科學(xué)計算基礎(chǔ)

CH7MATLAB數(shù)據(jù)可視化用圖表和圖形來表示數(shù)據(jù)的技術(shù)7.1二維圖形

7.2三維圖形

7.1二維圖形繪制二維曲線的最基本函數(shù)1.plot函數(shù)的基本用法plot函數(shù)的基本調(diào)用格式為：plot(x,y)其中x和y為長度相同的向量，分別用于存儲x坐標(biāo)和y坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

例在0≤X≤2區(qū)間內(nèi)，繪制曲線y=2e-0.5xsin(2πx)。程序如下：

x=0:pi/100:2*pi;y=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);plot(x,y)

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)。

例某工廠2000年各月總產(chǎn)值（單位：萬元）分別為22、60、88、95、56、23、9、10、14、81、56、23，試?yán)L制折線圖以顯示出該廠總產(chǎn)值的變化情況。程序如下：

p=[22,60,88,95,56,23,9,10,14,81,56,23];plot(p)

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．含選項的plot函數(shù)含選項的plot函數(shù)調(diào)用格式為：plot(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,…,xn,yn,選項n)P192表7-2

例用不同線型和顏色在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線y=2e-0.5xsin(2πx)及其包絡(luò)線。程序如下：

x=(0:pi/100:2*pi)';y1=2*exp(-0.5*x)*[1,-1];y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);x1=(0:12)/2;y3=2*exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1);plot(x,y1,'g:',x,y2,'b--',x1,y3,'rp');

4．雙縱坐標(biāo)函數(shù)plotyy

plotyy函數(shù)是MATLAB5.X新增的函數(shù)。它能把函數(shù)值具有不同量綱、不同數(shù)量級的兩個函數(shù)繪制在同一坐標(biāo)中。調(diào)用格式為：

plotyy(x1,y1,x2,y2)

其中x1—y1對應(yīng)一條曲線，x2—y2對應(yīng)另一條曲線。橫坐標(biāo)的標(biāo)度相同，縱坐標(biāo)有兩個，左縱坐標(biāo)用于x1—y1數(shù)據(jù)對，右縱坐標(biāo)用于x2—y2數(shù)據(jù)對。

例用不同標(biāo)度在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線y1=e-0.5xsin(2πx)及曲線y2=1.5e-0.1xsin(x)。程序如下：

x1=0:pi/100:2*pi;x2=0:pi/100:3*pi;y1=exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1);y2=1.5*exp(-0.1*x2).*sin(x2);plotyy(x1,y1,x2,y2);

繪制圖形的輔助操作

1.圖形標(biāo)注有關(guān)圖形標(biāo)注函數(shù)的調(diào)用格式為：

title(圖形名稱)xlabel(x軸說明)ylabel(y軸說明)text(x,y,圖形說明)legend(圖例1,圖例2,…)

例

給圖形添加圖形標(biāo)注。程序如下：

x=(0:pi/100:2*pi)';y1=2*exp(-0.5*x)*[1,-1];y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);x1=(0:12)/2;y3=2*exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1);plot(x,y1,'g:',x,y2,'b--',x1,y3,'rp');title('曲線及其包絡(luò)線');%加圖形標(biāo)題

xlabel('independentvariableX');%加X軸說明

ylabel('independentvariableY');%加Y軸說明

text(2.8,0.5,'包絡(luò)線');%在指定位置添加圖形說明

text(0.5,0.5,'曲線y');text(1.4,0.1,'離散數(shù)據(jù)點');legend('包絡(luò)線','包絡(luò)線','曲線y','離散數(shù)據(jù)點')%加圖例

2.坐標(biāo)控制函數(shù)的調(diào)用格式為：axis([xminxmaxyminymaxzminzmax])axis函數(shù)功能豐富，常用的用法還有：axisequal縱、橫坐標(biāo)軸采用等長刻度axissquare產(chǎn)生正方形坐標(biāo)系(缺省為矩形)axisauto使用缺省設(shè)置axisoff取消坐標(biāo)軸axison顯示坐標(biāo)軸gridon/off命令控制是畫還是不畫網(wǎng)格線，不帶參數(shù)的grid命令在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行切換。boxon/off命令控制是加還是不加邊框線，不帶參數(shù)的box命令在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行切換。

例

用圖形保持功能在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線y=2e-0.5xsin(2πx)及其包絡(luò)線，并加網(wǎng)格線。程序如下：

x=(0:pi/100:2*pi)';

y1=2*exp(-0.5*x)*[1,-1];y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);plot(x,y1,'b:');axis([0,2*pi,-2,2]);%設(shè)置坐標(biāo)

holdon;%設(shè)置圖形保持狀態(tài)

plot(x,y2,'k');gridon;%加網(wǎng)格線

boxoff;%不加坐標(biāo)邊框

holdoff;%關(guān)閉圖形保持

3.圖形窗口的分割

subplot函數(shù)的調(diào)用格式為：

subplot(m,n,p)

例

在一個圖形窗口中以子圖形式同時繪制正弦、余弦、正切、余切曲線。程序如下：

x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=sin(x)./(cos(x)+eps);ct=cos(x)./(sin(x)+eps);subplot(2,2,1);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]);

對圖形窗口靈活分割。請看下面的程序。

x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=sin(x)./(cos(x)+eps);ct=cos(x)./(sin(x)+eps);subplot(2,2,1);%選擇2×2個區(qū)中的1號區(qū)

stairs(x,y);title('sin(x)-1');axis([0,2*pi,-1,1]);subplot(2,1,2);%選擇2×1個區(qū)中的2號區(qū)

stem(x,y);title('sin(x)-2');axis([0,2*pi,-1,1]);subplot(4,4,3);%選擇4×4個區(qū)中的3號區(qū)

plot(x,y);title('sin(x)');axis([0,2*pi,-1,1]);subplot(4,4,4);%選擇4×4個區(qū)中的4號區(qū)

plot(x,z);title('cos(x)');axis([0,2*pi,-1,1]);subplot(4,4,7);%選擇4×4個區(qū)中的7號區(qū)

plot(x,t);title('tangent(x)');axis([0,2*pi,-40,40]);subplot(4,4,8);%選擇4×4個區(qū)中的8號區(qū)

plot(x,ct);title('cotangent(x)');axis([0,2*pi,-40,40]);

繪制二維圖形的其他函數(shù)1.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)stairs(x,y,選項)stem(x,y,選項)fill(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,…)

例

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。程序如下：

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,''b'')');axis([0,7,0,2]);subplot(2,2,4);stem(x,y,'k');title('stem(x,y,''k'')');axis([0,7,0,2]);

2．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)其中theta為極坐標(biāo)極角，rho為極坐標(biāo)矢徑，選項的內(nèi)容與plot函數(shù)相似。例

繪制ρ=sin(2θ)cos(2θ)的極坐標(biāo)圖。程序如下：

theta=0:0.01:2*pi;rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);polar(theta,rho,'k');

3．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1,x2,y2,選項2,…)semilogy(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,…)loglog(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,…)

例

繪制y=10x2的對數(shù)坐標(biāo)圖并與直角線性坐標(biāo)圖進(jìn)行比較。程序如下：

x=0:0.1:10;y=10*x.*x;subplot(2,2,1);plot(x,y);title('plot(x,y)');gridon;subplot(2,2,2);