matlab可视化绘图讲义.ppt

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1、本章目标,了解MATLAB的绘图功能掌握二维图形和三维图形的绘制方法能够进行常用的数据可视化处理,主要内容,二维图形图形修饰与控制特殊二维图形符号表达式绘图三维图形声音与动画(了解),概述,图形制作的一般过程：1)准备绘图数据；2)选定绘图窗口与绘图区域；3)调入绘图函数命令；4)设置图形格式；5)输出所绘制的图形。,准备绘图数据,方法主要有：（1）编制后缀为.txt的文本文件，使用load命令调入数据。（2）系通过用户自编函数得到绘图数据。（3）通过MATLAB统函数得到绘图数据。（4）根据鼠标在屏幕上的位置，使用命令ginput获得相应数据。（5）在命令窗口或自编函数相应位置，直接输入或使

2、用适当命令输入。,选定绘图窗口与绘图区域,方法主要有：（1）使用figure创建新的绘图窗口。（2）使用plot、subplot等绘图命令。,调入绘图函数,主要函数有：二维：plot,bar,pie,area等 三维：plot3,mesh,surf,bar3,pie3等,设置图形格式,主要有三个方面的设置：（1）线形(Line)、标记(Marker)和颜色(Color)的设置。（2）坐标轴范围、坐标轴标识、网格线的设置。（3）坐标轴标签、图例、文本等方面的设置。,举例,例题例如：在0，2内作出正弦函数的图形。x=0:0.5:2*pi;y=sin(x);plot(x,y,r:*);title(s

3、in(x);xlabel(x);ylabel(y);grid on;,图形窗口,图形窗口是个独立的窗口，系统自动将图形绘制在图形窗口上。,图形窗口的创建,函数命令：figure 调用格式：h=figure h=figure(n)功能：该命令创建单个图形窗口。注意点：*若没有打开图形窗口时执行绘图命令，将自动创建一个图形窗口；*若执行绘图命令前已经打开几个图形窗口，则绘图命令把图形输出到当前窗口中、并把这个窗口中原来的图形覆盖；*n为图形窗口的编号（或者句柄值）。,图形窗口的创建与控制,举例：h1=figure(1)x=0:0.01:2;y=sin(x);plot(x,y)h2=figureh3

4、=figure(3)x=0:0.01:2;y=cos(x);plot(x,y)figure(h1)figure(h2),图形窗口的控制,图形窗口的控制get(n)：获得第n个图形窗口的有关属性。set(n)：设置第n个图形窗口的有关属性。gcf：获得当前当前窗口的句柄。gca：获得当前窗口中当前axis的句柄。,图形窗口的控制,举例x=0:0.1:10;y=sin(x);h=figure(1);h2=plot(x,y);get(h);set(h,visible,off);set(gcf,visible,on);set(h2,LineStyle,-);set(h2,Marker,p),二维图形,

5、plot函数绘制二维曲线，常用格式有：plot(x)：缺省自变量的绘图格式，x可为向量或矩阵。plot(x,y)：基本格式，x和y可为向量或矩阵。plot(x1,y1,x2,y2,)：多条曲线绘图格式，在同一坐标系中绘制多个图形。plot(x,y,s)：开关格式，开关量字符串s设定了图形曲线的颜色、线型及标示符号。plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2,)开关格式,多条曲线绘图,二维图形,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mn的实数矩阵时，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。最终绘制出n条曲线。,二维图形,例题x=

6、1 4 3;%向量plot(x)%连接(1,1)(2,4)(3,3)三个点形成的曲线x=1 2;3 4;7 8;%矩阵plot(x)%连接(1,1)-(2,3)-(3,7)，(1,2)-(2,4)-(3,8)形成两条曲线,二维图形,plot(x，y)若x，y为同维向量，则以x元素为横坐标值，y元素为纵坐标值绘制曲线。若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，把另一维作为纵坐标值来绘制，曲线数为y的另一维的元素数。若x，y是同维矩阵，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线。曲线数为矩阵的列数。,二维图形,例题x=2 3 4;y=7 8 9;plot(x,y)%同维向

