第五章 matlab绘图

2020/1/241第五章MATLAB绘图2020/1/242二维数据曲线图其他二维图形隐函数绘图三维图形图形修饰处理图像处理与动画制作2020/1/2435.1二维数据曲线图5.1.1绘制单根二维曲线plot函数的基本调用格式为：plot(x,y)其中x和y为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和y坐标数据。例5-1在0≤x≤2区间内，绘制曲线y=2e-0.5xcos(4πx)例5-2绘制曲线。2020/1/244plot函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数(ex5_1,ex5_2,ex5_3)plot(x)此命令中参数x可以是向量、实数矩阵或复数向量。若x为向量，则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；若x为实数矩阵，则绘制x的列向量对其坐标索引的图形；若x为复向，则plot(x)相当于plot(real(x),imag(x))。2020/1/2455.1.2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，则绘制出多根不同颜色的曲线。曲线条数等于y矩阵的另一维数，x被作为这些曲线共同的横坐标。(2)当x,y是同维矩阵时，则以x,y对应元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。2020/1/246(3)对只包含一个输入参数的plot函数，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，曲线条数等于输入参数矩阵的列数。当输入参数是复数矩阵时，则按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。2020/1/2472.含多个输入参数的plot函数调用格式为：plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)(1)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。（ex5_4）（2）当输入参数x为n维向量，y为mxn或nxm的矩阵时，该命令将在同一图内绘得m条不同颜色的连线。图中以向量x为条连线的公共横坐标，纵坐标为y矩阵的m个n维向量。(ex5_5)2020/1/2482020/1/249(3)当输入参数均为矩阵形式时，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。(ex5_6)例5-3分析下列程序绘制的曲线。2020/1/24103.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5-4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)。2020/1/24114.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。例5-5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)。2020/1/24125.1.3设置曲线样式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。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(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…,xn,yn,选项n)2020/1/2413曲线的色彩、线型和数据点型参数定义颜色符号含义数据点型含义线型含义b蓝色.实心黑点-实线g绿色xx符号:点线r红色+加号-.点划线c蓝绿色o圆--虚线m紫红色*星号y黄色s方形k黑色d菱形p正五边形2020/1/2414例5-6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。2020/1/24155.1.4对函数自适应采样的绘图函数fplot命令用于指导如何通过函数来取得绘图的数值点矩阵。该命令通过内部的自适应算法来动态决定自变量的取值间隔，当函数值变化缓慢时，间隔取大一点；变化剧烈时（即函数的二阶导数很大），间隔取小一点。plot函数无法很好的完成，因为如果间隔取得足够小会使数据量变大。fplot函数的调用格式为：fplot(function,limits,tol,选项)function待绘制的函数名称;limits为x,y的取值范围[xminxmaxyminymax]，以字符串形式出现;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。2020/1/24162020/1/2417例5-9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)2020/1/24185.1.5图形标注与坐标控制1.图形标注(ex5_9)有关图形标注函数的调用格式为：title(图形名称)xlabel(x轴说明)ylabel(y轴说明)text(x,y,图形说明)gtext(图形说明)ex5_8legend(图例1,图例2,…)（ex5_10）图例位置可以通过定位代号来定义，代号说明如下：0：自动定位，使得标注图标与图形重叠最少；1：默认值，位于图形的右上角2：位于图形的左上角3：位于图形的左下角4：位于图形的右下角-1：位于图形的右外侧2020/1/2420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)。例5-7在0≤x≤2区间内，绘制曲线y1=2e-0.5x和y2=cos(4πx)，并给图形添加图形标注2020/1/2421axis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：将各坐标轴的刻度设置成相同。axissquare：产生正方形坐标系(缺省为矩形)。axisauto：使用缺省设置。axisoff：取消对坐标轴的一起设置。axison：恢复对坐标轴的一起设置。normal:解除对坐标轴的任何限制2.坐标控制2020/1/2422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。例5-8在同一坐标中，可以绘制3个同心圆，并加坐标控制。2020/1/24235.1.6图形的可视化编辑MATLAB7.0版本在图形窗口中提供了可视化的图形编辑工具，利用图形窗口菜单栏或工具栏中的有关命令可以完成对窗口中各种图形对象的编辑处理。在图形窗口上有一个菜单栏和工具栏。菜单栏包含File、Edit、View、Insert、Tools、Desktop、Window和Help共7个菜单项，工具栏包含13个命令按钮。2020/1/24245.1.7图形窗口的分割subplot函数的调用格式为（ex5_11）subplot(m,n,p)该函数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。在每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。若p为一向量，则创建一坐标轴，包含所有罗列在p中的小窗口。subplot(m,n,p,’replace’)如果定义的坐标轴已存在，那么就删除已有的，并创建一个新的坐标轴。subplot(m,n,p,’align’)对齐坐标轴。subplot(‘postion’,[leftbottomwidthheight])在由四个元素指定的位置上创建一坐标轴。位置元素的单位为归一化单位。例5-10在图形窗口中，以子图形式同时绘制多根曲线。2020/1/24252020/1/24265.2其他二维图形5.2.1其他坐标系下的二维曲线图1.对数坐标图形MATLAB提供了绘制对数和半对数坐标曲线的函数，调用格式为：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,…)例5-11应用上述函数作图。2020/1/24272.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5-12绘制r=sin(t)cos(t)的极坐标图，并标记数据点。2020/1/24285.2.2二维统计分析图在MATLAB中，二维统计分析图形很多，常见的有条形图、阶梯图、杆图和填充图等，所采用的函数分别是：bar(x,y,选项)stairs(x,y,选项)stem(x,y,选项)fill(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)例5-13分别以条形图、阶梯图、杆图和填充图形式绘制曲线y=2sin(x)。2020/1/2429MATLAB提供的统计分析绘图函数还有很多，例如，用来表示各元素占总和的百分比的饼图、复数的相量图等等。例5-14绘制图形：(1)某企业全年各季度的产值(单位：万元)分别为：2347,1827,2043,3025，试用饼图作统计分析。(2)绘制复数的相量图：7+2.9i、2-3i和-1.5-6i。2020/1/24305.3ezplot命令ezplot命令也是用于绘制函数在某一自变量区域内的图形。下面介绍其用法。(1)对于函数f=f(x)，ezplot函数的调用格式为：ezplot(f)：在默认区间-2πx2π绘制f=f(x)的图形。ezplot(f,[a,b])：在区间axb绘制f=f(x)的图形。2020/1/2431(2)对于隐函数f=f(x,y)，ezplot函数的调用格式为：ezplot(f)：在默认区间-2πx2π和-2πy2π绘制f(x,y)=0的图形。ezplot(f,[xmin,xmax,ymin,ymax])：在区间xminxxmax和yminyymax绘制f(x,y)=0的图形。ezplot(f,[a,b])：在区间axb和ayb绘制f(x,y)=0的图形。2020/1/2432(3)对于参数方程x=x(t)和y=y(t)，ezplot函数的调用格式为：ezplot(x,y)：在默认区间0t2π绘制x=x(t)和y=y(t)的图形。ezplot(x,y,[tmin,tmax])：在区间tminttmax绘制x=x(t)和y=y(t)的图形。例5-15隐函数绘图应用举例。2020/1/24335.4三维图形5.4.1三维曲线plot3函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为：plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,…,xn,yn,zn,选项n)其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和plot函数相同。当x,y,z是同维向量时，则x,y,z对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。2020/1/2434程序如下：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3(x,y,z);tit