第五章数据可视化课件.ppt

1、第五章 数据可视化制作:陈学明教学目标 MATLAB 7语言除了有强大的矩阵处理功能之外，它的绘图功能也是相当强大的。学习完本章之后，将学会使用MATLAB 7的图形处理功能，包括基本的绘图命令、图形的简单控制、图形窗口的编辑以及图形的高级控制等。教学重点 基本的绘图命令 各种图形注释方法 三维图形的绘制方法1.基本的绘图命令 基本的绘图命令 绘图的一般步骤 绘制二维曲线图 极坐标图形的绘制 多个图形的绘制方法 曲线的色彩、线型和数据点型（1）基本的绘图命令 绘制基本线性图的函数表 函 数 名功 能 描 述plot在x轴和y轴都按线性比例绘制二维图形plot3在x轴、y轴和z轴都按线性比例绘制

2、三维图形loglog在x轴和y轴按对数比例绘制二维图形semilogx在x轴按对数比例，y轴按线性比例绘制二维图形semilogy在y轴按对数比例，x轴按线性比例绘制二维图形plotyy绘制双y轴图形（2）绘图的一般步骤 基本的绘图步骤 步 骤典 型 代 码1.准备绘图数据x=0:0.2:12;y1=bessel(1,x);2.选择一个窗口并在窗口中给图形定位figure(1)，subplot(2,2,1)3.调用基本的绘图函数h=plot(x,y1,x,y2,x,y3);4.选择线型和标记特性set(h,LineWidth,2,LineStyle,-;:;-.)5.设置坐标轴的极限值、标记符

3、号和网格线axis(0 12-0.5 1)6.使用坐标轴标签、图例和文本对图形进行注释xlabel(Time)ylabel(Amplitude)7.输出图形print-depsc-tiff-r200 myplotplot 命令格式：1.plot（y）2.ploy（x，y）3.plot（x1,y1,x2,y2,）plot 命令plot（y）若若y为实向量，则以为实向量，则以y的元素为纵坐标，以相应元素的元素为纵坐标，以相应元素下标为横坐标，绘制连线图。下标为横坐标，绘制连线图。若若y为实矩阵，则按列绘制每列元素值相对其下标为实矩阵，则按列绘制每列元素值相对其下标的连线图，图中的曲线数等于矩阵的列

4、数。的连线图，图中的曲线数等于矩阵的列数。若若y为复矩阵，则分别以每列元素的实部和虚部为为复矩阵，则分别以每列元素的实部和虚部为纵横坐标绘制多条连线图。纵横坐标绘制多条连线图。plot 命令ploy（x，y）当当y和和x为同维向量，则以为同维向量，则以x为横坐标、为横坐标、y为纵坐标绘制连线图。为纵坐标绘制连线图。若若x为向量，为向量，y是有一维和是有一维和x同维的矩阵，则绘制多条不同颜色的连线图，同维的矩阵，则绘制多条不同颜色的连线图，曲线的个数等于矩阵的另一维，曲线的个数等于矩阵的另一维，x作为这些曲线的共同横坐标。作为这些曲线的共同横坐标。若若x为矩阵，为矩阵，y为向量，情况与上面相同，

5、只是都是以为向量，情况与上面相同，只是都是以y为共同的纵坐标。为共同的纵坐标。若若x和和y为同维实数矩阵，则以为同维实数矩阵，则以x、y对应列元素为横纵坐标分别绘制曲线，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。曲线条数等于矩阵的列数。若若x和和y为复数矩阵时，为复数矩阵时，MATLAB将忽略虚数部分。将忽略虚数部分。plot 命令plot（x1,y1,x2,y2,）每对每对x、y必须符合必须符合plot（x,y）中的要求，不同对之间没有影）中的要求，不同对之间没有影响，命令将对每一对响，命令将对每一对x，y绘制曲线。绘制曲线。【注意【注意】以上的三种格式中，输入参数以上的三种

6、格式中，输入参数x，y都都可以是表达式，但表达式的结果应符合上述可以是表达式，但表达式的结果应符合上述格式要求。格式要求。plot函数的控制 绘图属性在调用函数在调用函数plot时，可以指定线型、颜色和数据点的时，可以指定线型、颜色和数据点的图标，其调用格式为：图标，其调用格式为：plot（x,y,color_linestyle_marker）说明说明：参数：参数color_linestyle_marker 为一个字符串，由为一个字符串，由颜色、线型、数据点的图标组成颜色、线型、数据点的图标组成曲线的色彩、线型和数据点型 颜 色 符 号含 义数 据 点 型含 义线 型含 义b蓝色.点-实线g

