大学精品课件：第三讲 matlab 绘图.ppt

1、第三讲 matlab 绘图,matlab语言丰富的图形表现方法，使得数学计算结果可以方便地、多样性地实现了可视化，这是其它语言所不能比拟的。,matlab语言的绘图功能,不仅能绘制几乎所有的标准图形，而且其表现形式也是丰富多样的。 matlab语言不仅具有高层绘图能力，而且还具有底层绘图能力句柄绘图方法。 在面向对象的图形设计基础上，使得用户可以用来开发各专业的专用图形。,一、二维绘图,（一）plot 最基本的二维图形指令 plot的功能： plot命令自动打开一个图形窗口Figure 用直线连接相邻两数据点来绘制图形 根据图形坐标大小自动缩扩坐标轴，将数据标尺及单位标注自动加到两个坐标轴上，

2、可自定坐标轴，可把x, y 轴用对数坐标表示,如果已经存在一个图形窗口，plot命令则清除当前图形，绘制新图形 可单窗口单曲线绘图；可单窗口多曲线绘图；可单窗口多曲线分图绘图；可多窗口绘图 可任意设定曲线颜色和线型 可给图形加坐标网线和图形加注功能,plot的调用格式,plot(x) 缺省自变量绘图格式，x为向量, 以x元素值为纵坐标，以相应元素下标为横坐标绘图 plot(x,y) 基本格式，以y(x)的函数关系作出直角坐标图，如果y为nm的矩阵，则以x 为自变量，作出m条曲线 plot(x1,y1,x2,y2) 多条曲线绘图格式,plot(x,y,s) 开关格式，开关量字符串s设定曲线颜色和

3、绘图方式，使用颜色字符串的前13个字母，如 yellowy表示等。 或plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2，),S的标准设定值如下：,字母 颜色 标点 线型 y 黄色 点线 m 粉红 圈线 c 亮蓝 线 r 大红 字线 g 绿色 实线 b 蓝色 星形线 w 白色 ： 虚线 k 黑色 (-) 点划线,Matlab7.4线形: + | o | * | . | x | s | d | v | | | | p| h square 正方形 diamond 菱形 pentagram 五角星 hexagram 六角星,1. 单窗口单曲线绘图,例1：x=0, 0.48,0.84,1,0.91,0.6,

4、0.14 x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7 plot (x),2. 单窗口多曲线绘图,例2：t=0:pi/100:2*pi; y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5); plot(t,y,t,y1,t,y2),y,y1,y2,例 3：y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5); y3=cos(t);y4=cos(t+0.25);y5=cos(t+0.5); plot(t,y,y1,y2,y3,y4,y5),y3=cos(t);y4=cos(t+0.25);y5=cos(t+0.5); plot(t,y3);h

5、old on; plot(t,y4); plot(t,y5);,x=peaks;plot(x) x=1:length(peaks);y=peaks;plot(x,y),3. 单窗口多曲线分图绘图,subplot 子图分割命令 调用格式： subplot(m,n,p) 按从左至右， 从上至下排列,行,列,绘图序号,subplot(1,3,1); plot(t,y) subplot(1,3,2); plot(t,y3) subplot(1,3,3); plot(t,y2),subplot(3,1,1); plot(t,y) subplot(3,1,2); plot(t,y3) subplot(3,

6、1,3); plot(t,y2),subplot(position,left bottom width height),4. 多窗口绘图,figure(n) 创建窗口函数，n为窗 口顺序号。 t=0:pi/100:2*pi; y=sin(t);y1=sin(t+0.25);y2=sin(t+0.5); plot(t,y) 自动出现第一个窗口 figure(2) plot(t,y1) 在第二窗口绘图 figure(3) plot(t,y2) 在第三窗口绘图,5.可任意设置颜色与线型,例 4：plot(t,y,r-,t,y1,g:,t,y2,b*),t=0:pi/100:2*pi; y=sin(t

