MATLAB第九章_数据图形可视化
目录
数据图形可视化
MATLAB图形窗口
函数绘制
一元函数绘制
二元函数绘图
数据图形绘制简介
离散数据可视化
连续函数可视化
二维绘图函数
基本绘图
快速方程式画图
特殊二维图形
三维绘图函数
绘制三维曲面
生成栅格数据
网格曲线绘制
隐藏线的显示和关闭
数据图形可视化
MATLAB图形窗口
MATLAB中可以使用函数Figure来建立图形窗口，在MATLAB命令框中输入Figure（x），x为正整数，就会得到图形框名称为x的图形，直接输入时默认图形框名称为1。
关闭与清除图形框
函数绘制
一元函数绘制
可以通过ezplot绘制任意一元函数：
对于显函数，fun
ezplot(fun)绘制表达式fun(x)在默认定义域 -2π <x< 2π 上的图形，其中fun(x)仅是x的显函数。fun可以是函数句柄、字符向量或字符串。
ezplot(fun,[xmin,xmax])绘制fun(x)在以下域上的图形：xmin<x<xmax。对于隐函数，
fun2(x,y)：
ezplot(fun2)在默认域 -2π <x< 2π 和 -2π <y< 2π 中绘制fun2(x,y) = 0。
ezplot(fun2,[xymin,xymax])在xymin<x<xymax和xymin<y<xymax域中制fun2(x,y) = 0。
ezplot(fun2,[xmin,xmax,ymin,ymax])在xmin<x<xmax和ymin<y<ymax域中绘制fun2(x,y) = 0。
ezplot(funx,funy)绘制以参数定义的平面曲线funx(t)和funy(t)在默认域 0 <t< 2π 上的图形。
ezplot(funx,funy,[tmin,tmax])绘制funx(t)和funy(t)在tmin<t<tmax上的图形。
ezplot(...,fig)将图窗绘制到由fig标识的图窗窗口中。使用包含一个域的上述语法中的任意输入参数组合。域选项是[xmin xmax]、[xymin xymax]、[xmin xmax ymin ymax]和[tmin tmax]。
ezplot(ax,...)将图形绘制到坐标区ax中，而不是当前坐标区 (gca) 中。
h = ezplot(...)返回图形线条或等高线对象。
f='x.^3+y.^2-3';
ezplot(f)
%x.^3+y.^2-3=0的曲线
二元函数绘图
对于二元函数z=f（x，y），可以借用符号函数提供的函数ezmesh绘制各类图形，也可以用meshgrid函数获得矩阵z，或者使用循环语句for（或者while）来计算矩阵z的元素。
（1）函数ezmesh（不推荐）
ezmesh(fun)使用 mesh 函数创建fun(x,y)的图形。fun在默认域 -2π <x< 2π，-2π <y< 2π 中绘制。
ezmesh(fun,domain)在指定的domain中绘制fun。domain可以是 4×1 向量 [xmin,xmax,ymin,ymax] 或 2×1 向量 [min,max]（其中min<x<max，min<y<max）。
ezmesh(funx,funy,funz)在 -2π <s< 2π 和 -2π <t< 2π 的正方形中绘制参数曲面图funx(s,t)、funy(s,t)和funz(s,t)。
（2）函数fmsh
fmesh(f)在x和y的默认区间[-5 5]为表达式z = f(x,y)创建网格图。
fmesh(f,xyinterval)将在指定区间绘图。要对x和y使用相同的区间，请将xyinterval指定为[min max]形式的二元素向量。要使用不同的区间，请指定[xmin xmax ymin ymax]形式的四元素向量。
fmesh(funx,funy,funz)在默认区间[-5 5]（对于u和v）绘制由x = funx(u,v)、y = funy(u,v)、z = funz(u,v)定义的参数化网格。
fmesh(funx,funy,funz,uvinterval)在指定区间绘制参数化网格。要对u和v使用相同的区间，请将uvinterval指定为[min max]形式的二元素向量。要使用不同的区间，请指定[umin umax vmin vmax]形式的四元素向量。
fmesh(___,LineSpec)设置网格的线型、标记符号和颜色。例如，'-r'指定红色线条。在前面的任何输入参数组合之后使用此选项。
fmesh(___,Name,Value)使用一个或多个名称-值对组参数指定网格的属性。可以将此选项与前面语法中的任何输入参数组合一起使用
（3）函数meshgrid
