MATLAB绘图功能大全Word文档格式.docx
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x=[x;
x;
x]'
;
y=[y1;
y2;
y3]'
plot(x,y,x,cos(x))
x,y都是含有三列的矩阵,它们组成输入参数对,绘制三条曲线;
x和cos(x)又组成一对,绘制一条余弦曲线。
利用plot函数可以直接将矩阵的数据绘制在图形窗体中,此时plot函数将矩阵的每一列数据作为一条曲线绘制在窗体中。
如
A=pascal(5)
A=
1
1
2
3
4
5
1
6
10
15
20
35
5
15
35
70
plot(A)
3.含选项的plot函数
Matlab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。
这些选项如表所示:
线型
颜色
标记符号
-实线
b蓝色
.
点
s方块
:
虚线
g绿色
o圆圈
d菱形
-.点划线
r红色
×
叉号
∨朝下三角符号
--双划线
c青色
+加号
∧朝上三角符号
m品红
*星号
<
朝左三角符号
y黄色
朝右三角符号
k黑色
p五角星
w白色
h六角星
例用不同的线型和颜色在同一坐标内绘制曲线及其包络线。
x=(0:
2*pi)'
y1=2*exp(-0.5*x)*[1,-1];
y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);
x1=(0:
12)/2;
y3=2*exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1);
plot(x,y1,'
k:
'
x,y2,'
b--'
x1,y3,'
rp'
);
在该plot函数中包含了3组绘图参数,第一组用黑色虚线画出两条包络线,第二组用蓝色双划线画出曲线y,第三组用红色五角星离散标出数据点。
4.双纵坐标函数plotyy
在Matlab中,如果需要绘制出具有不同纵坐标标度的两个图形,可以使用plotyy函数,它能把具有不同量纲,不同数量级的两个函数绘制在同一个坐标中,有利于图形数据的对比分析。
使用格式为:
plotyy(x1,y1,x2,y2)。
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,左边的对应x1,y1数据对,右边的对应x2,y2。
(二)绘制图形的辅助操作
绘制完图形以后,可能还需要对图形进行一些辅助操作,以使图形意义更加明确,可读性更强。
1.图形标注
在绘制图形时,可以对图形加上一些说明,如图形的名称、坐标轴说明以及图形某一部分的含义等,这些操作称为添加图形标注。
有关图形标注函数的调用格式为:
title(’图形名称’)(都放在单引号内)
xlabel(’x轴说明’)
ylabel(’y轴说明’)
text(x,y,’图形说明’)
legend(’图例1’,’图例2’,…)P190
其中,title、xlabel和ylabel函数分别用于说明图形和坐标轴的名称。
text函数是在坐标点(x,y)处添加图形说明。
(P88或用gtext命令)。
legend函数用于绘制曲线所用线型、颜色或数据点标记图例,图例放置在空白处,用户还可以通过鼠标移动图例,将其放到所希望的位置。
除legend函数外,其他函数同样适用于三维图形,在三维中z坐标轴说明用zlabel函数。
上述函数中的说明文字,除了使用标准的ASCII字符外,还可以使用LaTex(一种流行的数学排版软件)格式的控制字符,这样就可以在图形上添加希腊字符,数学符号和公式等内容。
在Matlab支持的LaTex字符串中,用/bf,/it,/rm控制字符分别定义黑体、斜体和正体字符,受LaTex字符串控制部分要加大括号{}括起来。
例如,text(0.3,0.5,’theusful{/bfMATLAB}’),将使MATLAB一词黑体显示。
一些常用的LaTex字符见表,各个字符可以单独使用也可以和其他字符及命令配合使用。
如text(0.3,0.5,’sin({/omega}t+{/beta})’)将得到标注效果。
标识符
符号
/alpha
/epsilon
/infty
/beta
/eta
/int
/gamma
/Gamma
/partial
/delta
/Delta
/leftarrow
/theta
/Theta
/rightarrow
/lambda
/Lambda
/downarrow
/xi
/Xi
/uparrow
/pi
/Pi
