Matlab习题与答案2

1实验二二维/三维数据的可视化一、实验目的熟悉掌握简单的图形绘制函数；掌握MATLAB常用的二维、三维图形及其他图形绘制函数的使用方法；熟悉图形句柄的使用。二、实验环境硬件环境：计算机一台软件环境：Matlab6.0三、实验内容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即常方便又高效。1、二维绘图（1）plot函数函数格式：plot(x,y)其中x和y为坐标向量函数功能：以向量x、y为轴，绘制曲线。例1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;y=sin(x);plot(x,y)例2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)plot函数还可以为plot(x,y1,x,y2，x,y3，…)形式，其功能是以公共向量x为X轴，分别以y1，y2，y3，…为Y轴，在同一幅图内绘制出多条曲线。例3用不同线型和颜色重新绘制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,'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2圆圈；b表示蓝色，-.表示图形线型为点划线。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');xlabel('加X轴标记');ylabel('加Y轴标记');text(X,Y,'添加文本');例4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Xy=sin(x);plot(x,y);axis([02*pi-22]);设定坐标轴范围2、subplot函数（1）subplot（m,n,p）该命令将当前图形窗口分成m×n个绘图区，即每行n个，共m行，区号按行优先编号，且选定第p个区为当前活动区。例5在一个图形窗口中同时绘制正弦、余弦、正切、余切曲线，程序为：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=sin(x)./(cos(x)+eps);eps为系统内部常数ct=cos(x)./(sin(x)+eps);subplot(2,2,1);分成2×2区域且指定1号为活动区plot(x,y);title('sin(x)');axis([02*pi-11]);subplot(2,2,2);plot(x,z);title('cos(x)');axis([02*pi-11]);subplot(2,2,3);plot(x,t);title('tangent(x)');axis([02*pi-4040]);subplot(2,2,4);plot(x,ct);title('cotangent(x)');3axis([02*pi-4040]);（2）多图形窗口需要建立多个图形窗口，绘制并保持每一个窗口的图形，可以使用figure命令。每执行一次figure命令，就创建一个新的图形窗口，该窗口自动为活动窗口，若需要还可以返回该窗口的识别号码，称该号码为句柄。句柄显示在图形窗口的标题栏中，即图形窗口标题。用户可通过句柄激活或关闭某图形窗口，而axis、xlabel、title等许多命令也只对活动窗口有效。（3）hold命令若在已存在图形窗口中用plot命令继续添加新的图形内容，可使用图形保持命令hold。发出命令holdon后，再执行plot命令，在保持原有图形或曲线的基础上，添加新绘制的图形。阅读如下程序：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,'b');绘制正弦曲线holdon;设置图形保持状态plot(x,z,'g');保持正弦曲线同时绘制余弦曲线axis([02*pi-11]);legend('cos','sin');holdoff关闭图形保持3、函数f(x)曲线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函数格式：fplot(fname，lims，tol)其中fname为函数名，以字符串形式出现，lims为变量取值范围，tol为相对允许误差，其其系统默认值为2e-3。例：fplot(‘sin（x）’,[02*pi],’-+’)fplot(‘[sin(x),cos(x)]’,[02*pi],1e-3,’·’)同时绘制正弦、余弦曲线4、特殊坐标图形1）对数坐标图形（1）loglog(x,y)双对数坐标例6绘制y=|1000sin(4x)|+1的双对数坐标图。程序为：x=[0:0.1:2*pi]；y=abs(1000*sin(4*x))+1；loglog(x,y);双对数坐标绘图命令4（2）单对数坐标以X轴为对数重新绘制上述曲线，程序为：x=[0:0.01:2*pi]y=abs(1000*sin(4*x))+1semilogx(x,y);单对数X轴绘图命令同样，可以以Y轴为对数重新绘制上述曲线，程序为：x=[0:0.01:2*pi]y=abs(1000*sin(4*x))+1semilogy(x,y);单对数Y轴绘图命令(3)极坐标图函数polar(theta,rho)用来绘制极坐标图，theta为极坐标角度，rho为极坐标半径例7绘制sin(2*θ)*cos(2*θ)的极坐标图，程序为：theta=[0:0.01:2*pi];rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);polar(theta,rho);绘制极坐标图命令title('polarplot');5、其它图形函数除plot等基本绘图命令外，Matlab系统提供了许多其它特殊绘图函数，这里举一些代表性例子，更详细的信息用户可随时查阅在线帮助，其对应的M-file文件存放在系统\matlab\toolbox\matlab目录下。