第7章MATLAB计算的可视化和GUI设计Word下载.docx
《第7章MATLAB计算的可视化和GUI设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第7章MATLAB计算的可视化和GUI设计Word下载.docx（61页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
x是向量,而
Y是矩阵,则x的长度与矩阵Y的行数或列数必须相等,①如果
图7.2（a正弦曲线（b方波曲线
图7.3（ax1曲线（bx2曲线
x的长度与Y的行数相等,则向量x与矩阵Y的每列向量对应画一条曲线;
②如果x的长度与Y的列数相等,向量x与Y的每行向量画一条曲线,③如果Y是方阵,则x和Y的行数和列数都相等,将向量x与矩阵Y的每列向量画一条曲线;
▪如果X是矩阵,而y是向量,则y的长度必须等于X的行数或列数,绘制的方法与前一种相似;
▪如果X和Y都是矩阵,则大小必须相同,矩阵X的每列和Y的每列画一条曲线。
【例7.4】混合式图形的绘制,如图7.4所示。
x1=[123];
y1=[123;
456]
y1=
456
plot（x1,y1%每行一条曲线
y2=[12;
34;
56]
y2=
12
34
56
plot（x1,y2%每一列一条曲线
plot（y1,x1
plot（y2,x1
x2=[111;
222]
111
222
plot（x2,y1%按列与列对应的方式
5.plot（z绘制复向量曲线
【例7.4续】下面的程序画出的曲线和图7.4（e中的相同。
图7.4（a（x1,y1曲线
（b（x1,y2曲线
图7.4（c（y1,x1曲线（d（y2,x1曲线
图7.4（e（x2,y1曲线
z1=x2+i*y1
z1=
1.0000+1.0000i1.0000+
2.0000i1.0000+
3.0000i
2.0000+4.0000i2.0000+5.0000i2.0000+6.0000i
plot（z1%以实部为横坐标,虚部为纵坐标
6.plot（x1,y1,x2,y2,…绘制多条曲线
plot命令还可以同时绘制多条曲线,用多个矩阵对为参数,MATLAB自动以不同的颜色绘制不同曲线。
每一对矩阵（Xi,Yi均按照前面的方式解释,不同的矩阵对之间,其维数可以不同。
【例7.5】绘制三条曲线,如图7.5所示。
x=0:
plot（x,sin（x,x,cos（x,x,sin（3*x%画三条曲线
图7.5三条曲线
7.1.2绘制曲线的一般步骤
表7.1为绘制二维、三维图形一般步骤的归纳。
表7.1绘制二维、三维图形的一般步骤
内容
曲线数据准备:
对于二维曲线,横坐标和纵坐标数据变量;
▪步骤1和3是最基本的绘图步骤,如果利用MATLAB的默认设置通常只需要这两个基本步骤就可以基本绘制出图形,而其他步骤并不完全必需。
▪步骤2一般在图形较多的情况下,需要指定图形窗口、子图时使用。
▪除了步骤1、2、3的其他步骤用户可以根据自己需要改变前后次序。
7.1.3多个图形绘制的方法
1.指定图形窗口
如果需要多个图形窗口同时打开时,可以使用figure语句。
figure（n%产生新图形窗口
如果该窗口不存在,则产生新图形窗口并设置为当前图形窗口,该窗口名为“FigureNo.n”,而不关闭其它窗口。
2.同一窗口多个子图
如果需要在同一个图形窗口中布置几幅独立的子图,可以在plot命令前加上subplot命令来将一个图形窗口划分为多个区域,每个区域一幅子图。
subplot（m,n,k%使m×
n幅子图中的第k幅成为当前图
将图形窗口划分为m×
n幅子图,k是当前子图的编号,“,”可以省略。
子图的序号编排原则是:
左上方为第1幅,先向右后向下依次排列,子图彼此之间独立。
【例7.6】用subplot命令画四个子图,如图7.6所示。
subplot（2,2,1%分割为2*2个子图,左上方为当前图
plot（x,sin（x
subplot（2,2,2%右上方为当前图
plot（x,cos（x
subplot（2,2,3%左下方为当前图
plot（x,sin（3*x
subplot（224%右下方为当前图,省略逗号
plot（x,cos（3*x
图7.6四个子图
如果在使用绘图命令之后,想清除图形窗口画其它图形,应使用“clf”命令清图形窗。
clf%清除子图
3.同一窗口多次叠绘
