《Matlab语法》第8章 二维图形可视化

(8.1) plot

线型	含义	线型	含义
-	实线(默认)	--	虚线
:	点线	-.	点划线

颜色	含义	颜色	含义
r	红色	g	绿色
b	蓝色	y	黄色
m	品红	c	青蓝
w	白色	k	黑色

标记	含义	标记	含义
o	圆圈	+	加号
*	星号	.	点
x	叉号	s	正方形
d	菱形	^	上三角形
v	下三角形	>	右三角形
<	左三角形	p	五角星
h	六角星

Color	含义	Color	含义
r或red或[1 0 0]	红色	g或green或[0 1 0]	绿色
b或blue或[0 0 1]	蓝色	y或yellow或[1 1 0]	黄色
m或magenta或[1 0 1]	品红	c或cyan或[0 1 1]	青蓝
w或white或[1 1 1]	白色	k或black或[0 0 0]	黑色

LineStyle	含义	LineStyle	含义
-	实线(默认)	--	虚线
:	点线	-.	点划线

Marker	含义	Marker	含义
o	圆圈	+	加号
*	星号	.	点
x	叉号	s或square	正方形
d或diamond	菱形	^	上三角形
v	下三角形	>	右三角形
<	左三角形	p或pentagram	五角星
h或hexagram	六角星

其他属性	含义	其他属性	含义
LineWidth	设置线宽(以磅为单位)	MarkerSize	设置标记大小
MarkerEdgeColor	设置标记轮廓颜色	MarkerFaceColor	设置标记填充颜色
XData	记录横坐标数据的向量	YData	记录纵坐标数据的向量
ZData	记录竖坐标数据的向量	ThetaData	记录角度坐标数据的向量
RData	记录半径坐标的向量

clc;clear;
x = linspace(0,2*pi,100);
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);
y3 = y1.*y2;
plot(x,y1,'-r*',x,y2,'-.gp',x,y3,'--bo');
legend('y=sinx','y=cosx','y=sinx*cosx');

(8.2) fplot

fplot(f_x,[xmin,xmax]); %绘制f=f(x)的x在[xmin,xmax]上的图像
fplot(x_t,y_t,[tmin,tmax]); %绘制f=f(x(t),y(t))的t在[xmin,xmax]上的图像

clc;clear;
hold on;
axis equal;
fplot(@(x) sin(x),[0,2*pi],'-r*','LineWidth',2);
fplot(@(x) cos(x),[0,2*pi],'-.gp','LineWidth',2);
x = @(t) cos(t);
y = @(t) sin(t);
fplot(x,y,[0,2*pi],'--bo','LineWidth',2);

(8.3) fimplicit

fimplicit(f,[xmin,xmax,ymin,ymax]); %绘制f(x,y)=0的x在[xmin,xmax]、y在[ymin,ymax]上的图像

例：在$x\in [-2,2],y\in [-2,2]$上画出标准椭圆$x^2+y^2=1$、标准双曲线$x^2-y^2=1$、标准抛物线$x=y^2$的曲线。提示：

refline(slope,intercept); %slope为直线的斜率，intercept为直线的截距
refline(slope); %输入参数slope=[a,b]，添加的直线为y=ax+b

clc;clear;
hold on;
axis equal;
axis([-2,2,-2,2]);
f_Ellipse = @(x,y) x.^2 + y.^2 - 1;
f_Hyperbola = @(x,y) x.^2 - y.^2 - 1;
f_Parabola = @(x,y) x - y.^2;
fimplicit(f_Ellipse,[-2,2,-2,2]);
fimplicit(f_Hyperbola,[-2,2,-2,2]);
fimplicit(f_Parabola,[-2,2,-2,2]);
refline([0,0]); %x轴
plot([0,0],[-2,2]); %y轴

(8.4) yyaxis

clc;clear;
x = linspace(0,2*pi,100);
y1 = sin(x);
y2 = 10.^x;
yyaxis left;
plot(x,y1);
yyaxis right;
semilogy(x,y2);