7、量(2,7)-(3,8)-(4,9)y=7 8 9;1 2 3;plot(x,y)%x的元素数与y的列数相同%(2,7)-(3,8)-(4,9)(2,1)-(3,2)-(4,3)x=2 3;plot(x,y)%x的元素数与y的行数相同%(2,7)-(3,1)(2,8)-(3,2)(2,9)-(3,3)x=1 2 3 4;5 6 7 8;y=7 8 9 0;1 2 3 4;plot(x,y)%x与y同维矩阵%(1,7)-(5,1)(2,8)-(6,2)(3,9)-(7,3)(4,0)-(8,4),二维图形,plot(x1,y1,x2,y2,)在同一坐标系上绘制曲线(x1,y1),曲线(x2,y2

8、),等多条曲线。,二维图形,例题x1=1 2 3 4;y1=9 1 2 3;x2=1 2 5 5;y2=1 2 3 4;plot(x1,y1,x2,y2),二维图形,例题在同一坐标系上画出正弦和余弦曲线。x=0:pi/10:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2);,二维图形,plot(x,y,s)类似于plot(x,y),不过可以通过开关量字符串s来设定图形曲线的颜色、线型及标示符号等。plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2,)同时绘制多条曲线，并且可通过s1,s2,来设定图形曲线的颜色、线型及标示符号等。开关量字符串的设置请参考下表,图形颜色、

9、标记和线形参数表,二维图形,例题x=linspace(0,7);y1=sin(2*x);y2=sin(x.2);y3=(sin(x).2;%曲线1：红色实线，+号显示数据点%曲线2：黑色点线，*号显示数据点%曲线3：蓝色虚线，上三角形显示数据点plot(x,y1,r+-,x,y2,k*:,x,y3,b-),图形修饰与控制,title 给图形加标题xlable 给x轴加标注ylable 给y轴加标注text 在图形指定的任意位置加标注gtext 利用鼠标将标注加到图形任意位置grid on 打开坐标网格线grid off关闭坐标网格线legend 添加图例axis 控制坐标轴刻度,例：绘制正弦和

10、余弦曲线，并加入网格和标注,cleart=0:0.1:10;y1=sin(t);y2=cos(t);plot(t,y1,r,t,y2,b-);text(1.7*pi,-0.3,sin(t);%指定位置加标注gtext(cost(t);%鼠标控制加标注title(正弦和余弦曲线);%标题legend(正弦,余弦)%添加图例注解xlabel(时间)%x坐标名ylabel(正弦&余弦)%y坐标名grid on%添加网格axis square%将图形设置为正方形,axis设置坐标轴,legend的位置,cleart=0:0.1:10;y1=sin(t);y2=cos(t);plot(t,y1,r,t,

11、y2,b-);legend(sin(t),cos(t);%右上legend(sin(t),cos(t),0);%最佳legend(sin(t),cos(t),1);%右上legend(sin(t),cos(t),2);%左上legend(sin(t),cos(t),3);%左下legend(sin(t),cos(t),4);%右下legend(sin(t),cos(t),-1);%外,图形的比较显示,用同一x，不同y进行调用plot来绘制多条曲线；用hold on(/off)命令；采用多重子图窗口命令subplot,即一个图形窗口中含有几个子图区域。,图形的比较显示,subplot(m,n,p

12、)将当前绘图窗口分割成m行、n列，并且现在准备在其中的第p个区域绘图。说明 编号规则：先上后下、先左后右;允许每个绘图区域以不同的坐标系单独绘图;在使用subplot后由想使用缺省的一幅图一个图形窗口的方式，则必须执行subplot(1,1,1)或者执行清除窗口分割的命令clf.,采用hold函数对图形进行比较显示,cleart=0:pi/10:2*pi;y1=sin(t);y2=cos(t);y3=sin(t)-cos(t);plot(t,y1);hold on;%后续图形叠加显示plot(t,y2);plot(t,y3);,采用图形窗口分割方法进行比较显示,cleart=0:pi/10:2

