matlab的绘图功能（补充讲义）.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,MATLAB,绘图功能,作为一个功能强大的工具软件，,Matlab,具有很强的图形处理功能，提供了大量的二维、三维图形函数。由于系统采用面向对象的技术和丰富的矩阵运算，所以在图形处理方面即常方便又高效。,二维图形,一、,plot,函数,函数格式,：,plot(x,y),其中,x,和,y,为坐标向量,函数功能,：以向量,x,、,y,为轴，绘制曲线。,【,例,1,】,在区间,0,X,2,内，绘制正弦曲线,Y=SIN,（,X,），,其程序为：,x=0:pi/100:2*pi;,y=sin(x);,plot(x,y),【,例,2,】,同时绘制正、余弦两条曲线,Y1=SIN,（,X,）和,Y2=COS,（,X,），,其程序为：,x=0:pi/100:2*pi;,y1=sin(x);,y2=,cos(x,);,plot(x,y1,x,y2),plot,函数还可以为,plot(x,y1,x,y2,，,x,y3,，,),形式，其功能是以公共向量,x,为,X,轴，分别以,y1,，,y2,，,y3,，,为,Y,轴，在同一幅图内绘制出多条曲线。,二维图形,一、,plot,函数,（一）线型与颜色,格式：,plot(x,y1,cs,.),其中,c,表示颜色，,s,表示线型。,二维图形,一、,plot,函数,【,例,3】,用不同线型和颜色重新绘制例,4.2,图形，其程序为：,x=0:pi/100:2*pi;,y1=sin(x);,y2=,cos(x,);,plot(x,y1,go,x,y2,b-.,),其中参数,go,和,b-.,表示图形的颜色和线型。,g,表示绿色，,o,表示图形线型为圆圈；,b,表示蓝色，,-.,表示图形线型为点划线。,（二）图形标记,在绘制图形的同时，可以对图形加上一些说明，如图形名称、图形某一部分的含义、坐标说明等，将这些操作称为添加图形标记。,title(,加图形标题,);,xlabel,(,加,X,轴标记,);,ylabel,(,加,Y,轴标记,);,text(X,Y,添加文本,);,二维图形,一、,plot,函数,（三）设定坐标轴,用户若对坐标系统不满意，可利用,axis,命令对其重新设定。,axis(xmin,xmax,ymin,ymax,),设定最大和最小值,axis,（,auto,）,将坐标系统返回到自动缺省状态,axis,（,square,）,将当前图形设置为方形,axis,（,equal,）,两个坐标因子设成相等,axis,（,off,）,关闭坐标系统,axis,（,on,）,显示坐标系统,二维图形,一、,plot,函数,【,例,4,】,在坐标范围,0,X2,-2Y2,内重新绘制正弦曲线，其程序为：,x=linspace(0,2*pi,60);,生成含有,60,个数据元素的向量,X,y=sin(x);,plot(x,y);,axis(0 2*pi-2 2);,设定坐标轴范围,二维图形,一、,plot,函数,（四）加图例,给图形加图例命令为,legend,。,该命令把图例放置在图形空白处，用户还可以通过鼠标移动图例，将其放到希望的位置。,格式,:,legend(,图例说明,图例说明,);,二维图形,一、,plot,函数,【,例,5,】,为正弦、余弦曲线增加图例，其程序为：,x=0:pi/100:2*pi;,y1=sin(x);,y2=,cos(x,);,plot(x,y1,x,y2,-);,legend(sin(x),cos(x,);,（一）,subplot,（,m,n,p,）,该命令将当前图形窗口分成,m,n,个绘图区，即每行,n,个，共,m,行，区号按行优先编号，且选定第,p,个区为当前活动区。