matla绘图简明教程.docx
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matla绘图简明教程
MatLab绘图
作为一个功能强大的工具软件,Matlab具有很强的图形处理功能,提供了大量的二维、三维图形函数。
由于系统采用面向对象的技术和丰富的矩阵运算,所以在图形处理方面方便又高效。
一般来说,一个命令行输入一条命令,命令行以回车结束。
但一个命令行也可以输入若干条命令,各命令之间以逗号分隔,若前一命令后带有分号,则逗号可以省略。
如果一个命令行很长,一个物理行之内写不下,可以在第一个物理行之后加上3个小黑点并按下回车键,然后接着下一个物理行继续写命令的其他部分。
3个小黑点称为续行符,即把下面的物理行看作该行的逻辑继续。
二维图形
一、plot函数
①函数格式:
plot(x,y) 其中x和y为长度相同
坐标向量
函数功能:
以向量x、y为轴,绘制曲线。
【例】在区间0≤X≤2内,绘制正弦曲线y=sin(x)
其程序为:
x=0:
pi/100:
2*pi; %必须加上分号,否则x直接显示出来啦
y=sin(x); %必须加上分号,否则x直接显示出来啦
plot(x,y)
【例】在0≤x≤2区间内,绘制曲线 y=2e-0.5xcos(4πx)
程序如下:
x=0:
pi/100:
2*pi;
y=2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);
plot(x,y)
plot函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数:
plot(x)
在这种情况下,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。
② 含多个输入参数的plot函数调用格式为:
plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)
Ⅰ.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。
Ⅱ.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。
【例】同时绘制正、余弦两条曲线y1=sin(x)和
y2=cos(x),其程序为:
x=0:
pi/100:
2*pi;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
plot(x,y1,x,y2)
或者
x=[0:
0.5:
360]*pi/180;
plot(x,sin(x),x,cos(x))
中间变量绘图
t=0:
0.1:
2*pi;
x=t.*sin(3*t);%.*表示点乘,*表示矩阵乘法
y=t.*sin(t).*sin(t);
plot(x,y);
【例】分析下列程序绘制的曲线。
x1=linspace(0,2*pi,100);
x2=linspace(0,3*pi,100);
x3=linspace(0,4*pi,100);
y1=sin(x1);
y2=1+sin(x2);
y3=2+sin(x3);
x=[x1;x2;x3]';
y=[y1;y2;y3]';
plot(x,y,x1,y1-1)
③ 具有两个纵坐标标度的图形
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绘图函数。
调用格式为:
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。
【例】用不同标度在同一坐标内绘制曲线
y1=0.2e-0.5xcos(4πx)和
y2=2e-0.5xcos(πx)
④ 图形保持
holdon/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。
holdon:
启动图形保持功能,当前坐标轴和图形都将保持,此后绘制的图形都将添加在这个图形之上,并且自动调整坐标轴的范围。
holdoff:
关闭图形保持功能。
hold:
在holdon和holdoff命令之间进行切换。
【例】采用图形保持,在同一坐标内绘制曲线y1=0.2e-0.5xcos(4πx)和y2=2e-0.5xcos(πx)。
程序如下:
x=0:
pi/100:
2*pi;
y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);
plot(x,y1)
holdon
y2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);
plot(x,y2);
holdoff
二、设置曲线样式格式:
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,它们可以组合使用。
例如,“b-.”表示蓝色点划线,“y:
d”表示黄色虚线并用菱形符标记数据点。
当选项省略时,MATLAB规定,线型一律用实线,颜色将根据曲线的先后顺序依次。
调用格式为:
plot(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…,xn,yn,选项n)
要设置曲线样式可以在plot函数中加绘图选项,其调用格式为:
plot(x,y1,’cs’,...)
其中c表示颜色,s表示线型。
【例】用不同线型和颜色重新绘制例2图形,其程序为:
x=0:
pi/100:
2*pi;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
plot(x,y1,'go',x,y2,'b-.')