/div
/omega
/Omega
/times
/sigma
/Sigma
/pm
/phi
/Phi
/leq
/psi
/Psi
/geq
/rho
/tau
/neq
/mu
/zeta
/forall
/nu
/chi
/exists
2.坐标控制
在绘制图形时,Matlab可以自动根据要绘制曲线数据的范围选择合适的坐标刻度,使得曲线能够尽可能清晰的显示出来。
所以,一般情况下用户不必选择坐标轴的刻度范围。
但是,如果用户对坐标不满意,可以利用axis函数对其重新设定。
其调用格式为
axis([xminxmaxyminymaxzminzmax])
如果只给出前四个参数,则按照给出的x、y轴的最小值和最大值选择坐标系范围,绘制出合适的二维曲线。
如果给出了全部参数,则绘制出三维图形。
axis函数的功能丰富,其常用的用法有:
axisequal:
纵横坐标轴采用等长刻度
axissquare:
产生正方形坐标系(默认为矩形)
axisauto:
使用默认设置
axisoff:
取消坐标轴
axison:
显示坐标轴
还有:
给坐标加网格线可以用grid命令来控制,gridon/off命令控制画还是不画网格线,不带参数的grid命令在两种之间进行切换。
给坐标加边框用box命令控制。
和grid一样用法
例:
绘制分段函数,并添加图形标注。
(略)
3.图形保持
一般情况下,每执行一次绘图命令,就刷新一次当前图形窗口,图形窗口原有图形将不复存在,如果希望在已经存在的图形上再继续添加新的图形,可以使用图形保持命令hold。
holdon/off命令是保持原有图形还是刷新原有图形,不带参数的hold命令在两者之间进行切换。
例:
4.图形窗口分割
在实际应用中,经常需要在一个图形窗口中绘制若干个独立的图形,这就需要对图形窗口进行分割。
分割后的图形窗口由若干个绘图区组成,每一个绘图区可以建立独立的坐标系并绘制图形。
同一图形窗口下的不同图形称为子图。
Matlab提供了subplot函数用来将当前窗口分割成若干个绘图区,每个区域代表一个独立的子图,也是一个独立的坐标系,可以通过subplot函数激活某一区,该区为活动区,所发出的绘图命令都是作用于该活动区域。
调用格式:
subplot(m,n,p)
该函数把当前窗口分成m×
n个绘图区,m行,每行n个绘图区,区号按行优先编号。
其中第p个区为当前活动区。
每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。
三.绘制二维图形的其他函数
1.其他形式的线性直角坐标图
在线性直角坐标中,其他形式的图形有条形图、阶梯图、杆图和填充图等,所采用的函数分别为:
bar(x,y,选项)
选项在单引号中
stairs(x,y,选项)
stem(x,y,选项)
fill(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)
前三个函数和plot的用法相似,只是没有多输入变量形式。
fill函数按向量元素下标渐增次序依次用直线段连接x,y对应元素定义的数据点。
例5-8:
分别以条形图、填充图、阶梯图和杆图形式绘制曲线
x=0:
0.35:
7;
y=2*exp(-0.5*x);
subplot(2,2,1);
bar(x,y,'
g'
title('
)'
axis([0,7,0,2]);
subplot(2,2,2);
fill(x,y,'
r'
subplot(2,2,3);
stairs(x,y,'
b'
subplot(2,2,4);
stem(x,y,'
k'
2.极坐标图
polar函数用来绘制极坐标图,调用格式为:
polar(theta,rho,选项)
其中,theta为极坐标极角,rho为极径,选项的内容和plot函数相似。
例5-9:
绘制的极坐标图
theta=0:
0.01:
rho=sin(3*theta).*cos(5*theta);
polar(theta,rho,'
3.对数坐标图
在实际应用中,经常用到对数坐标,Matlab提供了绘制对数和半对数坐标曲线的函数,其调用格式为:
semilogx(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)
semilogy(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)
loglog(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)