13、*pi;y1=sin(t);y2=cos(t);y3=cos(t+pi/2);y4=cos(t+pi);%将图形窗口分割成两行两列，要画的图形为第1行第1列subplot(2,2,1);plot(t,y1);%将图形窗口分割成两行两列，要画的图形为第1行第2列subplot(2,2,2);plot(t,y2);%将图形窗口分割成两行两列，要画的图形为第2行第1列subplot(2,2,3);plot(t,y3);%将图形窗口分割成两行两列，要画的图形为第2行第2列subplot(2,2,4);plot(t,y4);,特殊二维图形 圆饼图,圆饼图(pie)常用来表示各元素所占的百分比。格式 pi

14、e(y)pie(y,explode)pie(y,label)说明 y为向量值时，则绘制出每一元素占全部向量总和值的百分比的圆饼图；y为矩阵时，则绘制出每一元素占全部矩阵元素总和值的百分比的圆饼图；参数explode说明将某一数据对应的扇形图形从整个圆饼图中分离出来，它的维数与y相同，当其中的元素大于0，则需要分离。参数label用来标注每一个扇形图形。,圆饼图,例题y=15,35,10,20,20;subplot(2,2,1);pie(y);subplot(2,2,2);pie(y,1,0,0,1,0);subplot(2,2,3);pie(y,A,B,C,D,E);,圆饼图,例题某班级考试，

15、90分以上32人，8089分5人，7079分27人，6069分21人，60分以下16人，画出饼图，并且突出显示90分以上和不及格的。x=32 58 27 21 16;explode=1 0 0 0 1;pie(x,explode,90,8089,7079,6069,60);,直方图-垂直,格式1 bar(y)以x=1,2,3为各个数据点的x坐标，以y向量的各个对应元素为y坐标，画出一个垂直放置的二维直方图。bar(y,width)基本类似于bar(y),不过可以指定宽度，缺省为0.8。bar(y,grouped)or bar(y,group)以x=1,2,3,为各个数据点的x坐标，以矩阵y的各

16、行的元素值为y坐标，画出一个垂直放置的、分组式的二维直方图。bar(y,stacked)or bar(y,stack)以x=1,2,3,为各个数据点的x坐标，以矩阵y的各行的元素值的累加值为y坐标，画出一个垂直放置的、累加式的二维直方图。,直方图-垂直,例题clf;y1=1 2 3 4;y2=1 2 3 4;2 3 4 5;5 6 7 8;subplot(3,2,1);bar(y1);subplot(3,2,2);bar(y2);%相当于bar(y2,grouped)subplot(3,2,3);bar(y2,grouped);%分组式subplot(3,2,4);bar(y2,stacked

17、);%累加式subplot(3,2,5);bar(y2,0.2);%改变宽度,直方图-垂直,格式2 bar(x,y)以向量x中的各个对应元素为x坐标，以y向量的各个对应元素为y坐标，画出一个垂直放置的二维直方图。bar(x,y,width)基本类似于bar(x,y),不过可以指定宽度，缺省为0.8。bar(x,y,grouped)or bar(x,y,group)以向量x中的各个对应元素为x坐标，以矩阵y的各行的元素值为y坐标，画出一个垂直放置的、分组式的二维直方图。bar(x,y,stacked)or bar(x,y,stack)以向量x中的各个对应元素为x坐标，以矩阵y的各行的元素值的累加

18、值为y坐标，画出一个垂直放置的、累加式的二维直方图。,直方图-垂直,例题x=6 9 10;y1=1 2 3;y2=1 2 3 4;2 3 4 5;5 6 7 8;subplot(3,2,1);bar(x,y1);subplot(3,2,2);bar(x,y2);subplot(3,2,3);bar(x,y2,0.08);subplot(3,2,4);bar(x,y2,stack);subplot(3,2,5);bar(x,y2,grouped);,在Y为矩阵时，请思考对X有要求，X可以为矩阵吗？并上机验证，,直方图-水平,类似于垂直直方图，只是把命令修改为barh,请上机练习。,面积图,格式

