第2章MATLAB作图方法详解.docx
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第2章MATLAB作图方法详解
第2章MATLAB作图
本章将介绍MATLAB的作图功能并对MATLAB的图形特性进行阐述。
这里所阐述的很多功能都是既可以用命令窗口函数来自动实现，也可以使用图形窗口中的工具栏或菜单来实现。
2.1平面图
2.1.1曲线图
Matlab作图是通过描点、连线来实现的，故在画一个曲线图形之前，必须先取得该图形上的一系列的点的坐标（即横坐标和纵坐标），然后将该点集的坐标传给Matlab函数画图.
命令为：
plot（X,Y,S）
X,Y是向量,分别表示点集的横坐标和纵坐标，s-为指定颜色、线型等。
如表1所示
表2.1图形元素设定
plot（X,Y）--画实线.
plot（X,Y1,S1,X,Y2,S2,…,X,Yn,Sn）--将多条线画在一起。
例在[0,2*pi]用红线画sin（x）,用绿圈画cos（x）。
解程序：
x=linspace（0,2*pi,30）;
y=sin（x）;
z=cos（x）;
plot（x,y,'r',x,z,'go'）
结果：
2.1.2符号函数（显函数、隐函数和参数方程）画图
（1）ezplot
ezplot（'f（x）',[a,b]）
表示在aezplot（'f（x,y）',[xmin,xmax,ymin,ymax]）
表示在区间xminezplot（'x（t）','y（t）',[tmin,tmax]）
表示在区间tmin例在[0,pi]上画y=sin（x）的图形
解输入命令
ezplot（'sin（x）',[0
例在[0,2*pi]上画
，
星形图。
解输入命令
ezplot（'cos（t）^3','sin（t）^3',[0,2*pi]）
例在[-2，0.5]，[0，2]上画隐函数
的图像。
解输入命令
ezplot（'exp（x）+sin（x*y）',[-2,0.5,0,2]）
（2）fplot
fplot（'fun',lims）
表示绘制字符串fun指定的函数在lims=[xmin,xmax]的图形。
注意：
[1]fun必须是M文件的函数名或是独立变量为x的字符串。
[2]fplot函数不能画参数方程和隐函数图形，但在一个图上可以画多个图形。
例在[-1，2]上画
的图形。
解先建M文件myfun1.m：
functiony=myfun1（x）
y=exp（2*x）+sin（3*x.^2）;
再输入命令：
fplot（'myfun1',[-1,2]）
例在[-2,2]范围内绘制函数tanh的图形。
解fplot（'tanh',[-2,2]）
例x、y的取值范围都在[-
，
]，画函数tanh（x）,sin（x）,cos（x）的图形。
解输入命令:
fplot（'[tanh（x）,sin（x）,cos（x）]',2*pi*[-11]）
2.2三维图
2.2.1空间曲线
（1）一条曲线
plot3（x,y,z,s）
其中x,y,z为n维向量，分别表示曲线上点集的横坐标、纵坐标、函数值。
S-指定颜色、线形等。
例在区间[0，10*pi]画出参数曲线x=sin（t）,y=cos（t）,z=t。
解close;t=0:
pi/50:
10*pi;
plot3（sin（t）,cos（t）,t）
rotate3d%旋转
结果：
（2）多条曲线
plot3（x,y,z）
其中x，y，z是都是m×n矩阵，其对应的每一列表示一条曲线。
例画多条曲线观察函数Z=（X+Y）.^2。
解close;x=-3:
0.1:
3;y=1:
0.1:
5;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=（X+Y）.^2;
plot3（X,Y,Z）
（这里meshgrid（x,y）的作用是产生一个以向量x为行、向量y为列的矩阵）
2.2.2空间曲面
（1）surf（x,y,z）
画出数据点（x，y，z）表示的曲面，其中x,y,z为数据矩阵，分别表示数据点的横坐标、纵坐标、函数值。
例画函数Z=（X+Y）.^2的图形。
解x=-3:
0.1:
3;
y=1:
0.1:
5;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=（X+Y）.^2;
surf（X,Y,Z）
shadingflat%将当前图形变得平滑
（2）mesh（x,y,z）
画网格曲面，其中x,y,z为数据矩阵。
分别表示数据点的横坐标、纵坐标、函数值。
例画出曲面Z=（X+Y）.^2在不同视角的网格图。
解close;
x=-3:
0.1:
3;y=1:
0.1:
5;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=（X+Y）.^2;
mesh（X,Y,Z）
2.3图形处理
2.3.1在图形上加格栅、图例和标注
（1）gridon加格栅在当前图上;
gridoff删除格栅。
（2）hh=xlabel（string）:
在当前图形的x轴上加图例string
hh=ylabel（string）:
在当前图形的y轴上加图例string
hh=zlabel（string）:
在当前图形的z轴上加图例string
hh=title（string）:
在当前图形的顶端上加图例string
例在区间[0,2*pi]画sin（x）的图形，并加注图例“自变量X”、“函数Y”、“示意图”,并加格栅.
