Matlab系列之二维图形（下）

续上篇Matlab系列篇的二维图形，本篇将完成剩下二维图形部分篇章…
Matlab系列之二维图形（上）

交互式绘图

交互式绘图的意思就是可以使用鼠标对图形进行操作，具体的实现看待会的演示，首先了解几个会用到的函数：ginput、gtext和zoom，其中ginput只能用于二维图形绘制，另外两个还适用于三维图形绘制。

ginput

语法格式：[x,y]=ginout(n)

功能描述：用鼠标确定n个点的数据坐标(x,y)，因此要注意，n必须是正整数。只要运行了该指令，会将所对应的图像置于首层，鼠标此时也会变成十字形，然后移动鼠标找到待取点的位置，单击将该点的坐标数据值存入[x,y]，依次获得剩余n-1个待取点的坐标数据，全部获取完成后，图像窗口退出首层，状态也回到该指令执行前。

gtext

语法格式：gtext(arg)

功能描述：通过鼠标操作的方式，把arg对应的字符串或字符串元胞数组放置到对应的位置作为文字描述，运行该指令的状态和ginput的一致，单个字符串，单击一次鼠标就放置完成，多个字符串，就多次点击，直到操作完成。

zoom

zoom是用于图像缩放，跟随不同的搭配组合，可以实现不同的缩放形式，对应的指令如下表

指令格式	说明
zoom xon	可按x轴进行缩放
zoom yon	可按y轴进行缩放
zoom on	当前图形可缩放
zoom off	当前图形不可缩放
zoom	on和off的相互切换
zoom out	还原到图形的初始状态
zoom(factor)	设定具体的缩放比例，默认值为2

Note：运行缩放指令后，单击可进行图形的放大缩小，长按鼠标左键并框选放大区域，再释放左键，对应的区域放大，右键则缩小。

双坐标轴绘图

这个双坐标轴的意思就是把两个不同量纲、不同数量级的自变量对应的因变量绘制在同一张图上，且具有左右两个纵轴，和直接plot(x1,y1,x2,y2)的结果有一点区别，具体的指令是plotyy；

语法格式：plotyy(x1,y1,x2,y2)、plotyy(x1,y1,x2,y2，fun1)、plotyy(x1,y1,x2,y2,fun1,fun2)

其中fun1和fun2是指定的函数，可以为：plot, semilogx, semilogy, loglog, stem等。然后按照函数指定的形式绘图

使用方式如下：

plotyy(x1,y1,x2,y2,'loglog')%字符串的形式调用
plotyy(x1,y1,x2,y2,@loglog)%函数句柄的形式调用

以下举个实现例子：

x1=0:0.1:4;
x2=0:0.2:4;
y1=x1.*sin(x1);
y2=x2.*cos(x2);
plotyy(x1,y1,x2,y2,@stem,'plot');
text(2,-1,'\ity=x*sinx');
text(3,1,'\ity=x*cosx');

结果

两个特殊的绘图指令

在此处之前用到的plot指令，都是针对已经得到的数据，根据这些数据进行绘图，假如一个函数的自变量变化趋势是未知的，那么使用plot指令，就可能出现间隔不合理，图形也没法很好反应函数的效果，所以fplot和ezplot需要做些使用了解。

fplot

该指令会根据软件内部设置的自适应算法，动态的决定自变量的离散间隔，自变量数值之间变化快的，间隔小，变化慢间隔就大。

语法格式：

fplot(fun,limits)%fun是需要绘制的函数，limits代表自变量的取值范围[xmin,xmax]，也可限制因变量和自变量的范围[xmin,xmax;ymin,ymax]
fplot(fun,limits,linespec)%linespec指定图形线型、颜色、标记等属性
fplot(fun,limits,tol)%tol为允许的误差范围
fplot(fun,limits,n)%至少要绘制n+1个点

示例：

subplot(221);fplot(@sin,[0,4*pi],'-*');
subplot(222);fplot(@(x)sin(1/x),[0.01,0.1],'-*');
subplot(223);fplot(@(x)abs((exp(-j*x*(0:9)))*ones(10,1)),[0,2*pi],'-*');
subplot(224);fplot(@(x)[sin(x),cos(x),tan(x)],[-2*pi,2*pi],'-*');