19、area(y)area(x,y)功能 area(y)以x=1,2,3,为各个数据点的x坐标，以向量y的各个对应元素为y坐标，画出一个二维折线图，并填充该折线与X轴之间的区域。area(x,y)以向量x的各个对应于元素为x坐标，以向量y的各个对应元素为y坐标，画出一个二维折线图，并填充该折线与X轴之间的区域。,面积图,例题clfx=0:0.01:2*pi;y=sin(x);subplot(2,1,1);area(x,y);subplot(2,1,2);area(y);,阶梯图,格式 stairs(y)stairs(x,y)功能 使用方式类似于plot,用于画出一个阶梯状的图形,阶梯图,例题x=0

20、:pi/20:4*pi;y=abs(sin(x);stairs(x,y);axis(0 4*pi-0.5 1.5);,火柴杆图/离散序列图,格式 stem(y)stem(x,y,option)stem(x,y,filled)功能 在(x,y)坐标点处画一个空心的小圆圈，并连接一条线段到X坐标轴。若filled指定的话，则画一个实心的，另外，可以通过option来指定绘制图形的线型和颜色，具体参考plot。,火柴杆图/离散序列图,例题x=0:pi/15:2*pi;y=sin(x);stem(x,y);hold on;x=2*pi:pi/15:4*pi;y=sin(x);stem(x,y,fill

21、ed);hold off;axis(0 4*pi-1.5 1.5);,其他二维图形函数,请参考表4-3。例题：绘制x=1 2 3 4 5 6，y=1 2 3 4 5 6,u=1 2 3 4 5 6,v=1 2 3 4 5 6的蓝色和红色向量场图、关于（u，v）的羽状图、罗盘图。clfx=1 2 3 4 5 6;y=1 2 3 4 5 6;u=1 2 3 4 5 6;v=1 2 3 4 5 6;subplot(2,2,1);quiver(x,y,u,v);subplot(2,2,2);quiver(x,y,u,v,r);subplot(2,2,3);feather(u,v);subplot(2,

22、2,4);compass(u,v);,其他二维图形函数,例题：绘制50个随机数据分布特征的玫瑰花图与函数y=sin(x)在0,2*pi中根据峰值函数peaks绘制等值线图，并作出1000个随机数的柱状图。clftheta=10*rand(1,50);Z=peaks;x=0:0.01:2*pi;y=sin(x);t=randn(1000,1);subplot(3,1,1);rose(theta);subplot(3,1,2);contour(Z);subplot(3,1,3);hist(t);,其他二维图形函数,例题：绘制由bucky函数所产生稀疏邻接矩阵的拓扑图及关于向量t=1 2 3 4 5

23、 6的阶梯图，并在0,4*pi上绘制y=x*esin(x)的误差条形图与彗星图。clfA,C=bucky;t=1 2 3 4 5 6;x=0:0.7:4*pi;y=x.*exp(sin(x);l=0.1*y;subplot(2,2,1);gplot(A,C);subplot(2,2,2);stairs(t);subplot(2,2,3);errorbar(x,y,l);subplot(2,2,4);comet(x,y);,不同坐标系中绘图,直角坐标系中绘图 函数命令：plot等绘图函数。,不同坐标系中绘图,对数坐标系中绘图 函数命令：loglog，semilogx，semilogy 调用格式：

24、loglog(x,y)semilogx(x,y)semilogy(x,y)重要提示：log10(0)数学上没有意义，但MATLAB并不给出错误提示信息。,不同坐标系中绘图,例题已知x=1.2 7.0 3.6 5.0 8.0,y=4.1 5.2 6.3 9.0 15.0,分别在双对数坐标系，半对数坐标系（分别取横纵轴为对数）绘制（x，y）对应的图形。clf x=1.2 7.0 3.6 5.0 8.0;y=4.1 5.2 6.3 9.0 15.0;subplot(1,3,1);loglog(x,y);subplot(1,3,2);semilogx(x,y);subplot(1,3,3);semil

25、ogy(x,y);,不同坐标系中绘图,极坐标系中绘图 函数命令：polar 调用格式：polar(theta，r)重要提示：可使用命令x,y=pol2cart(theta,r)将极坐标系的数据点对（theta,r）转化为直角坐标系的数据点对x,y,命令plot（x，y）和命令polar(theta,r)的效果相同。,不同坐标系中绘图,例题分别在极坐标系和直角坐标系中作出三叶玫瑰线r=a*cos(3*theta)的图形，这里a=2。clfa=2;theta=(0:0.01:4)*pi;r=a*cos(3*theta);subplot(1,2,1);polar(theta,r);x,y=pol2c

