• MATLAB学习笔记(五)——MATLAB绘图


    (一)二维数据曲线图

    一、绘制单根二维曲线

    1、基本调用格式

    plot(x,y)

    (1)x,y为长度相同的向量,分别用于储存x坐标和y坐标数据

    (2)用于绘制以x,y为横,纵坐标的二维曲线。

    (3)举例

    image

    >> x=linspace(0,2*pi,100);
    >> y=2*exp(-5*x).*cos(4*pi*x);
    >> plot(x,y)

    效果如下:

    image

           从这里我们可以明白plot绘图,其实是取点,然后用光滑的曲线进行连接的。可以说是最差的插值方法吧。

    2、plot函数最简单的调用格式

    plot(x)

    (1)x是实向量时,以该向量元素的下标为横坐标,元素为纵坐标画出一条连续曲线,这实际上是绘制折线图。

    (2)x是复向量时,以向量元素的实部和虚部为横、纵坐标绘制一条曲线。

    (3)举个例子

    >> t=linspace(0,2*pi,100);
    >> x=exp(i*t);
    >> plot(x)

    image

    二、绘制多根二维曲线

    1、plot函数的输入参数是矩阵形式

    (1)当x是向量,y是有一维与x同维的矩阵时,绘制出多根不同颜色的线。

    >> x=linspace(0,2*pi,100);
    >> y=[sin(x);
         1+sin(x)
         2+sin(x)];
    >> plot(x,y)

    image

    (2)当x,y是同维矩阵时,则以x,y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线,曲线条数等于列数

    >> x1=linspace(0,2*pi,100);
    >> x2=linspace(0,3*pi,100);
    >> x3=linspace(0,4*pi,100);
    >> x=[x1,x2,x3]';
    
    >> y=[sin(x1);1+sin(x2);2+sin(x3)]‘;
    >> plot(x,y)

    image

    (3)对只包含一个输入参数的plot函数

    a、当输入参数是实矩阵时,则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线。

    b、当输入参数是复矩阵时,则以实部、虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。

    t=linspace(0,2*pi,100);
    x=exp(i*t);
    y=[x;2*x;3*x]';
    plot(y)

    image

    2、含多个输入参数的plot函数

    (1)调用格式为

    plot(x1,y1,x2,y2,……,xn,yn)

          可以在同一坐标内画出3条曲线

    (2)当输入参数有矩阵形式时,配对的x,y按对应的横纵坐标分别绘制曲线,条数还是等于列数。

    3、具有两个纵坐标标度的图形

    (1)调用格式

    plotyy(x1,y1,x2,y2)

          其中x1,y1对应一条曲线,而x2和y2对应另外一条曲线,然后左边是第一条曲线的纵坐标,右边是第二条曲线的纵坐标。

    (2)实例

    >> y1=0.2*exp(-0.5*t).*cos(4*pi*t);
    >> y2=2*exp(-0.5*t).*cos(pi*t);
    >> plotyy(t,y1,t,y2);

    image

    4、图形保持

         一般情况下,每执行一次命令就刷新当前窗口,图形窗口原有图形将不复存在。若希望在已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。

    hold on保持

    hold off取消保持

    hold 在两者之间切换

    三、设置曲线样式

    image

    调用格式为:

    plot(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,……,xn,yn,选项n)

        其中选项的顺序好像没有关系- -,大家可以试一试

    四、图形标注与坐标控制

    1、图形标注

    (因为可以直接加,所以这些命令了解一下就好了。。)

    image

    2、坐标控制

    (因为也可以直接调整,所以了解一下就好)

    (1)调整坐标函数

    axis([xmin xmax ymin ymax zmin zmax])

    image

    (2)grid命令

        grid on 画网格线

        grid off 不画网格线

        grid      进行切换

    五、图形的可视化编辑

    (因为2014有官方中文版,所以就不需要多说了- -)

    六、对函数自适应采样的绘图函数

         主要是我们使用plot函数的时候,我们为了方便都是取等步长的点,这样的话,如果遇到疏密不一的曲线就很难描绘出来,所以还有一个函数可以直接进行适应。

    1、调用格式

    fplot(fname,lims,tol,选项)