(8.5) stackedplot

clc;clear;
x = linspace(0,2*pi,40);
Y = [sin(x);cos(x);sin(x).*cos(x)]';
h = stackedplot(x,Y);
%添加标题
h.Title = '堆叠绘图';
%添加网格
h.GridVisible = 'on';
%设置坐标轴的名称
h.XLabel = 'x';
h.DisplayLabels = {'sinx','cosx','sinx*cosx'};
%设置坐标轴的范围
h.XLimits = [0,2*pi];
h.AxesProperties(1).YLimits = [-1,1];
h.AxesProperties(2).YLimits = [-1,1];
h.AxesProperties(3).YLimits = [-0.5,0.5];
%设置曲线的属性
h.LineProperties(1).Color = 'r';
h.LineProperties(1).MarkerFaceColor = 'g';
h.LineProperties(1).MarkerEdgeColor = 'b';
h.LineProperties(1).LineStyle = '-';
h.LineProperties(1).LineWidth = 2;
h.LineProperties(1).Marker = '*';
h.LineProperties(1).MarkerSize = 5;
h.LineProperties(1).PlotType = 'plot';
h.LineProperties(2).Color = 'g';
h.LineProperties(2).MarkerFaceColor = 'b';
h.LineProperties(2).MarkerEdgeColor = 'r';
h.LineProperties(2).LineStyle = '-.';
h.LineProperties(2).LineWidth = 2;
h.LineProperties(2).Marker = 'p';
h.LineProperties(2).MarkerSize = 5;
h.LineProperties(2).PlotType = 'stairs';
h.LineProperties(3).Color = 'b';
h.LineProperties(3).MarkerFaceColor = 'r';
h.LineProperties(3).MarkerEdgeColor = 'g';
h.LineProperties(3).LineStyle = '--';
h.LineProperties(3).LineWidth = 2;
h.LineProperties(3).Marker = 'o';
h.LineProperties(3).MarkerSize = 5;
h.LineProperties(3).PlotType = 'scatter';
%设置图例
h.AxesProperties(1).LegendVisible = 'on';
h.AxesProperties(1).LegendLabels = {'y=sinx'};
h.AxesProperties(1).LegendLocation = 'southeast';
h.AxesProperties(2).LegendVisible = 'on';
h.AxesProperties(2).LegendLabels = {'y=cosx'};
h.AxesProperties(2).LegendLocation = 'northeast';
h.AxesProperties(3).LegendVisible = 'on';
h.AxesProperties(3).LegendLabels = {'y=sinx*cosx'};
h.AxesProperties(3).LegendLocation = 'north';

(8.6) semilogx

clc;clear;
x = 0:1000;
y = log(x);
subplot(121);
plot(x,y);
title('普通坐标系');
subplot(122);
semilogx(x,y);
title('x轴为常用对数刻度的坐标系');

(8.7) semilogy

clc;clear;
x = linspace(0,2,100);
y = exp(x);
subplot(121);
plot(x,y);
title('普通坐标系');
subplot(122);
semilogy(x,y);
title('y轴为常用对数刻度的坐标系');

(8.8) loglog

例：将一组实验数据GrPr=[458934.6 128178.6 81973.53 47893.61 1903764 1523845 241316.5 586097.9 811834.9 1291265]，Nu=[12.77 9.53 9.42 8.02 17.51 17.01 11.39 15.16 13.1013 15.54]，拟合成实验关联式：$Nu=C(GrPr{)}^n$（两边取自然对数得：$ln(Nu)=ln(C)+nln(GrPr)$，比较适合用双自然对数坐标系）。

clc;clear;
GrPr=[458934.6 128178.6 81973.53 47893.61 1903764 1523845 241316.5 586097.9 811834.9 1291265];
Nu=[12.77 9.53 9.42 8.02 17.51 17.01 11.39 15.16 13.1013 15.54];
loglog(GrPr,Nu,'*','MarkerSize',8);
hold on;
p = polyfit(log(GrPr),log(Nu),1);
x = min(GrPr):max(GrPr);
y = exp(polyval(p,log(x)));
loglog(x,y);
xlabel('GrPr');
ylabel('Nu');

(8.9) scatter

clc;clear;
x = linspace(0,2*pi,100);
y = sin(x);
scatterSize = linspace(1,150,length(x)); %大小不能以0开始
scatterColor = linspace(0,10,length(x));
subplot(131);
scatter(x,y,scatterSize); %变大小
subplot(132);
scatter(x,y,[],scatterColor); %变颜色
subplot(133)
scatter(x,y,scatterSize,scatterColor); %变大小和颜色

(8.10) pie

例：一个公司有一批钢材需要购进，9Mn2V预计消费1.5万，9SiCr预计消费2.0万，Cr2预计消费4.0万，Cr12预计消费2.5万。现在需要统计各部分钢材消费的占比，并且突出显示消费占比最大和最小的钢材种类。

clc;clear;
prices = [1.5 2.0 4.0 2.5];
explode = [1 0 1 0]; %0表示不突出显示，1表示突出显示
pie(prices,explode);
legend('9Mn2V','9SiCr','Cr2','Cr12','Location','SouthWestOutside');