,二维图形,二、,subplot,函数,【,例,6】,在一个图形窗口中同时绘制正弦、余弦、正切、余切曲线，程序为：,x=linspace(0,2*pi,60);,y=sin(x);,z=,cos(x,);,t=,sin(x)./(cos(x)+eps,);,eps,为系统内部常数,ct=,cos(x)./(sin(x)+eps,);,subplot(2,2,1);,分成,2,2,区域且指定,1,号为活动区,plot(x,y);,title(sin(x);,axis(0 2*pi-1 1);,subplot(2,2,2);,plot(x,z);,title(cos(x,),);,axis(0 2*pi-1 1);,subplot(2,2,3);,plot(x,t);,title(tangent(x);,axis(0 2*pi-40 40);,subplot(2,2,4);,plot(x,ct,);,title(cotangent(x);,axis(0 2*pi-40 40);,二维图形,二、,subplot,函数,（二）多图形窗口,需要建立多个图形窗口，绘制并保持每一个窗口的图形，可以使用,figure,命令。,每执行一次,figure,命令，就创建一个新的图形窗口，该窗口自动为活动窗口，若需要还可以返回该窗口的识别号码，称该号码为句柄。句柄显示在图形窗口的标题栏中，即图形窗口标题。用户可通过句柄激活或关闭某图形窗口，而,axis,、,xlabel,、,title,等许多命令也只对活动窗口有效。,二维图形,二、,subplot,函数,重新绘制上例,4,个图形，程序变动后如下：,x=linspace(0,2*pi,60);,y=sin(x);,z=,cos(x,);,t=,sin(x)./(cos(x)+eps,);,ct=,cos(x)./(sin(x)+eps,);,H1=figure;,创建新窗口并返回句柄到变量,H1,plot(x,y);,绘制图形并设置有关属性,title(sin(x);,axis(0 2*pi-1 1);,H2=figure;,创建第二个窗口并返回句柄到变量,H2,plot(x,z);,绘制图形并设置有关属性,title(cos(x,);,axis(0 2*pi-1 1);,H3=figure;,同上,plot(x,t);,title(tangent(x);,axis(0 2*pi-40 40);,H4=figure;,同上,plot(x,ct,);,title(cotangent(x);,axis(0 2*pi-40 40);,二维图形,二、,subplot,函数,（三）,hold,命令,若在已存在图形窗口中用,plot,命令继续添加新的图形内容，可使用图形保持命令,hold,。,发出命令,hold on,后，再执行,plot,命令，在保持原有图形或曲线的基础上，添加新绘制的图形。,二维图形,二、,subplot,函数,阅读如下程序：,x=linspace(0,2*pi,60);,y=sin(x);,z=,cos(x,);,plot(x,y,b);,绘制正弦曲线,hold on;,设置图形保持状态,plot(x,z,g);,保持正弦曲线同时绘制余弦曲线,axis(0 2*pi-1 1);,legend(cos,sin,);,hold off,关闭图形保持,二维图形,二、,subplot,函数,三、函数,f(x),曲线,fplot,函数则可自适应地对函数进行采样，能更好地反应函数的变化规律。,fplot,函数格式：,fplot(fname,，,lims,，,tol,),其中,fname,为函数名，以字符串形式出现，,lims,为变量取值范围，,tol,为相对允许误差，其其系统默认值为,2e-3,。,例：,fplot(sin,（,x,）,0 2*pi,-+),fplot(sin(x),cos(x),0 2*pi,1e-3,),同时绘制正弦、余弦曲线,二维图形,为绘制,f(x)=,cos(tan(,x,),曲线，可先建立函数文件,fct.m,，,其内容为：,function y=,fct(x,),y=,cos(tan(pi,*x);,用,fplot,函数调用,fct.m,函数，其命令为：,fplot(fct,0 1,1e-4),二维图形,三、函数,f(x,),曲线,特殊坐标图形,一、对数坐标图形,（一）,loglog(x,y,),双对数坐标,【,例,7,】,绘制,y=,|1000sin(4x)|+1,的双对数坐标图。