MATLAB图形绘制.docx
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MATLAB图形绘制
MATLAB作为一个强大的绘图工具，有很强的绘图功能，不仅可以绘制普通函数的二维、三维甚至思维图形，而且可以绘制专业图像，如直方图、饼图等。
一、MATLAB二维绘图
MATLAB提供了多个函数用于图形绘制，以矢量或矩阵作为输入参数，主要通过描点法绘图。
1.1用plot函数绘图
plot函数是MATLAB中最常用的绘图函数，可以用来绘制单条或多条曲线，是MATLAB绘图的基础。
1.用plot绘制函数y=sin（x）的图形，因为MATLAB是描点法的，因此要将变量离散化。
x=-pi:
0.1:
pi;
y=sin（x）;
plot（x,y）
正弦函数图形
2.用plot绘制图形可以通过交换参数位置来交换坐标轴，如绘制
的图形，
x=-3:
0.1:
1;
y=x.^2+2*x+3;
subplot（121）,plot（x,y）
subplot（122）,plot（y,x）
多项式函数在不同坐标系下的图形
3.绘制多条曲线
x=linspace（0,2*pi,100）;
plot（x,sin（x）,x,cos（x））
plot同时绘制多条曲线
4．改变颜色及图线形态
x=linspace（0,2*pi,100）;
plot（x,sin（x）,'cs',x,cos（x）,'g*'）
自定义颜色和线型的正余弦函数图形
5.用axis（[xmin,xmax,ymin,ymax]）函数确定坐标轴的范围
x=linspace（0,2*pi,100）;
plot（x,sin（x）,'cs',x,cos（x）,'g*'）
axis（[0,6.3,-1.2,1.2]）
用axis函数调整过的图形
前面主要讲的是两个函数均为向量的形式,下面介绍一下其他变量的输入形式。
6.plot（x,Y），x为向量，Y为矩阵。
如果x的元素个数与Y的列数相等，则采用矩阵Y的列向数据；如果x的元素个数与Y的行数相等，则采用矩阵Y的行向数据；若Y是方阵，则采用列向量数据。
x=1:
length（peaks）;
Y=peaks;
plot（x,Y）
一个向量、一个矩阵作为plot函数的输入参数绘图
7.输入参数为矩阵时，如plot（Y），如果Y有m行n列，则绘出n个图形。
X=peaks（100）;
plot（X）
输入参数为矩阵的plot绘图
如果输入参数两个都是矩阵，如plot（X,Y），则绘制X的列向量数据相对的Y的列向量的数据的图形。
8.当plot的输入参数为一个复矩阵时，则在绘图时相当于使用real和imag函数将复矩阵分离成实部和虚部两个矩阵。
plot（eig（randn（50,50））,'g*','markersize',8）
随机矩阵的特征值
1.2专业二维绘图函数
1.bar和barh函数用来绘制垂直和水平直方图。
clearall;
bar（rand（1,10））
Y是向量时的直方图
用来绘制mXn的矩阵的直方图。
x=-2:
0.1:
2;
Y=exp（-x.*x）;
bar（x,Y）
钟型图
2.用area函数可以根据矢量或矩阵的各列生产一个区域图
X=magic（5）;
area（X）
矩阵的区域图
3.已知资料的误差值，利用errorbar函数来表示
x=linspace（0,2*pi,30）;
y=sin（x）;
e=std（y）*ones（size（x））%标准差
errorbar（x,y,e）
误差的区域范围
4.对于变化剧烈的函数，可用fplot来进行较精确的绘图，该函数对剧烈变化处进行较密集的取样。
x=0.02:
0.001:
0.2;
subplot（121）,plot（x,sin（1./x））
subplot（122）,fplot（'sin（1/x）',[0.020.2]）
用fplot精确绘图与plot绘图比较
5.用polar函数产生极坐标图
theta=linspace（0,2*pi）;
r=cos（4*theta）;
polar（theta,r）
极坐标图
6.对于大量的资料，用hist函数来显示资料数据的分部情况
x=-3:
0.1:
3;
y=randn（1000,1）;
hist（y,x）
频数累计柱状图
7.rose和hist很接近，只不过rose是将资料大小视为角度，资料个数视为距离，并用极坐标绘制表示。