7、绿色xX符号:点线r 红色+号-.点划线c 篮绿色h六角星形-虚线m 紫红色*星号(空白)不画线y 黄色s方形k 黑色d菱形多个图形的绘制方法 subplot函数 可以实现多个图形的绘制：x=0:.1:20;subplot(2,2,1)plot(x,sin(x);subplot(m,n,p)将当前图形窗口分为将当前图形窗口分为m行行n列个子窗口，并指定第列个子窗口，并指定第p个子窗口为当前的绘图子窗口。个子窗口为当前的绘图子窗口。子窗口序号子窗口序号p是按照行优先的次序排列的，这点和矩阵是不同的。如果不存在当前是按照行优先的次序排列的，这点和矩阵是不同的。如果不存在当前绘图窗口，则先创建一个新

8、的绘图窗口，然后再划分子窗口。绘图窗口，则先创建一个新的绘图窗口，然后再划分子窗口。多个图形的绘制方法 x=0:.1:20;subplot(2,2,2)plot(x,cos(x);多个图形的绘制方法 subplot(2,2,3)x=0:.1:2;y1=tan(x);plot(x,y1,-b*);2.图形处理 图题的标注 坐标轴的标签 文本标注和交互式文本标注 图例的添加 坐标网格的添加 坐标控制 其它(1)图题的标注 在MATLAB中，通常可以使用3种方式给图形添加图题:使用Insert 菜单中的Title命令；使用属性编辑器(Property Editor)；使用title函数。图题的标注

9、x=0:.1:2;y1=sin(x);y2=sin(x-0.25);y3=sin(x-0.5);plot(x,y1,-.b,x,y2,-r*,x,y3,-.gh)title(There three lines)(2)坐标轴的标签 在MATLAB 7中，可以使用如下3种方式给图形的坐标轴添加标签:使用Insert菜单下的Label选项；使用属性编辑器(Property Editor)；使用MATLAB 7的添加标签命令；xlable(string,FontSize,size)显示横坐标轴的名称 ylable(string,FontSize,size)显示纵坐标轴的名称 其中其中FontSize表

10、示字体尺寸属性，表示字体尺寸属性，size为使用的字体尺寸，这为使用的字体尺寸，这2个个输入变量可以省略，此时使用默认的字体显示标注信息。输入变量可以省略，此时使用默认的字体显示标注信息。（3）文本标注和交互式文本标注 用户可以在MATLAB 7图形窗口的任意地方添加文本注释，从而更好地解释图形窗口的数据。MATLAB 7提供了text函数和gtext函数来进行文本标注。其中gtext函数的使用形式更为灵活，可以实现交互式文本标注。文本标注举例 x=linspace(-3,5,100);y=cos(x);z=sin(x);plot(x,y,x,z)title(一条正弦曲线和一条余弦曲线)xla

11、bel(x的取值范围)ylabel(Y和Z的值)（4）图例的添加 为了更好地区分所绘制的多条曲线，可以使用图例加以说明，对它们表示的数据进行更准确的区分。可以使用如下3种方法生成图例：打开Insert 菜单中并选择Legend命令；单击工具栏中的legend图标；使用legend函数。图例的添加 举例（5）坐标网格的添加 在图形绘制过程中，为了精确地知道图形上某点的坐标，需要绘制坐标网格来定位，MATLAB 7语言中提供了grid函数来实现这一功能：grid off命令关闭坐标网格；grid on命令打开坐标网格 grid minor命令使用更细化的网格；grid(AX,)命令使用AX坐标系代

12、替当前坐标系。坐标网格的添加举例 x=linspace(-5,5,100);y=x.4+22*x.2-6*x+10;plot(x,y)grid on（6）坐标控制可以控制坐标轴的各种属性，包括坐标轴的方向、范围、高宽比等。下可以控制坐标轴的各种属性，包括坐标轴的方向、范围、高宽比等。下面的指令是常用的坐标轴控制指令。面的指令是常用的坐标轴控制指令。axis auto使用默认的坐标轴属性使用默认的坐标轴属性 axis on 显示坐标轴背景显示坐标轴背景 axis off取消坐标轴背景取消坐标轴背景axis(xmin,xmax,ymin,ymax)设定设定x和和y轴的坐标值范围轴的坐标值范围 ax

