n遵循

17、一般LaTex或TeX数学模式说明文字实例-2(I)ntext指令n使用语法：text(x,y,string)nx、y：文字的起始坐标位置nstring：代表此文字n范例3-16：plotxy16.mx=0:0.1:2*pi;plot(x,sin(x),x,cos(x);text(pi/4,sin(pi/4),leftarrow sin(pi/4)=0.707);text(5*pi/4,cos(5*pi/4),cos(5pi/4)=-0.707rightarrow,HorizontalAlignment,right);说明文字实例-2(II)nHorizontalAlignment及right

18、指示text指令将文字向右水平靠齐gtext指令n使用语法gtext(string)n在图上点选一位置后，string显示在其上。ngtext只能用在二维平面绘图 3-5其他平面绘图指令n各种二维绘图指令指令说明errorbar在曲线加上误差范围fplot、ezplot较精确的函数图形polar、ezpolar极坐标图形hist直角坐标质方图(累计图)rose极坐标质方图(累计图)compass罗盘图feather羽毛图area面积图(第五章特殊图形介绍)stairs阶梯图(第五章特殊图形介绍)其他平面绘图范例-1(I)n已知数据的误差范围，用errorbar表示n以y坐标高度20%作为做资料

19、的误差范围n范例3-17：plotxy17.mx=linspace(0,2*pi,30);%在0到2间，等分取30个点y=sin(x);e=y*0.2;errorbar(x,y,e)%图形上加上误差范围e其他平面绘图范例-1(II)误差范围其他平面绘图范例-2(I)nfplot指令n对剧烈变化处进行较密集的取样n范例3-18：plotxy18.mfplot(sin(1/x),0.02 0.2);%0.02 0.2是绘图范围其他平面绘图范例-2(II)此区作较精确的取点绘图其他平面绘图范例-3(I)npolar指令n产生极坐标图形n范例3-19：plotxy19.mtheta=linspace(

20、0,2*pi);r=cos(4*theta);polar(theta,r);%进行极坐标绘图其他平面绘图范例-3(II)直方图及hist指令n直方图(Histogram)n对大量的数据，显示数据的分布情况和统计特性nhist指令n将数据依大小分成数堆，将每堆的个数画出其他平面绘图范例-4(I)n将10000个由randn产生的正规分布之随机数分成25堆n范例3-20：plotxy20.mx=randn(10000,1);%产生10000个正规分布随机数hist(x,25);%绘出直方图，显示x资料的分布情%况和统计特性，数字25代表资料依%大小分堆的堆数，即是指方图内长条%的个数set(fin

21、dobj(gca,type,patch),edgecolor,w);%将长条%图的边缘设定成白色其他平面绘图范例-4(II)n质方图逼近随机数的机率分布函数，且数据量越大时，逼近程度越高 其他平面绘图范例-5(I)nrose指令n角度：资料大小n距离：资料个数n以极坐标绘制表示n范例3-21：plotxy21.mx=randn(5000,1);%产生5000个正规分布的随机数rose(x);%x数据大小为角度，x数据个数为距离，%以绘制类似玫瑰花瓣的极坐标直方图 其他平面绘图范例-5(II)其他平面绘图范例-6(I)ncompass指令n画出以原点为起始点的向量图n称为罗盘图n范例3-22：p

22、lotxy22.mtheta=linspace(0,2*pi,50);rho=sin(0.5*theta);x,y=pol2cart(theta,rho);%由极坐标转换至直角坐标compass(x,y);%画出以原点为向量起始点%的罗盘图其他平面绘图范例-6(II)n范例3-23：plotxy23.mn若只有一个自变量输入zn将z的实部做为x坐标，将z的虚部做为y坐标，再进行作图ncompass(z)即等效于compass(real(z),imag(z)n上述四列程序代码可简化theta=linspace(0,2*pi,50);compass(sin(0.5*theta).*exp(j*theta);其他平面绘图范例-7(I)n羽毛图n起始点是(k,0)，k=1n，其中n是向量个数n范例3-24：plotxy24.mtheta=linspace(0.2*pi,50);rho=10;x,y=pol2cart(theta,rho);%由极坐标转换至直角坐标feather(x,y);%绘制羽毛图其他平面绘图范例-8(I)