26、art(theta,r);subplot(1,2,2);plot(x,y);axis equal;,符号表达式绘图,函数命令：fplot，ezplot 调用格式：fplot（fun，lims，tol，n，p1,p2,）ezplot（fun,lims,fig）,符号表达式绘图,fplot（fun，lims，tol，n，p1,p2,）fun:要绘制的函数fun；lims:作图区间；tol:相对误差，默认为2e-3；n:作图点数，默认值n=1；p1,p2,:函数的参数，默认没有参数。,符号表达式绘图,例题例题：使用命令fplot作出函数y=sin(x)的图形，自变量区间分别为:x在0,2*pi之间；

27、x在pi,3*pi；x在-pi,pi,y在-pi,pi；x在0 2*pi（此时要求作图误差小于0.001）。clfsubplot(2,2,1),fplot(sin(x),0 2*pi);subplot(2,2,2),fplot(sin(x),pi 3*pi);subplot(2,2,3),fplot(sin(x),pi*-1 1-1 1);subplot(2,2,4),fplot(sin(x),0 2*pi,1e-3);,符号表达式绘图,ezplot（fun，lims，fig）fun:绘制函数fun的图形；lims：作图区间；fig：图形窗口句柄。重要提示：ezplot可作隐函数与多元函数的图

28、形。默认作图区间为-2*pi 2*pi.,符号表达式绘图,例题绘制函数u2-v2-1=0在u区间-3，2，v区间-2,3上的图形。clfezplot(u2-v2-1,-3 2-2 3);,三维图形,三维曲线图格式：plot3(x1,y1,z1,s1,x2,y2,z2,s2)使用：与plot相似。,函数plot3绘制的三维曲线图,例题4-5(P68)绘制方程 的空间图形。,函数plot3绘制的三维曲线图,t=0:pi/10:2*pi;y1=sin(t);y2=cos(t);plot3(y1,y2,t,m:p);grid onxlabel(Dependent Variable Y1);ylabel

29、(Dependent Variable Y2);zlabel(Dependent Variable T);title(Sine and Cosine Curve);,函数plot3绘制的三维曲线图,例题，x在0，2*pi，y在0,2*pi,作图z=cos(x)+sin(y)对应的曲线。clfx=0:0.01:2*pi;y=0:0.01:2*pi;z=cos(x)+sin(y);plot3(x,y,z);,其他三维曲线函数,函数命令：bar3，pie3，stem3，ezplot3等。使用方式与二维相似。,其他三维曲线函数,例题：绘制3维条形图；绘制3维饼图；绘制3维针状图；绘制3维函数图,其他三

30、维曲线函数,clfx=1 2 3 4;2 3 4 5;3 4 5 6;y=1 4 7;subplot(2,1,1),bar3(x);subplot(2,1,2),bar3(y,x);,其他三维曲线函数,clf x=1 2 3 4 5 6;subplot(2,1,1),pie3(x);subplot(2,1,2),stem3(x);ezplot3(cos(t),t*sin(t),sqrt(t),0,6*pi),三维曲面图,mesh(x,y,z):绘制数据的三维网格表面；surf(x,y,z):绘制数据的三维曲面；meshc(x,y,z):绘制数据的三维网格表面，并添加等值线。surfc(x,y,

31、z):绘制数据的三维曲面，并在图下添加等值线。meshz(x,y,z):绘制三维网格表面，并在图下添加零平面。X,Y=meshgrid(x,y):根据已有m个数据的向量x和n个数据的向量y分别生成有mn个数据的新矩阵X和Y。通常在确定向量x，y的基础上，使用命令meshgrid生成新的矩阵X、Y，再输入函数z=f(x,y)，最后使用mesh等命令生成三维网格、使用surf等命令生成三维曲面,例：分别用mesh函数和surf函数绘制高斯矩阵,z=peaks(40);mesh(z);%网格线 figure%产生新的图形窗口surf(z);%着色表面图,例用meshgrid等绘制三维曲面图,例题 绘