这些函数中选项的定义和plot函数完全一样,所不同的是坐标轴的选取。
semilogx函数使用半对数坐标,x轴为常用对数刻度,而y轴仍保持线性刻度。
semilogy恰好和semilogx相反。
loglog函数使用全对数坐标,x、y轴均采用对数刻度。
略
4.对函数自适应采样的绘图函数
5.其他形式的二维图形
二.三维绘图
(一)绘制三维曲线的基本函数
最基本的三维图形函数为plot3,它将二维绘图函数plot的有关功能扩展到三维空间,可以用来绘制三维曲线。
其调用格式为:
plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,…)
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的选项一样。
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,曲线条数等于矩阵的列数。
例513绘制空间曲线
该曲线对应的参数方程为
t=0:
pi/50:
x=8*cos(t);
y=4*sqrt
(2)*sin(t);
z=-4*sqrt
(2)*sin(t);
plot3(x,y,z,'
p'
Linein3-DSpace'
text(0,0,0,'
origin'
xlabel('
X'
ylabel('
Y'
zlabel('
Z'
grid;
(二)三维曲面
1.平面网格坐标矩阵的生成
当绘制z=f(x,y)所代表的三维曲面图时,先要在xy平面选定一矩形区域,假定矩形区域为D=[a,b]×
[c,d],然后将[a,b]在x方向分成m份,将[c,d]在y方向分成n份,由各划分点做平行轴的直线,把区域D分成m×
n个小矩形。
生成代表每一个小矩形顶点坐标的平面网格坐标矩阵,最后利用有关函数绘图。
产生平面区域内的网格坐标矩阵有两种方法:
利用矩阵运算生成。
x=a:
dx:
b;
y=(c:
dy:
d)’;
X=ones(size(y))*x;
Y=y*ones(size(x));
经过上述语句执行后,矩阵X的每一行都是向量x,行数等于向量y的元素个数,矩阵Y的每一列都是向量y,列数等于向量x的元素个数。
利用meshgrid函数生成;
y=c:
d;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
语句执行后,所得到的网格坐标矩阵和上法,相同,当x=y时,可以写成meshgrid(x)
2.绘制三维曲面的函数
Matlab提供了mesh函数和surf函数来绘制三维曲面图。
mesh函数用来绘制三维网格图,而surf用来绘制三维曲面图,各线条之间的补面用颜色填充。
mesh(x,y,z,c)
surf(x,y,z,c)
一般情况下,x,y,z是维数相同的矩阵,x,y是网格坐标矩阵,z是网格点上的高度矩阵,c用于指定在不同高度下的颜色范围。
c省略时,Matlab认为c=z,也即颜色的设定是正比于图形的高度的。
这样就可以得到层次分明的三维图形。
当x,y省略时,把z矩阵的列下标当作x轴的坐标,把z矩阵的行下标当作y轴的坐标,然后绘制三维图形。
当x,y是向量时,要求x的长度必须等于z矩阵的列,y的长度必须等于必须等于z的行,x,y向量元素的组合构成网格点的x,y坐标,z坐标则取自z矩阵,然后绘制三维曲线。
例515用三维曲面图表现函数:
为了便于分析三维曲面的各种特征,下面画出3种不同形式的曲面。
%program1
0.1:
[x,y]=meshgrid(x);
z=sin(y).*cos(x);
mesh(x,y,z);
x-axis'
),ylabel('
y-axis'
),zlabel('
z-axis'
mesh'
pause;
%program2
surf(x,y,z);
surf'
%program3
plot3(x,y,z);
plot3-1'
程序执行结果分别如上图所示。
从图中可以发现,网格图(mesh)中线条有颜色,线条间补面无颜色。
曲面图(surf)的线条都是黑色的,线条间补面有颜色。
进一步观察,曲面图补面颜色和网格图线条颜色都是沿z轴变化的。
用plot3绘制的三维曲面实际上由三维曲线组合而成。
可以分析plot(x’,y’,z’)所绘制的曲面的特征。
例516绘制两个直径相等的圆管相交的图形。
m=30;
z=1.2*(0:
m)/m;
r=ones(size(z));
theta=(0:
m)/m*2*pi;
x1=r'
*cos(theta);
y1=r'