程序为：,x=0:0.1:2*pi,；,y=abs(1000*sin(4*x)+1,；,loglog(x,y,);,双对数坐标绘图命令,（二）单对数坐标,以,X,轴为对数重新绘制上述曲线，程序为：,x=0:0.01:2*pi,y=abs(1000*sin(4*x)+1,semilogx(x,y,);,单对数,X,轴绘图命令,同样，可以以,Y,轴为对数重新绘制上述曲线，程序为：,x=0:0.01:2*pi,y=abs(1000*sin(4*x)+1,semilogy(x,y,);,单对数,Y,轴绘图命令,特殊坐标图形,二、极坐标图,函数,polar(theta,rho,),用来绘制极坐标图，,theta,为极坐标角度，,rho,为极坐标半径,【,例,8,】,绘制,sin(2*,)*cos(2*,),的,极坐标图，程序为：,theta=0:0.01:2*pi;,rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);,polar(theta,rho,);,绘制极坐标图命令,title(polar plot);,特殊坐标图形,其它图形函数,除,plot,等基本绘图命令外，,Matlab,系统提供了许多其它特殊绘图函数，这里举一些代表性例子，更详细的信息用户可随时查阅在线帮助，其对应的,M-file,文件存放在系统,matlabtoolboxmatlab,目录下。,其它图形函数,一、阶梯图形,函数,stairs(x,y),可以绘制阶梯图形，如下列程序段：,x=-2.5:0.25:2.5;,y=exp(-x.*x);,stairs(x,y);,绘制阶梯图形命令,title(stairs plot);,其它图形函数,其它图形函数,二、条形图形,函数,bar(x,y),可以绘制,条形图,形，如下列程序段将绘制,条形图,形,x=-2.5:0.25:2.5;,y=exp(-x.*x);,bar(x,y);,绘制条形图命令,其它图形函数,其它图形函数,三、填充图形,fill(x,y,c),函数用来绘制并填充二维多边图形，,x,和,y,为二维多边形顶点坐标向量。字符,c,规定填充颜色，其取值前已叙述。,下述程序段绘制一正方形并以黄色填充：,4.3,其它图形函数,其它图形函数,x=0 1 1 0 0;,正方形顶点坐标向量,y=0 0 1 1 0;,fill(x,y,y);,绘制并以黄色填充正方形图,再如：,x=0:0.025:2*pi;,y=sin(3*x);,fill(x,y,0.5 0.3 0.4);,颜色向量,Matlab,系统可用向量表示颜色，通常称其为颜色向量。基本颜色向量用,r g b,表示，即,RGB,颜色组合；以,RGB,为基本色，通过,r,g,b,在,01,范围内的不同取值可以组合出各种颜色。,4.3,其它图形函数,二维绘图函数小结,plot,二维图形基本函数,fplot,f(x),函数曲线绘制,fill,填充二维多边图形,polar,极坐标图,bar,条形图,loglog,双对数坐标图,semilogx,X,轴为对数的坐标图,semilogy,Y,轴为对数的坐标图,stairs,阶梯形图,axis,设置坐标轴,clf,清除图形窗口内容,close,关闭图形窗口,figure,创建图形窗口,grid,放置坐标网格线,gtext,用鼠标放置文本,hold,保持当前图形窗口内容,subplot,创建子图,text,放置文本,title,放置图形标题,xlabel,放置,X,轴坐标标记,ylabel,放置,Y,轴坐标标记,4.3,其它图形函数,三维图形,一、,plot3,函数,最基本的三维图形函数为,plot3,，,它是将二维函数,plot,的有关功能扩展到三维空间，用来绘制三维图形。,函数格式：,plot3(x1,y1,z1,c1,x2,y2,z2,c2,),其中,x1,y1,z1,表示三维坐标向量，,c1,，,c2,表示线形或颜色。,函数功能：以向量,x,，,y,，,z,为坐标，绘制三维曲线。,【,例,9,】,绘制三维螺旋曲线，其程序为：,t=0:pi/50:10*pi;,y1=sin(t),y2=,cos(t,);,plot3(y1,y2,t);,title(helix),text(0,0,0,origin);,xlabel(sin(t),ylabel(cos(t),zlabel(t,);,grid;,三维图形,二、,mesh,函数,mesh,函数用于绘制三维网格图。在不需要绘制特别精细的三维曲面结构图时，可以通过绘制三维网格图来表示三维曲面。