32、制方程,例用meshgrid等绘制三维曲面图,clfx=-7.5:0.5:7.5;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);R=sqrt(X.2+Y.2)+eps;%防止R为0Z=sin(R)./R;surf(X,Y,Z);mesh(X,Y,Z);,例用meshgrid等绘制三维曲面图,例题 绘制方程形成的立体图,例用meshgrid等绘制三维曲面图,clf x=-2:0.2:2;y=-2:0.2:2;xx,yy=meshgrid(x,y);zz=xx.*exp(-xx.2-yy.2);surf(xx,yy,zz)mesh(xx,yy,zz),例用meshgrid等绘制三维曲面图,例题 在x

33、属于-5,5,y属于-4,4上作出 对应的三维网格表面和三维曲面。,例用meshgrid等绘制三维曲面图,clfx=-5:0.1:5;y=-4:0.1:4;X,Y=meshgrid(x,y);Z=0.5*X.3+Y.2;subplot(2,2,1);mesh(X,Y,Z);subplot(2,2,2);surf(X,Y,Z);subplot(2,2,3);meshc(X,Y,Z);subplot(2,2,4);surfc(X,Y,Z);figure(2)meshz(X,Y,Z),观察点设置,函数命令：view 调用格式：view(azimuth,elevation)方位角azimuth是观察点

34、和坐标原点连线在x-y平面内的投影和y轴负方向的夹角。仰角elevation是观察点与座标原点的连线和x-y平面的夹角。默认：2D(0，90)3D(-37.5，30),观察点,clfz=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);,色图处理,函数命令：colormap，brighten 调用格式：colormap(map)brighten(s)colormap将

35、当前图形色图设置为系统预定义的map格式；brighten改变当前图形窗口色图的亮度。,色图处理,例题：试将前例题色图设置为红色-蓝色-深红色色图，同时将图形适当增亮。clfx=-5:0.1:5;y=-4:0.1:4;X,Y=meshgrid(x,y);Z=0.5*X.3+Y.2;mesh(X,Y,Z);colormap(hsv);brighten(0.60);,6.6 声音与动画,声音 函数命令：sound 调用格式：sound(y)sound(y,f)将向量y传送至扬声器，f为采样频率。,声音与动画,例题：以20000Hz制作并播放余弦曲线形式的声音。x=cos(linspace(0,10

36、000,20000);sound(x);,声音与动画,其他函数命令：wavplay wavread wavrecord wavwrite chirp beep,声音与动画,动画 函数命令：getframe movie 调用格式：M=getframe movie(M,k),声音与动画,例题制作正弦曲线在0,2*Pi中从起点到终点的延伸情况曲线，并播放三次。,声音与动画,s=0.2;x1=0;nframes=50;for k=1:nframes x1=x1+s;x=0:0.01:x1;y=sin(x);plot(x,y);axis(0 2*pi-1 1);grid off;M(k)=getfram

37、e;endmovie(M,3);,应用举例,画出一花瓣状图形theta=-pi:0.01:pi;rho(1,:)=2*sin(5*theta).2;rho(2,:)=cos(10*theta).3;rho(3,:)=sin(theta).2;rho(4,:)=5*cos(3.5*theta).3;for i=1:4%极坐标图形输出函数 polar(theta,rho(i,:)pauseend,应用举例,clear;t=1:9;d1=12.51 13.54 15.60 15.92 20.64 24.53 30.24 30.00 36.34;d2=2.87 20.54 32.21 40.50 48

38、.31 64.51 72.32 85.98 89.77;d3=10.11 8.14 14.17 20.14 40.50 39.45 60.11 62.13 20.90;plot(t,d1,r.-,t,d2,gx:,t,d3,m*-.);title(稳定性变化规律);xlabel(时间);ylabel(稳定性);axis(0 10 0 100);text(6.5,25.5,leftarrow样品a);text(3,43.8,样品brightarrow);text(4.8,30.5,leftarrow样品c);,学好计算机的唯一途径是 你的编程能力与你在计算机上投入的时间成,结束语,上机练习,正比,