为了在一个坐标系中增加新的图形对象,可以用“hold”命令来保留原图形对象。
holdon%使当前坐标系和图形保留
holdoff%使当前坐标系和图形不保留
hold%在以上两个命令中切换
在设置了“holdon”后,如果画多个图形对象,则在生成新的图形时保留当前坐标系中已存在的图形对象,MATLAB会根据新图形的大小,重新改变坐标系的比例。
【例7.7】在同一窗口画出函数sinx在区间[0,2π]的曲线和cosx在区间[-π,π]的曲线,如图7.7（a所示。
plot（x1,sin（x1
holdon
x2=-pi:
.1:
pi;
plot（x2,cos（x2
程序分析:
坐标系的范围由0~2π转变为-π~2π。
4.双纵坐标图
plotyy（x1,y1,x2,y2%以左、右不同纵轴绘制两条曲线说明:
左纵轴用于（x1,y1数据,右纵轴用于（x2,y2数据来绘制两条曲线。
坐标轴的范围、刻度都自动产生。
【例7.7续】用plotyy函数实现在同一图形窗口绘制两条曲线,如图7.7（b所示。
plotyy（x1,sin（x1,x2,cos（x2
plotyy函数用不同颜色绘制两条曲线,左右两边使用两个纵坐标轴,横坐标为-π~2π。
7.1.4曲线的线型、颜色和数据点形
plot命令还可以设置曲线的线段类型、颜色和数据点形等,如表7.2所示。
表7.2线段、颜色与数据点形
颜色数据点间连线数据点形类型符号类型符号类型符号
plot（x,y,s
x为横坐标矩阵,y为纵坐标矩阵,s为类型说明字符串参数;
s字符串可以是线段类型、颜色和数据点形三种类型的符号之一,也可以是三种类型符号的组合。
【例7.8】用不同线段类型、颜色和数据点形画出sinx和cosx曲线,如图7.8所示。
图7.7（a用holdon在同一窗口画出两条曲线（b用plotyy在同一窗口画出两条曲
plot（x,sin（x,'
r-.'
%用红色点划线画出曲线
plot（x,cos（x,'
b:
o'
%用蓝色圆圈画出曲线,用点线连接
7.1.5设置坐标轴和文字标注
1.坐标轴的控制
用坐标控制命令axis来控制坐标轴的特性,表7.3列出其常用控制命令。
表7.3常用的坐标控制命令
含义命令含义
使用默认设置axisequal纵、横轴采用等长刻度使当前坐标范围不变
axisfill在manual满整个绘图区取消轴背景axisimage纵、横轴采用等长刻度,
2.分格线和坐标框
（1使用grid命令显示分格线语法:
gridon%显示分格线gridoff%不显示分格线grid%在以上两个命令间切换
图7.8在同一窗口画出两条曲线
不显示分格线是MATLAB的默认设置。
分格线的疏密取决于坐标刻度,如果要改变分格线的疏密,必须先定义坐标刻度。
（2使用box命令显示坐标框
boxon%使当前坐标框呈封闭形式
boxoff%使当前坐标框呈开启形式
box%在以上两个命令间切换
在默认情况下,所画的坐标框呈封闭形式。
【例7.9】在两个子图中使用坐标轴、分格线和坐标框控制,如图7.9所示。
subplot（2,1,1
plot（sin（x,cos（x
axisequal%纵、横轴采用等长刻度
axisoff
boxoff
gridon%加分格线
subplot（2,1,2
plot（x,exp（-x
axis（[0,3,0,2]%改变坐标轴范围
图7.9用坐标轴、分格线和坐标框控制
3.文字标注
（1添加图名
title（s%书写图名
s为图名,为字符串,可以是英文或中文。
（2添加坐标轴名
xlabel（s%横坐标轴名
ylabel（s%纵坐标轴名
（3添加图例
legend（s,pos%在指定位置建立图例
legendoff%擦除当前图中的图例
参数s是图例中的文字注释,如果多个注释则可以用’s1’,’s2’,…的方式;
参数pos是图例在图上位置的指定符,它的取值如表7.4所示。
表7.4pos取值所对应的图例位置
用legend命令在图形窗口中产生图例后,还可以用鼠标对其进行拖拉操作,将图例拖到满意的位置。
（4添加文字注释
text（xt,yt,s%在图形的（xt,yt坐标处书写文字注释
【例7.10】在图形窗口中添加文字注释,如图7.10所示。
ro'
title（'
y1=sin（x,y2=cos（x'
%添加标题
xlabel（'
x'
%添加横坐标名
legend（'
sin（x'
