第三節(jié)MATLAB繪圖(二維)

1、第三章 MATLAB 繪圖（二維）07電本 黃國營 0712020110matlab語言豐富的圖形表現(xiàn)方法，使得數(shù)學(xué)計(jì)算結(jié)果可以方便地、多樣性地實(shí)現(xiàn)了可視化，這是其它語言所不能比擬的。matlab語言的繪圖功能n 不僅能繪制幾乎所有的標(biāo)準(zhǔn)圖形，而且其表現(xiàn)形式也是豐富多樣的。n matlab語言不僅具有高層繪圖能力，而且還具有底層繪圖能力句柄繪圖方法。n 在面向?qū)ο蟮膱D形設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，使得用戶可以用來開發(fā)各專業(yè)的專用圖形。3.1 二維圖形3.1.1 繪制二維曲線的基本函數(shù)一、plot函數(shù)q 曲線的顏色、線型、標(biāo)記二、圖形放大及縮小1.基本繪圖函數(shù)：plot函數(shù)plot（x1,y1,option1,

2、x2,y2,option2,）v x1,y1給出的數(shù)據(jù)分別為x,y軸坐標(biāo)值，v option1為選項(xiàng)參數(shù)，如曲線的顏色、線型及數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記符號等v 以逐點(diǎn)連折線的方式繪制第1個二維圖形；同時類似地繪制第2個二維圖形，等。v 這是plot命令的完全格式*plot的功能v 用直線連接相鄰兩數(shù)據(jù)點(diǎn)來繪制圖形v 根據(jù)圖形坐標(biāo)大小自動縮擴(kuò)坐標(biāo)軸，將數(shù)據(jù)標(biāo)尺及單位標(biāo)注自動加到兩個坐標(biāo)軸上，可自定坐標(biāo)軸，可把x, y 軸用對數(shù)坐標(biāo)表示v 如果打開過圖形窗口，則在最近打開的圖形窗口上繪制圖形，且清除當(dāng)前圖形，繪制新圖形，如果未打開窗口，則開一個新的圖形窗口Figurev 可單窗口單曲線繪圖；可單窗口多曲線繪圖；

3、可單窗口多曲線分圖繪圖；可多窗口繪圖v 可任意設(shè)定曲線顏色和線型v 可給圖形加坐標(biāo)網(wǎng)線和圖形加注功能2.plot的常用格式（1）plot(x)             當(dāng)x為一向量時，以x元素的值為縱坐標(biāo)，x的序號為橫坐標(biāo)值繪制曲線。 當(dāng)x為一實(shí)矩陣時，則以其序號為橫坐標(biāo)，按列繪制每列元素值相對于其序號的曲線，當(dāng)x為m×n矩陣時，就有n條曲線。（2）plot(x, y)這是最常見的形式。在plot(x,y)中如果x，y是同維向量，該指令以x元素為橫坐標(biāo)值，y元素為縱

4、坐標(biāo)值繪制曲線。如x是向量，y是有一維與x元素數(shù)量相等的矩陣，則以x為共同橫坐標(biāo)，按列繪制y每列元素值, 曲線數(shù)為y的另一維的元素數(shù)。如x，y是同維矩陣，則以x，y對應(yīng)列元素為橫、縱坐標(biāo)分別繪制曲線，數(shù)目等于矩陣的列數(shù)。 （3）plot(x,y1,x,y2,)  %y寫成向量形式   以公共的x元素為橫坐標(biāo)值，以y1、y2元素為縱坐標(biāo)值繪制多條曲線。當(dāng)然每條曲線也可以有不同的橫坐標(biāo)（4）plot(x1,y1,x2,y2,)  例3.1 繪制出顯函數(shù)方程在區(qū)間內(nèi)的曲線。 在命令窗口輸入如下語句x = -pi:pi/10:pi;%以pi/