13、is equal横轴和纵轴的单位刻度相同横轴和纵轴的单位刻度相同 axis square横纵和纵轴的长度相同横纵和纵轴的长度相同 axis tight把数据范围直接设置为坐标值范围把数据范围直接设置为坐标值范围 axis image采用相同的单位刻度，且坐标框紧贴数据范围采用相同的单位刻度，且坐标框紧贴数据范围其它选项 刻度设置 缺省情况下，缺省情况下，Matlab自动在坐标范围内生成均匀的刻度，用户可以使用自动在坐标范围内生成均匀的刻度，用户可以使用set命令改变刻度值，其使用方法如下：命令改变刻度值，其使用方法如下：set(gca,Xtick,xs,Ytick,ys)其中其中xs和和ys分

14、别是横轴和纵轴的刻度行向量。分别是横轴和纵轴的刻度行向量。追加控制 hold on打开追加绘图方式打开追加绘图方式 hold off关闭追加绘图方式关闭追加绘图方式3.三维图形的绘制 MATLAB语言提供了三维图形的处理功能。与二维图形相似，绘制三维图形时可以使用MATLAB语言提供的相关函数：三维线图指令plot3 三维网线图和曲面图 三维网线图 三维曲面图（1）三维线图指令plot3%该程序用于绘制三维的螺旋曲线图 t=0:pi/50:20*pi;plot3(sin(t),cos(2*t),sin(t)+cos(t)（2）三维网线图 使用mesh函数来绘制三维网格图形：z=peaks(50

15、);mesh(z);（3）三维曲面图 可是使用surf函数来绘制三维表面图形：X,Y=meshgrid(-4:0.2:4);Z=exp(-0.5*(X.2Y.2);surf(X,Y,Z)4.特殊图形的绘制 条形图和面积图(Bar and Area Graphs)饼形图(Pie Charts)离散型数据图 方向和速度矢量图形 等高线的绘制(Contour Plots)（1）条形图和面积图条形图和面积图用于绘制向量和矩阵数据，这两种图形可以用来比较不同组数据的在总体数据中所占的比例，其中条形图适于表现离散型数据，而面积图适于表现连续型数据。函 数功 能 描 述bar绘制矩阵Y(mn)各列的垂直条形

16、图，各条以垂直方向显示barh绘制矩阵Y(mn)各列的垂直条形图，各条以水平方式显示bar3绘制矩阵Y(mn)各列的三维垂直条形图，条以垂直方向显示bar3h绘制矩阵Y(mn)各列的三维垂直条形图，各条以水平方式显示area绘制向量的堆栈面积图条形图举例 集合式条形图的绘制 y=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 bar(y)（2）饼形图 在统计学中，人们经常要用到饼形图来表示各个统计量占总量的份额，饼形图可以显示向量或矩阵中的元素占所有元素总和的百分比，MATLAB提供了pie函数和pie3函数，分别用于绘制二维饼形图和三维饼形图。（3）离散型数据图 MATLAB 7提供了一系列适于表

17、现离散型数据的函数。其中常用的主要有stem 函数、stem3函数和stairs函数。离散型数据图举例 使用 stem(y)函数来绘制句柄状图形。y=rand(20,1);stem(y)（4）方向和速度矢量图形 MATLAB 7提供了一些函数用于绘制方向矢量和速度矢量图形，这些函数有compass、feather、quiver和quiver3。函 数功 能 描 述compass显示极坐标图形中的极点发散出来的矢量图feather显示从一条水平线上均匀间隔的点所发散出来的矢量图quiver显示由(u,v)矢量特定的二维矢量图 quiver3显示由(u,v,w)矢量特定的三维矢量图方向和速度矢量图

18、形举例 用compass函数绘制矢量图形：w=0:0.1:6;z=sin(w).*exp(j*w);compase(z)（5）等高线的绘制 等高线函数为创建、显示并标注由一个或多个矩阵确定的等值线。函 数 名功 能 描 述clabel使用等值矩阵生成标注，并将标注显示在当前图形contour显示矩阵Z的二维等高线图contour3显示矩阵Z的三维等高线图contourf显示矩阵Z的二维等高线图，并在各等高线之间用实体颜色填充contourc用于计算由其他等高线函数调用的等值矩阵meshc创建一个与二维等高线图匹配的网线图surfc创建一个与二维等高线图匹配的曲面图等高线的绘制举例 使用cont

