第04讲MATLAB绘二维图.docx
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第04讲MATLAB绘二维图
第四讲MATLAB可视化
（一）
绘二维图
【目录】
【正文】
数据可视化的目的在于：
通过图形，从一堆杂乱的离散数据中观察数据间的内在关系，感受由图形所传递的内在本质。
MATLAB一向注重数据的图形表示，并不断地采用新技术改进和完备其可视化功能。
一、数据与图形
1、离散数据可视化
任何二元实数标量对
可以在平面上表示一个点；任何二元实数向量对
可以在平面上表示一组点。
对于离散实函数
，当
以递增或递减的次序取值时，有
，这样，该向量对用直角坐标序列点图示时，实现了离散数据的可视化。
【例】用图形表示离散函数
n=0:
12;%产生一组13个自变量函数Xn
y=1./abs（n-6）;%计算相应点的函数值Yn
plot（n,y,'r*','MarkerSize',20）
%用尺寸20的红星号标出函数点
gridon%画出坐标方格
2、连续函数可视化
对于连续函数可以取一组离散自变量，然后计算函数值，与离散数据的显示方式一样显示。
为更精确表示函数的变化，可以：
（1）对显示区间更精细的分割；
（2）用直线连接所有的点。
【例】用图形表示连续调制波形
。
t1=（0:
11）/11*pi;%自变量取12个点
y1=sin（t1）.*sin（9*t1）;%计算函数值
t2=（0:
100）/100*pi;%自变量取101个点
y2=sin（t2）.*sin（9*t2）;
subplot（2,2,1）;%在子图1上画图
plot（t1,y1,'r.'）;%用红色的点显示
axis（[0,pi,-1,1]）;%定义坐标大小
title（'子图
（1）'）;%显示子图标题
%子图2－用红色的点显示
subplot（2,2,2）;plot（t2,y2,'r.'）;
axis（[0,pi,-1,1]）;title（'子图
（2）'）
%子图3－用直线连接数据点和红色的点显示
subplot（2,2,3）;plot（t1,y1,t1,y1,'r.'）
axis（[0,pi,-1,1]）;title（'子图（3）'）
%子图4－用直线连接数据点
subplot（2,2,4）;plot（t2,y2）;
axis（[0,pi,-1,1]）;title（'子图（4）'）
3、图形窗组成
刻度
Box坐标框
Xlabel横坐标轴名
Ylabel纵坐标轴名
Plot曲线
Title标题
Grid格线
Legend图例
Text文本注释
二、二维图形绘制步骤
步骤
典型指令
1
数据准备：
选定要表现的范围；产生自变量采样向量；计算相应的函数值向量
t=pi*（0:
100）/100;
y=sin（t）.*sin（9*t）;
2
选定图形窗及子窗位置：
缺省时，打开FigureNo.1或当前窗、当前子图
figure
（1）%指定1号图形窗
subplot（2,2,3）%指定3号子图
3
调用高层绘图指令：
线型、色彩、数据点形
plot（t,y,'b-'）%用蓝实线画曲线
4
设置轴的范围与刻度、坐标分隔线
axis（[0,pi,-1,1]）%设置轴的范围
gridon%画坐标分隔线
5
图形注释：
图名、坐标名、图例、文字
title（'调制波形'）%图名
xlabel（'t'）;ylabel（'y'）%轴名
legend（'sin（t）'）%图例
text（2,0.5,'y=sin（t）'）%文字
6
图形的精细修饰：
利用对象属性设置;利用图形工具条进行
set（h,'MarkerSize',10）%设置数据点大小
三、绘图命令调用格式
1、plot（X,'s'）
（1）X是实向量时，以向量元素的下标为横坐标，元素值为纵坐标画一连续曲线。
（2）X是实矩阵时，按列绘制每列元素值对应其下标的曲线，曲线数目等于X矩阵的列数；
（3）X是复数矩阵时，按列，分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。
2、plot（X,Y,'s'）
（1）X、Y是同维向量时，则绘制以X、Y元素为横、纵坐标的曲线；
（2）X是向量，Y是有一维与X等维的矩阵时，则绘出多根不同彩色的曲线。
曲线数等于Y的另一维数，X作为这些曲线的共同坐标；
（3）X是矩阵，Y是向量时，情况与上相同，Y作为共同坐标；
（4）X、Y是同维实矩阵时，则以X、Y对应的元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线数目等于矩阵的列数。
3、plot（X1,Y1,'s1',X2,Y2,'s2',...）
其中每组Xn,Yn,'sn'同2。
s、s1、s2用来指定线型、色彩、数据点形的字符串。
【例】绘一组幅值不同的余弦函数
t=（0:
pi/50:
2*pi）';%横坐标列向量
k=0.4:
0.1:
1;%7个幅值
Y=cos（t）*k;%7条函数值矩阵
plot（t,Y）
【例】用图形表示连续调制波形及其包络线
t=（0:
pi/100:
2*pi）';%长度为101的时间采样序列
y1=sin（t）*[1,-1];%包络线函数值，101×2矩阵
y2=sin（t）.*sin（9*t）;%长度为101的调制波列向量
t3=pi*（0:
9）/9;
y3=sin（t3）.*sin（9*t3）;
plot（t,y1,'r:
',t,y2,'b',t3,y3,'bo'）%绘制三组曲线
axis（[0,2*pi,-1,1]）%控制轴的范围
【例】用复数矩阵形式画图形。
t=linspace（0,2*pi,80）';%产生80个数
X=[cos（t）,cos（2*t）,cos（3*t）]+i*sin（t）*[1,1,1];%80x3的复数矩阵
plot（X）,axissquare;%使坐标轴长度相同
legend（'1','2','3'）%图例
【例】采用模型
画一组椭圆。
th=[0:
pi/50:
2*pi]';
a=[0.5:
.5:
4.5];
X=cos（th）*a;
Y=sin（th）*sqrt（25-a.^2）;
plot（X,Y）；
axis（'equal'）；
xlabel（'x'）,ylabel（'y'）；
title（'AsetofEllipses'）
四、曲线的色彩、线型和数据点形
1、色彩和线型
线型
符号
-
:
-.