(8.11) bar

例：某公司在2010~2020年每年的营业额为：0.5、0.8、1.0、1.5、0.9、1.3、1.4、1.2、1.8、1.9、2.0（单位：亿元），用竖直条形图来显示该公司的营业额随年份的走向。

clc;clear;
%x = 2010:2020;
x = linspace(1,11,11);
y = [0.5 0.8 1.0 1.5 0.9 1.3 1.4 1.2 1.8 1.9 2.0];
bar(x,y,0.4); %将各条形的宽度设置为各条形可用总空间的40%
set(gca,'XTickLabel',{'2010','2011','2012','2013','2014','2015','2016','2017','2018','2019','2020'});

例：用竖直条形图记录10个学生的语、数、外成绩。

clc;clear;
chinese = [80 85 84 90 86 91 95 76 82 94];
math = [96 97 94 85 89 93 100 99 87 82];
english = [95 96 85 87 83 94 92 82 96 76];
x = linspace(1,10,10);
y = [chinese;math;english]';
subplot(121);
bar(x,y,'grouped'); %默认
set(gca,'XTickLabel',{'学生1','学生2','学生3','学生4','学生5','学生6','学生7','学生8','学生9','学生10'});
legend('语文成绩','数学成绩','英语成绩');
subplot(122);
h = bar(x,y,'stacked');
set(h(2),'FaceColor',[0 .5 .5],'EdgeColor',[0 .9 .9],'LineWidth',1.5); %改变第二组的颜色和线宽
set(gca,'XTickLabel',{'学生1','学生2','学生3','学生4','学生5','学生6','学生7','学生8','学生9','学生10'});
legend('语文成绩','数学成绩','英语成绩');

(8.12) barh

例：某公司在2010~2020年每年的营业额为：0.5、0.8、1.0、1.5、0.9、1.3、1.4、1.2、1.8、1.9、2.0（单位：亿元），用水平条形图来显示该公司的营业额随年份的走向。

clc;clear;
x = linspace(1,11,11);
y = [0.5 0.8 1.0 1.5 0.9 1.3 1.4 1.2 1.8 1.9 2.0];
barh(x,y,1);
set(gca,'YTickLabel',{'2010','2011','2012','2013','2014','2015','2016','2017','2018','2019','2020'});

例：用水平条形图记录10个学生的语、数、外成绩。

clc;clear;
chinese = [80 85 84 90 86 91 95 76 82 94];
math = [96 97 94 85 89 93 100 99 87 82];
english = [95 96 85 87 83 94 92 82 96 76];
x = linspace(1,10,10);
y = [chinese;math;english]';
subplot(121);
barh(x,y,'grouped'); %默认
set(gca,'YTickLabel',{'学生1','学生2','学生3','学生4','学生5','学生6','学生7','学生8','学生9','学生10'});
legend('语文成绩','数学成绩','英语成绩');
subplot(122);
h = barh(x,y,'stacked');
set(gca,'YTickLabel',{'学生1','学生2','学生3','学生4''学生5','学生6','学生7','学生8','学生9','学生10'});
legend('语文成绩','数学成绩','英语成绩');

(8.13) histogram

clc;clear;
a = randn(100,1);
b = randn(100,1);
histogram(a,10);
hold on;
histogram(b,10);
legend('a','b');

(8.14) stem

clc;clear;
x = linspace(0,2*pi,50);
y1 = sin(x);
y2 = sin(x+pi/2);
y3 = sin(x+pi);
hold on;
axis tight;
stem(x,y1);
stem(x,y2,'fill'); %将火柴头填充
stem(x,y3,'diamond','fill'); %菱形填充火柴头

(8.15) stairs

clc;clear;
x = linspace(0,4*pi,20);
y = sin(x);
stairs(x,y,'LineWidth',2,'Marker','d','MarkerFaceColor','c');

(8.16) errorbar

例：A地1-6月份降雨量的平均值分别为12、11、7、7、6和5，各月降雨量的方差分别为0.5、0.4、0.3、1、0.3和0.5；B地1-6月份降雨量的平均值分别为10、8、5、4、3和3，各月降雨量的方差分别为0.4、0.3、0.4、0.6、0.3和0.5。

clc;clear;
x = 1:6; %月份
y1 = [12,11,7,7,6,5]; %A地的降雨量
var1 = [0.5,0.4,0.3,1,0.3,0.5]; %A地的方差
y2 = [10,8,5,4,3,3]; %B地的降雨量
var2 = [0.4,0.3,0.4,0.6,0.3,0.5]; %B地的方差
errorbar(x,y1,var1,'r-o','vertical'); %竖直误差条(默认)
hold on;
errorbar(x,y2,var2,'b-s','horizontal'); %水平误差条，还可以为both，代表水平、竖直误差条同时出现
xlabel('月份');ylabel('降雨量');
legend('A地','B地');