7、);,plot(t,y,-rs,LineWidth,2,. MarkerEdgeColor,k,. MarkerFaceColor,g,. MarkerSize,10),6.图形加注功能,将标题、坐标轴标记、网格线及文字注 释加注到图形上，这些函数为： title 给图形加标题 xlabel 给x轴加标注 ylabel 给y轴加标注 text 在图形指定位置加标注 gtext 将标注加到图形任意位置 grid on(off) 打开、关闭坐标网格线 legend 添加图例 axis 控制坐标轴的刻度,6.图形加注功能,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

8、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(omegat+beta)将得到标注效果sin(t+)。,例：t=0:0.1:10 y1=sin(t);y2=cos(t);plot(t,y1,r,t,y2,b-); x=1.7*pi;1.6*pi; y=-0.3;0.8; s=sin(t);cos(t); text(x,y,s); title(正弦和余弦曲线); legend(正弦,余弦) xlabel(时间t),ylabel(正弦、余弦) grid axis square,例 在0x2区间内，绘制曲线y1=2e-0.5x和y2=cos(4x)，

9、并给图形添加图形标注。 程序如下： x=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, y2) %加图例,axis的用法还有： axis(xmin xmax ymin ymax) 用行向

10、量中 给出的值设定坐标轴的最大和最小值。 如axis (-2 2 0 5) axis(equal) 将两坐标轴设为相等 axis on(off) 显示和关闭坐标轴的标 记、标志 axis auto 将坐标轴设置返回自动缺 省值,7.fplot 绘制函数图函数,fplot的调用格式: fplot(fun,lims) 绘制函数fun在x区间 lims=xmin xmax的函数图。 fplot(fun,lims,corline) 以指定线形绘图。 x,y=fplot(fun,lims) 只返回绘图点的值,而不绘图。用plot(x,y)来绘图。,fplot(sin(x),tan(x),cos(x),2

11、*pi*-1 1 -1 1) fplot(humps,0 1,rp),8.ezplot 符号函数的简易绘图函数,ezplot的调用格式： ezplot(f) 这里f为包含单个符号变量x的符号表达式，在x轴的默认范围 -2*pi 2*pi内绘制f(x)的函数图 ezplot(f,xmin,xmax) 给定区间 ezplot(f,xmin,xmax,figure(n) 指定绘图窗口绘图。,ezplot(sin(x) ezplot(x.*y + x.2 - y.2 - 1),9.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

12、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: 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), x在0-2间 程序如下： x=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);,（二） fill 基本二维绘图函数 fill的功能： 绘制二维多边

13、形并填充颜色 例：x=1 2 3 4 5;y=4 1 5 1 4; fill(x,y,r),（三）特殊二维绘图函数,bar 绘制直方图 polar 绘制极坐标图 hist 绘制统计直方图 stairs 绘制阶梯图 stem 绘制火柴杆图 rose 绘制统计扇形图 comet 绘制彗星曲线,errorbar 绘制误差棒图 compass 复数向量图(罗盘图) feather 复数向量投影图(羽毛图) quiver 向量场图 area 区域图 pie 饼图 convhull 凸壳图 scatter 离散点图,例，绘制阶梯曲线 x=0:pi/20:2*pi;y=sin(x);stairs(x,y),

14、例：阶梯绘图 h2=1 1;1 -1;h4=h2 h2;h2 -h2; h8=h4 h4;h4 -h4;t=1:8; subplot(8,1,1);stairs(t,h8(1,:);axis(off) subplot(8,1,2);stairs(t,h8(2,:);axis(off) subplot(8,1,3);stairs(t,h8(3,:);axis(off) subplot(8,1,4);stairs(t,h8(4,:);axis(off) subplot(8,1,5);stairs(t,h8(5,:);axis(off) subplot(8,1,6);stairs(t,h8(6,:)