三维曲面的网格图最突出的优点是：它较好地解决了实验数据在三维空间的可视化问题。,函数格式：,mesh(x,y,z,c),其中,x,，,y,控制,X,和,Y,轴坐标，矩阵,z,是由,(x,，,y),求得,Z,轴坐标，,(x,y,z),组成了三维空间的网格点；,c,用于控制网格点颜色。,三维图形,【,例,10】,下列程序绘制三维网格曲面图,x=0:0.15:2*pi;,y=0:0.15:2*pi;,z=sin(y)*,cos(x,);,矩阵相乘,mesh(x,y,z);,三、,surf,函数,surf,用于绘制三维曲面图，各线条之间的补面用颜色填充。,surf,函数和,mesh,函数的调用格式一致。,函数格式,:,surf(x,y,z),其中,x,，,y,控制,X,和,Y,轴坐标，矩阵,z,是由,x,，,y,求得的曲面上,Z,轴坐标。,三维图形,【,例,11,】,下列程序绘制三维曲面图形,x=0:0.15:2*pi;,y=0:0.15:2*pi;,z=sin(y)*,cos(x,);,矩阵相乘,surf(x,y,z);,xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-label,);,title(3-D surf);,四、视点,视点位置可由方位角和仰角表示。方位角又称旋转角为视点位置在,XY,平面上的投影与,X,轴形成的角度，正值表示逆时针，负值表示顺时针。仰角又称视角为,XY,平面的上仰或下俯角，正值表示视点在,XY,平面上方，负值表示视点在,XY,平面下方。从不同视点绘制三维图形的函数为,view,。,view(az,el,),中的,az,为方位角，,el,为仰角。通过系统提供的多峰函数,peaks,的绘制例子，可进一步说明视点对图形的影响，以及,view(az,el,),函数的使用。,三维图形,【,例,12,】,不同视角图形,p=peaks;,系统提供的多,峰函数,subplot(2,2,1);,mesh(peaks,p);,view(-37.5,30);,指定子图,1,的视点,title(azimuth=-37.5,elevation=30),subplot(2,2,2);,mesh(peaks,p);,view(-17,60);,指定子图,2,的视点,title(azimuth=-17,elevation=60),subplot(2,2,3);,mesh(peaks,p);,view(-90,0);,指定子图,3,的视点,title(azimuth=-90,elevation=0),subplot(2,2,4);,mesh(peaks,p);,view(-7,-10);,指定子图,4,的视点,title(azimuth=-7,elevation=-10),三维图形,五、等高线图,等高线图可通过函数,contour3,绘制。,【,例,13,】,多,峰函数,peaks,的,等高线图,x,y,z=peaks(30);,contour3(x,y,z,16);,xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-axis,);,title(contour3 of peaks),三维图形,图形句柄,一、句柄,在,Matlab,系统中，绘图命令产生的每一个部分称为图形对象，系统在创建每一个对象时，都为该对象分配唯一的一个值，称其为句柄，因此句柄就是图形对象标识符。对象、句柄以及图形对象等概念其实质是统一的，系统将每一个对象按树型层次结构组织起来，这些对象包括根对象，通常为计算机屏幕、图形窗口、坐标系统、线条、曲面、文本串、用户界面控制等。,根对象可包含一个或多个图形窗口对象，而一个图形窗口对象又可包含一组或多组坐标系子对象，线条、文本等其它对象都是坐标系的子对象。所有创建对象的函数当父对象不存在时，都会自动创建它。,计算机屏幕作为根对象自动建立，其句柄值为,0,。而,Hf_f,=figure,命令则建立图形窗口对象，并返回它的句柄值给变量,Hf_f,。,图形窗口的句柄为一整数，并显示在该窗口的标题栏，其它图形对象的句柄为浮点数，,Matlab,提供了一系列与句柄操作有关的函数，如,gcf,、,gca,等。为便于识别，用大写字母开头的变量表示句柄，如,Hf_f,等。