第四講-matlab數(shù)學(xué)建模之圖像處理、程序設(shè)計(jì)

1第四講圖形處理MATLAB7程序設(shè)計(jì)21.基本的繪圖命令基本的繪圖命令繪圖的一般步驟繪制二維曲線圖極坐標(biāo)圖形的繪制多個(gè)圖形的繪制方法曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)型3（1）基本的繪圖命令

繪制基本線性圖的函數(shù)表函

數(shù)

名功

能

描

述plot在x軸和y軸都按線性比例繪制二維圖形plot3在x軸、y軸和z軸都按線性比例繪制三維圖形loglog在x軸和y軸按對(duì)數(shù)比例繪制二維圖形semilogx在x軸按對(duì)數(shù)比例，y軸按線性比例繪制二維圖形semilogy在y軸按對(duì)數(shù)比例，x軸按線性比例繪制二維圖形plotyy繪制雙y軸圖形圖形的標(biāo)注

為清晰表達(dá)圖形和圖中曲線的意義，應(yīng)在圖形中加入適當(dāng)?shù)臉?biāo)注，包括圖形標(biāo)題、X軸、Y軸名稱等。

4圖形標(biāo)注命令含義title圖形標(biāo)題xlabel對(duì)x軸標(biāo)注名稱ylabel對(duì)y軸標(biāo)注名稱text通過程序在圖形指定位置放入文本字符串gtext點(diǎn)擊鼠標(biāo)指定位置放入文本字符串legend在圖形中添加注解grid網(wǎng)格線axis坐標(biāo)軸調(diào)整hold圖形保持zoom圖形縮放5（2）繪圖的一般步驟基本的繪圖步驟步

驟典

型

代

碼1.準(zhǔn)備繪圖數(shù)據(jù)x=0:0.2:12;y1=bessel(1,x);2.選擇一個(gè)窗口并在窗口中給圖形定位figure(1)，subplot(2,2,1)3.調(diào)用基本的繪圖函數(shù)h=plot(x,y1,x,y2,x,y3);4.選擇線型和標(biāo)記特性set(h,'LineWidth',2,{'LineStyle'},{'--';':';'-.'})5.設(shè)置坐標(biāo)軸的極限值、標(biāo)記符號(hào)和網(wǎng)格線axis([012-0.51])6.使用坐標(biāo)軸標(biāo)簽、圖例和文本對(duì)圖形進(jìn)行注釋xlabel('Time')ylabel('Amplitude')6（3）繪制二維曲線圖二維曲線圖在MATLAB7中的繪制是最為簡(jiǎn)便的。如果將X軸和Y軸的數(shù)據(jù)分別保存在兩個(gè)向量中，同時(shí)向量的長(zhǎng)度完全相等，那么可以直接調(diào)用函數(shù)進(jìn)行二維圖形的繪制。在MATLAB7中，使用plot函數(shù)進(jìn)行二維曲線圖的繪制。7A、二維平面圖形與坐標(biāo)系1.幾個(gè)基本的繪圖命令

a.線性坐標(biāo)曲線

plot

函數(shù)命令

plot是

MATLAB二維曲線繪圖中最簡(jiǎn)單、最重要、使用最廣泛的一個(gè)線性繪圖函數(shù)。它可以生成線段、曲線和參數(shù)方程曲線的函數(shù)圖形。

命令格式:plot(X,Y)plot(x1,y1,x2,y2,…)：綜合調(diào)用方式

8用命令plot(x,y)繪制函數(shù)