15、;axis(off) subplot(8,1,7);stairs(t,h8(7,:);axis(off) subplot(8,1,8);stairs(t,h8(8,:);axis(off),h2=1 1;1 -1;h4=h2 h2;h2 -h2; h8=h4 h4;h4 -h4; t=1:8; for i=1:8 subplot(8,1,i); stairs(t,h8(i,:) axis(on) end,例：绘制极坐标绘图 t=0:2*pi/90:2*pi;y=cos(4*t);polar(t,y),例：绘制火柴杆绘图 t=0:0.2:2*pi; y=cos(t); stem(y),例：绘制直

16、方图 t=0:0.2:2*pi; y=cos(t); bar(y),例：绘制彗星曲线图 t= -pi:pi/500:pi; y=tan(sin(t)-sin(tan(t); comet(t,y),x=magic(6);area(x),x=1 2 3 4 5 6 7;y=0 0 0 1 0 0 0; pie(x,y),pie(x,y,North,South,East,West, middle,fa,white),load seamount scatter(x,y,50,z),a=rand(200,1);b=rand(200,1); c=rand(200,1); scatter(a,b,100,c

17、,p),二、三维绘图,三维绘图的主要功能： 绘制三维线图 绘制等高线图 绘制伪彩色图 绘制三维网线图 绘制三维曲面图、柱面图和球面图 绘制三维多面体并填充颜色,（一）三维线图,plot3 基本的三维图形指令 调用格式： plot3(x,y,z) x,y,z是长度相同的向量 plot3(X,Y,Z) X,Y,Z是维数相同的矩阵 plot3(x,y,z,s) 带开关量 plot3(x1,y1,z1,s1, x2,y2,z2,s2, ),二维图形的所有基本特性对三维图形全都适用。定义三维坐标轴 大小 axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax ) grid on(off)

18、绘制三维网格 text(x,y,z,string) 三维图形标注 子图和多窗口也可以用到三维图形中,例：绘制三维线图 t=0:pi/50:10*pi;plot3(t,sin(t),cos(t),r:),(二) 三维饼图 pie3(2 4 3 5,0 1 1 0,North,South,East,West),（三）三维多边形,fill3 = fill 三维多边形的绘制和填色与二维多边形完全相同 调用格式： fill3(x,y,z,s) 与二维相同,例： 用随机顶点坐标画出5个粉色的三角形，并用黄色的表示顶点 y1=rand(3,5);y2=rand(3,5);y3=rand(3,5); fill

19、3(y1,y2,y3,m);hold on;plot3(y1,y2,y3,yo),（四）三维网格图,mesh 三维网线绘图函数 调用格式： mesh(z) z为nm的矩阵，x与y 坐标为元素的下标 mesh(x,y,z) x,y,z分别为三维空 间的坐标位置,例，矩阵的三维网线图 z=rand(6); 0.8808 0.0729 0.4168 0.7694 0.3775 0.4776 0.3381 0.7101 0.0964 0.6352 0.3826 0.7086 0.1895 0.8791 0.6747 0.8965 0.6876 0.2380 0.7431 0.3594 0.5626 0

20、.8784 0.1217 0.3910 0.7189 0.0899 0.8130 0.4865 0.0768 0.9759 0.8792 0.1610 0.8782 0.1131 0.1433 0.6288 z=round(z) 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 mesh(z)；,mesh(z),例：8阶hadamard矩阵的网线图,h2=1 1;1 -1;h4=h2 h2;h2 -h2 h8=h4 h4;h4 -h4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 1 -1 1 -1 1

21、-1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 mesh(h8),三维网线图作图要领,确定取值范围x=x1:dx:x2;y=y1:dy:y2 生成坐标 X,Y=meshgrid(x,y) 表达式点运算 Z=X.2+Y.2 X，Y是nm的矩阵，维数可任定 默认方位角：37。5，俯角30。,meshgrid 网线坐标值计算函数 z=f(x,y) 根据x,y坐标找出z的高度 例：绘制z=x2+y2的三维网

