ch5可视化a.docx
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ch5可视化a
第5章数据和函数的可视化
.1引导
.1.1离散数据和离散函数的可视化
【例5.1-1】
n=（-10:
10）';
y=abs（n）;
plot（n,y,'r.','MarkerSize',20）
axisequal
gridon
xlabel（'n'）
图5.1-1离散函数的可视化
.1.2连续函数的可视化
【例5.1-2】
t1=（0:
11）/11*pi;
t2=（0:
400）/400*pi;
t3=（0:
50）/50*pi;
y1=sin（t1）.*sin（9*t1）;
y2=sin（t2）.*sin（9*t2）;
y3=sin（t3）.*sin（9*t3）;
subplot（2,2,1）,plot（t1,y1,'r.'）
axis（[0,pi,-1,1]）,title（'
（1）点过少的离散图形'）
subplot（2,2,2）,plot（t1,y1,t1,y1,'r.'）
axis（[0,pi,-1,1]）,title（'
（2）点过少的连续图形'）
subplot（2,2,3）,plot（t2,y2,'r.'）
axis（[0,pi,-1,1]）,title（'（3）点密集的离散图形'）
subplot（2,2,4）,plot（t3,y3）
axis（[0,pi,-1,1]）,title（'（4）点足够的连续图形'）
图5.1-2连续函数的图形表现方法
【例5.1-3】
N=9;
t=0:
2*pi/N:
2*pi;
x=sin（t）;y=cos（t）;
tt=reshape（t,2,（N+1）/2）;
tt=flipud（tt）;
tt=tt（:
）;
xx=sin（tt）;yy=cos（tt）;
subplot（1,2,1）,plot（x,y）
title（'
（1）正常排序图形'）,axisequaloff,shg
subplot（1,2,2）,plot（xx,yy）
title（'
（2）非正常排序图形'）,axisequaloff,shg
图5.1-3自变量排列次序对连续曲线图形的影响
.2二维曲线和图形
.2.1二维曲线绘制的基本指令plot
【例5.2-1】
clf
t=（0:
pi/50:
2*pi）';
k=0.4:
0.1:
1;
Y=cos（t）*k;
subplot（1,2,1）
plot（t,Y,'LineWidth',1.5）
title（'Byplot（t,Y）'）
xlabel（'t'）
subplot（1,2,2）
plot（Y,'LineWidth',1.5）
title（'Byplot（Y）'）
xlabel（'rowsubscriptofY'）
图5.2-1plot（t,Y）与plot（Y）所绘曲线的区别
【例5.2-2】
t=（0:
pi/100:
pi）';
y1=sin（t）*[1,-1];
y2=sin（t）.*sin（9*t）;
t3=pi*（0:
9）/9;
y3=sin（t3）.*sin（9*t3）;
plot（t,y1,'r:
',t,y2,'-bo'）
holdon
plot（t3,y3,'s','MarkerSize',10,'MarkerEdgeColor',[0,1,0],'MarkerFaceColor',[1,0.8,0]）
axis（[0,pi,-1,1]）
holdoff
%plot（t,y1,'r:
',t,y2,'-bo',t3,y3,'s','MarkerSize',10,'MarkerEdgeColor',[0,1,0],'MarkerFaceColor',[1,0.8,0]）
图5.2-2属性控制下所绘曲线
.2.2坐标控制和图形标识
【例5.2-3】
t=0:
2*pi/99:
2*pi;
x=1.15*cos（t）;y=3.25*sin（t）;
subplot（2,3,1）,plot（x,y）,axisnormal,gridon,
title（'NormalandGridon'）
subplot（2,3,2）,plot（x,y）,axisequal,gridon,title（'Equal'）
subplot（2,3,3）,plot（x,y）,axissquare,gridon,title（'Square'）
subplot（2,3,4）,plot（x,y）,axisimage,boxoff,title（'ImageandBoxoff'）
subplot（2,3,5）,plot（x,y）,axisimagefill,boxoff
title（'ImageandFill'）
subplot（2,3,6）,plot（x,y）,axistight,boxoff,title（'Tight'）
图5.2-3各种轴控制指令的不同影响
【例5.2-4】
clf;t=0:
pi/50:
2*pi;
y=sin（t）;
plot（t,y）
axis（[0,2*pi,-1.2,1.2]）