[X,Y] = meshgrid(x,y)基于向量x和y中包含的坐标返回二维网格坐标。X是一个矩阵，每一行是x的一个副本；Y也是一个矩阵，每一列是y的一个副本。坐标X和Y表示的网格有length(y)个行和length(x)个列。
[X,Y,Z] = meshgrid(x,y,z)返回由向量x、y和z定义的三维网格坐标。X、Y和Z表示的网格的大小为length(y)×length(x)×length(z)。
x=0:0.1:2; % 给出x 数据
y=-2:0.1:2; % 给出y 数据
[X,Y]=meshgrid(x,y); % 形成三维图形的X 和Y 数组
Z=X.^3+Y.^3;
surf(X,Y,Z);xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z');
title('z=x^3+y^3')
（4）循环语句
clear all
clc
x=0:0.1:2; % 给出x 数据
y=-2:0.1:2; % 给出y 数据
z1=y.^3;
z2=x.^3;
nz1=length(z1);
nz2=length(z2);
Z=zeros(nz1,nz2);
for r=1:nz1
for c=1:nz2
Z(r,c)=z1(r)+z2(c);
end
end
surf(x,y,Z); ;xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z');
title('z=x^3+y^3')数据图形绘制简介
离散数据可视化
可以用stem绘制茎图：
stem(Y)将数据序列Y绘制为从沿 x 轴的基线延伸的针状图。各个数据值由终止每个针状图的圆指示。
如果
Y是向量，x 轴的刻度范围是从 1 至length(Y)。如果
Y是矩阵，则stem将根据相同的 x 值绘制行中的所有元素，并且 x 轴的刻度范围是从 1 至Y中的行数。clear all clc figure t = linspace(-2*pi,2*pi,8); h = stem(t); set(h(1),'MarkerFaceColor','blue') set(h(2),'MarkerFaceColor','red','Marker','square')
stem(x,y,设置绘图时的线型、颜色等设置'option')
stem(x,y,填充圆。可以将此选项与前面语法中的任何输入参数组合一起使用。'filled')clear all clc figure x = 0:20; y = [exp(-.05*x).*cos(x);exp(.06*x).*cos(x)]'; %注意此时y有两个值 h = stem(x,y); set(h(1),'MarkerFaceColor','blue') set(h(2),'MarkerFaceColor','red','Marker','square')
用图形表示离散函数
clear all
clc
n=0:10; % 产生一组10个自变量函数Xn
y=1./abs(n-6); % 计算相应点的函数值Yn
plot(n,y,'r*','MarkerSize',25)
% 用尺寸15的红星号标出函数点
grid on % 画出坐标方格
连续函数可视化
对于连续函数可以取一组离散值自变量，然后计算函数值。
subplot(m,n,p)将当前图窗划分为m×n网格，并在p指定的位置创建坐标区。按行号对子图位置进行编号。第一个子图是第一行的第一列，第二个子图是第一行的第二列，依此类推。如果指定的位置已存在坐标区，则此命令会将该坐标区设为当前坐标区。
axis(limits)指定当前坐标区的范围。以包含 4 个、6 个或 8 个元素的向量形式指定范围。
plot(X1,Y1,LineSpec1,...,Xn,Yn,LineSpecn)设置每个线条的线型、标记符号和颜色。您可以混用X、Y、LineSpec三元组和X、Y对组：例如plot(X1,Y1,X2,Y2,LineSpec2,X3,Y3)。
clear all
clc
t1=(0:12)/12*pi; % 自变量取13个点
y1=sin(t1).*sin(9*t1); % 计算函数值
t2=(0:50)/50*pi; % 自变量取51个点
y2=sin(t2).*sin(9*t2);
subplot(2,2,1); % 在子图1上画图
plot(t1,y1,'r.'); % 用红色的点显示
axis([0,pi,-1,1]); % 定义坐标大小
title('子图1'); % 显示子图标题
% 子图2用红色的点显示
subplot(2,2,2);
plot(t2,y2,'r.');
axis([0,pi,-1,1]);
title('子图2')
% 子图3用直线连接数据点和红色的点显示
subplot(2,2,3);
plot(t1,y1,t1,y1,'r.')