22、线图形 x=-5:5; y=x; X,Y=meshgrid(x,y) Z=X.2+Y.2 mesh(X,Y,Z),坐标矩阵,坐标向量,纵坐标矩阵,绘图函数,例 绘制三维曲面图z=sin(x+sin(y)-x/10，在（0，4pi）内 程序如下： x,y=meshgrid(0:0.25:4*pi); z=sin(x+sin(y)-x/10; mesh(x,y,z); axis(0 4*pi 0 4*pi -2.5 1);,（五）三维曲面图,surf 三维曲面绘图函数，与网格图 看起来一样 与三维网线图的区别： 网线图：线条有颜色，空挡是黑色的（无颜色） 曲面图：线条是黑色的，空挡有颜色（把 线条

23、之间的空挡填充颜色，沿z轴按每一网 格变化,调用格式： surf(x,y,z) 绘制三维曲面图，x,y,z 为图形坐标向量 例： X,Y,Z=peaks(30) peaks为matlab 自动生成的三维测 试图形 surf(X,Y,Z), surfc(X,Y,Z) 带等高线的曲面图 X,Y,Z=peaks(30);surfc(X,Y,Z), surfl(X,Y,Z) 被光照射带阴影 的曲面图 X,Y,Z=peaks(30);surfl(X,Y,Z), cylinde(r,n) 三维柱面绘图函数 r 为半径；n为柱面圆周等分数 例：绘制三维陀螺锥面 t1=0:0.1:0.9; t2=1:0.1:

24、2; r=t1 -t2+2; x,y,z=cylinder(r,30); surf(x,y,z); grid, 为球面等分数，缺省为20 例：绘制三维球面 x,y,z=sphere(30);surf(x,y,z);,（六） 图形修饰方法,图形颜色的修饰 matlab 有极好的颜色表现功能，其颜色数据又构成了一维新的数据集合，也可称为四维图形 colormap(MAP) 色图设定函数，MAP为m3维色图矩阵 图形颜色可根据需要任意生成，也可用matlab配备的色图函数,matlab 的颜色数据集合为红、绿、兰三颜色矩阵R，G，B，维数m3 r,g,b在0 1区间连续取值，理论上颜色种类可达无穷多

25、种 matlab使用三维向量表示一种颜色，常用颜色数据见下表, 饱和色 0 0 0 黑色 0 0 1 兰色 0 1 0 绿色 0 1 1 浅兰 1 0 0 红色 1 0 1 粉红 1 1 0 黄色 1 1 1 白色,调和色 0.5 0.5 05 灰色 0.5 0 0 暗红色 1 0.62 0.4 铜色 0.49 1 0.8 浅绿 0.49 1 0.83 宝石兰,matlab 的色图函数： hsv 饱和值色图 gray 线性灰度色图 hot 暖色色图 cool 冷色色图 bone 兰色调灰色图 copper 铜色色图 pink 粉红色图 prism 光谱色图 jet 饱和值色图II flag 红

26、、白、蓝交替色图,shading faceted 网格修饰，缺省方式,shading flat 去掉黑色线条，根据小方块的值确定颜色,shading interp 颜色整体改变，根据 小方块四角的值差补过度点的值确定颜色,peaks(30);shading interp;colormap(hot),X,Y,Z=peaks(30);surfl(X,Y,Z) shading interp;colormap(cool);axis off,peaks(30);colormap(hot);colorbar(horiz) figure(2); peaks(30); colormap(cool); colo

27、rbar(horiz), 图形效果修饰,透视与消隐 用于网线图 裁剪修饰 用于网线图、曲面图 视角修饰 观察不同角度的三维视图 其它修饰： a. 水线修饰 b. 等高线修饰,透视与消隐 p=peaks(30);mesh(p)；hidden on,p=peaks(30);mesh(p);hidden off,裁减修饰 p=peaks; p(30:40,20:30)=nan*p(30:40,20:30); surf(p),p=peaks; p(30:40,20:30)=nan*p(30:40,20:30); mesh(peaks,p),视角修饰(函数view(az,el) az -方位角；el -