5、10為步長y = tan(sin(x) - sin(tan(x);%求出各點(diǎn)上的函數(shù)值plot(x,y,'-rs','LineWidth',2,. 'MarkerEdgeColor','k',. 'MarkerFaceColor','g',. 'MarkerSize',10)得到的圖形如圖3.1所示，并標(biāo)上了線型屬性。圖3.1 以pi/10為步長的曲線tan(sin(x) - sin(tan(x)由于plot（）函數(shù)只將給定點(diǎn)用直線連接起來，因此步長選得過大，曲線將看似一折線，因此將

6、上述繪圖語句步長改為0.05，并在及兩個子區(qū)間內(nèi)加密自變量選擇點(diǎn)，即將上述語句修改為x=-pi:0.05:-1.8,-1.801:0.001:-1.2,-1.2:0.05:1.2,1.2:0.001:1.8,1.81:0.05:pi;%以步長方式構(gòu)造自變量 y = tan(sin(x) - sin(tan(x);plot(x,y)得到曲線如圖3.2所示。圖3.2 細(xì)化步長后的曲線tan(sin(x) - sin(tan(x)plot的開關(guān)調(diào)用格式® Plot (x,y,s) 開關(guān)格式，開關(guān)量字符串s設(shè)定曲線顏色和繪圖方式，使用顏色字符串的前13個字母，如 yellowyel表示等。或

7、 plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2，)表3.1 MATLAB繪圖命令的各種選項(xiàng)色彩字符色彩字符線型字符線型格式y(tǒng)黃-實(shí)線m洋紅色：點(diǎn)線c青-.點(diǎn)劃線r紅-虛線g綠b藍(lán)w白k黑標(biāo)記符號數(shù)據(jù)點(diǎn)形式標(biāo)記符號數(shù)據(jù)點(diǎn)形式.點(diǎn)<小于號o圓s正方形x叉號d菱形+加號p五角星*星號h六角星v向下的三角形 square 正方形 diamon 菱形 pentagram 五角星 hexagram 六角星向上的三角形>大于號3.2 用不同的線型和顏色在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線y=2e-0.5xsin(2x)及其包絡(luò)線。MATLAB程序如下：x=0:pi/100:2*pi' y1=2*exp(

8、-0.5*x); x=0:pi/100:2*pi; y1=2*exp(-0.5*x); y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x); plot(x,y1,'k:',x,-y1,'k:',x,y2,'b-') %y1和-y1為包絡(luò)線程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.3所示，圖中首先用黑色虛線繪出兩根包絡(luò)線，再用藍(lán)色雙劃線繪出曲線y。圖3.3 用不同線型和顏色繪制的曲線說明：（1）當(dāng)x,y是同維矩陣時，則以x,y對應(yīng)列元素為橫、縱坐標(biāo)分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。（2）當(dāng)x是向量，y是有一維與x同維的矩陣時，則繪制出多根不同色彩的曲線。曲線

9、條數(shù)等于y矩陣的另一維數(shù)，x被作為這些曲線共同的橫坐標(biāo)。（3）plot函數(shù)最簡單的調(diào)用格式是只包含一個輸入?yún)?shù)：plot(x)。2含多個輸入?yún)?shù)的plot函數(shù)含多個輸入?yún)?shù)的plot函數(shù)調(diào)用格式為：plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn)3含選項(xiàng)的plot函數(shù)含選項(xiàng)的plot函數(shù)調(diào)用格式為：plot(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2, 選項(xiàng)2,xn,yn,選項(xiàng)n)3.1.2 設(shè)置軸的形式與刻度設(shè)置 在繪制圖形時，用戶可以使用函數(shù)axis和set對坐標(biāo)軸的刻度范圍進(jìn)行重新設(shè)定，其調(diào)用格式如下：（1）函數(shù)axisaxis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax)axis函數(shù)

10、功能豐富，常用的用法還有：axis equal 縱、橫坐標(biāo)軸采用等長刻度axis square 產(chǎn)生正方形坐標(biāo)系(缺省為矩形)axis auto 使用缺省設(shè)置axis off 取消坐標(biāo)軸axis on 顯示坐標(biāo)軸例3.3 繪制單位圓。 MATLAB程序如下：clear ;close all; clct=0:0.01:2*pi; %定義時間范圍x=sin(t);y=cos(t);plot(x,y)axis(-1.5 1.5 -1.5 1.5) %限定x軸和y軸的顯示范圍pausegrid onaxis('equal')程序運(yùn)行結(jié)果如圖3.4所示。圖3.4 單位圓（2）函數(shù)sets