*sin(theta);
%生成第一个圆管的坐标矩阵
z1=z'
*ones(1,m+1);
x=(-m:
2:
x2=x'
y2=r'
z2=r'
surf(x1,y1,z1);
%绘制竖立的圆管
axisequal,axisoff
holdon
surf(x2,y2,z2);
%绘制平放的圆管
title('
两个等直径圆管的交线'
holdoff
例517分析由函数构成的曲面形状与平面z=a的交线。
此外,还有两个和mesh函数相似的函数,即带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格曲面函数meshz,其用法和mesh类似。
不同的是,meshc还在xy平面上绘制曲面在z轴方向的等高线,meshz还在xy平面上绘制曲面的底座。
surf函数也有两个类似的函数,即具有等高线的曲面函数surfc和具有光照效果的曲面函数surfl。
例518在xy平面内选择[-8,8]×
[-8,8]绘制函数,
[x,y]=meshgrid(-8:
0.5:
8);
z=sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2+eps);
meshc(x,y,z);
meshc'
meshz(x,y,z);
meshz'
surfc(x,y,z);
surfc'
surfl(x,y,z);
surfl'
3.标准三维曲面
Matlab提供了一些函数用于绘制标准三维曲面,这些函数可以产生相应的绘图数据,常用于三维图形的演示。
如,sphere函数和cylinder函数分别用于绘制三维球面和柱面。
sphere函数的调用格式为:
[x,y,z]=sphere(n);
该函数将产生(n+1)×
(n+1矩阵x,y,z。
采用这三个矩阵可以绘制出圆心位于原点、半径为1的单位球体。
若在调用该函数时不带输出参数,则直接绘制所需球面。
n决定了球面的圆滑程度,其默认值为20。
若n值取的比较小,则绘制出多面体的表面图。
cylinder函数的调用格式为:
[x,y,z]=cylinder(R,n)
其中R是一个向量,存放柱面各个等间隔高度上的半径,n表示在圆柱圆周上有n个间隔点,默认有20个间隔点。
如:
cylinder(3)生成一个圆柱,cylinder([10,1])生成一个圆锥。
而t=0:
4*pi;
R=sin(t);
cylinder(R,30);
生成一个正弦圆柱面。
另外Matlab还提供了一个peaks函数,称为多峰函数,常用于三维曲面的演示。
该函数可以用来生成绘图数据矩阵,矩阵元素由函数:
在矩形区域[-33]×
[-33]的等分网格点上的函数值确定。
z=peaks(30)
将生成一个30×
30矩阵,
例519绘制标准三维曲面图形
pi/20:
[x,y,z]=cylinder(2+sin(t),30);
subplot(1,3,1);
subplot(1,3,2);
[x,y,z]=sphere;
subplot(1,3,3);
[x,y,z]=peaks(30);
3.其他三维图形。
在介绍二维图形时,曾经提到条形图、杆图、饼图和填充图等特殊图形,它们还可以以三维形式出现,其函数分别为bar3,stem3,pie3和fill3。
bar3绘制三维条形图,常用格式为:
bar3(y);
bar3(x,y)
在第一种格式中,y的每个元素对应于一个条形。
第二种格式在x指定的位置上绘制y中元素的条形图。
stem3函数绘制离散序列数据的三维杆图,常用格式为:
stem3(z)
stem3(x,y,z)
第一种格式将数据序列z表示为从xy平面向上延伸的杆图,x和y自动生成。
第二种格式在x和y指定的位置上绘制数据序列z的杆图,x,y,z的维数要相同。
pie3函数绘制三维饼图,常用格式为:
pie3(x)
x为向量,用x中的数据绘制一个三维饼图。
fill3函数可在三维空间内绘制出填充过的多边形,常用格式为:
fill3(x,y,z,c)
用x,y,z做多边形的顶点,而c指定了填充的颜色。
例520绘制三维图形。
1绘制魔方阵的三维条形图2以三维杆图形式绘制曲线y=2sinx
3已知x=[2347,1827,2043,3025],绘制三维饼图
4用随机的顶点坐标值画出5个黄色三角形
bar3(magic(4));
y=2*sin(0:
pi/10:
2*pi);
stem3(y);
pie3([2347,1827,2043
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