19、our函数绘制等高线图形：x,y,z=peaks;contour(x,y,z)5.图形的高级控制 视点控制和图形的旋转 颜色的使用 颜色映像理解 颜色映像使用 颜色映像显示 颜色映像的建立和修改 光照控制（1）视点控制和图形的旋转 为了使图形的效果更逼真，有时需要从不同的角度观看图形，MATLAB 7语言提供了view、viewmtx和rotate3d等3个命令进行操作。用户可以在命令窗口中调用这3个函数。其中，view函数主要是从不同的角度观察图形；viewmtx给出指定视角的正交转换矩阵；而rotate3d函数可以让用户方便地用鼠标来适时旋转视图。视点控制举例 view函数的使用：X,Y=

20、meshgrid(-5:0.2:5);Z=exp(0.5*(X.2-Y.2);surf(X,Y,Z)view(30，60)（2）颜色的使用 颜色映像理解 MATLAB 7有一个叫颜色映像的数据结构来代表颜色值。颜色映像定义为一个有3列和若干行的矩阵。利用0到1之间的数，矩阵的每一行都代表了一种色彩。任一行的数字都指定了一个RGB值，即红、黄、蓝3种颜色的强度，形成一种特定的颜色。颜色映像理解1Red(红)Green(绿)Blue(蓝)颜 色000黑111白100红010绿001蓝110黄101洋红011青蓝2/301天蓝11/20橘黄0.500深红0.50.50.5灰色颜色映像理解2函 数功

21、能 描 述hsv色彩饱和值(以红色开始和结束)hot从黑到红到黄到白cool青蓝和洋红的色度pink粉红的彩色度gray线性灰度bone带一点蓝色的灰度jethsv的一种变形(以蓝色开始和结束)copper线性铜色度prim三棱镜，交替为红色、橘黄色、黄色、绿色和天蓝色flag交替为红色、白色、蓝色和黑色颜色映像使用 句colormap(M)将矩阵M作为当前图形窗口所用的颜色映像。例如，colormap(cool)装入了一个有64个输入项的cool颜色映像。colormap default装入了默认的颜色映像(hsv)。函数plot、plot3、contour和contour3不使用颜色映像，

22、它们使用列在plot颜色和线形表中的颜色。而大多数其他绘图函数，比如mesh、surf、fill、pcolor和它们的各种变形函数，使用当前的颜色映像。颜色映像显示 可以用多种途径来显示一个颜色映像。其中一个方法是观察颜色映像矩阵的元素:hot(8)ans=0.3333 0 0 0.6667 0 0 1.0000 0 0 1.0000 0.3333 0 1.0000 0.6667 0 1.0000 1.0000 0 1.0000 1.0000 0.5000 1.0000 1.0000 1.0000 颜色映像的建立和修改 颜色映像就是矩阵，意味着你可以象其他数组那样对它们进行操作。函数brigh

23、ten就利用这一点通过调整一个给定的颜色映像来增加或减少暗色的强度。用户可以通过生成m3的矩阵mamap来建立自己的颜色映像，并用colormap(mymap)来安装它。颜色映像矩阵的每一个值都必须在0和1之间。如果企图用大于或小于3列的矩阵或者包含着比0小比1大的任意值，函数colormap会提示一个错误然后退出。光照控制 MATLAB 7语言提供了许多函数在图形中进行对光源的定位并改变光照对象的特征。函 数 名功 能 描 述camlight设置并移动关于摄像头的光源lightangle在球坐标下设置或定位一个光源light设置光源lighting选择光源模式material设置图形表面对光

24、照的反映模式光照控制举例 本例首先绘制一个膜面图，然后使用位置向量 0-2 1 设置光源的方向。z=peaks(50);surf(z)light(Position,0.5-3 2)（3）绘制二维曲线图 二维曲线图在MATLAB 7中的绘制是最为简便的。如果将X轴和Y轴的数据分别保存在两个向量中，同时向量的长度完全相等，那么可以直接调用函数进行二维图形的绘制。在MATLAB 7中，使用plot函数进行二维曲线图的绘制。绘制二维曲线图 x=0:0.01:10;y=tan(x);plot(x,y)（4）极坐标图形的绘制 MATLAB提供了polar函数来在极坐标下绘制图形：x=0:0.01:10;y1=sin(x);y2=cos(x-2.5);polar(y1,y2,-r+)(6)用矩形或椭圆在图形中圈出重要部分 用户可以使用矩形或是椭圆在图形中圈出特别的区域，从而使得该区域能引起特别的注意。当其中的一个矩形或是椭圆被选中时，用户可以移动并改变它的大小，或是右击它，在弹出的快捷菜单中用户可以选择改变它的属性和外观。应用举例 当右击矩形或是椭圆时，将弹出一个菜单