（1）、阶梯图形函数stairs(x,y)可以绘制阶梯图形，如下列程序段：x=[-2.5:0.25:2.5];y=exp(-x.*x);stairs(x,y);绘制阶梯图形命令title('stairsplot');（2）、条形图形函数bar(x,y)可以绘制条形图形，如下列程序段将绘制条形图形x=[-2.5:0.25:2.5];y=exp(-x.*x);bar(x,y);绘制条形图命令（3）、填充图形fill(x,y,’c’)函数用来绘制并填充二维多边图形，x和y为二维多边形顶点坐标向量。字符’c’规定填充颜色，其取值前已叙述。下述程序段绘制一正方形并以黄色填充：x=[01100];正方形顶点坐标向量5y=[00110];fill(x,y,'y');绘制并以黄色填充正方形图再如：x=[0:0.025:2*pi];y=sin(3*x);fill(x,y,[0.50.30.4]);颜色向量Matlab系统可用向量表示颜色，通常称其为颜色向量。基本颜色向量用[rgb]表示，即RGB颜色组合；以RGB为基本色，通过r,g,b在0~1范围内的不同取值可以组合出各种颜色。6、三维绘图1、plot3函数最基本的三维图形函数为plot3，它是将二维函数plot的有关功能扩展到三维空间，用来绘制三维图形。函数格式：plot3(x1,y1,z1,c1,x2,y2,z2,c2,…)其中x1,y1,z1…表示三维坐标向量，c1，c2…表示线形或颜色。函数功能：以向量x，y，z为坐标，绘制三维曲线。例8绘制三维螺旋曲线，其程序为：t=0:pi/50:10*pi;y1=sin(t),y2=cos(t);plot3(y1,y2,t);title('helix'),text(0,0,0,'origin');xlabel('sin(t)'),ylabel('cos(t)'),zlabel('t');grid;2、mesh函数mesh函数用于绘制三维网格图。在不需要绘制特别精细的三维曲面结构图时，可以通过绘制三维网格图来表示三维曲面。三维曲面的网格图最突出的优点是：它较好地解决了实验数据在三维空间的可视化问题。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)组成了三维空间的网格点；c用于控制网格点颜色。例9下列程序绘制三维网格曲面图x=[0:0.15:2*pi];y=[0:0.15:2*pi];z=sin(y')*cos(x);矩阵相乘mesh(x,y,z);3、surf函数surf用于绘制三维曲面图，各线条之间的补面用颜色填充。surf函数和mesh函数6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。例10下列程序绘制三维曲面图形x=[0:0.15:2*pi];y=[0:0.15:2*pi];z=sin(y')*cos(x);矩阵相乘surf(x,y,z);xlabel('x-axis'),ylabel('y-axis'),zlabel('z-label');title('3-Dsurf');4、视点视点位置可由方位角和仰角表示。方位角又称旋转角为视点位置在XY平面上的投影与X轴形成的角度，正值表示逆时针，负值表示顺时针。仰角又称视角为XY平面的上仰或下俯角，正值表示视点在XY平面上方，负值表示视点在XY平面下方。从不同视点绘制三维图形的函数为view。view(az,el)中的az为方位角，el为仰角。通过系统提供的多峰函数peaks的绘制例子，可进一步说明视点对图形的影响，以及view(az,el)函数的使用。例11不同视角图形p=peaks;系统提供的多峰函数subplot(2,2,1);mesh(peaks,p);view(-37.5,30);指定子图1的视点title('azimuth=-37.5,elevation=30')subplot(2,2,2);mesh(peaks,p);view(-17,60);指定子图2的视点title('azimuth=-17,elevation=60')subplot(2,2,3);mesh(peaks,p);view(-90,0);指定子图3的视点title('azimuth=-90,elevation=0')subplot(2,2,4);mesh(peaks,p);view(-7,-10);指定子图4的视点title('azimuth=-7,elevation=-10')7、图形句柄7在Matlab系统中，绘图命令产生的每一个部分称为图形对象，系统在创建每一个对象时，都为该对象分配唯一的一个值，称其为句柄，因此句柄就是图形对象标识符。对象、句柄以及图形对象等概念其实质是统一的，系统将每一个对象按树型层次结构组织起来，这些对象包括根对象，通常为计算机屏幕、图形窗口、坐标系统、线条、曲面、文本串、用户界面控制等。根对象可包含一个或多个图形窗口对象，而一个图形窗口对象又可包含一组或多组坐标系子对象，线条、文本等其它对象都是坐标系的子对象。所有创建对象的函数当父对象不存在时，都会自动创建它。计算机屏幕作为根对象自动建立，其句柄值为0。而Hf_f=figure命令则建立图形窗口对象，并返回它的句柄值给变量Hf_f。图形窗口的句柄为一整数，并显示在该窗口的标题栏，其它图形对象的句柄为浮点数，Matlab提供了一系列与句柄操作有关的函数，如gcf、gca等。为便于识别，用大写字母开头的变量表示句柄，如Hf_f等。所有图形对象都具有控制对象显示的属性。这些属性既包括对象的一般信息，如对象类型、对象的父对象及子对象等，也包括对象的一些特定信息，