第4章MATLAB绘图.ppt
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1、第4章MATLAB绘图,4.1 二维数据曲线图4.2 其它二维图形4.3 隐函数绘图4.4 三维图形4.5 图形修饰处理4.6 图像处理与动画设计,不管是数值计算还是符号计算,无论计算多么完善,结果多么准确,人们还是难以直接从大量的数据中感受它们的具体含义和内在规律。人们希望通过图形直观感受科学计算结果的全局意义和许多内在本质。MATLAB除可靠的科学计算功能之外,还具有非常强大的图形表达功能,既可绘制二维图形,又可绘制三维图形,还可通过标注、视点、颜色、光照等操作对图形进行修饰。,MATLAB在两类绘图命令,一类是直接对图形句柄进行操作的低层绘图命令,另一类是在低层命令基础上建立越来的高层绘
2、图命令。高层绘图命令简单明了、方便高效。利用高层绘图函数,用户不需要过多考虑绘图细节,只需给出一些基本参数就能得到所需的图形。本章介绍二维和三维图形的高层绘图函数以及其他图形控制函数的使用方法。,4.1 二维数据曲线图 二维数据曲线是将平面坐标上的数据点连接起来的平面图形。4.1.1 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;存储x坐标数据和y坐标数据。,例4-1 在0 x2区间内,绘制曲线 y=2e-0.5xcos(4x)程序如下:clc,clear,close allx=0:pi/100:2*pi;y=2*exp(-0.5*x).*cos
3、(4*pi*x);plot(x,y)*注意指数函数与余弦函数之间要用点乘运算!,例4-2 绘制曲线程序如下:clc,clear,close allt=0:0.1:2*pi;x=t.*sin(3*t);y=t.*sin(t).*sin(t);plot(x,y);,plot函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数:plot(x)在这种情况下,当x是实向量时,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。clc,clear,close allx=0:pi/100:2*pi;y=2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);plot(x)figure,plo
4、t(y),当x是复数向量时,则分别以向量元素实部和虚部为横、纵坐标绘制一条曲线。如下面的程序可以绘制一个单位圆。clc,clear,close allt=0:0.01:2*pi;x=exp(i*t);plot(x),4.1.2 绘制多根二维曲线1plot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。clc,clear,close allx=linspace(0,2*pi,100);y=sin(x);1+sin(x);2+sin(x);plot(x,y),(2)当x,y是同维矩阵时,则
5、以x,y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线,曲线条数等于矩阵的列数。clc,clear,close allx1=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),(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。clc,clear,close allx1=linspace(0,2*pi,100);x2=linspace(0,
6、3*pi,100);x3=linspace(0,4*pi,100);x=x1;x2;x3;y=sin(x1);1+sin(x2);2+sin(x3);plot(x)figure,plot(y),(4)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。clc,clear,close allt=0:0.01:2*pi;x=exp(i*t);y=x;2*x;3*x;plot(y),2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
7、。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。下列程序可以在同一坐标中同时绘制出3条正弦曲线!,在同一坐标中绘制3条正弦曲线:clc,clear,close allx1=linspace(0,2*pi,100);x2=linspace(0,3*pi,100);x3=linspace(0,4*pi,100);plot(x1,sin(x1),x2,1+sin(x2),x3,2+sin(x3),(2)当输入参数有矩阵形式时,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。如例4-3所示。,例4-3 分析下列程序绘制的曲线。clc,clear,close
8、 allx1=linspace(0,2*pi,100);x2=linspace(0,3*pi,100);x3=linspace(0,4*pi,100);y1=sin(x1);y2=1+sin(x2);y3=2+sin(x3);x=x1;x2;x3;y=y1;y2;y3;plot(x,y,x1,y1-1),3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
9、标用于x2,y2数据对。,例4-4 用不同标度在同一坐标内绘制曲线y1=0.2e-0.5xcos(4x)和y2=2e-0.5xcos(x)。程序如下:clc,clear,close allx=0:pi/100:2*pi;y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);y2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);plotyy(x,y1,x,y2),4图形保持 hold on/off 该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4-5所示。,例4-5 采用图形保持,在同一坐标内绘制曲线y1=0.2e-0.5xcos(4x)和