,图形句柄,二、对象属性,所有图形对象都具有控制对象显示的属性。这些属性既包括对象的一般信息，如对象类型、对象的父对象及子对象等，也包括对象的一些特定信息，如坐标系对象的刻度等。用户可以获取、设置对象属性，以达到控制对象的目的。当创建一个对象时，系统用一组默认属性值定制对象，用户梢酝,get,命令获取这些属性值，同时也可通过,set,命令重新设置对象属性。,set,命令格式为：,set(H,name,value,，,),将图形对象,H,的,name,属性设置为,value,其中,H,为句柄，,name,为属性名，,value,为,name,的属性值。,图形句柄,图形句柄,用,set,命令可以方便地设置图形对象属性，如下列程序段就是通过属性来定制图形。,x=0:0.1:4*pi;,H=plot(x,sin(x);,返回正弦曲线句柄,H,set(H,LineStyle,*,LineWidth,0.1);,设置正弦曲线线型与线宽,其中,LineStyle,为线型属性，,LineWidth,为线宽属性。,图形句柄,图形句柄,利用,get(H),命令可以返回当前句柄,H,对象的属性。,键入命令：,get(H),系统返回当前图形对象的有关属性：,象,H=get(0,CurrentFigure),则返回根对象的,CurrentFigure,的属性值，即当前图形窗口的句柄，相当于函数,gcf,。,g,et(gcf,Children,),则返回当前坐标系对象的句柄；类似的操作用户可在使用,Matlab,的过程中不断积累。,图形句柄,图形句柄,三、句柄应用,利用句柄操作的有关函数，用户可以查找、访问图形对象，以达到定制对象属性，改变对象显示效果的目的。,x=-pi:pi/20:pi;,y=sin(x);z=,cos(x,);,plot(x,y,r,x,z,g);,Hl_lines=,get(gca,Children,);,获取正、余曲线句柄向量,Hl_lines,for k=1:size(Hl_lines),if get(Hl_lines(k),Color)=0 1 0 0 1 0,为绿颜色向,Hl_green=Hl_lines(k),返回绿色线条句柄,end,end,图形句柄,动画设计,如果将,Matlab,产生的多幅图形保存起来，并利用系统提供的函数进行播放，就可产生动画效果。系统所提供的动画功能函数有,getframe,、,moviein,和,movie,。,getframe,函数,getframe,函数可将当前图形窗口作为一个画面取下并保存，格式为：,m=,getframe,它将每一帧画面信息数据截取下来整理成列向量。该函数截取图形的点阵信息，图形窗口的大小，对数据向量的大小影响较大，窗口越大，所需存储容量越大。而图形的复杂性对数据容量要求没有直接的关系。,动画设计,动画设计,moviein,函数,函数,m=,moviein(n,),用来建立一个足够大的,n,列的矩阵,m,，,用来保存,n,幅画面的数据，以备播放。,movie,函数,movie(m,n),以每秒,n,幅图形的速度播放由矩阵,m,的列向量所组成的画面。,动画设计,动画设计,【,例,14,】,播放一个不断变化的眼球程序段。,m=moviein(20);,建立一个,20,个列向量组成的矩阵,for j=1:20,plot(fft(eye(j+10),绘制出每一幅眼球图并保存到,m,矩阵中,m(:,j)=,getframe,;,end,movie(m,10);,以每秒,10,幅的速度播放画面,动画设计,动画设计,再如下述程序段播放一个直径不断变化的球体。,n=30,x,y,z=sphere,m=,moviein(n,);,for j=1:n,surf(i*x,i*y,i*z),m(:,j)=,getframe,;,end,movie(m,30);,4.6,动画设计,习题,1,在,0 2,范围内绘制二维曲线图,y=,sin(x,)*cos(5x),。,2,在,0 2,范围内绘制以,Y,轴为对数的二维曲线图，,y=,|,1000sin(4x),|+1,3.,在,6 2,范围内用,plot,和,fplot,函数分别绘制二维曲线图。,4,绘制,z=sin(x)*,cos(y,),的三维网格和三维曲面图，,x,y,变化范围均为,0 2,。,