text（pi/2,1,'\fontsize{16}\leftarrow\itsin（t）\fontname{隶书}极大值'）
title（'y=sin（t）'）
xlabel（'t'）
ylabel（'y'）
图5.2-4试验标识的图形
【例5.2-5】
clf;t=6*pi*（0:
100）/100;
y=1-exp（-0.3*t）.*cos（0.7*t）;
plot（t,y,'r-','LineWidth',3）
holdon
tt=t（find（abs（y-1）>0.05））;ts=max（tt）;
plot（ts,0.95,'bo','MarkerSize',10）
holdoff
axis（[-inf,6*pi,0.6,inf]）
set（gca,'Xtick',[2*pi,4*pi,6*pi],'Ytick',[0.95,1,1.05,max（y）]）
set（gca,'XtickLabel',{'2*pi';'4*pi';'6*pi'}）
set（gca,'YtickLabel',{'0.95';'1';'1.05';'max（y）'}）
gridon
text（13.5,1.2,'\fontsize{12}{\alpha}=0.3'）
text（13.5,1.1,'\fontsize{12}{\omega}=0.7'）
cell_string{1}='\fontsize{12}\uparrow';
cell_string{2}='\fontsize{16}\fontname{隶书}镇定时间';
cell_string{3}='\fontsize{6}';
cell_string{4}=['\fontsize{14}\rmt_{s}='num2str（ts）];
text（ts,0.85,cell_string,'Color','b','HorizontalAlignment','Center'）
title（'\fontsize{14}\ity=1-e^{-\alphat}cos{\omegat}'）
xlabel（'\fontsize{14}\bft\rightarrow'）
ylabel（'\fontsize{14}\bfy\rightarrow'）
图5.2-5二阶阶跃响应图的标识
.2.3多次叠绘、双纵坐标和多子图
【例5.2-6】
t=2*pi*（0:
20）/20;
y=cos（t）.*exp（-0.4*t）;
stem（t,y,'g','Color','k'）;
holdon
stairs（t,y,':
r','LineWidth',3）
holdoff
legend（'\fontsize{14}\itstem','\fontsize{14}\itstairs'）
boxon
图5.2-6离散信号的重构
【例5.2-7】
clf;dx=0.1;x=0:
dx:
4;y=x.*sin（x）;
s=cumtrapz（y）*dx;
a=plotyy（x,y,x,s,'stem','plot'）;
text（0.5,1.5,'\fontsize{14}\ity=xsinx'）
sint='{\fontsize{16}\int_{\fontsize{8}0}^{x}}';
ss=['\fontsize{14}\its=',sint,'\fontsize{14}\itxsinxdx'];
text（2.5,3.5,ss）
set（get（a
（1）,'Ylabel'）,'String','被积函数\ity=xsinx'）
set（get（a
（2）,'Ylabel'）,'String',ss）
xlabel（'x'）
图5.2-7函数和积分
【例5.2-8】
clf;t=（pi*（0:
1000）/1000）';
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',[0.2,0.1,0.6,0.40]）
plot（t,y12,'b-',t,[y1,-y1],'r:
'）
axis（[0,pi,-1,1]）
图5.2-8多子图的布置
.2.4获取二维图形数据的指令ginput
【例5.2-9】
clf
x=0:
0.01:
1;
y=（x+2）.^x-2;
plot（x,y）;
gridon
图5.2-9经多次试探后画出的图形
图5.2-10局部放大图
[x,y]=ginput
（1）;
formatlong
x,y
x=
0.69828692903537
y=
-5.884401711382421e-010
.3三维曲线和曲面
.3.1三维线图指令plot3
【例5.3-1】
t=（0:
0.02:
2）*pi;
x=sin（t）;y=cos（t）;z=cos（2*t）;
plot3（x,y,z,'b-',x,y,z,'bd'）
view（[-82,58]）,boxon
xlabel（'x'）,ylabel（'y'）,zlabel（'z'）
legend（'链','宝石','Location','best'）
图5.3-1宝石项链
.3.2三维曲面/网线图
【例5.3-2】
clf
x=-4:
