matlabplot画图.docx
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matlabplot画图
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第五讲计算结果的可视化
本节介绍MATLAB的两种基本绘图功能:
二维平面图形和三维立体图形。
5.1二维平面图形
5.1.1基本图形函数
plot是绘制二维图形的最基本函数,它是针对向量或矩阵的列来绘制曲线的。
也就是
说,使用plot函数之前,必须首先定义好曲线上每一点的x及y坐标,常用格式为:
(1)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为一实矩阵时,则以其序号为横坐标,按列绘制每列元素值相对于其序号的曲
线,
当x为m×n矩阵时,就由n条曲线。
(2)plot(x,y)以x元素为横坐标值,y元素为纵坐标值绘制曲线。
(3)plot(x,y1,x,y2,…)以公共的x元素为横坐标值,以y1,y2,…元素为纵坐标值绘
制多条曲线。
例5.1.1画出一条正弦曲线和一条余弦曲线。
>>x=0:
pi/10:
2*pi;
>>y1=sin(x);
>>y2=cos(x);
>>plot(x,y1,x,y2)
图5.1.1函数plot绘制的正弦曲线
在绘制曲线图形时,常常采用多种颜色或线型来区分不同的数据组,MATLAB软件专
门提供了这方面的参数选项(见表5.1.1),我们只要在每个坐标后加上相关字符串,就可
实
现它们的功能。
-2-
表5.1.1绘图参数表
色彩字符颜色线型字符线型格式标记符号数据点形式标记符号数据点形式
y黄-实线.点<小于号
m紫:
点线o圆s正方形
c青-.点划线x叉号d菱形
r红--虚线+加号h六角星
g绿*星号p五角星
b蓝v向下三角形
w白^向上三角形
k黑>大于号
例如,在上例中输入
>>plot(x,y1,'r+-',x,y2,'k*:
')
则得图5.1.2
图5.1.2使用不同标记的plot函数绘制的正弦曲线
5.1.2图形修饰
MATLAB软件为用户提供了一些特殊的图形函数,用于修饰已经绘制好的图形。
表5.1.2图形修饰函数表
函数含义
gridon(/off)给当前图形标记添加(取消)网络
xlable(‘string’)标记横坐标
ylabel(‘string’)标记纵坐标
title(‘string’)给图形添加标题
text(x,y,’string’)在图形的任意位置增加说明性文本信息
gtext(‘string’)利用鼠标添加说明性文本信息
axis([xminxmaxyminymax])设置坐标轴的最小最大值
-3-
例5.1.2给例5.1.1的图形中加入网络和标记。
(见图5.1.3和5.1.4)
>>x=0:
pi/10:
2*pi;
>>y1=sin(x);
>>y2=cos(x);
>>plot(x,y1,x,y2)
>>gridon
>>xlabel('independentvariableX')
>>ylabel('DependentVariableY1&Y2')
>>title('SineandCosineCurve')
>>text(1.5,0.3,'cos(x)')
>>gtext('sin(x)')
>>axis([02*pi-0.90.9])
图5.1.3使用了图形修饰的plot函数绘制的正弦曲线
5.1.3图形的比较显示
在一般默认的情况下,MATLAB每次使用plot函数进行图形绘制,将重新产生一个图
形窗口。
但有时希望后续的图形能够和前面所绘制的图形进行比较。
一般来说有两种方法
:
一是采用holdon(/off)命令,将新产生的图形曲线叠加到已有的图形上;二是采用
subplot(m,n,k)函数,将图形窗口分隔成nm×个子图,并选择第k个子图作为当前图形
,然
后在同一个视图窗口中画出多个小图形。
例5.1.3在同一窗口中绘制线段。
(见图5.1.5)
>>x=0:
pi/10:
2*pi;
>>y1=sin(x);
>>y2=cos(x);
>>y3=x;
-4-
>>y4=log(x);
>>plot(x,y1,x,y2)
>>holdon
>>plot(x,y3)
>>plot(x,y4)
>>holdoff
例5.1.4在多个窗口中绘制图形。
(见图5.1.6)
>>x=0:
pi/10:
2*pi;
>>y1=sin(x);
>>y2=cos(x);
>>y3=exp(x);
>>y4=log(x);
>>subplot(2,2,1);
>>plot(x,y1);
>>subplot(2,2,2);
>>plot(x,y2);
>>subplot(2,2,3);
>>plot(x,y3);
>>subplot(2,2,4);
>>plot(x,y4);
[说明]
(1)子窗口的序号按行由上往下,按列从左向右编号。
(2)如果不用指令clf清除,以后图形将被绘制在子图形窗口中。
图5.1.4设置坐标轴最大最小值的正弦曲线
-5-
图5.1.5图形的比较显示(曲线叠加方法)
图5.1.6图形的比较显示(图形窗口分割方法)
-6-
5.2三维立体图形
5.2.1三维曲线图
与二维图形相对应,MATLAB提供了plot3函数,可以在三维空间中绘制三维曲线,
它的格式类似于plot,不过多了z方向的数据。
plot3的调用格式为:
plot3(x1,y1,z1,x2,y2,z2,...)