结果：

结果显然很符合函数的变化规律

ezplot

ezplot就更直接了，指定一块区域，不准备数据就直接把图画出来，调用的基本格式：ezplot(f)，f是代表数学函数的符号表达式（字符串），只有一个符号变量（注意看等下的示例就知道是怎样的意思了）

语法格式：

ezplot(f,[min,max])%设置x的自变量范围[min,max]，y方向默认
ezplot(f,[xmin,xmax,ymin,ymax])%x方向的变量范围[xmin,xmax]，y方向的变量范围[ymin,ymax]
ezplot(x,y)%(-2*pi到2*pi)默认范围绘制x和y
ezplot(x,y,[min,max])%[min,max]范围内绘制x,y

示例

ezplot('x+y=3',[-5 5 -1 3])
axis square

结果

特殊绘图指令

刚刚在双坐标轴绘图的地方，有写到几个特殊的对数指令，这边也当作特殊指令一起介绍下。

1）对数坐标轴指令

semilogx(...)%在x轴上采用常用对数进行标定，使用格式和plot相同，以下两个也一样
semilogy(...)%在y轴上采用常用对数进行标定
loglog(...)%x和y都采用常用对数进行标定

示例1

x=0.001:0.001:20;
y=5+log(x)+x;
semilogx(x,y,'b');
hold on
semilogx(x,x+3,'g');

结果1（仔细看图的x坐标）

示例2

%y=x^3函数图
x=[1:100];
subplot(311);
plot(x,x.^3);
title('plot y=x^3')

%y=x^3对数坐标图
subplot(312)
loglog(x,x.^3);
title('loglog logy=logx^3')

%y=x^3半对数坐标图
subplot(313)
semilogy(x,x.^3);
title('semilogy logy=x^3')

结果2

2）极坐标函数ploar

语法格式

polar(theta,rho)%theta：夹角 rho：极径
polar(theta,rho,s)%s指定极坐标图形的样式和颜色

示例

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

结果

特殊图形

从matlab的界面，菜单中的绘图选项，就可以看到除了最常见的plot所得的曲线图以外，还有柱状图、饼状图、直方图等等相对特殊的图形，该部分将介绍几种特殊的图形，如果还有更特殊的图形要求，可以在绘图菜单中，图片右边那个下三角点开找找对应的绘制函数。

关于各图形函数的用处就不扯多了，直接介绍下这些特殊图形函数的简单使用吧。

柱状图

顾名思义，就是柱状的图……

调用：bar(x,y,width,param);
说明：x,y分别为横纵坐标向量，x在默认状态下取值为y的向量长度，假设其值分别为m和n，则构成m x n的矩阵，所得的图形即：m组柱状图，每组有n条；width为竖条的宽度，默认是0.8，若值超过1，则会竖条之间会发生重叠；param为参数，有分组式（grouped）和累加式（stacked）,默认是分组式；
备注：bar是二维的直柱状图，还有bar3（三维垂直柱状图，参数多了给分离式【detached】），barh（水平柱状图），bar3h（三位水平柱状图）

演示

Y=round(rand(5,3)*10);%产生5*3的随机矩阵数据
subplot(221);
bar(Y,'grouped');%分组式
title 'Group'
subplot(222);
bar(Y,'stacked');%累加式
title 'Stack'
subplot(223);
barh(Y,'stacked');%水平柱状图，累加式
title 'Stack'
subplot(224);
bar(Y,1.5);%1.5的宽度，发生图形叠加
title 'Width=1.5'

结果

面积图

也有叫区域图，这个就只适用于二维了，具体往下看

调用：area(x,y)
说明：绘制 Y 对 X 的图，并填充 0 和 Y 之间的区域。X 的值可以是数值、日期时间、持续时间或分类值。
	如果 Y 是向量，则将 X 指定为由递增值组成的向量，其长度等于 Y。如果 X 的值不增加，则 area 将在绘制之前对值进行排序。
	如果 Y 是矩阵，则将 X 指定为由递增值组成的向量，其长度等于 Y 的行数。area 将 Y 的列绘制为填充区域。对于每个 X，最终结果是 Y 行的相应值的和。还可以将 X 指定为大小等于 Y 的矩阵。为了避免 X 为矩阵时出现意外输出，一般将 X 的列指定为重复列。