4;y=x;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=X.^2+Y.^2;
surf（X,Y,Z）;
colormap（hot）
holdon
stem3（X,Y,Z,'bo'）
holdoff
xlabel（'x'）,ylabel（'y'）,zlabel（'z'）
axis（[-5,5,-5,5,0,inf]）
view（[-84,21]）
图5.3-2曲面图和格点
.3.3曲面/网线图的精细修饰
【例5.3-3】
clf
x=-4:
4;y=x;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=X.^2+Y.^2;
surf（X,Y,Z）
colormap（jet）
subplot（1,3,1）,surf（Z）,axisoff
subplot（1,3,2）,surf（Z）,axisoff,shadingflat
subplot（1,3,3）,surf（Z）,axisoff,shadinginterp
set（gcf,'Color','w'）
图5.3-4三种浓淡处理方式faceted/flat/interp的效果比较
【例5.3-4】
clf
surf（peaks）
shadinginterp
alpha（0.5）
colormap（summer）
图5.3-5半透明薄膜
【例5.3-5】
clf;
[X,Y,Z]=sphere（40）;
colormap（jet）
subplot（1,2,1）,surf（X,Y,Z）,axisequaloff,shadinginterp
light（'position',[0-101.5],'style','infinite'）
lightingphong
materialshiny
subplot（1,2,2）,surf（X,Y,Z,-Z）,axisequaloff,shadingflat
light;lightingflat
light（'position',[-1,-1,-2],'color','y'）
light（'position',[-1,0.5,1],'style','local','color','w'）
set（gcf,'Color','w'）
图5.3-6灯光、照明、材质指令所表现的图形
.3.4透视、镂空和裁切
【例5.3-6】
[X0,Y0,Z0]=sphere（30）;
X=2*X0;Y=2*Y0;Z=2*Z0;
surf（X0,Y0,Z0）;
shadinginterp
holdon,mesh（X,Y,Z）,colormap（hot）
holdoff
hiddenoff
axisequal,axisoff
图5.3-7剔透玲珑球
【例5.3-7】
P=peaks（30）;
P（18:
20,9:
15）=NaN;
surfc（P）;
colormap（hot）
light（'position',[50,-10,5]）
material（[0.9,0.9,0.6,15,0.4]）
gridoff,boxon
图5.3-8镂方孔的曲面
【例5.3-8】
clf,x=[-8:
0.1:
8];y=x;[X,Y]=meshgrid（x,y）;ZZ=X.^2-Y.^2;
ii=find（abs（X）>6|abs（Y）>6）;
ZZ（ii）=zeros（size（ii））;
surf（X,Y,ZZ）,shadinginterp;colormap（copper）
light（'position',[0,-15,1]）;lightingphong
material（[0.8,0.8,0.5,10,0.5]）
图5.3-9经裁切处理后的图形
.4高维可视化
.4.1二维半图指令pcolor,contour,contourf
【例5.4-1】
clf;clear;[X,Y,Z]=peaks（40）;
n=6;
subplot（1,2,1）,
pcolor（X,Y,Z）
shadinginterp
zmax=max（max（Z））;zmin=min（min（Z））;
caxis（[zmin,zmax]）
colorbar
holdon
C=contour（X,Y,Z,n,'k:
'）;
clabel（C）
holdoff
subplot（1,2,2）
[C,h]=contourf（X,Y,Z,n,'k:
'）;
clabel（C,h）
colormap（cool）
set（gcf,'Color','w'）
图5.4-1“二维半”指令的演示
.4.2四维表现
【例5.4-2】
clf
x=3*pi*（-1:
1/15:
1）;y=x;[X,Y]=meshgrid（x,y）;
R=sqrt（X.^2+Y.^2）+eps;Z=sin（R）./R;
[dzdx,dzdy]=gradient（Z）;
dzdr=sqrt（dzdx.^2+dzdy.^2）;
dz2=del2（Z）;
subplot（1,2,1）,surf（X,Y,Z,abs（dzdr））
shadingfaceted;
colorbar（'SouthOutside'）