解x=linspace（0,2*pi,30）;
y=sin（x）;
plot（x,y）
xlabel（'自变量X'）
ylabel（'函数Y'）
title（'示意图'）
gridon
（3）h=gtext（‘string’）
命令gtext（‘string’）用鼠标放置标注在现有的图上.运行命令gtext
（‘string’）时，屏幕上出现当前图形，在图形上出现一个交叉的十字，该十字随鼠标的移动移动，当按下鼠标左键时，该标注string放在当前十交叉的位置.
例在区间[0,2*pi]画sin（x），并分别标注“sin（x）”、”cos（x）”。
解x=linspace（0,2*pi,30）;
y=sin（x）;
z=cos（x）;
plot（x,y,x,z）
gtext（'sin（x）'）;gtext（'cos（x）'）
2.3.2定制坐标
Axis（[xminxmaxyminymaxzminzmax]）
定制图形坐标。
其中xminxmaxyminymaxzminzmax分别是x、y、z的最大、最小值。
Axisauto将坐标轴返回到自动缺省值。
例在区间[0.005,0.01]显示sin（1/x）的图形。
解x=linspace（0.0001,0.01,1000）;
y=sin（1./x）;
plot（x,y）
axis（[0.0050.01-11]）
2.3.3图形保持
（1）holdon保持当前图形,以便继续画图到当前图上；
holdof释放当前图形窗口。
例将y=sin（x）、y=cos（x）分别用点和线画出在同一屏幕上。
解x=linspace（0,2*pi,30）;
y=sin（x）;
z=cos（x）;
plot（x,z,':
'）
holdon
plot（x,y）
（2）figure（h）新建h窗口，激活图形使其可见，并把它置于其它图形之上。
例在区间[0,2*pi]新建两个窗口分别画出y=sin（x）；z=cos（x）。
解请运行如下程序：
x=linspace（0,2*pi,100）;
y=sin（x）;z=cos（x）;
plot（x,y）;
title（'sin（x）'）;
figure
（2）;
plot（x,z）;
title（'cos（x）'）;
2.3.4分割窗口
h=subplot（mrows,ncols,thisplot）
划分整个作图区域为mrows×ncols块（逐行对块访问）并激活第thisplot块，其后的作图语句将图形画在该块上。
subplot（mrows,ncols,thisplot）
激活已划分为mrows×ncols块的屏幕中的第thisplot块，其后的作图语句将图形画在该块上。
subplot（1,1,1）
命令Subplot（1,1,1）返回非分割状态。
例将屏幕分割为四块，并分别画出y=sin（x），z=cos（x）；a=sin（x）*cos（x）,
b=sin（x）/cos（x）。
解x=linspace（0,2*pi,100）;
y=sin（x）;z=cos（x）;
a=sin（x）.*cos（x）;b=sin（x）./（cos（x）+eps）;
subplot（2,2,1）;plot（x,y）,title（'sin（x）'）
subplot（2,2,2）;plot（x,z）,title（'cos（x）'）
subplot（2,2,3）;plot（x,a）,title（'sin（x）cos（x）'）
subplot（2,2,4）;plot（x,b）,title（'sin（x）/cos（x）'）
2.3.5缩放图形
zoomon为当前图形打开缩放模式。
单击鼠标左键，则在当前图形窗口中，以鼠标点中的点为中心的图形放大2倍；单击鼠标右键，则缩小2倍。
zoomoff：
关闭缩放模式。
例缩放y=sin（x）的图形
解x=linspace（0,2*pi,30）;
y=sin（x）;
plot（x,y）
zoomon
请在图形窗口演示
2.3.6改变视角view
（1）view（a,b）
命令view（a,b）改变视角到（a,b）,a是方位角,b为仰角。
缺省视角为（-37.5，30）。
view用空间矢量表示的，三个量只关心它们的比例，
与数值的大小无关，x轴view（[1，0，0]），y轴view（[0,1,0]），z轴
view（[0，0，1]）。
例画出曲面Z=（X+Y）.^2在不同视角的网格图.