x=randn（1000,1）;
rose（x）
极坐标中的频数累计直方图
8.stairs函数可画出阶梯图
x=linspace（0,10,50）;
y=sin（x）.*exp（-x/3）;
stairs（x,y）
阶梯图
9.stem可产生针状图，常用来绘制数位信号
x=linspace（0,10,50）;
y=sin（x）.*exp（-x/3）;
stem（x,y）
针状图
10.fill函数将资料点视为多边形顶点，并将此多边形涂上颜色。
x=linspace（0,10,50）;
y=sin（x）.*exp（-x/3）;
fill（x,y,'b'）
填充图
11.feather将每一个资料点视为复数，并以箭头号画出
theta=linspace（0,2*pi,20）;
z=cos（theta）+i*sin（theta）;
feather（z）
羽毛图
12.compas和feather很接近，只是每个箭头号的起点都在圆内
theta=linspace（0,2*pi,20）;
z=cos（theta）+i*sin（theta）;
compass（z）
罗盘图
13.scatter（X,Y,S,C）在向量X、Y定义的位置绘制彩色的圆圈标志（X、Y必须大小相同），S定义了每个符号的大小，C定义了每个标记的颜色。
loadseamount
scatter（x,y,8,z）
离散点图
14.pie（X）使用X里的数据绘制一张饼图，X里的每一个元素被表示为饼图的一张切片。
pie（X,explode）分离饼图中的某一切片。
x=[4372165];
explode=[0000010];
pie（x,explode）
饼图
15.quiver用来绘制向量图
[X,Y]=meshgrid（-2:
0.2:
2）;
Z=X.*exp（-X.^2-Y.^2）;
[DX,DY]=gradient（Z,2,2）;
quiver（X,Y,DX,DY）
函数梯度图
16.凸壳图常用命令K=conhull（x,y）
xx=-1:
0.04:
1;
yy=abs（sqrt（xx））;
[x,y]=pol2cart（xx,yy）;
k=convhull（x,y）;
plot（x（k）,y（k）,'r-',x,y,'g*'）
凸壳图
二、MATLAB其他基本函数与基本图形处理
2.1其他基本函数
1.loglog、semilog和semilogy三个函数的用法同plot，只是Y轴的刻度有所不同。
x=logspace（-1,1）;
loglog（x,exp（x）,'o'）;
gridon
双对数刻度曲线
x=logspace（-1,0）;
y=exp（x）;
subplot（121）,semilogx（x,y,'b*'）;
subplot（122）,semilogy（x,y,'g+'）
半对数刻度曲线图
2.plotyy可以产生两个y轴，在同一个图中绘制两组不同的数据，或指定一种数据的两种不同显示形式。
t=0:
pi/20:
6;
y=exp（sin（t））;
plotyy（t,y,t,y,'plot','stem'）
同一数据的不同图形显示形式
t=0:
900;A=1000;a=0.005;b=0.005;
z1=A*exp（-a*t）;
z2=sin（b*t）;
plotyy（t,z1,t,z2,'semilogy','plot'）
用两种不同类型的Y轴绘图比较
2.2图形标注及简单处理
1.xlabel、ylabel、title标注
fplot（'sin（x）./x',[-2020-0.41.2]）;
title（'Fplotoff（x）=sin（x）/x'）;
xlabel（'x'）,ylabel（'f（x）'）
对x、y轴及全图加注说明
2.用函数text可以将文本字符串放置在图形中的任意位置，放置字符串的位置可以用图形上的点来表示。
x=0:
pi/100:
6;
plot（x,sin（x））;
text（3*pi/4,sin（3*pi/4）,'\leftarrowsin（x）=0.707','fontsize',14）;
text（pi,sin（pi）,'\leftarrowsin（x）=0','fontsize',14）;
text（5*pi/4,sin（5*pi/4）,'sin（x）=-0.707\rightarrow','horizontal','right','fontsize',14）;