其中x1,y1,z1,x2,y2,z2,…等分别为维数相同的向量,分别存储着曲线的三个坐标值,该
函数
的使用方式和plot类似,也可以采用多种的颜色或线型(见表5.1.1)来区分不同的数据
组,
只需在每组变量后面加上相关字符串即可实现该功能。
例5.2.1绘制方程x=t
y=sin(t)
z=cos(t)
在t=[0,2*pi]上
的空间方程。
(见图5.2.1)
>>clf
>>x=0:
pi/10:
2*pi;
>>y1=sin(x);
>>y2=cos(x);
>>plot3(y1,y2,x,'m:
p')
>>gridon
>>xlabel('DependentVariableY1')
>>ylabel('DependentVariableY2')
>>zlabel('IndependentVariableX')
>>title('SineandCosineCurve')
图5.2.1函数plot绘制的三维曲线图
-7-
5.2.2三维曲面图
如果要画一个三维的曲面,可以使用mesh(X,Y,Z)或surf(X,Y,Z)函数来实现。
mesh函数为数据点绘制网格线,图形中的每一个已知点和其附近的点用直线连接。
surf
函数和mesh的用法类似,但它可以画出着色表面图,图形中的每一个已知点与其相邻点以
平面连接。
为方便测试立体绘图,MATLAB提供了一个peaks函数,它可以产生一个的高
斯分布矩阵,其生成方程是
NN×
z=3*(1-x).^2.*exp(-(x.^2)-(y+1).^2)-10*(x/5-x.^3-y.^5).*exp(-x.^2-y.^2)-1/3*ex
p(-(x+1).^2-y.^2)
对应的图形是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。
下面使用peaks函数来比较一下mesh和surf的区别。
例5.2.2分别用mesh函数和surf函数绘制高斯矩阵的曲面。
>>z=peaks(40);
>>mesh(z);
>>surf(z);
图5.2.2mesh函数绘制的三维曲面图
-8-
图5.2.3surf函数绘制的着色表面图
在曲面绘图中,另一个常用的函数是meshgrid函数,其一般引用格式是:
[X,Y]=meshgrid(x,y)
其中x和y是向量,通过meshgrid函数就可将x和y指定的区域转换成为矩阵X和Y。
这样我们在绘图时就可以先用meshgrid函数产生在x-y平面上的二维的网格数据,再以一
组z轴的数据对应到这个二维的网格,即可画出三维的曲面。
例5.2.3绘制方程
sin((x^2+y^2)^(1/2))
z=---------------------
(x^2+y^2)^(1/2)
在x∈[-7.5,7.5];y∈[-7.5,7.5]的图形。
>>x=-7.5:
0.5:
7.5;y=x;
>>[X,Y]=meshgrid(x,y);
>>R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
>>Z=sin(R)./R;
>>surf(X,Y,Z)
>>xlabel('X轴方向')
>>ylabel('Y轴方向')
>>zlabel('Z轴方向')
(见图5.2.4)
_(x^2+y^2)
例5.2.4绘制由方程形成的立体图。
(见图5.2.5)z=xe
>>clear
>>x=-2:
0.1:
2;y=x;
>>[X,Y]=meshgrid(x,y);
>>Z=X.*exp(-X.^2-Y.^2);
-9-
>>surf(X,Y,Z)
图5.2.4
图5.2.5
-10-
5.2.3观察点
MTALAB允许用户设置观察点,其指令是:
view(azimuth,elevation)
其中方位角azimuth是观察点和坐标原点连线在x-y平面的投影和y轴负方向的夹角,仰
角
elevation是观察点与坐标原点的连线和x-y平面的夹角。
对于这两个角度,三维图形的
默认
值分别是-37.5和30,二维图形的默认值是0和90。
例5.2.5从不同的角度观察高斯矩阵的曲面。
>>z=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);
图5.2.6对应不同观察点的三维曲面图
5.3其他图形函数
除了plot绘图函数以外,在有些场合对绘制的曲线会有一些特殊要求,这就要其他函
数来实现,常用的几种函数如下(见表5.3.1)
-11-
表5.3.1其他图形函数表
函数含义
loglog使用对数坐标系绘图
semilogx横坐标为对数坐标轴,纵坐标为线性坐标轴
semilogy横坐标为线性坐标轴,纵坐标为对数坐标轴
polar绘制极坐标图
fill绘制实心图
bar绘制直方图
pie绘制饼图
area绘制面积图
quiver绘制向量场图
stairs绘制阶梯图
sterm
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