解x=-3:
0.1:
3;y=1:
0.1:
5;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=（X+Y）.^2;
subplot（2,2,1）;mesh（X,Y,Z）
subplot（2,2,2）;mesh（X,Y,Z）;view（50,-34）
subplot（2,2,3）;mesh（X,Y,Z）;view（-60,70）
subplot（2,2,4）;mesh（X,Y,Z）;view（0,1）
可以直接在图形窗口操作（示范）。
2.3.7动画
Moviein（）,getframe,movie（）
函数Moviein（）产生一个帧矩阵来存放动画中的帧；函数getframe对当前的图象进行快照；函数movie（）按顺序回放各帧。
例将曲面peaks做成动画。
解[x,y,z]=peaks（30）;
surf（x,y,z）
axis（[-33-33-1010]）
m=moviein（15）;
fori=1:
15
view（-37.5+24*（i-1）,30）
m（:
i）=getframe;
end
movie（m）
请演示
2.4特殊的二维图形函数
2.4.1极坐标图：
polar（theta,rho,s）
用角度theta（弧度表示）和极半径rho作极坐标图，用s指定线型。
例r=sin2×cos2的极坐标图形。
解theta=linspace（0,2*pi）;
rho=sin（2*theta）.*cos（2*theta）;
polar（theta,rho,'g'）
title（'Polarplotofsin（2*theta）.*cos（2*theta）'）;
2.4.2散点图:
scatter（X,Y,S,C）
在向量X和Y的指定位置显示彩色圈．X和Y必须大小相同．
例绘制seamount散点图。
解输入命令：
loadseamount
scatter（x,y,5,z）
2.4.3平面等值线图：
contour（x,y,z,n）绘制n个等值线的二维等值线图
例在范围-2的等值线图。
解输入命令：
[X,Y]=meshgrid（-2:
.2:
2,-2:
.2:
3）;
Z=X.*exp（-X.^2-Y.^2）;
[C,h]=contour（X,Y,Z）;
clabel（C,h）
colormapcool
2.5特殊的三维图形函数
2.5.1空间等值线图：
contour3（x,y,z,n）
其中n表示等值线数。
例山峰的三维和二维等值线图。
解[x,y,z]=peaks;
subplot（1,2,1）
contour3（x,y,z,16,'s'）;
grid;xlabel（'x-axis'）,ylabel（'y-axis'）
zlabel（'z-axis'）
title（'contour3ofpeaks'）;
subplot（1,2,2）
contour（x,y,z,16,'s'）;
grid;xlabel（'x-axis'）,ylabel（'y-axis'）
title（'contourofpeaks'）;
2.5.2三维散点图scatter3（X,Y,Z,S,C）
在向量X,Y和Z指定的位置上显示彩色圆圈.向量X,Y和Z的大小必须相同。
例绘制三维散点图。
解输入命令:
[x,y,z]=sphere（16）;X=[x（:
）*.5x（:
）*.75x（:
）];
Y=[y（:
）*.5y（:
）*.75y（:
）];
Z=[z（:
）*.5z（:
）*.75z（:
）];
S=repmat（[1.75.5]*10,prod（size（x））,1）;
C=repmat（[123],prod（size（x））,1）;
scatter3（X（:
）,Y（:
）,Z（:
）,S（:
）,C（:
）,'filled'）,view（-60,60）
例：
要在某山区方圆大约27平方公里范围内修建一条公路，从山脚出发经过一个居民区，再到达一个矿区。
横向纵向分别每隔400米测量一次，得到一些地点的高程：
（平面区域0<=x<=5600,0<=y<=4800），需作出该山区的地貌图和等高线图。
3600
3200
2800
2400
2000
1600
1200
1480150015501510143013001200980
15001550160015501600160016001550
15001200110015501600155013801070
15001200110013501450120011501010
139015001500140090011001060950
13201450142014001300700900850
11301250128012301040900500700
Y/x
12001600200024002800320036004000
程序：
x=0:
400:
5600;y=0:
400:
4800;
z=[370470550600670690670620580450400300100150250;...