axis([0,pi,-1,1]);
title('子图3')
% 子图4用直线连接数据点
subplot(2,2,4);
plot(t2,y2);
axis([0,pi,-1,1]);
title('子图4')
二维绘图函数
基本绘图
text(x,y,txt)使用由txt指定的文本，向当前坐标区中的一个或多个数据点添加文本说明。若要将文本添加到一个点，请将x和y指定为标量。若要将文本添加到多个点，请将x和y指定为长度相同的向量。
clear all
clc
x = 0 :0.1 : 4*pi;
y = exp ( 2*cos ( x ) );
figure(1)
plot(x,y,'b.')
title('test') % 图名
xlabel('x');
ylabel('y') % 轴名
legend('e2cosx') % 图例
text(2,0.5,'y= e2cosx ') % 文字
axis([0,4*pi,-1,1]) %设置轴的范围
grid on %画坐标分隔线
clear all
clc
t=(0:pi/5:2*pi)'; % 横坐标列向量
k=0.3:0.1:1; %8个幅值
Y=cos(t)*k; % 8条函数值矩阵
plot(t,Y)
clear all
clc
t=(0:pi/100:4*pi)'; % 长度为101的时间采样序列，'表示转置
y1=sin(t)*[1,-1]; % 包络线函数值，101×2矩阵
y2=sin(t).*sin(9*t); % 长度为101的调制波列向量
t3=pi*(0:9)/9;
y3=sin(t3).*sin(9*t3);
plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'b*') % 绘制三组曲线
axis([0,2*pi,-1,1]) % 控制轴的范围
clear all
clc
t=linspace(0,2*pi,100)'; % 产生100个数
X=[cos(t),cos(2*t),cos(3*t)]+i*sin(t)*[1,1,1]; %100x3的复数矩阵
plot(X),axis square; %使坐标轴长度相同
legend('1','2','3') 
clear all
clc
th=[0:pi/50:2*pi]';
a =[0.5:.5:4.5];
X =cos(th)*a;
Y =sin(th)*sqrt(25-a.^2);
plot(X,Y)
axis('equal')
xlabel('x')
ylabel('y')
title('A set of Ellipses')
Z=peaks返回在一个 49×49 网格上计算的 peaks 函数的 z 坐标。示例
Z=peaks(n)返回在一个n×n网格上计算的 peaks 函数。如果将n指定为长度为 k 的向量。z = peaks plot(z)
y=1:length(peaks) plot(peaks,y)
快速方程式画图
fplot
clear all clc fplot('x-cos(x^2)-sin(2*x^3)',[-4,4]) %绘制图形
ezplot
clear all clc ezplot('x^2') %绘制图形
特殊二维图形
（1）极坐标
polarplot(theta,rho)在极坐标中绘制线条，由theta表示弧度角，rho表示每个点的半径值。输入必须是长度相等的向量或大小相等的矩阵。如果输入为矩阵，polarplot将绘制rho的列对theta的列的图。也可以一个输入为向量，另一个为矩阵，但向量的长度必须与矩阵的一个维度相等。
polarplot(theta,rho,LineSpec)设置线条的线型、标记符号和颜色。
clear all
clc
t=0:0.1:3*pi; %极坐标的角度.