11、et(gca,xtick,標(biāo)示向量），set(gca,ytick,標(biāo)示向量），按照標(biāo)示向量設(shè)置x，y軸的刻度標(biāo)示； set(gca,xticklabel,字符串|字符串···），set(gca, yticklabel,字符串|字符串··· ）， 按照字符串設(shè)置x，y軸的刻度標(biāo)志例3.4 給正弦曲線設(shè)置刻度標(biāo)示。MATLAB程序如下：t=0:0.05:7; plot(t,sin(t) set(gca,'xtick',0 1.4 3.14 5 6.28)set(gca,'xticklabel','0

12、|1.4|half|5|one')程序運(yùn)行結(jié)果如圖3.5所示。圖3.5 設(shè)置刻度標(biāo)示的正弦曲線3.1.3圖形的標(biāo)注、網(wǎng)格及圖例說明繪制圖形時，可以對圖形加上一些說明，添加網(wǎng)格和圖例等，基本函數(shù)及其調(diào)用格式如下：（1）添加圖形標(biāo)題命令titletitle（string），在當(dāng)前坐標(biāo)系的頂部加一個文本串string，作為圖形的標(biāo)題。title(text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,),設(shè)置標(biāo)題名屬性。（2）添加坐標(biāo)軸標(biāo)志函數(shù)xlabel、ylabel、zlabelxlabel(string)，ylabel（ st

13、ring) ，zlabel（ string),給當(dāng)前X軸或Y軸或Z軸標(biāo)注文本文注。xlabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,)或ylabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,)或zlabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,)對X軸、Y軸、Z軸分別進(jìn)行屬性設(shè)置。（3）文本注釋函數(shù)text，gtexttext(x,y,string) ，在

14、二維圖形（x,y）位置處標(biāo)注文本注釋string text(x,y,z,string) ，在三維圖形（x,y,z）位置處標(biāo)注文本注釋stringgtext（string）用鼠標(biāo)拖動來確定標(biāo)注文字string的位置。輸入特定的文字用表示，見表3.2例3.5 繪制分段函數(shù)曲線并添加圖形標(biāo)注。MATLAB程序如下： clcclose allclearx=0:0.05:10;y=zeros(1,length(x);for n=1:length(x) if x(n)>=8 y(n)=1; elseif x(n)>=6 y(n)=5-x(n)/2 elseif x(n)>=4 y(n)=

15、2 else y(n)=sqrt(x(n) endendplot(x,y)axis(0 10 0 2.5)title('分段函數(shù)曲線');xlabel('x')ylabel('y')text(2,1.3,'y=x1/2');text(4.5,1.9,'y=2');text(7.3,1.5,'y=5-x/2');text(8.5,0.9,'y=1');程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.6所示。圖3.6 繪制分段函數(shù)曲線并添加圖形標(biāo)注（4）創(chuàng)建圖形窗命令figure figure，打開不同的圖形窗口，

16、以便繪制不同的圖形figure('PropertyName',PropertyValue,.)，創(chuàng)建具有特定屬性值的圖形窗口figure(h)，創(chuàng)建或顯示句柄h定義的圖形窗口，如果h不是整數(shù)，則返回錯誤。h = figure(.)（5）設(shè)置網(wǎng)格線命令gridgrid on (off),對當(dāng)前做標(biāo)圖加上網(wǎng)格線或撤銷網(wǎng)格線。若直接調(diào)用grid命令即可設(shè)置或撤銷網(wǎng)格線（6）保持圖形窗口內(nèi)容命令holdhold on （ off ） 保持當(dāng)前圖形窗口內(nèi)容命令（解除保持）。若直接調(diào)用hold命令即可保持或解除保持當(dāng)前圖形窗口內(nèi)容。例3.6分別繪制正余弦曲線并繪制標(biāo)題，添加或去除柵格。MA