510620730800850870850780720650500200300350320;...
650760880970102010501020830900700300500550480350;...
740880108011301250128012301040900500700780750650550;...
830980118013201450142014001300700900850840380780750;...
88010601230139015001500140090011001060950870900930950;...
9101090127015001200110013501450120011501010880100010501100;...
9501190137015001200110015501600155013801070900105011501200;...
143014301460150015501600155016001600160015501500150015501550;...
1420143014501480150015501510143013001200980850750550500;...
138014101430145014701320128012001080940780620460370350;...
13701390141014301440114011101050950820690540380300210;...
13501370139014001410960940880800690570430290210150];
meshz（x,y,z）,rotate3d；xlabel（'X'）,ylabel（'Y'）,zlabel（'Z'）
2.6图形窗口简介
以上介绍了MATLAB图形的基本操作，下面介绍MATLAB图形展示的载体——图形窗口的使用方法。
MATLAB的图形窗口如图2—24所示
2.6.1窗口的菜单操作
MATLAB图形窗口的菜单与桌面平台的菜单有所不同。
（1）【File】菜单
MATLAB图形窗口的【File】菜单与桌面平台类似，但增加了图形输出
（export）以及打印的菜单命令（pagesetup、printpreview以及print等），这些选项将打开相应的对话框。
【Export】选项将打开图形输出对话框，在该对话框中可以把图形以emf的方式保存。
【pagesetup】选项将打开页面设置对话框，该对话框中包括4个设置页面，分别为图形尺寸设置页面、纸张设置页面、线型和文本设置页面以及坐标轴图形设置页面。
【print】选项的作用是打开Windows自带的打印设置对话框。
【printpreview】选项将打开打印预览对话框，在该对话框中可以打开打印对话框（Print）,也可以页面设置对话框（PageSetup）进行设置，并且可以缩放图形（ZoomIn/Out）,最后通过【Close】按钮关闭该对话框。
【print】选项则打开Windows自带的打印对话框。
（2）【Edit】菜单
【Edit】菜单增加了（FigureProperties、AxesProperties以及CurrentObjectProperties）等选项。
【FigureProperties】选项将打开图形属性设置对话框，在该对话框的顶部宣示的是图形对象，下面显示的是图形属性设置页面，包括图形风格（Style）、图形标题（Title）、图形显示类型（Rendering）以及图形信息（Info）等。
【AxesProperties】选项将打开坐标轴属性对话框，在该对话框中将可以设置坐标轴的尺度（Scale）、风格（Style）、标注（Lable）、比例（Aspect）、光源（Lights）、视点（Viewpoint）以及坐标轴信息（Info）等。
【CurrentObjectPropertis】选项将打开当前对象属性设置对话框。
（３）【View】菜单
【View】菜单包括【Figuretoolbar】、【Cameratoolbar】两个选项，分别打开图形操作工具条和照相工具条。
（４）【Insert】菜单
通过【Insert】菜单可以在图中添加不同对象，如坐标轴、标注等。
（５）【Tools】菜单
【Insert】菜单包括简单的图形操作和照相操作等。
其中【BasicFitting】选项将打开图形数据拟合对话框，包括选取数据源（Selectdata）、拟合方式（Checktodisplayfitsonfigure）、拟合函数的显示（Showequations）、数值的有效位数（Signifi）以及是否显示残差（Plotresiduals）等；【DataStatistics】选项将打开图形数据统计对话框，可以获得数据的最小值、最大值、平均值、中值以及均方差等。
（６）【Window】、【Help】菜单
图形窗口的【Window】、【Help】菜单与桌面平台的菜单类似。
2.6.2图形窗口的工具栏:
如图２—25所示。
其中，新建、打开、保存以及打印等工具栏命令与桌面平台工具栏相同。
下面是图形窗口所特有的几个工具栏命令。
：
启动图形编辑。
：
在图形中鼠标单击位置加入文本。
：
在图形中加入箭头符号。
：
在图形中加入直线段。
：
放大图形。
：
缩小图形。
：
对图形进行手动旋转。
2.7习题
1、在同一平面中的两个窗口分别画出心形线和马鞍面。
要求：
（1）在图形上加格栅、图例和标注；
（2）定制坐标；
（3）以不同角度观察马鞍面
z=x2-y2
2、以不同的视角观察球面x2+y2+z2=1和圆柱面x2+y2=z所围区域。
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