(8.17) polarplot

clc;clear;
theta = 0:0.01:2*pi;
rho = sin(2 * theta).*cos(2 * theta);
polarplot(theta,rho); %polar函数的升级版

(8.18) ezpolar

ezpolor(f,[thetamin,thetamax]); %绘制rho=f(theta)的theta在[thetamin,thetamax]上的图像

clc;clear;
ezpolar('1 - sin(theta)',[0,2*pi]);

(8.19) compass

clc;clear;
theta = linspace(pi/4,2*pi,10);
rho = linspace(5,20,10);
[u,v] = pol2cart(theta,rho);
c = compass(u,v); %以(0,0)为起点、(u,v)为终点绘制箭头
%着重标出第一个箭头
c(1).LineWidth = 2;
c(1).Color = 'r';

(8.20) polarscatter

clc;clear;
theta = pi/4:pi/4:2*pi;
rho = [19 6 12 18 16 11 15 15];
size = 100 * [6 15 20 3 15 3 6 40];
color = [1 2 2 2 1 1 2 1];
polarscatter(theta,rho,size,color,'filled');

(8.21) polarhistogram

clc;clear;
theta = 0 + (2*pi - 0) * rand(20,1); %生成[a,b]上的m×n的随机数：r=a+(b-a)*rand(m,n);
polarhistogram(theta,10); %polarhistogram是rose的升级版

(8.22) contour

clc;clear;
[X,Y,Z] = peaks;
contour(X,Y,Z,5,'--','LineWidth',3,'ShowText','on'); %绘制Z的5条等高线并显示标签

(8.23) fcontour

fcontour(f,[xmin,xmax,ymin,ymax]); %绘制z=f(x,y)的x在[xmin,xmax]、y在[ymin,ymax]上的等高线图

clc;clear;
f = @(x,y) exp(-(x/3).^2-(y/3).^2) + exp(-(x+2).^2-(y+2).^2);
h = fcontour(f);
h.LineWidth = 2;
h.LevelList = [1 0.9 0.8 0.2 0.1];
h.Fill = 'on';
colorbar;

(8.24) contourf

clc;clear;
[X,Y,Z] = peaks(50);
contourf(X,Y,Z,[2 3 4],'ShowText','on','LineWidth',2);

(8.25) quiver

clc;clear;
[X,Y,Z] = peaks(20);
contour(X,Y,Z,15);
[u,v] = gradient(Z);
hold on;
quiver(X,Y,u,v); %在(X,Y)处绘制向量场图，(u,v)为速度分量

(8.26) area

clc;clear;
x = linspace(0,2*pi,100);
y = sin(x);
h = area(x,y);
h.FaceColor = 'cyan';
h.EdgeColor = 'r';
h.LineWidth = 2;
h.FaceAlpha = 0.5; %面透明度，值为1表示不透明，值为0表示完全透明
h.EdgeAlpha = 0.5; %边透明度，值为1表示不透明，值为0表示完全透明
h.LineStyle = '--';
h.LineWidth = 2;
h.AlignVertexCenters = 'on'; %锐化垂直线和水平线 绘制Y对X的图

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$$参考资料来源$$

1. 《科学计算与MATLAB语言》.刘卫国.蔡旭晖.吕格莉.何小贤.中国大学MOOC.
2. 《MATLAB软件与基础数学实验》.李换琴.朱旭.王勇茂.籍万新.西安交通大学出版社.
3. 《MATLAB R2018a完全自学一本通》.刘浩.韩晶.电子工业出版社.
4. 《MATLAB工程与科学绘图》.周博.薛世峰.清华大学出版社.
5. 《Matlab教程 - 图像处理(第1讲)》.正月点灯笼.https://www.bilibili.com.
6. 《Matlab教程 - 图像处理(第2讲：喵去哪了)》.正月点灯笼.https://www.bilibili.com.
7. 《MATLAB从入门到秃头》.古德谓尔.https://www.bilibili.com.
8. 《自动控制原理实验教程》.巨林仓.西安交通大学出版社.

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