brighten（0.6）;
colormaphsv
title（'No.1surf（X,Y,Z,abs（dzdr））'）
subplot（1,2,2）;surf（X,Y,Z,abs（dz2））
shadingfaceted
colorbar（'NorthOutside'）
title（'No.2surf（X,Y,Z,abs（dz2））'）
图5.4-2色彩分别表现函数的径向导数和曲率特征
【例5.4-3】
clf
[x,y,z]=meshgrid（-2:
.2:
2,-2:
.25:
2,-2:
.16:
2）;
v=x.*exp（-x.^2-y.^2-z.^2）;
xs=[-0.7,0.7];ys=0;zs=0;
slice（x,y,z,v,xs,ys,zs）
colorbar
shadinginterp
colormaphsv
xlabel（'x'）,ylabel（'y'）,zlabel（'z'）
title（'Thecolor-to-v（x,y,z）mapping'）
view（[-22,39]）
alpha（0.3）
图5.4-3切片图
【例5.4-4】
shg;n=2;t=n*pi*（0:
0.000005:
1）;x=sin（t）;y=cos（t）;
plot（x,y,'g'）;axissquare
holdon
comet（x,y,0.0001）
holdoff
图5.4-4用于色图变幻演示的图形
【例5.4-5】
ezsurf（'x*y','circ'）;shadingflat;view（[-18,28]）
C=summer;
CC=[C;flipud（C）];
colormap（CC）
spinmap（30,4）
【例5.4-6】
（1）
clf
x=3*pi*（-1:
0.05:
1）;y=x;[X,Y]=meshgrid（x,y）;
R=sqrt（X.^2+Y.^2）+eps;Z=sin（R）./R;
h=surf（X,Y,Z）;colormap（jet）;axisoff
n=12;mmm=moviein（n）;
fori=1:
n
rotate（h,[001],25）;
mmm（:
i）=getframe;
end
close
（2）
shg,axisoff
movie（mmm,5,10）
【例5.4-7】
（1）
t1=（0:
1000）/1000*10*pi;x1=cos（t1）;y1=sin（t1）;z1=-t1;
t2=（0:
10）/10;x2=x1（end）*（1-t2）;y2=y1（end）*（1-t2）;z2=z1（end）*ones（size（x2））;
t3=t2;z3=（1-t3）*z1（end）;x3=zeros（size（z3））;y3=x3;
t4=t2;x4=t4;y4=zeros（size（x4））;z4=y4;
x=[x1x2x3x4];
n=length（x）;
ifnargin<2
ki=fix（n/2）;
end
y=[y1y2y3y4];z=[z1z2z3z4];
shg
plot3（x,y,z,'Color',[1,0.6,0.4],'LineWidth',2.5）
axisoff
h=line（'xdata',x
（1）,'ydata',y
（1）,'zdata',z
（1）,'Color',[100],'Marker','.','MarkerSize',40,'EraseMode','xor'）;
KK=K*n;
text（-1,-0.85,-36,'倒计数'）
KK=KK-1;
htext=text（-1,-1,-40,int2str（KK））;
%
i=2;j=1;
while1
set（h,'xdata',x（i）,'ydata',y（i）,'zdata',z（i））;
drawnow;%<23>
pause（0.0005）%<24>
i=i+1;
KK=KK-1;
set（htext,'string',int2str（KK））%<27>
ifnargin==2&&nargout==1%
if（i==ki&&j==1）;f=getframe（gcf）;end%<29>
end
ifi>n
i=1;j=j+1;
ifj>K;break;end
end
end
（2）
shg
K=2;f=anim_zzy1（2,450）;
（3）
image（f.cdata）,axisoff
图5.4-5红球沿下旋螺线运动的瞬间照片
.5图形窗功能简介
图5.5-1图形窗工具条专用按键
【例5.5-1】
图5.5-2个性化的图形
（1）
t=（0:
pi/100:
pi）';
y1=sin（t）*[1,-1];
y2=sin（t）.*sin（9*t）;
t3=pi*（0:
9）/9;
y3=zeros（size（t3））;
plot（t,y1,t,y2,t3,y3）
（2）
图5.5-3编辑工作模式下的图形窗界面
（3）
图5.5-4横坐标上限设置示例
（4）
图5.5-5包络线的设置示例
（5）
图5.5
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