MATLAB教程及实训第2版曹弋课件3章节.ppt

第3章 数据的可视化(Graphics),3.1 二维绘图 3.2 特殊图形和坐标的绘制 3.3 MATLAB的图形窗口 3.4 基本三维绘图命令,3.1 二维绘图(2-D plotting) 3.1.1 绘图的一般步骤,1. 曲线数据准备 2. 指定图形窗口和子图位置 3. 绘制图形 4. 设置坐标轴和图形注释 5. 仅对三维图形使用的着色和视点等设置 6. 图形的精细修饰 7. 按指定格式保存或导出图形,,3.1.2 基本绘图函数 (Plotting function),MATLAB R2010a中最基本的绘图函数是绘制曲线函数plot plot(y) %绘制以y为纵坐标的二维曲线 plot(x,y) %绘制以x为横坐标y为纵坐标的二维曲线 plot(x1,y1,x2,y2…) %在同一窗口绘制多条二维曲线图 说明：x和y可以是实数向量或矩阵，也可以是复数向量或矩阵例3-3 绘制矩阵y为2×3的曲线图 y=[1 2 3;4 5 6]; plot(y),y是2×3的矩阵，每列画一条曲线共3条，第一条线纵坐标画的是[1 4]两点例3-4 绘制方波信号，如图3-4所示 x=[0 1 1 2 2 3 3 4 4]; y=[1 1 0 0 1 1 0 1 1]; plot(x,y),,x和y为向量或矩阵时的plot(x,y)，分别有以下几种情况： x是向量y是矩阵时 x的长度与矩阵y的行数或列数必须相等，如果x的长度与y的每列元素个数相等，向量x与y的每列向量画一条曲线； 如果x的长度与y的每行元素个数相等，则向量x与矩阵y的每行向量对应画一条曲线； 如果y是方阵，x和y的行数和列数都相等，则向量x与矩阵y的每列向量画一条曲线。

x是矩阵y是向量时 y的长度必须等于x的行数或列数，绘制的方法与前一种相似 x和y都是矩阵时 x和y大小必须相同，矩阵x的每列与y的每列画一条曲线Ex,,例3-6 x是矩阵，分别绘制x与y1和x与y2的曲线，已知y1是向量且长度与x的行数相等，y2是矩阵且与x尺寸相同，曲线分别如图3-6a和3-6b所示 x=[1:4;2:5;3:6] x = 1 2 3 4 2 3 4 5 3 4 5 6 y1=[1 2 3] % y1长度与x的行数相等 y1 = 1 2 3 plot(x,y1),Ex,3.1.3 多个图形的绘制,1. 同一个窗口多个子图 使用subplot函数建立子图，subplot函数的命令格式如下： subplot(m,n,i) %将窗口分成(m×n)幅子图中，第i幅为当前图 说明：subplot中的逗号（,）可以省略；子图的编排序号原则是：左上方为第1幅，先从左向右后从上向下依次排列，子图彼此之间独立例3-8 在同一个窗口中建立四个子图，在子图中分别绘制sin(x)、cos(x)、sin(2x)和cos(2x)曲线，如图3-8所示。

x=0:0.1:10; subplot(2,2,1)%第一行左图 plot(x,sin(x)) subplot(2,2,2) %第一行右图 plot(x,cos(x)) subplot(2,2,3) %第二行左图 plot(x,sin(2*x)) subplot(2,2,4) %第二行右图 plot(x,cos(2*x)),,2. 双纵坐标图 双纵坐标图是指在同一个坐标系中使用左右两个不同刻度的坐标轴 plotyy(x1,y1,x2,y2) %以左、右不同的纵轴绘制两条曲线 3. 同一窗口多次叠绘 使用hold命令可以保留原图形，使多个plot函数在一个坐标系中不断叠绘hold on 、hold off 、hold 、hold all 4. 指定图形窗口 figure(n) %产生新图形窗口,练习,3.1.4 设置曲线绘制方式、坐标轴和图形注释,1. 曲线的线型、颜色和数据点形 在plot函数中还可以通过字符串参数来设置曲线的线型、颜色和数据点形等，命令格式如下： plot(x,y,s) 说明：s为字符串，设置曲线的线型、颜色和数据点形等，线型、颜色与数据点形参数例3-11 在图形中设置曲线的不同线型和颜色并绘制图形，如图3-11所示。

x=0:0.2:10; y=exp(-x); plot(x,y,'ro-.') hold on z=sin(x); plot(x,z,'m+:'),,2. 设置坐标轴 3. 分隔线和坐标框 4. 图形注释 图形注释是对打开的正在编辑的图形进行文字标注，文字标注包括设置标题（title）、设置坐标轴标签（label）、设置图例（legend）和添加标注元素（annotation）5．使用鼠标添加注释文字 gtext('s') %用鼠标把字符串放在图形上 gtext({'s1','s2','s3',.}) %一次将多个的字符串分行放置在图形上 gtext({'s1';'s2';'s3';.}) %一次放置一个字符串分多次放置在图形上,,6. 使用鼠标获取图形数据 [x,y]=ginput(n) %用鼠标从图形上获取n个点的坐标(x,y) 说明：参数n应为正整数，是通过鼠标从图上获得数据点的个数；x、y用来存放所取点的坐标是列向量，每次获取的坐标点为列向量的一个元素3.2 特殊图形和坐标的绘制(Specialized Plotting) 3.2.1 特殊图形绘制,在MATLAB R2010a的Workspace窗口中，如果选择了Workspace窗口中的某个内存变量，单击工具栏中的绘制列数据曲线按钮（Plot），出现下拉的菜单可以绘制各种不同的特殊图形。