演示

Y = [1, 5, 3;
     3, 2, 7;
     1, 5, 3;
     2, 6, 1];%构建矩阵
figure
area(Y)
set(gca,'layer','top');
title 'Area'

结果

实心图

实心就很好理解了，一个图，然后起点和终点连接成多边形，再填充颜色，所以函数就是===>【fill】

调用：fill(X,Y,C)
说明：根据 X 和 Y 中的数据创建填充的多边形（顶点颜色由 C 指定）。C 是一个用作颜色图索引的向量或矩阵。如果 C 为行向量，length(C) 必须等于 size(X,2) 和 size(Y,2)；如果 C 为列向量，length(C) 必须等于 size(X,1) 和 size(Y,1)。必要时，fill 可将最后一个顶点与第一个顶点相连以闭合多边形。X 和 Y 的值可以是数字、日期时间、持续时间或分类值。

另一个用法：fill(X1,Y1,C1,X2,Y2,C2,...) %指定多个二维填充区。

演示

t = (1/16:1/8:1)'*2*pi;
x = cos(t);
y = sin(t);
fill(x,y,'r')%创建一个红色八边形
axis square

结果

向量图

plot可以绘制复数向量图，还有compass（罗盘图）和feather（速度向量，也可以称为羽毛图，挺像羽毛的）

调用：compass(z)或compass(u,v);feather(z)或feather(u,v)
说明：z代表复数向量，u和v分别代表复数向量的实部和虚部

演示1

%创建一个由随机矩阵的特征值构成的罗盘图。
rng(0,'twister') %初始化随机数生成
M = randn(20,20);
Z = eig(M);
figure
compass(Z)

结果1

演示2

theta = -pi/2:pi/16:pi/2;%将 theta 定义为介于 −2π 和 2π 之间的值。
r = 2*ones(size(theta));%定义 r 为与 theta 同样大小的向量。
[u,v] = pol2cart(theta,r);%创建显示 theta 的方向的羽毛图。由于 feather 使用笛卡尔坐标，使用 pol2cart 将 theta 和 r 转换为笛卡尔坐标。
feather(u,v)

结果2

饼状图

弄占比的统计时，就很常见了，使用如下

调用：pie(X,explode,'label')
说明：X 是向量。explode和x同长度的向量，决定是否从饼图中分离出对应的块，非零就表示该部分饼块要分离；label标注饼图的字符串数据
备注：三维饼图用pie3，使用格式和pie的相同

演示

x=[1 3 0.5 2.5 3];%为方便理解，直接设置了和为10的五个数，然后按百分比就分别是：10% 30% 5% 25% 30%
explode=[0 1 0 0 1];%将第2、5块饼图进行偏移，即将两个3分别代表的饼块从原本的饼状图分离出来
subplot(211);
pie(x,explode);%直接绘制
labels={'1','2','3','4','5'};%设置五块饼对应的标注
subplot(212);
pie(x,explode,labels);%直接绘制+标注
colormap prism

结果

直方图

直方图的话，做数据分布情况分析的时候应该用得上，直接还是一样，说下怎么使用吧

调用：hist(x)、hist(x,nbins)
说明：x是一个待划入统计的元素组，nbins是指定直方图分布间隔

演示

x = randn(1000,3); %产生1000*3的随机数组合
subplot(221)
hist(x)%直接绘图，自动等距间隔
subplot(222)
hist(x,(-4:4));
subplot(223)
hist(x,(-2:2));
subplot(224)
hist(x,[-4 -2 -1.5 0 0.5 3]);

结果（注意看中心，以及第四幅图未按比例进行指定间距时，会标记出给定值的位置）

结语

磨磨蹭蹭的，终于写完了这篇，前段时间忙着换工作，这一个多月也就直接过去了，内容上，还是很多没能够详细记录下来，感觉过于那些过于细节了，写多了，总感觉容易把看的人带入坑，而不愿意自己再根据官方的资料（help或doc获取）进行学习了，毕竟官方提供的文档更加齐全，函数的各种用法都有加以解释，只是解释可能会相对比较抽象一些，所以掌握了一定的基础，再去折腾会容易很多。

由于写的时间断断续续的，可能存在一定的不足，所以有问题，欢迎指出~

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