28、 俯视角 省缺值为：az=-37.5; el=30 例。观察不同视角的波峰图形 z=peaks(40); subplot(2,2,1);mesh(z); subplot(2,2,2);mesh(z);view(-15,60); subplot(2,2,3);mesh(z);view(-90,0); subplot(2,2,4);mesh(z);view(-7,-10);,其它修饰： a. 水线修饰（waterfall) waterfall(peaks(30),b. 等高线修饰 二维 contour(Z,n)-绘制n条等高线 C= contourc(Z,n)-计算n条等高线的坐标 Clable(

29、c)-给等高线加标注 例、在二维平面上绘制peaks函数的10条等 高线 contour(peaks,10); C=contourc(peaks,10);clabel(C),contour3(peaks,20),（五）、伪彩色图,pcolor 常用于以二维平面图表现三维图形的效果，用颜色表示三维图形的高度。,z=peaks(30) pcolor(z),（六）、其他三维图形,在介绍二维图形时，曾提到条形图、杆图、饼图和填充图等特殊图形，它们还可以以三维形式出现，使用的函数分别是bar3、stem3、pie3 和fill3。,例 绘制三维图形： (1) 绘制魔方阵的三维条形图。 (2) 以三维杆图

30、形式绘制曲线y=2sin(x)。 (3) 已知x=2347,1827,2043,3025，绘制饼图。 (4) 用随机的顶点坐标值画出五个黄色三角形。,程序如下： 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(2347,1827,2043,3025); subplot(2,2,4); fill3(rand(3,5),rand(3,5),rand(3,5), y ),（七）动画制作,MATLAB提供getframe、moviein和movie函数

31、进行动画制作。 1getframe函数 getframe函数可截取一幅画面信息(称为动画中的一帧)，一幅画面信息形成一个很大的列向量。显然，保存n幅图面就需一个大矩阵。,（七）动画制作,2moviein函数 moviein(n)函数用来建立一个足够大的n列矩阵。该矩阵用来保存n幅画面的数据，以备播放。之所以要事先建立一个大矩阵，是为了提高程序运行速度。 3movie函数 movie(m,n)函数播放由矩阵m所定义的画面n次，缺省时播放一次。,例 绘制了peaks函数曲面并且将它绕z轴旋转。 程序如下 X,Y,Z=peaks(30); surf(X,Y,Z) axis(-3,3,-3,3,-10

32、,10) axis off; shading interp; colormap(hot); m=moviein(20); %建立一个20列大矩阵 for i=1:20 view(-37.5+24*(i-1),30) %改变视点 m(:,i)=getframe; %将图形保存到m矩阵 end movie(m,2); %播放画面2次,小结：,基本绘图函数 plot, plot3, mesh, surf 要求掌握以上绘图函数的用法、简单图形标注、简单颜色设定,课堂练习,课堂练习,clf t=0:pi/50:2*pi; y=sin(t); plot(t,y); axis(0,2*pi,-1.2,1.2

33、); text(pi/2,1,fontsize16leftarrowitsin(t)fontname隶书极大值),课堂练习,课堂练习,clear t=0:pi/100:2*pi; y1=sin(t);y2=sin(10*t);y12=sin(t).*sin(10*t); subplot(2,2,1),plot(t,y1);axis(0,pi,-1,1); subplot(2,2,2),plot(t,y2);axis(0,pi,-1,1); subplot(position,0.2,0.05,0.6,0.45); plot(t,y12,b-);axis(0,pi,-1,1),课堂练习,课堂练习,x0,y0,z0=sphere(30); x=2*x0;y=2*y0;z=2*z0; surf(x0,y0,z0); shading interp surf(x0,y0,z0); shading interp hold on,mesh(x,y,z),colormap(hot),hold off hidden off axis equal,axis off,