第2章MATLAB作图方法详解.docx

1、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,Y

2、1,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）ezplotezplot(f(x),a,b) 表示在axb绘制显函数f=f(x)的函数图。ezplot(f(x,y),xmin,xmax,ymin,ymax)表示在区间xminxxmax和 yminyymax绘制隐函数f(x,y)=0的函数图。ezplot( x(t) , y(t) ,

3、tmin,tmax)表示在区间tminttmax 绘制参数方程x=x(t),y=y(t)的函数图。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)fplotfplot(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

4、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：function y=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*-1 1)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

5、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mn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

6、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)shading flat %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:

7、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）grid on 加格栅在当前图上;grid off 删除格栅。（2）hh = xlabel(string):在当前图形的x轴上加图例stringhh = ylabel(string): 在当前图形的y轴上加图例stringhh = zlabel(string): 在当前图形的z轴上加图例stringhh = 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”、“

8、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)grid on（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);

9、z=cos(x);plot(x,y,x,z)gtext(sin(x);gtext(cos(x)2.3.2 定制坐标Axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax) 定制图形坐标。其中xmin xmax ymin ymax zmin zmax分别是x、y、z的最大、最小值。Axis auto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(0.005 0.01 -1 1)2.3.3 图形保持(1) hold on 保持当前图形,

10、 以便继续画图到当前图上；hold of 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,:)hold onplot(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);pl

11、ot(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mrowsncols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mrowsncols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

12、)。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zoom on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

13、为中心的图形放大2倍；单击鼠标右键，则缩小2倍。zoom off：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)zoom on 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:

14、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

15、曲面peaks做成动画。解 x,y,z=peaks(30);surf(x,y,z)axis(-3 3 -3 3 -10 10)m=moviein(15);for i=1:15view(-37.5+24*(i-1),30)m(:,i)=getframe;endmovie(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=sin2cos2的极坐标图形。解 theta=linspace(0,2*pi);rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);polar(thet

16、a,rho,g)title(Polar plot of sin(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：load seamountscatter(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-2x2,-2y3内绘的等值线图。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

17、);clabel(C,h)colormap cool2.5 特殊的三维图形函数2.5.1 空间等值线图： contour 3(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(contour3 of peaks);subplot(1,2,2)contour(x,y,z,16,s);grid;xlabel(x-axis), ylabel(y-axis)title(contou

18、r of peaks);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(:)*.5 x(:)*.75 x(:);Y=y(:)*.5 y(:)*.75 y(:);Z=z(:)*.5 z(:)*.75 z(:);S=repmat(1 .75 .5*10,prod(size(x),1);C=repmat(1 2 3,prod(size(x),1);scatter3(X(:),Y(:),Z(:),S(:),C(:),filled),view(

19、-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。36003200280024002000160012001480 1500 1550 1510 1430 1300 1200 9801500 1550 1600 1550 1600 1600 1600 15501500 1200 1100 1550 1600 1550 1380 10701500 1200 1100 1350 1450 1200 1150

20、 10101390 1500 1500 1400 900 1100 1060 9501320 1450 1420 1400 1300 700 900 8501130 1250 1280 1230 1040 900 500 700Y/x1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000程序：x=0:400:5600;y=0:400:4800;z=370 470 550 600 670 690 670 620 580 450 400 300 100 150 250;. 510 620 730 800 850 870 850 780 720 650 500 200 300

21、 350 320;. 650 760 880 970 1020 1050 1020 830 900 700 300 500 550 480 350;. 740 880 1080 1130 1250 1280 1230 1040 900 500 700 780 750 650 550;. 830 980 1180 1320 1450 1420 1400 1300 700 900 850 840 380 780 750;. 880 1060 1230 1390 1500 1500 1400 900 1100 1060 950 870 900 930 950;. 910 1090 1270 1500

22、 1200 1100 1350 1450 1200 1150 1010 880 1000 1050 1100;. 950 1190 1370 1500 1200 1100 1550 1600 1550 1380 1070 900 1050 1150 1200;. 1430 1430 1460 1500 1550 1600 1550 1600 1600 1600 1550 1500 1500 1550 1550;. 1420 1430 1450 1480 1500 1550 1510 1430 1300 1200 980 850 750 550 500;. 1380 1410 1430 1450

23、 1470 1320 1280 1200 1080 940 780 620 460 370 350;. 1370 1390 1410 1430 1440 1140 1110 1050 950 820 690 540 380 300 210;. 1350 1370 1390 1400 1410 960 940 880 800 690 570 430 290 210 150;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

24、的图形窗口如图224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(page setup、print preview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。【page setup】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Wi

25、ndows自带的打印设置对话框。【print preview】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(Page Setup)进行设置，并且可以缩放图形(Zoom In/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(Figure Properties、Axes Properties以及Current Object Properties)等选项。【Figure Properties】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

26、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。【Axes Properties】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。【Current Object Propertis】选项将打开当前对象属性设置对话框。()【View】菜单【View】菜单包括【Figure toolbar】、【Camera toolbar】两个选

27、项，分别打开图形操作工具条和照相工具条。()【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。()【Tools】菜单【Insert】菜单包括简单的图形操作和照相操作等。其中【Basic Fitting】选项将打开图形数据拟合对话框，包括选取数据源(Select data)、拟合方式(Check to display fits on figure)、拟合函数的显示(Show equations)、数值的有效位数(Signifi)以及是否显示残差(Plot residuals)等；【Data Statistics】选项将打开图形数据统计对话框，可以获得数据的最小

28、值、最大值、平均值、中值以及均方差等。()【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-y22、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。