在图形中添加文本标注
\leftarrow用来显示向左的箭头，horizontal用来指定水平的对齐方式，right用于指定右对齐，默认的对齐方式为左对齐。
垂直对齐方式为居中对齐。
3.使用函数gtext可以将一个字符串放到图形中，位置由鼠标来确定。
plot（peaks（80））;
gtext（'多么优美的图形','fontsize',16）
使用函数gtext添加文本标注
4.使用函数legend可以在图形中添加图例，不同图例的线型及颜色自动生成，可以对不同图形在图例中加以说明。
x=magic（3）;bar（x）;
legend（'第一列','第二列','第三列',2）;
gridon
显示图例
5.创建子图的函数命令subplot
6.用axis函数对图形坐标轴进行处理
x=linspace（0,2*pi,30）;
y=sin（x）;
z=cos（x）;
subplot（221）,plot（x,y,x,z）;
axisoff;
axis（'square','equal'）;
subplot（222）,plot（x,y,x,z）;
axisoff;
axis（'xy','normal'）;
subplot（223）,plot（x,y,x,z）;
axison;
axis（'square','equal'）;
subplot（224）,plot（x,y,x,z）;
axison;
axis（'xy','normal'）;
用axis函数对图形坐标轴进行处理
三、MATLAB三维绘图
3.1基本三维绘图
1.plot3函数用来画一个三维的曲线
t=0:
pi/50:
10*pi;
plot3（sin（t）,cos（t）,t）;
title（'Helix'）;
xlabel（'sin（t）'）,ylabel（'cos（t）'）,zlabel（'t'）;
axis（'ij'）;%注意图的y轴及曲线方向改变了
绘制三维线图
同时画出两条三维空间中的曲线
t=linspace（0,10*pi,501）;
plot3（t.*sin（t）,t.*cos（t）,t,t.*sin（t）,t.*cos（t）,-t）
同时画出两条三维空间中的曲线
形状酷似一条夺目的宝石项链
宝石项链
2.mesh也是三维空间立体绘图的基本命令。
可画出立体网状图，其产生的图形都会依高度而有不同颜色。
x=linspace（-1,1,25）;%在x轴上取25点
y=linspace（-1,1,25）;%在y轴上取25点
[xx,yy]=meshgrid（x,y）;%xx和yy都是21X21的矩阵
zz=xx.*exp（-xx.^2-yy.^2）;%计算函数值，zz也是21X21的矩阵
mesh（xx,yy,zz）;%画出立体网状图
绘制立体网状图
3.MATLAB中以meshgrid配合mesh或surf指令来绘制一个三维的曲面
x=-7.5:
0.5:
7.5;
y=x;
%先产生x及y二个阵列
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
%再以meshgrid形成二维的网格数据
R=sqrt（X.^2+Y.^2）+eps;%eps浮点相对精度
%加上eps可避免当R在分母趋近零时无法定义
Z=sin（R）./R;
%产生z轴的数据
surf（X,Y,Z）
%将z轴的变化值以曲面方式画出
绘制立体曲面图
用曲面图表示函数
clf;
x=-4:
4;
y=x;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
%生成x-y坐标格点矩阵
Z=X.^2+Y.^2;
%计算格点上的函数值
surf（X,Y,Z）;
holdon;
colormap（hot）;
%颜色控制
stem3（X,Y,Z,'bo'）;
%用来表现在格点上计算函数值
函数图
4.MATLAB用peaks函数产生一个凹凸有致的曲面，它包含了三个局部极大点及三个局部极小点，其方程式为：
peaks;
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）;
Peaks函数
5.等值线图的相关指令为contour、coutour3。
[X,Y,Z]=peaks;
%x,y及z轴的数据由peaks函数定义
subplot（221）,contour（Z,20）
%画出peaks的z轴二维等值线图，20为等值线的数目