y=cos(x)在兩個(gè)周期內(nèi)的圖形。

x=0:0.01:2*pi;y=cos(x);plot(x,y)在同一圖形窗口中用命令plot(x,y)繪出正弦余弦函數(shù)的圖形。

x=0:0.01:2*pi;y=[sin(x);cos(x)];plot(x,y)9調(diào)用格式：plot(x,y,s)，s為類型說明參數(shù)，是字符串。s字符串可以是三種類型的符號(hào)之一，也可以是線型與顏色和定點(diǎn)標(biāo)記與顏色的組合；如果沒有s參數(shù)，plot將使用缺省設(shè)置（實(shí)線，前七種顏色順序著色）繪制曲線；在當(dāng)前坐標(biāo)系中繪圖時(shí)，每調(diào)入一次繪圖函數(shù)，MATLAB將擦掉坐標(biāo)系中已有的圖形對(duì)象?？梢杂胔oldon命令在一個(gè)坐標(biāo)系中增加新的圖形對(duì)象。注意MATLAB會(huì)根據(jù)新圖形的大小，重新改變坐標(biāo)系的比例。用不同的線型和標(biāo)注來繪制兩條曲線。t1=0:0.1:2*pi;t2=0:0.1:6;y1=sin(t1);y2=sqrt(t2);plot(t1,y1,':hb',t2,y2,'--g')

10繪制二維曲線圖>>x=0:0.01:10;>>y=tan(x);>>plot(x,y)>>11（4）極坐標(biāo)圖形的繪制MATLAB提供了polar函數(shù)來在極坐標(biāo)下繪制圖形：>>x=0:0.01:10;>>y1=sin(x);>>y2=cos(x-2.5);>>polar(y1,y2,'-r+')>>2.極坐標(biāo)圖

polar(theta,rho)繪制以theta為角度，rho為半徑的極坐標(biāo)曲線。例

：繪制以y=sin(2t)*cos(2t)的極坐標(biāo)曲線。

>>t=0:2*pi/100:2*pi;>>sin2t=sin(2*t);>>cos2t=cos(2*t);>>polar(t,sin2t.*cos2t)13（5）多個(gè)圖形的繪制方法subplot函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)圖形的繪制：>>x=0:.1:20;>>subplot(2,2,1)>>plot(x,sin(x));>>14多個(gè)圖形的繪制方法>>x=0:.1:20;>>subplot(2,2,2)>>plot(x,cos(x));>>15多個(gè)圖形的繪制方法>>subplot(2,2,3)>>x=0:.1:2;>>y1=tan(x);>>plot(x,y1,'--b*');>>16（6）曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)型

曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)型參數(shù)定義

顏色符號(hào)含義數(shù)據(jù)點(diǎn)型含義線型含義b藍(lán)色.點(diǎn)-實(shí)線g綠色xX符號(hào):點(diǎn)線r紅色++號(hào)-.點(diǎn)劃線c籃綠色h六角星形--虛線m紫紅色*星號(hào)(空白)不畫線y黃色s方形

k黑色d菱形

17(1)圖題的標(biāo)注在MATLAB中，通?？梢允褂?種方式給圖形添加圖題:使用Insert菜單中的Title命令；使用屬性編輯器(PropertyEditor)；使用title函數(shù)。18圖題的標(biāo)注>>x=0:.1:2;>>y1=sin(x);>>y2=sin(x-0.25);>>y3=sin(x-0.5);>>plot(x,y1,'-.b',x,y2,'--r*',x,y3,'-.gh')>>title('Therethreelines')>>19文本標(biāo)注舉例>>x=linspace(-3,5,100);>>y=cos(x);>>z=sin(x);>>plot(x,y,x,z)>>title('一條正弦曲線和一條余弦曲線')>>xlabel('x的取值范圍')>>ylabel('Y和Z的值')>>20（4）圖例的添加為了更好地區(qū)分所繪制的多條曲線，可以使用圖例加以說明，對(duì)它們表示的數(shù)據(jù)進(jìn)行更準(zhǔn)確的區(qū)分?？梢允褂萌缦?種方法生成圖例：打開Insert菜單中并選擇Legend命令；單擊工具欄中的legend圖標(biāo)；使用legend函數(shù)。21圖例的添加舉例22（5）坐標(biāo)網(wǎng)格的添加在圖形繪制過程中，為了精確地知道圖形上某點(diǎn)的坐標(biāo)，需要繪制坐標(biāo)網(wǎng)格來定位，MATLAB7語(yǔ)言中提供了grid函數(shù)來實(shí)現(xiàn)這一功能：gridoff命令關(guān)閉坐標(biāo)網(wǎng)格；gridon命令打開坐標(biāo)網(wǎng)格gridmirror命令使用更細(xì)化的網(wǎng)格；grid(AX,…)命令使用AX坐標(biāo)系代替當(dāng)前坐標(biāo)系。23坐標(biāo)網(wǎng)格的添加舉例>>x=linspace(-5,5,100);>>y=x.^4+22*x.^2-6*x+10;>>plot(x,y)>>gridon>>24(6)使用矩形或是橢圓在圖形中圈出重要部分