polarplot(t,abs(cos(5*t)));
（2）对数坐标系
对数坐标曲线函数：semilogx, semilogx(y), semilogy
semilogx(X,Y)在 x 轴上使用以 10 为底的对数刻度、在 y 轴上使用线性刻度来绘制 x 和 y 坐标。semilogx(Y) 绘制 Y 对一组隐式 x 坐标的图,X的坐标刻度为对数，Y为线性刻度。
如果 Y 是向量，则 x 坐标范围从 1 到 length(Y)。
如果 Y 是矩阵，则对于 Y 中的每个列，图中包含一个对应的行。x 坐标的范围是从 1 到 Y 的行数。
如果 Y 包含复数，semilogx 绘制 Y 的虚部对 Y 的实部的图。
semilogy(X,Y)在 x 轴上使用线性刻度、在 y 轴上使用以 10 为底的对数刻度来绘制 x 和 y 坐标。
clear all
clc
t = 0 : 900;
A = 1000;
a = 0.005;
b = 0.005;
z1 = A * exp ( -a * t ); %对数函数
z2 = sin ( b * t ); %正弦函数
[ haxes, hline1, hline2 ] = plotyy ( t, z1, t, z2, 'semilogy', 'plot' );
axes ( haxes ( 1 ) )
ylabel ( '对数坐标' )
axes ( haxes ( 2 ) )
ylabel ( '直角坐标' )
set (hline2, 'LineStyle', ' -- ' ) 
（3）柱坐标系：pol2cart
（4）球坐标系：sph2cart
(5)饼图
clear all
clc
x=[13,28,23,43,22];
pie(x)将某一部分切开：
clear all
clc
x=[13,28,23,43,22];
y=[0 0 0 0 1]
pie(x,y)
不断增加axis square后，绘制出的图形会越来越扁平
如果加入命令axis equal tight， 则会绘出最扁平的椭圆图形
三维绘图函数
绘制三维曲面
可以使用mesh、meshc或者meshz来绘制不同形式的网格曲面。
使用函数surf、surfc来绘制三维网格曲面
surf(X,Y,Z)创建一个三维曲面图，它是一个具有实色边和实色面的三维曲面。该函数将矩阵Z中的值绘制为由X和Y定义的 x-y 平面中的网格上方的高度。曲面的颜色根据Z指定的高度而变化。
surfc(X,Y,Z)创建一个三维曲面图，其下方有等高线图。曲面图是一个具有实色边和实色面的三维曲面。该函数将矩阵Z中的值绘制为由X和Y定义的 x-y 平面中的网格上方的高度。曲面的颜色根据Z指定的高度而变化。
[X,Y,Z] = sphere返回球面的 x、y 和 z 坐标而不对其绘图。返回的球面的半径等于1，由 20×20 个面组成。该函数以三个21×21矩阵形式返回 x、y 和 z 坐标。要使用返回的坐标绘制球面，请使用surf或mesh函数。
[X,Y,Z] = sphere(n)返回半径等于1且包含n×n个面的球面的 x、y 和 z 坐标。该函数以三个(n+1)×(n+1)矩阵形式返回 x、y 和 z 坐标。clear all clc figure [X,Y,Z]=sphere(30); %计算球体的三维坐标 surf (X,Y,Z); %绘制球体的三维图形 xlabel('x'), ylabel('y'), zlabel('z'); title(' shading faceted ');
注意：在图形窗口，需要将图形属性Renderer设置为Painters，才能显示出坐标名词和图形标题。
生成栅格数据
meshgrid
[X,Y] = meshgrid(x,y)基于向量x和y中包含的坐标返回二维网格坐标。X是一个矩阵，每一行是x的一个副本；Y也是一个矩阵，每一列是y的一个副本。坐标X和Y表示的网格有length(y)个行和length(x)个列。
[X,Y] = meshgrid(x)与[X,Y] = meshgrid(x,x)相同，并返回网格大小为length(x)×length(x)的方形网格坐标。
[X,Y,Z] = meshgrid(x,y,z)返回由向量x、y和z定义的三维网格坐标。X、Y和Z表示的网格的大小为length(y)×length(x)×length(z)。
x = 1:3;
y = 1:5;
[X,Y] = meshgrid(x,y)
%结果
X = 5×3
1 2 3
1 2 3
1 2 3
1 2 3
1 2 3
Y = 5×3
1 1 1
2 2 2
3 3 3
4 4 4
5 5 5网格曲线绘制
mesh(X,Y,Z)创建一个网格图，该网格图为三维曲面，有实色边颜色，无面颜色。该函数将矩阵Z中的值绘制为由X和Y定义的 x-y 平面中的网格上方的高度。边颜色因Z指定的高度而异。meshc：在绘图的同时，在x-y平面上绘制函数的等值线
meshz：在网格基础上在图形的底部外侧绘制三维网格图
clear all
clc
x=-8:0.5:8;
y=x;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
% R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
R=sqrt(X.^2+Y.^2)
Z=sin(R)./R;
mesh(X,Y,Z)
grid on
隐藏线的显示和关闭
hidden on是去掉网格曲面的隐藏线
hidden off是显示网格曲面的隐藏线
close all
clear
x=-8:0.5:8;
y=x;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
Z=sin(R)./R;
subplot(1,2,1)
mesh(X,Y,Z)
hidden on
grid on
title('hidden on')
axis([-10 10 -10 10 -1 1])
subplot(1,2,2)
mesh(X,Y,Z)
hidden off
grid on
title('hidden off')
axis([-10 10 -10 10 -1 1]) 