subplot（222）,contour（X,Y,Z,20）;
%画出peaks的二维等值线图，20为等值线的数目，注意x,y轴与上图不同
subplot（223）,contour3（Z,20）;
%画出peaks的z轴三维等值线图
subplot（224）,contour3（X,Y,Z,20）;
%画出peaks的三维等值线图，注意x,y轴与上图不同
Contour、contour3绘图比较
6.slice函数用来绘制立体空间的正交切片图
[x,y,z]=meshgrid（-2:
.2:
2,-2:
.2:
2,-2:
.2:
2）;
v=x.*exp（-x.^2-y.^2-z.^2）;
slice（v,[51521],21,[110]）;
axis（[021021021]）
colormap（jet）
切片图
7.用quiver3函数绘制三维向量场图
[X,Y]=meshgrid（-2:
0.25:
2,-1:
0.2:
1）;
Z=X.*exp（-X.^2-Y.^2）;
[U,V,W]=surfnorm（X,Y,Z）;%空间表面的法线
quiver3（X,Y,Z,U,V,W,0.5）;
holdon;
surf（X,Y,Z）;
colormaphsv;
view（-35,45）;
axis（[-22-11-0.60.6]）;
holdoff
一个函数的法向表面
8.用clinder函数绘制柱面图
t=0:
pi/10:
2*pi;
[X,Y,Z]=cylinder（2+cos（t））;
surf（X,Y,Z）;
axissquare
母线是曲面的柱面图
9.用bar3函数绘制三维垂直和水平直方图
Y=cool（7）;
%Y是由冷色图生成的7X3矩阵
bar3（Y）
三维垂直直方图
3.2MATLAB图形处理
1.meshz可将曲面加上围裙
[x,y,z]=peaks;
meshz（x,y,z）;
axis（[-infinf-infinf-infinf]）
给peaks图加围裙
2.waterfall可在x方向或y方向产生水流效果
[x,y,z]=peaks;
waterfall（x,y,z）;
axis（[-infinf-infinf-infinf]）
Water函数水流效果
3.meshc同时画出网状图与等高线
[x,y,z]=peaks;
meshc（x,y,z）;
axis（[-infinf-infinf-infinf]）
同时画出网状图与等高线
4.surf同时画出曲面图与等高线
[x,y,z]=peaks;
surfc（x,y,z）;
axis（[-infinf-infinf-infinf]）
同时画出曲面图与等高线
5.图形的透视
[X0,Y0,Z0]=sphere（30）;%产生单位球面的三维坐标
%产生半径为2的球面的三维坐标
x=2*X0;
y=2*Y0;
z=2*Z0;
clf,surf（X0,Y0,Z0）;%画单位球面
shadinginterp;%采用插补明暗处理
holdon
mesh（x,y,z）;
colormap（hot）;
holdoff;%采用hot色彩
hiddenoff;%产生透视效果
axisequal;
axisoff;%不显示坐标轴
剔透玲珑球
6.图形的剪切。
利用“非数”NaN，对图形进行裁切处理。
clf;
t=linspace（0,2*pi,100）;
r=1-exp（-t/2）.*cos（4*t）;
%旋转母线
[X,Y,Z]=cylinder（r,60）;
%产生旋转柱面数据
ii=find（X<0&Y<0）;
%确定x-y平面第四象限上的数据下标
Z（ii）=NaN;%剪切
surf（X,Y,Z）;
colormap（spring）;
shadinginterp;
light（'position',[-3,-1,3],'style','local'）;
%设置光源
material（[0.5,0.4,0.3,10,0.3]）;
%设置表面反射
剪切四分之一后的图形
7.图形的镂空。
利用“非数”NaN，对图形进行裁切处理。
P=peaks（30）;
P（18:
20,9:
15）=NaN;
%镂空
surfc（P）;
colormap（summer）;
light（'position',[50,-10,5]）,lightingflat;
material（[0.9,0.9,0.6,15,0.4]）;