17、TLAB程序如下：close allclcclear%定義時間范圍t=0:pi/20:9*pi;figure(1) %建立圖形窗口1plot(t,sin(t),'r:*')grid on %在所畫出的圖形坐標(biāo)中添加?xùn)鸥?，注意用在plot之后text(pi,0,' leftarrow sin(pi)','FontSize',18)title('添加?xùn)鸥竦恼仪€')xlabel ('x')ylabel ('sint')figure(2)plot(t,cos(t)grid on pausegrid of

18、f %刪除柵格text(pi,0,' leftarrow cos(pi)','FontSize',18)title('去除柵格的余弦曲線')xlabel ('x')ylabel ('cost')程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.7，3.8所示。圖3.7 正弦曲線圖3.8 余弦曲線（7）圖形標(biāo)注函數(shù)legendlegend('string1','string2',.)，在當(dāng)前圖中添加圖例；legend(.,pos) 由pos 確定圖例標(biāo)注的位置，可以返回給句柄：h= legend(.,pos)參數(shù)字

19、符串的含義：pos = -1放置圖例在軸邊界的右邊； pos = 0 放置圖例在軸邊界里；pos = 1 放置圖例在軸邊界里右上角 (為默認(rèn)設(shè)置)； pos = 2放置圖例在軸邊界里左上角； pos = 3放置圖例在軸邊界里左下角； pos = 4放置圖例在軸邊界里右下角；Legend off ，撤銷當(dāng)前坐標(biāo)圖上的圖例。例3.7 給正弦余弦曲線圖形添加圖例 MATLAB程序如下：x = -pi:pi/20:pi;plot(x,cos(x),'-ro',x,sin(x),'-.b')h = legend('cos','sin',2)

20、;程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.9所示。圖3.9 添加圖例的正余弦曲線3.1.4繪制二維圖形的其他函數(shù)1. 函數(shù)繪圖命令fplot和分割圖形顯示窗口命令subplot（m,n,k）fplot(function,limits)：繪制函數(shù)曲線在一個指定范圍.其中，limits是一個指定x-軸范圍的向量xmin xmax，或者是x軸和y軸的范圍的向量xmin xmax ymin ymax。 subplot(m,n,p) 按平鋪位置建立子圖坐標(biāo)系，將一個圖形窗口分成m*n個子圖窗口，從左至右，從上往下第p個子圖形窗口。例3.8 將一個圖形窗口分割成4個子圖窗口，并且分別繪制不同函數(shù)曲線。MATLAB程序如下：s

21、ubplot(2,2,1),fplot('humps',0 1)subplot(2,2,2)fplot('abs(exp(-j*x*(0:9)*ones(10,1)',0 2*pi)subplot(2,2,3)fplot('tan(x),sin(x),cos(x)',2*pi*-1 1 -1 1)subplot(2,2,4)fplot('sin(1./x)',0.01 0.1,1e-3)程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.10所示。圖3.10 subplot函數(shù)和fplot函數(shù)的運(yùn)用2、雙縱坐標(biāo)繪圖命令plotyyplotyy(X1,Y1,X2,

22、Y2)，設(shè)有兩個縱坐標(biāo)Y1, Y2，以便繪制兩個y尺度不同的變量，但x仍用同一個比例尺。例3.9 在同一圖形窗口按不同縱坐標(biāo)繪制曲線。MATLAB程序如下：x = 0:0.01:20;y1 = 200*exp(-0.05*x).*sin(x);y2 = 0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x);plotyy(x,y1,x,y2);程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.11所示。從圖中可以看出，左縱坐標(biāo)的幅度范圍為-200,200,對應(yīng)y1，而右縱坐標(biāo)的幅度范圍為-0.8 0.8,對應(yīng)y2。圖3.11 曲線200*exp(-0.05*x).*sin(x)和200*exp(-0.05*x).*sin(x