--
含义
实线
虚线
点划线
双划线
色彩
符号
b
g
r
c
m
y
k
W
含义
蓝
绿
红
青
品红
黄
黑
白
有效的组合方式为'色彩＋线型'；
缺省时，线型为实线，色彩从蓝色开始循环。
【例】演示色彩与线型：
A=ones（1,10）;%A为10个1的行向量，用于划横线
holdon%绘图保持
plot（A,'b-'）;plot（2*A,'g-'）;%蓝色、绿色的实线
plot（3*A,'r:
'）;plot（4*A,'c:
'）;%红色、青色的虚线
plot（5*A,'m-.'）;plot（6*A,'y-.'）;%品红、黄色的点划线
plot（7*A,'k--'）;plot（8*A,'w--'）;%黑色、白色的双划线
axis（[0,11,0,9]）;%定义坐标轴
holdoff%取消绘图保持
2、数据点形
符号
含义
符号
含义
符号
含义
符号
含义
.
实心点
+
十字符
d
菱形
h
六角星
*
八线符
^
上三角
o
空心园
p
五角星
<
左三角
>
右三角
s
方块符
x
叉字符
V
下三角
有效的组合方式为'点形'或者'色彩＋点形'。
【例】演示数据点形
A=ones（1,10）;figure
（1）;holdon
plot（A,'.'）;plot（2*A,'+'）;plot（3*A,'*'）;
plot（4*A,'^'）;plot（5*A,'<'）;plot（6*A,'>'）;
plot（7*A,'V'）;plot（8*A,'d'）;plot（9*A,'h'）;
plot（10*A,'o'）;plot（11*A,'p'）;plot（12*A,'s'）;
plot（13*A,'x'）;axis（[0,11,0,14]）;holdoff
五、坐标、刻度和分格线控制
1、坐标控制
坐标轴控制方式、取向和范围
坐标轴的高宽比
axisauto
使用缺省设置
axisepual
纵、横轴采用等长刻度
axismanual
使用当前坐标范围不变
axisfill
Manual方式起作用，坐标充满整个绘图区
axisoff
取消轴背景
axisimage
同epual且坐标紧贴数据范围
axison
使用轴背景
axisnormal
缺省矩形坐标系
axisij
矩阵式坐标，原点在左上方
axissquare
产生正方形坐标系
axisxy
直角坐标，原点在左下方
axistight
数据范围设为坐标范围
axis（V）;V=[x1,x2,y1,y2];V=[x1,x2,y1,y2,z1,z2]
人工设定坐标范围
axisvis3d
保持高、宽比不变，用于三维旋转时避免图形大小变化
【例】观察各种轴控制指令的影响。
t=0:
2*pi/99:
2*pi;x=1.15*cos（t）;y=3.25*sin（t）;%椭圆
subplot（2,3,1）,plot（x,y）,gridon;%子图1
axisnormal,title（'normal'）;
subplot（2,3,2）,plot（x,y）,gridon;%子图2
axisequal,title（'equal'）;
subplot（2,3,3）,plot（x,y）,gridon;%子图3
axissquare,title（'Square'）
subplot（2,3,4）,plot（x,y）,gridon;%子图4
axisimage,boxoff,title（'ImageandBoxoff'）
subplot（2,3,5）,plot（x,y）;gridon%子图5
axisimagefill,boxoff,title（'ImageandFill'）
subplot（2,3,6）,plot（x,y）,gridon;%子图6
axistight,boxoff,title（'Tight'）
2、刻度设置
set（gca,'Xtick',xs,'Ytick',ys,'Ztick',zs）
xs、ys、zs为任何合法的实数向量，决定x、y、z轴的刻度。
3、分格线
grid是否划分格线的双向切换
gridon画出分格线
gridoff不画分格线
4、坐标框
box坐标形式在封闭和开启间切换
boxon开启
boxoff封闭
【例】通过绘制二阶系统阶跃响应，综合演示图形标识。
clf;t=6*pi*（0:
100）/100;
y=1-exp（-0.3*t）.*cos（0.7*t）;
plot（t,y,'r-','LineWidth',3）;
axis（[-inf,6*pi,0.6,inf]）;
set（gca,'Xtick',[2*pi,4*pi,6*pi],'Ytick',[0.95,1,1.05,max（y）]）;
gridon;
title（'\it\fontsize{24}\fontname{黑体}二维函数显示y=1-e^{-\alphat}cos{\omegat}'）
text（13.5,1.2,'\fontsize{12}{\alpha}=0.3'）
text（13.5,1.1,'\fontsize{12}{\omega}=0.7'）
xlabel（'\fontsize{14}\bft\rightarrow'）
ylabel（'\fontsize{14}\bfy\rightarrow'）
六、图形标识和控制
1、图形标识
图名：
title（s）
坐标轴名：
xlabel（s）,ylabel（s）
图例：
legend（s1,s2,...）
注释：
text（x,y,s）
Matlab允许对上述所用到的文字进行更精细的控制，包括：
（1）允许多行文字：
['第一行','第二行']
（2）允许对字体名称、修饰、大小进行设定
（3）允许使用上下标
（4）允许使用特殊字符
2、绘图控制
figure（n）打开并指定第n个图形窗
clf清空图形窗口
holdon绘图保持
holdoff取消绘图保持
hold在上两者间切换
subplot（m,n,k）在第k个子图上绘图
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