    其中:fname为函数名,以字符串的形式出现。可以是由多个分量函数构成的行向量,分量函数可以是函数的直接字符串,也可以是内部函数名或函数文件名。

            lims为x,y的取值范围。可以取二元向量image,也可以四元向量image

            tol为允许的相对误差

    2、实例

    >> fplot('cos(tan(pi*x))',[0,1],1e-4)

    image

    换句话说,我们在绘制已知表达式的情况下,使用这用绘制方法是最好的。

    七、图形窗口的分割

           如果我们需要在一个图形窗口内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。

    1、subplot函数的调用格式

    subplot(m,n,p)

          作用是将当前图形窗口分成m*n个绘图区,区号是按照行号优先编号,且选定第p个区为当前互动区。

    2、一个demo

    x_square=[-3,3,3,-3,-3];
    y_square=[3,-3,3,3,-3];
    x_circle=3*cos((0:10:360)*pi/180);
    y_circle=3*sin((0:10:360)*pi/180);
    x_triangle=3*cos([90,210,330,90]*pi/180);
    y_triangle=3*sin([90,210,330,90]*pi/180);
    subplot(2,2,1);
    plot(x_square,y_square,'-r');
    axis([-4,4,-4,4]);
    axis('equal');
    title('square');
    
    subplot(2,2,2);
    plot(x_circle,y_circle,'--k');
    axis([-4,4,-4,4]);
    axis('equal');
    title('circle');
    
    subplot(2,2,3);
    plot(x_triangle,y_triangle,':b');
    axis([-4,4,-4,4]);
    axis('equal');
    title('triangle');

    image

    (二)其他二维图形

    一、其他坐标系下的二位数据曲线图

    1、对数坐标图形

    (1)调用格式

    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……)

          第一个函数为x为对数坐标,y为线性刻度。

          第二个函数为y为对数坐标,x为线性刻度。

          第三个函数x,y都是对数坐标。

    (2)demo

    x=linspace(0,10,100);
    y=10*x.*x;
    subplot(2,2,1);
    plot(x,y);
    
    subplot(2,2,2);
    semilogx(x,y);
    
    subplot(2,2,3);
    semilogy(x,y);
    
    subplot(2,2,4);
    loglog(x,y);

    image

    2、极坐标图

    (1)调用格式

    polar(theta,rho,选项)

          其中theat为极角,rho为矢径

    (2)demo

    >> r=sin(t).*cos(t);
    >> polar(t,r)

    image

    二、二维统计分析图

    条形图 bar(x,y,选项)
    阶梯图 stairs(x,y,选项)
    杆图 stem(x,y,选项)
    填充图 fill(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2……)
    饼图 pie([a0,a1,a2,……])

          前三个跟plot类似,然后fill就是将这些点连起来,然后如果最后不是封闭图形,那么首尾会自动连接起来。

    (三)隐函数绘图

    image

    (四)三维图形

    一、三维曲线

    1、最基本的三维图形函数plot3

    (1)用来绘制三维曲线

    (2)格式

    plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2……)

    (3)demo

    image

    t=0:pi/100:20*pi;
    x=sin(t);
    y=cos(t);
    z=t.*sin(t).*cos(t);
    plot3(x,y,z);
    gride on;

    image

    二、三维曲面

    1、产生三维数据

          绘制z=f(x,y)所表示的三维全面图,先要在x,y平面选定一个矩形区域,分成很多小块,然后确定x和y(中心),然后带入f(x,y),求Z

    (1)在MATLAB中产生网格坐标矩阵

    x=a:d1:b;
    y=c:d2:d;
    [X,Y]=meshgrid(x,y);

          a、X矩阵的每一行都是向量X,行数等于Y元素的个数

          b、Y矩阵的每一列都是向量Y,列数等于X元素的个数

          c、当x=y的时候,可以只调用meshgrid(x)

    (2)计算Z

          当然一般z是需要用for循环还有条件语句来构造的。

    2、绘制三维曲面的函数

    (1)调用格式

    a、mesh(x,y,z,c):用于绘制三维网格图,比较粗糙

        meshc(x,y,z,c):会带有等高线

        meshz(x,y,z,c):会带有曲线的底座

    b、surf(x,y,z,c):用于绘制三维曲面,精细

        ① 其中,x,y,z是同一纬度的矩阵,z=f(x,y),c用于制定在不同高度下的颜色范围,c省略时,默认c=z。 

        ② 然后如果x,y省略的话,z的列下标作为x轴坐标,z的行下标作为y轴坐标。

        ③ 如果X,y是向量,那么length(x)等于Z的列,length(y)的长度等于Z的行。

    (2)一个demo

    [x,y]=meshgrid(-8:0.5:8);
    z=sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2);
    subplot(2,2,1);
    mesh(x,y,z);
    
    subplot(2,2,2);
    meshc(x,y,z);
    
    subplot(2,2,3);
    meshz(x,y,z);
    
    subplot(2,2,4);
    surf(x,y,z);

    image

    3、标准三维曲面

    (1)shpere(n)

    a、调用格式

    [x,y,z]=sphere(n);