用戶可以使用矩形或是橢圓在圖形中圈出特別的區(qū)域，從而使得該區(qū)域能引起特別的注意。當(dāng)其中的一個(gè)矩形或是橢圓被選中時(shí)，用戶可以移動(dòng)并改變它的大小，或是右擊它，在彈出的快捷菜單中用戶可以選擇改變它的屬性和外觀。25應(yīng)用舉例當(dāng)右擊矩形或是橢圓時(shí)，將彈出一個(gè)菜單263.三維圖形的繪制MATLAB語(yǔ)言提供了三維圖形的處理功能。與二維圖形相似，繪制三維圖形時(shí)可以使用MATLAB語(yǔ)言提供的相關(guān)函數(shù)：三維線圖指令plot3三維網(wǎng)線圖和曲面圖三維網(wǎng)線圖三維曲面圖27（1）三維線圖指令plot3>>%該程序用于繪制三維的螺旋曲線圖>>t=0:pi/50:20*pi;>>plot3(sin(t),cos(2*t),sin(t)+cos(t))28（2）三維網(wǎng)線圖使用mesh函數(shù)來繪制三維網(wǎng)格圖形：

>>z=peaks(50);>>mesh(z);>>（2）

三維圖形的繪制三.三維曲面圖的繪制例

試單獨(dú)使用山峰演示函數(shù)peaks()。>>peaks(30)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)

30（3）三維曲面圖可是使用surf函數(shù)來繪制三維表面圖形：>>[X,Y]=meshgrid([-4:0.2:4]);>>Z=exp(-0.5*(X.^2－Y.^2));>>surf(X,Y,Z)>>

三維圖形的繪制三維曲面圖的繪制

例

：>>t=0:pi/10:2*pi;>>[X1,Y1,Z1]=cylinder(3,20);>>Z1=2*Z1;>>[X2,Y2,Z2]=cylinder(2+cos(t),20);>>Z2=2*Z2;>>subplot(1,2,1)>>surf(X1,Y1,Z1)>>title('圓柱面')>>subplot(1,2,2)>>surf(X2,Y2,Z2)>>title('半徑變化的圓柱面')

三維圖形的繪制

三維曲面圖的繪制

例

：>>[X1,Y1,Z1]=sphere(8);>>[X2,Y2,Z2]=sphere(20);>>subplot(1,2,1)>>surf(X1,Y1,Z1)>>title('64個(gè)面構(gòu)成的球面')>>subplot(1,2,2)>>surf(X2,Y2,Z2)>>title('400個(gè)面構(gòu)成的球面')