10、y2=2e-0.5xcos(x)。程序如下:clc,clear,close allx=0:pi/100:2*pi;y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);plot(x,y1)hold ony2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);plot(x,y2,r);hold off,4.1.3 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,线型一律用实线,颜色将根据曲线的先后顺序确定。要设置曲线样式可以在plot函
11、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),例4-6 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(4x)和y2=2e-0.5xcos(x),标记两曲线交叉点。程序如下:clc,clear,close allx=linspace(0,2*pi,1000);y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);y2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);k=find(abs(y1-y2)1e-2);x1=x(k);y3=0.2*exp(-0.5*x1).*cos(4*pi*x1);plot
12、(x,y1,x,y2,k:,x1,y3,rp);,4.1.4 图形标注与坐标控制1图形标注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)or gtext()legend(图例1,图例2,),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,The useful bfMatlab)将得到:The useful MATLABtext(0.3,0.5,sin(omegat+beta)将得到标注效果sin
13、(t+)。,例4-7 在0 x2区间内,绘制曲线y1=2e-0.5x和y2=cos(4x),并给图形添加图形标注。程序如下:clc,clear,close allx=0:pi/100:2*pi;y1=2*exp(-0.5*x);y2=cos(4*pi*x);plot(x,y1,x,y2)title(x from 0 to 2pi);%加图形标题xlabel(Variable X);%加X轴说明ylabel(Variable Y);%加Y轴说明text(0.8,1.5,曲线y1=2e-0.5x);%在指定位置添加图形说明text(2.5,1.1,曲线y2=cos(4pix);legend(y1,
14、y2)%加图例,2坐标控制axis函数的调用格式为:axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax)axis函数功能丰富,常用的格式还有:axis equal:纵、横坐标轴采用等长刻度。axis square:产生正方形坐标系(缺省为矩形)。axis auto:使用缺省设置。axis off:取消坐标轴。axis on:显示坐标轴。,给坐标加网格线用grid命令来控制。grid on/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。box on/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
15、之间进行切换。,例4-8 在同一坐标中,可以绘制3个同心圆,并加坐标控制。程序如下:clc,clear,close allt=0:0.01:2*pi;x=exp(i*t);y=x;2*x;3*x;plot(y)grid on;%加网格线box on;%加坐标边框axis equal%坐标轴采用等刻度,4.1.5 图形的可视化编辑 MATLAB 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Hel
16、p共8个菜单项,工具栏包含14个命令按钮。,4.1.6 图形窗口的分割 subplot函数的调用格式为:subplot(m,n,p)该函数将当前图形窗口分成mn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。,例4-9 在图形窗口中,以子图形式同时绘制多根曲线。程序见example4_9.m,4.2 其他二维图形4.2.1 对函数自适应采样的绘图函数fplot函数的调用格式为:fplot(fname,lims,tol,选项)其中fname为函数名,以字符串形式出现,lims为x,y的取值范围,tol为相对允许误差,其系统
17、默认值为2e-3。选项定义与plot函数相同。例如:fplot(sin(x),0,2*pi,*)fplot(sin(x),cos(x),0,2*pi,-1.5,1.5,1e-3,r.),例4-10 用fplot函数绘制f(x)=cos(tan(x)的曲线。命令如下:fplot(cos(tan(pi*x),0,1,1e-4),4.2.2 其他坐标系下的二维数据曲线图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,x
18、2,y2,选项2,),例4-11 绘制y=10 x2的对数坐标图并与直角线性坐标图进行比较。clc,clear,close allx=0:0.1:10;y=10*x.*x;subplot(2,2,1);plot(x,y);title(plot(x,y);grid on;subplot(2,2,2);semilogx(x,y);title(semilogx(x,y);grid on;subplot(2,2,3);semilogy(x,y);title(semilogy(x,y);grid on;subplot(2,2,4);loglog(x,y);title(loglog(x,y);grid o
19、n;,2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4-12 绘制r=sin(t)cos(t)的极坐标图,并标记数据点。clc,clear,close allt=0:pi/50:2*pi;r=sin(t).*cos(t);polar(t,r,-*);与下列程序比较:clc,clear,close allt=0:pi/50:2*pi;r=sin(t).*cos(t);plot(t,r,-*);,4.2.3 二维统计分析图在MATLAB中,二维统计分析图形很多,常见
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