         该函数将产生(n+1)^2的矩阵x,y,z,采用这三个矩阵绘制出圆心位于原点,半径为1的单位球体,n决定了球面的圆滑程度

    (2)cylinder函数

    a、调用格式

    [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。

    (3)peak函数

        用来展示三维曲面。z=f(x,y)的函数关系如下

    image

        调用格式

    z=peaks(n)

    (4)一个demo

    t=linspace(0,2*pi,40);
    
    [x,y,z]=cylinder(2+sin(t),30);
    subplot(2,2,1);
    surf(x,y,z);
    
    subplot(2,2,2);
    [x,y,z]=sphere;
    surf(x,y,z);
    
    subplot(2,1,2);
    [x,y,z]=peaks(30);
    surf(x,y,z);

    image

    三、其他三维图形

    1、绘制统计图

    三维条形图 bar3(y) y的每一个元素对应一个条形
      bar3(x,y) 在x指定的位置上绘制y中元素的条形图
    三维杆图 stem3(z) 将数据序列z表示为从xy平面向上延伸的杆图
      stem3(x,y,z) 在指定位置上画杆图
    三维饼图 pie3(x) X为向量,用于绘制一个三维饼图
      fill3(x,y,z,c) 使用x,y,z作为多边形的顶点,c制定了填充的颜色

    一个demo

    t=linspace(0,2*pi,40);
    
    subplot(2,2,1);
    bar3(magic(4));
    
    subplot(2,2,2);
    y=2*sin(0:pi/10:2*pi);
    stem3(y);
    
    subplot(2,2,3);
    pie3([1000,2000,3000,4000]);
    
    subplot(2,2,4);
    fill3(rand(3,5),rand(3,5),rand(3,5),'y');

    image

    2、瀑布图

         调用格式

    waterfall(X,Y,Z)

    image

    3、等高线图

    >> contour3(X,Y,Z,1000);

       其中1000表示高度的等级数,越大表示分的越精细

    image

    (五)图形修饰处理

    一、视点处理

         通过修改视点来看到不同角度的形状。

    image

    1、函数格式

    view(az,el)

          az表示方位角,el表示仰角

    2、其实可以直接在选项中直接转动= =,所以不哆嗦

    二、色彩处理

    1、颜色的向量表示。

    image

    2、色图

          就是一个m*3的数值矩阵,每一行表示一个RGB三元组。色图可以认为生成,也可以调用函数

    image

           除了plot和其派生函数,其他函数均使用色图着色。使用这个函数可以改变色图

    colormap(m)
           其中m表示色图矩阵    

    3、三维表面图形的着色

    image

    一个demo

    [x,y,z]=sphere(30);
    
    colormap(copper);
    
    subplot(1,3,1);
    surf(x,y,z);
    axis equal;
    
    subplot(1,3,2);
    surf(x,y,z);
    shading flat;
    axis equal;
    
    subplot(1,3,3);
    surf(x,y,z);
    shading interp;
    axis equal;

    image

    三、光照处理

    light('color;,选项1,'style',选项2,'position',选项3)

          选项1表示颜色 ,

          选项2:’infinite’表示无穷远光,’local’表示近光、

          选项3:表示光照来的位置

    [x,y,z]=sphere(30);
    
    
    subplot(1,2,1);
    surf(x,y,z);
    axis equal;
    shading flat;
    light('posi',[0,1,1]);
    
    
    subplot(1,2,2);
    surf(x,y,z);
    shading flat;
    axis equal;
    light('posi',[1,0,1]);

    image

    四、图形的裁剪处理

    image

    imageimage

    [x,y]=meshgrid(-5:0.1:5);
    z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x.^2+y.^2)/4);
    surf(x,y,z);
    shading interp;
    pause;
    
    i=find(x<=0&y<=0);
    zi=z;
    zi(i)=NaN;
    surf(x,y,zi);
    shading interp;

    (六)图像处理与动画制作

    image

    image

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