1. 柱状图 柱状图常用于对统计的数据进行显示，便于观察在一定时间段中数据的变化趋势，比较不同组数据集以及单个数据在所有数据中的分布情况，特别适用于少量且离散的数据 bar(x,y,width,参数) %画柱状图,,2. 面积图 面积图与柱状图相似，只不过是将一组数据的相邻点连接成曲线，然后在曲线与横轴之间填充颜色，适合于连续数据的统计显示 area(x,y) %画面积图,,3. 饼形图 饼形图适用于显示向量或矩阵中各元素占总和的百分比 pie(x,explode,'label') %画二维饼形图 x是向量，用于绘制饼形图； explode是与x同长度的向量，用来决定是否从饼图中分离对应的一部分块，非零元素表示该部分需要分离； 'label'是用来标注饼形图的字符串数组练习,,4. 直方图 直方图又称为频数直方图，适于显示数据集的分布情况并具有统计的功能 hist(y,n) %统计每段的元素个数并画出直方图 N=hist(y,x) %统计出每段元素个数 说明： n分段的个数，n省略时则默认为分成10段； x是向量，用于指定所分每个数据段的中间值； y可以是向量或矩阵，如果是矩阵则按列分段； N是每段元素个数，N可省略，省略时绘制图形。

例3-18 绘制直方图统计并显示数据，如图3-20所示 x=randn(100,1)%产生100个正态分布的随机数 subplot(2,1,1) hist(x,20) %分20段 subplot(2,1,2) hist(x,-3:1:3) %确定每段中间值 sum((x1.5)) %计算1.5～2.5间的元素个数,,5. 离散数据图 （1）stem函数 将数据用一个垂直于横轴的火柴棒表示，火柴头的小圆表示数据点 stem(x,y,参数) %绘制火柴杆图 （2）stairs函数 stairs函数用于绘制阶梯图，命令格式如下： stairs(x,y,'线型') %绘制阶梯图,,6. 误差条图 误差条图是用来绘制误差的条形图，显示沿着曲线的误差，常用于数理统计 errorbar(X,Y,E,'线型') %绘制在(X,Y)处长为E的误差条 errorbar(X,Y,L,U,'线型') %绘制在(X,Y)处向下长为L向上长为U的误差条,,7. 向量图 （1）compass函数 compass函数绘制的图中每个数据点都是以原点为起点的带箭头的线段，称为罗盘图 compass(u,v,'线型') %绘制横坐标为u纵坐标为v的罗盘图 （2）feather函数 feather函数是在直角坐标系中绘图，起点为X轴上间隔单位长度的刻度点，称为羽毛图， feather(u,v,'线型') %绘制横坐标为u纵坐标为v的羽毛图 （3）quiver函数 quiver函数绘制向量场，也是在直角坐标系中绘图，常用于绘制梯度场， quiver(x,y,u,v) %绘制以(x,y)为起点，横纵坐标为(u,v)的向量场,例3-20 已知如图3-23所示电路图，电流I=10sin(100t+π/6)，R=10Ω，wL=3Ω，1/wc=2Ω时计算U、Ur、Uc和UL，分别使用compass、feather和quiver函数绘制复相量U、Ur、Uc和UL的向量图. R=10; zc=2*1/j; zl=3j; Ur=I*R %电阻电压 Uc=zc*I %电容电压 Ul=zl*I %电感电压 U=I*(R+zc+zl) compass([Uc,Ur,Ul,U],'r') %绘制红色罗盘图 feather([Uc,Ur,Ul,U]) %绘制羽毛图 quiver([0,1,2,3],0,[real(Ur),real(Uc),real(Ul),real(U)],[imag(Ur),imag(Uc),imag(Ul),imag(U)]),3.2.2 特殊坐标轴图形绘制,1. 极坐标图 polar(theta,rho,参数) %根据相角theta和离原点的距离rho绘制极坐标图 例3-21 使用polar函数来绘制极坐标图。

theta=0:0.1:2*pi; r1=sin(theta); r2=cos(theta); %在极坐标中绘制两条曲线 polar([theta,theta],[r1,r2],'r'),,2. 对数坐标图 对数坐标图是指坐标轴的刻度不是线性刻度而是对数刻度，semilogx和 semilogy函数分别绘制对X轴和Y轴的半对数坐标图，loglog是双对数坐标图 semilogx(x1,y1,'线型',x2,y2,'线型',……) %绘制x为对数的多条曲线 semilogy(x1,y1,'线型',x2,y2,'线型',……) %绘制y为对数的多条曲线 loglog(x1,y1,'线型',x2,y2,'线型',……) %绘制x、y都为对数的多条曲线,,例3-22 计算对数幅频特性 ，横坐标为w按对数坐标 w=logspace(-1,2,10); Lw=-20*log10(sqrt((0.05*w).^2+1)); semilogx(w,Lw) loglog(w,Lw),,3.3 MATLAB的图形窗口 3.3.1 图形窗口界面,1. 工具栏 MATLAB R2010a图形窗口有三个工具栏，如图3-27所示，包括图形窗口工具栏、照相工具栏和绘图编辑工具栏。

2. 菜单 图形窗口的菜单包括“File”、“Edit”、“View”、“Insert”、“Tools”、“Desktop”、“Window”和“Help” 3. 面板 MATLAB R2010a的交互式图形工具主要包括图形面板、绘图浏览器和属性编辑器三个面板练习,3.3.2 图形的打印和输出,1. 图形的打印 在MATLAB中对图形打印可以通过打印预览窗口进行设置，可以设置打印到纸或文件，并可以进行页面设置、打印预览 2. 图形的输出 （1）导出图形文件 在MATLAB R2010a中导出图形文件使用菜单“File”→“Export Setup…” 图形文件的保存格式有.fig、.bmp、.emf、.jpg、.pdf、.tif、.pcx和.png等。