'
cos（x'
4%在右下角添加图例
text（pi,sin（pi,'
x=\pi'
%在pi,sin（pi处添加文字注释
图7.10添加图形标注
4.特殊符号
表7.5图形标识用的希腊字母、数学符号和特殊字符
如果需要对文字进行上下标设置,或设置字体大小,则必须在文字标识前先使用表7.6中所示的设置值。
表7.6文字设置
【例7.11】在MATLAB的图形窗口中写出标题为表达式dty（tey（0
ωtj⎰
∞
-=ω,字体大小
为16号,如图7.11所示。
figure（1
\fontsize{16}y（\omega=\int^{\infty}_{0}y（te^{-j\omegat}dt'
7.1.6交互式图形命令
1.ginput命令
ginput命令是从图上获取数据。
图7.11特殊字符
[x,y]=ginput（n%用鼠标从图形上获取n个点的坐标（x,y
参数n应为正整数,是通过鼠标从图上获得数据点的个数;
x、y用来存放所取点的坐标。
2.gtext命令
gtext命令是把字符串放置到图形中鼠标所指定的位置上。
gtext（‘s’%用鼠标把字符串放置到图形上
如果参数s是单个字符串或单行字符串矩阵,那么一次鼠标操作就可把全部字符以单行形式放置在图上;
如果参数s是多行字符串矩阵,那么每操作一次鼠标,只能放置一行字符串,需要通过多次鼠标操作,把一行一行字符串放在图形的不同位置。
【例7.12】在y=sin（x的图形中将（π,0和（2π,0点的坐标取出,并在（2π,0点写“2π”字符串。
[m,n]=ginput（2%取两点坐标
m=
3.1532
6.2984
n=
-0.0029
-0.0088
gtext（'
2\pi'
%写2π
axistight
由于鼠标所取点的位置有些偏差,因此ginput命令获取的坐标并不是精确在（π,0和（2π,0点上;
gtext命令在图中鼠标单击处写了“2π”字符串。
7.2MATLAB的三维图形绘制
7.2.1绘制三维线图命令plot3
plot3是用来绘制三维曲线的,它的使用格式与二维绘图的plot命令很相似。
plot3（x,y,z,'
s'
%绘制三维曲线
plot3（x1,y1,z1,'
s1'
x2,y2,z2,'
s2'
…%绘制多条三维曲线
当x、y、z是同维向量时,则绘制以x、y、z元素为坐标的三维曲线;
当X、Y、Z是同维矩阵时,则绘制三维曲线的条数等于矩阵的列数。
s是指定线型、色彩、数据点形的字符串。
【例7.13】三维曲线绘图,如图7.12所示。
20*pi;
plot3（x,sin（x,cos（x
%按系统默认设置绘图
7.2.2绘制三维网线图和曲面图
1.meshgrid命令
为了绘制三维立体图形,MATLAB的方法是将x方向划分为m份,将y方向划分为n份,meshgrid命令是以x、y向量为基准,来产生在x-y平面的各栅格点坐标值的矩阵。
[X,Y]=meshgrid（x,y
X、Y是栅格点的坐标,为矩阵;
x、y为向量。
例如,将x（1
×
m向量和y（1×
n向量转换为（n×
m的矩阵:
x=[1234];
y=[567];
[xx,yy]=meshgrid（x,y
xx=
123412341234yy=
5555
6666
7777
plot（xx,yyplot（yy,xx
图7.12三维曲线绘图
图7.13（aplot（xx,yy对应的曲线
【例7.14】使用peaks函数来测试meshgrid命令。
为了方便测试立方体,MATLAB提供了peaks函数,可以产生1个凹凸有致的曲面,包含3个局部极大点和3个局部极小点,在图7.14中可以看到。
其x和y坐标分别为在[-33]范围内的49×
49的矩阵,z坐标与x、y的关系为:
z=3*（1-x.^2.*exp（-（x.^2-（y+1.^2...
-10*（x/5-x.^3-y.^5.*exp（-x.^2-y.^2...
-1/3*exp（-（x+1.^2-y.^2
x=linspace（-3,3,49;
y=linspace（-3,3,49;
[xx,yy]=meshgrid（x,y;
%产生49*49的栅格点坐标
xx和yy分别为49×
49的矩阵。
zz=3*（1-xx.^2.*exp（-（xx.^2-（yy+1.^2...
-10*（xx/5-xx.^3-yy.^5.*exp（-xx.^2-yy.^2...