334.特殊圖形的繪制條形圖和面積圖(BarandAreaGraphs)餅形圖(PieCharts)離散型數(shù)據(jù)圖方向和速度矢量圖形等高線的繪制(ContourPlots)34（1）條形圖和面積圖條形圖和面積圖用于繪制向量和矩陣數(shù)據(jù)，這兩種圖形可以用來比較不同組數(shù)據(jù)的在總體數(shù)據(jù)中所占的比例，其中條形圖適于表現(xiàn)離散型數(shù)據(jù)，而面積圖適于表現(xiàn)連續(xù)型數(shù)據(jù)。函數(shù)功能描述bar繪制矩陣Y(m×n)各列的垂直條形圖，各條以垂直方向顯示barh繪制矩陣Y(m×n)各列的垂直條形圖，各條以水平方式顯示bar3繪制矩陣Y(m×n)各列的三維垂直條形圖，條以垂直方向顯示bar3h繪制矩陣Y(m×n)各列的三維垂直條形圖，各條以水平方式顯示area繪制向量的堆棧面積圖35條形圖舉例集合式條形圖的繪制>>y=[12345678910]>>bar(y)36（2）餅形圖在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，人們經(jīng)常要用到餅形圖來表示各個(gè)統(tǒng)計(jì)量占總量的份額，餅形圖可以顯示向量或矩陣中的元素占所有元素總和的百分比，MATLAB提供了pie函數(shù)和pie3函數(shù)，分別用于繪制二維餅形圖和三維餅形圖。37（3）離散型數(shù)據(jù)圖MATLAB7提供了一系列適于表現(xiàn)離散型數(shù)據(jù)的函數(shù)。其中常用的主要有stem函數(shù)、stem3函數(shù)和stairs函數(shù)。38離散型數(shù)據(jù)圖舉例使用stem(y)函數(shù)來繪制句柄狀圖形。>>y=rand(20,1);>>stem(y)>>39（4）方向和速度矢量圖形MATLAB7提供了一些函數(shù)用于繪制方向矢量和速度矢量圖形，這些函數(shù)有compass、feather、quiver和quiver3。函

數(shù)功

能

描

述compass顯示極坐標(biāo)圖形中的極點(diǎn)發(fā)散出來的矢量圖feather顯示從一條水平線上均勻間隔的點(diǎn)所發(fā)散出來的矢量圖quiver顯示由(u,v)矢量特定的二維矢量圖

quiver3顯示由(u,v,w)矢量特定的三維矢量圖40方向和速度矢量圖形舉例

用compass函數(shù)繪制矢量圖形：>>w=0:0.1:6;>>z=sin(w).*exp(j*w);>>compase(z)>>41（5）等高線的繪制等高線函數(shù)為創(chuàng)建、顯示并標(biāo)注由一個(gè)或多個(gè)矩陣確定的等值線。函

數(shù)

名功

能

描

述clabel使用等值矩陣生成標(biāo)注，并將標(biāo)注顯示在當(dāng)前圖形contour顯示矩陣Z的二維等高線圖contour3顯示矩陣Z的三維等高線圖contourf顯示矩陣Z的二維等高線圖，并在各等高線之間用實(shí)體顏色填充contourc用于計(jì)算由其他等高線函數(shù)調(diào)用的等值矩陣meshc創(chuàng)建一個(gè)與二維等高線圖匹配的網(wǎng)線圖surfc創(chuàng)建一個(gè)與二維等高線圖匹配的曲面圖42等高線的繪制舉例使用contour函數(shù)繪制等高線圖形：

>>[x,y,z]=peaks;>>contour(x,y,z)>>三維圖形的繪制三.等高線圖的繪制例：>>[X,Y,Z]=peaks(30);>>subplot(2,2,1)>>surf(X,Y,Z)>>title('演示山峰的三維曲面圖')>>subplot(2,2,2)>>contour(X,Y,Z,5)>>title('演示山峰的等高線圖')>>subplot(2,2,3)>>contourf(Z,5)>>title('在相鄰等高線之間用顏色填充')>>subplot(2,2,4)>>[C,h]=contour(Z,5);>>clabel(C,h)>>title('為等高線添加高度值')

4344視點(diǎn)控制舉例view函數(shù)的使用：>>[X,Y]=meshgrid([-5:0.2:5]);>>Z=exp(0.5*(X.^2-Y.^2));>>surf(X,Y,Z)>>view(30，60)>>45光照控制舉例本例首先繪制一個(gè)膜面圖，然后使用位置向量[0-21]設(shè)置光源的方向。

>>z=peaks(50);>>surf(z)>>light('Position',[0.5-32])>>46繪制圖形的圖形框架窗口對(duì)象MATLAB7語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)句柄訪問的函數(shù)函

數(shù)

名功

能

描

述gca獲得當(dāng)前坐標(biāo)軸對(duì)象的句柄gcbf獲得當(dāng)前正在執(zhí)行調(diào)用的圖形對(duì)象的句柄gcbo獲得當(dāng)前正在執(zhí)行調(diào)用的對(duì)象的句