23、);3.其他形式的線性直角坐標(biāo)圖在線性直角坐標(biāo)系中，其他形式的圖形有條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖等，所采用的函數(shù)分別是：bar(x,y,選項(xiàng))stairs(x,y,選項(xiàng))stem(x,y,選項(xiàng))fill(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,)前3個函數(shù)的用法與plot函數(shù)相似，只是沒有多輸入變量形式。fill函數(shù)按向量元素下標(biāo)漸增次序依次用直線段連接x、y對應(yīng)元素定義的數(shù)據(jù)點(diǎn)。假如這樣連接所得折線不封閉，那么MATLAB將自動把該折線的首尾連接起來，構(gòu)成封閉多邊形。然后將多邊形內(nèi)部涂滿指定的顏色。例3.10 分別以條形圖、填充圖、階梯圖和桿圖形式繪制曲線y=2e-0.5x。MATLAB程序

24、如下： x=0:0.35:7; y=2*exp(-0.5*x); subplot(2,2,1);bar(x,y,'g'); title('bar(x,y,''g'')');axis(0,7,0,2); subplot(2,2,2);fill(x,y,'r'); title('fill(x,y,''r'')');axis(0,7,0,2); subplot(2,2,3);stairs(x,y,'b'); title('stairs(x,y,

25、9;'b'')');axis(0,7,0,2); subplot(2,2,4);stem(x,y,'k'); title('stem(x,y,''k'')');axis(0,7,0,2);程序運(yùn)行結(jié)果如圖3.12所示。圖3.12 幾種不同形式的二維圖形4. 極坐標(biāo)圖polar函數(shù)用來繪制極坐標(biāo)圖，其調(diào)用格式為：polar(theta,rho,選項(xiàng))其中theta為極坐標(biāo)極角，rho為極坐標(biāo)矢徑，選項(xiàng)的內(nèi)容與plot函數(shù)相似。例3.11 繪制=sin(2)cos(2)的極坐標(biāo)圖。MATLAB程序如下：

26、 theta=0:0.01:2*pi; rho=sin(2*theta).*cos(2*theta); polar(theta,rho,'k'); 程序運(yùn)行結(jié)果如圖3.13所示。圖3.13 極坐標(biāo)圖5對數(shù)坐標(biāo)圖形MATLAB提供了繪制對數(shù)和半對數(shù)坐標(biāo)曲線的函數(shù)，調(diào)用格式為： semilogx(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,) semilogy(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,) loglog(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,)其中，選項(xiàng)的定義與plot函數(shù)完全一致，所不同的是坐標(biāo)軸的選取。semilogx函數(shù)使用半對數(shù)坐標(biāo)，x軸為常用對數(shù)刻度，而y軸仍

27、保持線性刻度。semilogy函數(shù)也使用半對數(shù)坐標(biāo)，y軸為常用對數(shù)刻度，而x軸仍保持線性刻度。loglog函數(shù)使用全對數(shù)坐標(biāo)，x、y均采用常用對數(shù)刻度。此外還有一個函數(shù)logspace，可以按對數(shù)等間距地來產(chǎn)生一個向量，其調(diào)用格式為：logspace(a,b,n)其中，a和b是生成向量的第一個和最后一個元素，n是元素總數(shù)。當(dāng)n省略時，自動產(chǎn)生50個元素。例3.12繪制的對數(shù)坐標(biāo)圖并與直角線性坐標(biāo)圖進(jìn)行比較。MATLAB程序如下： x=0:0.1:10; y=10*x.*x; subplot(2,2,1);plot(x,y);title('plot(x,y)'); grid on

28、; subplot(2,2,2);semilogx(x,y); title('semilogx(x,y)'); grid on;subplot(2,2,3);semilogy(x,y);title('semilogy(x,y)');grid on; subplot(2,2,4);loglog(x,y);title('loglog(x,y)');grid on; 程序運(yùn)行結(jié)果如圖3.14所示。圖3.14 對數(shù)坐標(biāo)圖6 其他形式的圖形MATLAB提供的繪圖函數(shù)還有很多，例如，用來表示各元素占總和的百分比的餅圖、復(fù)數(shù)的相量圖等等。例3.13繪制圖形：(