-1/3*exp（-（xx+1.^2-yy.^2;
%产生peaks函数
plot3（xx,yy,zz
zz也是49×
49的矩阵,绘制三维网线图如图7.14所示。
图7.14peaks函数的三维网线图
2.三维网线图
mesh（z%画三维网线图
mesh（x,y,z,c
当只有参数z时,以Z矩阵的行下标作为x坐标轴,把Z的列下标当作y坐标轴;
x、y分别为x、y坐标轴的自变量;
当有x、y、z参数时,C是指定各点的用色矩阵（即C用于定义颜色,当C省略时,则mesh（x,y,z绘制的颜色随z值（即曲面高度成比例变化。
如果x、y、z、c四个参数都有,则应该都是维数相同的矩阵。
【例】
y=[567];
1234
yy=
mesh（xx
mesh（yy
（axx的三维网线图
（byy的三维网线图
【例7.14续】用mesh查看peaks函数的三维网线图,如图7.15所示。
mesh（xx,yy,zz
3.三维曲面图
surf（z%画三维曲面图
surf（x,y,z,c
参数设置与mesh命令相同,c也可以省略。
【例7.14续】用surf查看peaks函数的三维曲面图,如图7.16所示。
surf（xx,yy,zz
图7.15peaks函数的三维网线图
图7.16peaks函数的三维曲面图
4.其它立体网线图和曲面图
立体网线图mesh命令还有几种格式,如meshc命令为立体网状图加等高线;
meshz为立体网状图加“围裙”。
【例7.14续】用meshz和meshc查看peaks函数的三维曲面图,如图7.17所示。
meshz（xx,yy,zz
meshc（xx,yy,zz
立体曲面图surf命令也还有几种格式,如surfc命令为三维曲面图加等高线;
surf1为三维曲面图加上光源,语法格式为surf1（x,y,z,c,S,S为确定光源方向的三维数组（Sx,Sy,Sz。
7.2.3立体图形与图轴的控制
在绘制三维立体图时,MATLAB提供了对图形和图轴的多种精细控制。
图7.17（apeaks
函数的曲面加“围裙”图
（bpeaks函数的曲面图加等高线
1.网格的隐藏
如果要使被遮盖的网格也能呈现出来,可用“hiddenoff”命令。
hiddenoff%显示被遮盖的网格
hiddenon%隐藏被遮盖的网格
【例7.15】显示被遮盖的网格,如图7.18所示。
[x,y,z]=peaks;
%peaks函数mesh（x,y,z
%绘制网线图hiddenoff%显示网格
2.改变视角
三维图形的观测角度不同,则显示也不同,如果要改变观测角度,可用“view”命令。
语法:
view（az,el%通过方位角和俯仰角改变视角
view（vx,vy,vz%通过直角坐标改变视角
az表示方位角,el表示俯仰角;
vx、vy、vz表示直角坐标。
【例7.15续】改变peaks函数的视角,如图
7.19所示。
view（0,0
view（0,90
view（-37.5,30%恢复原视角
图7.18显示网线的peaks函数
图7.19（a视角为（0,0的peaks函数
（b视角为（0,90的peaks函数
view（20,50
view（10,70
视角为（0,0,得到一个（x,z的二维图形效果;
视角为（0,90,得到一个（x,y的二维图形效果。
3.曲面的镂空
【例7.15续】对peaks函数曲面实现镂空效果,如图7.20所示。
z（10:
20,10:
20=nan;
%将一部分数值用nan替换
surf（x,y,z%画曲面图
图7.20peaks函数曲面的镂空效果
7.2.4色彩的控制
1.色图（colormap
（1RGB三元组
RGB三元行数组表示一种色彩,数组元素R、G、B在0~1之间,分别表示红、绿、蓝基色的相对亮度,通过三色的设置可以调制出不同颜色,如表7.7所示。
表7.7常用颜色的RGB成分
【例7.16】查看默认的色图矩阵。
peaks;
%以默认颜色显示peaks函数曲面
colormap
ans=
000.5625
000.6250
000.6875
000.7500
000.8125
000.8750
000.9375
001.0000
00.06251.0000
00.12501.0000
......
0.625000
0.562500
0.500000
size（colormap
643
peaks函数的颜色如前图7.15所示,colormap是64×
3的矩阵。
为了节省篇幅在此省略了中间的一些行数,每行为RGB颜色的相对亮度。
第一行的颜色设定该曲面的最高点,最后一行的颜色设定该曲面的最低点,其余高度的颜色则根据线性内插法来决定。
（2预定义色图函数
表7.8预定义色图的函数表
上表每行的函数默认产生一个64×
3的色图矩阵,可以改变函数的参数产生一个m×
3的色图矩阵。
【例7.16续】查看暖色色图。
colormaphot（8%产生暖色peaks函数曲面
0.333300
0.666700
1.000000
1.00000.33330
1.00000.66670
1.00001.00000
1.00001.00000.5000
1.00001.00001.0000
hot（8函数产生8×
3的矩阵,表示黑、红、黄、白的浓淡色,在此图略,大家自己可以对比该图与前面图形的不同颜色。
2.色图的显示和处理
（1色图的显示
▪rgbplot命令
rgbplot（map
map是表7.8中的各预定义色图,rgbplot命令可画出以行数为自变量红、绿、蓝相对亮度分量的直线图,反映R、G、B三色比重的变化。
▪colorbar命令
colorbar命令以不同颜色来代表曲面的高度,显示一个水平或垂直的颜色标尺。
【例7.17】用rgbplot和colorbar命令显示色图,如图7.21所示。
rgbplot（cool%画出冷色的颜色分量直线图
升级会员 