镂方孔的曲面
8.图形的裁切
clf,x=[-8:
0.2:
8];
y=x;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
ZZ=X.^2-Y.^2;
ii=find（abs（X）>6|abs（Y）>6）;
%确定超出[-6,6]范围的格点下标
ZZ（ii）=zeros（size（ii））;
%强制为0
surf（X,Y,ZZ）;
shadinginterp;
colormap（copper）;
light（'position',[0,15,1]）;
lightingphong;
material（[0.80.80.5100.5]）
经裁切处理后的图形
9.用色彩表现函数的特征，即图形的思维表示。
当三维网线图、曲面图的第四个输入参数取一些特殊矩阵时，色彩就能表现或加强函数的某个特征，如梯度、曲率、方向导数等。
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）;
%计算对r的导数
dz2=del2（Z）;
%计算曲率
subplot（121）,surf（X,Y,Z）;
title（'NO.1surf（X,Y,Z）'）;
shadingfaceted;
colorbar（'horiz'）,brighten（0.2）;
subplot（122）,surf（X,Y,Z,R）;
title（'NO.2surf（X,Y,Z,R）'）;
shadingfaceted;
colorbar（'horiz'）;
figure
（2）
subplot（121）,surf（X,Y,Z,dzdx）;
shadingfaceted;
colorbar（'horiz'）,brighten（0.1）;
title（'NO.3surf（X,Y,Z,dzdx）'）;
subplot（122）,surf（X,Y,Z,dzdx）;
shadingfaceted;
colorbar（'horiz'）;
title（'NO.4surf（X,Y,Z,dzdy）'）;
figure（3）
subplot（121）,surf（X,Y,Z,abs（dzdr））;
shadingfaceted;
colorbar（'horiz'）,brighten（0.6）;
title（'NO.5surf（X,Y,Z,abs（dzdr））'）;
subplot（122）,surf（X,Y,Z,abs（dz2））;
shadingfaceted;
colorbar（'horiz'）;
title（'NO.6surf（X,Y,Z,abs（dz2））'）;
色彩分别表现函数的高度和半径特征
色彩分别表示函数的x方向和y方向导数特征
色彩分别表示函数的径向导数和曲率特征
3.3动态图形的制作
1.彗星状轨迹图
shg;n=10;
t=n*pi*（0:
0.0005:
1）;
x=sin（t）;y=cos（t）;
plot（x,y,'g'）;
axissquare;holdon
comet（x,y,0.01）;holdoff
彗星状轨迹图
2.卫星返回地球的运动轨迹
shg;R0=1;%地球半径为一个单位
a=12*R0;
b=9*R0;
T0=2*pi;%T0是轨道周期
T=5*T0;
dt=pi/100;
t=[0:
dt:
T]';
f=sqrt（a^2-b^2）;%地球与另一焦点的距离
th=12.5*pi/180;%卫星轨道与x-y平面的倾角
E=exp（-t/20）;%轨道收缩率
x=E.*（a*cos（t）-f）;
y=E.*（b*cos（th）*sin（t））;
z=E.*（b*sin（th）*sin（t））;
plot3（x,y,z,'g'）;%画全程轨迹
[X,Y,Z]=sphere（30）;
X=R0*X;Y=R0*Y;Z=R0*Z;%获得单位球坐标
gridon,holdon;
surf（X,Y,Z）,shadinginterp;%画地球
x1=-18*R0;X2=6*R0;
y1=-12*R0;y2=12*R0;
z1=-6*R0;z2=6*R0;
%确定坐标范围
view（[11737]）,comet3（x,y,z,0.02）,holdoff
%设视角、画运动线
卫星返回地球轨线示意图
3.图形旋转可以使用rotat
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