29、1)某次考試優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格的人數(shù)分別為：7,17,23,19,5，試用餅圖作成績統(tǒng)計(jì)分析。(2)繪制復(fù)數(shù)的相量圖：3+2i、4.5-i和-1.5+5i。MATLAB程序如下：subplot(1,2,1);pie(7,17,23,19,5);title('餅圖');legend('優(yōu)秀','良好','中等','及格','不及格');subplot(1,2,2);compass(3+2i,4.5-i,-1.5+5i);title('相量圖');程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.15所示

30、。 圖3.15 其他形式二維圖形特殊二維繪圖函數(shù)bar 繪制直方圖polar 繪制極坐標(biāo)圖 stairs 繪制階梯圖 stem 繪制火柴桿圖 pie 繪制餅圖 comet 繪制彗星曲線errorbar 繪制誤差棒圖 compass 復(fù)數(shù)向量圖(羅盤圖) feather 復(fù)數(shù)向量投影圖(羽毛圖) quiver 向量場圖 area 區(qū)域圖rose 繪制統(tǒng)計(jì)扇形圖 convhull 凸殼圖 scatter 離散點(diǎn)圖hist 繪制統(tǒng)計(jì)直方圖例14，繪制階梯曲線x=0:pi/20:2*pi;y=sin(x);stairs(x,y)例15：階梯繪圖h2=1 1;1 -1;h4=h2 h2;h2 -h2;h

31、8=h4 h4;h4 -h4;t=1:8;subplot(8,1,1);stairs(t,h8(1,:);axis('off')subplot(8,1,2);stairs(t,h8(2,:);axis('off')subplot(8,1,3);stairs(t,h8(3,:);axis('off')subplot(8,1,4);stairs(t,h8(4,:);axis('off')subplot(8,1,5);stairs(t,h8(5,:);axis('off')subplot(8,1,6);stairs(t,

32、h8(6,:);axis('off')subplot(8,1,7);stairs(t,h8(7,:);axis('off')subplot(8,1,8);stairs(t,h8(8,:);axis('off')h2=1 1;1 -1;h4=h2 h2;h2 -h2;h8=h4 h4;h4 -h4;t=1:8;for i=1:8subplot(8,1,i);stairs(t,h8(i,:)axis('off')end例16：繪制火柴桿繪圖 t=0:0.2:2*pi; y=cos(t); stem(y)繪制直方圖格式bar(y,opt

33、ion):以x=1,2,3為各個數(shù)據(jù)點(diǎn)的x 坐標(biāo),以y向量的各個對應(yīng)元素為y坐標(biāo),畫出一個垂直放置的二維直方圖。bar(x,y,option):以向量x的各個對應(yīng)元素為x 坐標(biāo),以y向量的各個對應(yīng)元素為y坐標(biāo),畫出一個垂直放置的二維直方圖。option:線型和顏色繪制直方圖格式bar(y,stck)：以x=1,2,3為各個數(shù)據(jù)點(diǎn)的x 坐標(biāo),以矩陣y的各個列向量的累加值為y坐標(biāo),畫出1個垂直放置的、累加式的二維直方圖bar(y,group)：以x=1,2,3為各個數(shù)據(jù)點(diǎn)的x 坐標(biāo),以矩陣y的各個列向量的累加值為y坐標(biāo),畫出1個垂直放置的、分組式的二維直方圖。 xdata,ydata=bar(x,y):直方圖數(shù)據(jù)的記憶。例17繪制直方圖例子y1=15,35,10,20,20;y2=15,35,10;20,20,15;10,15,30;subplot(2,2,1)bar(y1)title('單個直方圖')subplot(2,2,2)bar(y2)title('累加直方圖')subplot(2,1,2)bar(y2)title('分組直方圖')繪制水平放置的直方圖格式barh(y,option)barh(x,y,option)barh(y,stck)：