其中参数'go'和'b-.'表示图形的颜色和线型。
g表示绿色,o表示图形线型为圆圈;b表示蓝色,-.表示图形线型为点划线。
【例】在同一坐标内,分别用不同线型和颜色绘制曲线y1=0.2e-0.5xcos(4πx)和y2=2e-0.5xcos(πx),标记两曲线交叉点。
x=linspace(0,2*pi,1000);
y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);
y2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);
k=find(abs(y1-y2)<1e-2);
%查找y1与y2相等点(近似相等)的下标
x1=x(k); %取y1与y2相等点的x坐标
y3=0.2*exp(-0.5*x1).*cos(4*pi*x1);
%求y1与y2值相等点的y坐标
plot(x,y1,x,y2,'k:
',x1,y3,'bp');
三、图形标记
在绘制图形的同时,可以对图形加上一些说明,如图形名称、图形某一部分的含义、坐标说明等,将这些操作称为添加图形标记。
title(‘加图形标题’);当前轴的正上方居
中位置处输出文本作为标题
xlabel('加X轴标记');
ylabel('加Y轴标记');
text(X,Y,'添加文本');
函数中的说明文字,除使用标准的ASCII字符外,还可使用LaTeX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({\omega}t+{\beta})’)将得到标注效果sin(ωt+β)。
x=0:
pi/100:
2*pi;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
plot(x,y1,'b*',x,y2,'r>');
title('绘制正弦,余弦函数');
%title(date);
xlabel('横轴');
ylabel('纵轴');
text(2,1,'正弦曲线');
text(1,0.6,'余弦曲线');
【例】在坐标范围0≤X≤2π,-2≤Y≤2内重新绘制正弦曲线,其程序为:
x=linspace(0,2*pi,60);
%生成含有60个数据元素的向量X
y=sin(x);
plot(x,y);
axis([02*pi-22]);
四、坐标控制
axis函数的调用格式为:
axis([xminxmaxyminymaxzminzmax])
axis函数功能丰富,常用的格式还有:
axisequal:
纵、横坐标轴采用等长刻度。
axissquare:
产生正方形坐标系(缺省为矩形)。
axisauto:
使用缺省设置。
axisoff:
取消坐标轴。
axison:
显示坐标轴。
给坐标加网格线用grid命令来控制。
gridon/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。
boxon/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。
五、加图例
给图形加图例命令为legend。
该命令把图例放置在图形空白处,用户还可以通过鼠标移动图例,将其放到希望的位置。
格式:
legend('图例说明','图例说明');
【例】为正弦、余弦曲线增加图例,其程序为:
x=0:
pi/100:
2*pi;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
plot(x,y1,x,y2,'--');
legend('sin(x)','cos(x)');
六、对函数自适应采样的绘图函数
fplot函数则可自适应地对函数进行采样,能更好地反应函数的变化规律。
fplot函数的调用格式为:
fplot(fname,lims,tol,选项)
其中fname为函数名,以字符串形式出现,lims为x,y的取值范围,tol为相对允许误差,其系统默认值为2e-3。
选项定义与plot函数相同。
【例】用fplot函数绘制f(x)=cos(tan(πx))的曲线。
命令如下:
fplot('cos(tan(pi*x))',[0,1],1e-4)
或可先建立函数文件fct.m,其内容为:
function y=fct(x)
y=cos(tan(pi*x));
用fplot函数调用fct.m函数,其命令为:
fplot(‘fct’,[0 1])
七.极坐标图
polar函数用来绘制极坐标图,其调用格式为:
polar(theta,rho,选项)
其中theta为极坐标极角,rho为极坐标矢径,选项的内容与plot函数相似。
例 绘制r=sin(t)cos(t)的极坐标图,并标记数据点。
程序如下:
1t=0:
pi/50:
2*pi;
2r=sin(t).*cos(t);
3polar(t,r,'-*');
八. 图形标记
title(‘加图形标题');
xlabel('加X轴标记');
ylabel('加Y轴标记');
text(X,Y,'添加文本');
Legend(‘sin(x)’);%加图例
绘制三维螺旋曲线
1t=0:
pi/50:
10*pi;
2x=sin(t),y=cos(t);
3plot3(x,y,t);
4title('helix'),text(0,0,0,'origin');
5xlabel('sin(t)'),ylabel('cos(t)'),zlabel('t');
6gridon;%加上虚线网格线可以更好的看到对应区间的值
九.绘制三维网格图。
函数格式:
mesh(x,y,z,c)
其中:
x,y控制X和Y轴坐标
矩阵z是由(x,y)求得Z轴坐标
(x,y,z)组成三维空间的网格点
c用于控制网格点颜色
1%绘制三维网格曲面图
2x=[0:
0.15:
2*pi];
3y=[0:
0.15:
2*pi];
4z=sin(y')*cos(x);%矩阵相乘
5mesh(x,y,z);
1%画出由函数形成的立体网状图:
2x=linspace(-2,2,25);%在x轴上取25点
3y=linspace(-2,2,25);%在y轴上取25点
4[xx,yy]=meshgrid(x,y);%xx和yy都是21x21的矩阵
5zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2);%计算函数值,zz也是21x21的矩阵
6mesh(xx,yy,zz);%画出立体网状图
十.surf函数
绘制三维曲面图,各线条之间的补面用颜色填充。
surf函数和mesh函数的调用格式一致。
函数格式:
surf(x,y,z)
其中x,y控制X和Y轴坐标,矩阵z是由x,y求得的曲面上Z轴坐标。
1%绘制三维曲面图
2x=[0:
0.15:
2*pi];
3y=[0:
0.15:
2*pi];
4z=sin(y')*cos(x);%矩阵相乘
5surf(x,y,z);
1%剔透玲珑球
2[X0,Y0,Z0]=sphere(30);%产生单位球面的三维坐标
3X=2*X0;Y=2*Y0;Z=2*Z0;%产生半径为2的球面的三维坐标,若加上常数则是圆心
4surf(X0,Y0,Z0);%画单位球面
5shadinginterp%采用插补明暗处理
6holdon;mesh(X,Y,Z);holdoff%画外球面
7hiddenoff%产生透视效果
8axisoff%不显示坐标轴
1%卫星返回地球的运动轨线示意。
2R0=1;%以地球半径为一个单位
3a=12*R0;b=9*R0;T0=2*pi;%T0是轨道周期
4T=5*T0;dt=pi/100;t=[0:
dt:
T]';f=sqrt(a^2-b^2);%地球与另一焦点的距离
5th=12.5*pi/180;%卫星轨道与x-y平面的倾角
6E=exp(-t/20);%轨道收缩率
7x=E.*(a*cos(t)-f);y=E.*(b*cos(th)*sin(t));z=E.*(b*sin(th)*sin(t));
8plot3(x,y,z,'g')%画全程轨线
9[X,Y,Z]=sphere(30);X=R0*X;Y=R0*Y;Z=R0*Z;%获得单位球坐标
10gridon,holdon,surf(X,Y,Z),shadinginterp%画地球
11x1=-18*R0;x2=6*R0;y1=-12*R0;y2=12*R0;z1=-6*R0;z2=6*R0;
12axis([x1x2y1y2z1z2])%确定坐标范围
13view([11737]),comet3(x,y,z,0.02),holdoff%设视角、画运动轨线
十一.等高线图
1%多峰函数peaks的等高线图
2[x,y,z]=peaks(30);%产生一个凹凸有致的曲面,包含了三个局部极大点及三个局部极小点
3contour3(x,y,z,16);
4xlabel('x-axis'),ylabel('y-axis'),zlabel('z-axis');
5title('contour3ofpeaks')
十二.动画设计
1%动画功能函数:
getframe、moviein和movie
2%播放一个不断变化的眼球程序。
3m=moviein(20);%建立一个20个列向量组成的矩阵
4forj=1:
20
5plot(fft(eye(j+10)))%绘制出每一幅眼球图并保存到m矩阵中
6m(:
j)=getframe;
7end
8movie(m,10);%以每秒10幅的速度播放画面
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