Matlab應(yīng)用課程設(shè)計(jì)Matlab特殊圖形繪制

1、matlab課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息學(xué)院 題 目: matlab應(yīng)用課程設(shè)計(jì)matlab特殊圖形繪制 初始條件：matlab軟件 、數(shù)字信號(hào)處理與圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）利用matlab函數(shù)提供的特殊繪圖函數(shù)來實(shí)現(xiàn)區(qū)域圖、填充圖、條形圖、直方圖、圓體圖、球體、橢球體、（2維、3維）餅圖、排列圖、二維柄狀圖、三維柄狀圖、階梯圖、散點(diǎn)圖、輪廓圖、向量圖（羅盤圖；羽狀圖、箭頭圖、法線圖）。驗(yàn)證如下函數(shù)的功能：surfnorm, quiver, feather, compass, con

2、tour3, contour, plotmatrix, scatter, scatter3, stairs, stem, stem3, pareto, pie3, pie, ellipsoid, sphere, cylinder, hist, bar3, bar, fill3, fill, area.說明：利用具體實(shí)例說明matlab的各種繪圖函數(shù)的功能時(shí)間安排：本課程設(shè)計(jì)自任務(wù)書發(fā)布之日開始，分散進(jìn)行，答辯時(shí)間統(tǒng)一。序號(hào)階段內(nèi)容所需時(shí)間1方案設(shè)計(jì)1天2軟件設(shè)計(jì)2天3系統(tǒng)調(diào)試1天4答辯1天合 計(jì)5天指導(dǎo)教師簽名： 2016年1月10日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2016年1月10日目錄摘要3a

3、bstract41 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求51.1 設(shè)計(jì)任務(wù)51.2 設(shè)計(jì)要求52 軟件介紹52.1 matlab簡介53 matlab繪圖63.1區(qū)域圖的繪制63.1.1 area函數(shù)介紹63.1.2 用area繪制區(qū)域圖73.2 填充圖的繪制73.2.1 繪圖函數(shù)fill,fill373.2.2 用fill,fill3繪制填充圖73.3 直方圖的繪制93.3.1 繪圖函數(shù)bar,bar3，hist93.3.2 用bar,bar3，hist繪制直方圖93.4 二維、三維餅圖的繪制103.4.1 繪圖函數(shù)pie,pie3103.4.2 用pie,pie3繪制餅圖103.5 二維、三維柄狀圖的繪制113

4、.5.1 繪圖函數(shù)stem,stem3113.5.2 用stem,stem3繪制柄狀圖123.6階梯圖的繪制133.6.1 繪圖函數(shù)stairs133.6.2 用stairs繪制階梯圖133.7向量圖（羅盤圖、羽狀圖、箭頭圖、法線圖）的繪制133.7.1用feather繪制羽狀圖、用compass繪制羅盤圖133.7.2用 quiver繪制箭頭圖、用surfnorm法線圖143.8散點(diǎn)圖的繪制153.8.1 用scatter，scatter3繪制散點(diǎn)圖153.8.2 用plotmatrix繪制矩陣的散點(diǎn)圖163.9 輪廓圖的繪制173.9.1 繪圖函數(shù)contour，contour3173.9

5、.2 用contour，contour3繪制輪廓圖173.10 圓體圖、球體、橢球體的繪制183.10.1 用sphere繪制球183.10.2 用cylinder繪制橢球194 心得體會(huì)20參考文獻(xiàn)21摘要與數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算相比，圖形的可視化技術(shù)是數(shù)學(xué)計(jì)算人員所追求的更高級(jí)的一種技術(shù)，因?yàn)閷?duì)于數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算來說，不管計(jì)算的結(jié)果是多么的準(zhǔn)確，人們往往無法直接從大量的數(shù)據(jù)和符號(hào)中體會(huì)它們的具體含義。而圖形處理技術(shù)則給人們提供了一種更直接的表達(dá)方式，可以使人們更直接、更清楚地了解事物的結(jié)果和本質(zhì)。matlab語言除了有強(qiáng)大的矩陣處理功能之外，它的繪圖功能也是相當(dāng)強(qiáng)大的。matlab語言提供了

6、一套功能強(qiáng)大的繪圖命令，這些命令可以根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)自動(dòng)完成圖形的繪制，為計(jì)算過程和結(jié)果的可視化提供了極佳的手段。abstractsymbolic computationand numericalcalculation andcomparison, the graphis amathematicalvisualization technologystaffto pursueamore advancedtechnolo-gy, because fornumerical computation andsymbolic computation, no matterhowcalculatedthe ac

7、curacy ofthe results, people tend tonotdirectly from thelarge amount ofdata and thesymbolsof theirspecific meaningin theexperience.thegraphics processingtechnology isto provide people witha more directexpres-sion,can makepeople moredirectly andmore clearlyunderstandthe results andthe natureof things

8、. matlablanguageprocessingin addition toa strongmatrixfeatures,itsgraphicsis quitepowerful. matlablanguage providesa powerful set ofdrawingcommands thatcan bedone automaticallybased onthe data entereddrawing, process and results ofthe calculationprovides an excellentvisualmeans.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)matl

9、ab特殊圖形繪制1.2 設(shè)計(jì)要求利用matlab函數(shù)提供的特殊繪圖函數(shù)來實(shí)現(xiàn)區(qū)域圖、填充圖、條形圖、直方圖、圓體圖、球體、橢球體、（2維、3維）餅圖、排列圖、二維柄狀圖、三維柄狀圖、階梯圖、散點(diǎn)圖、輪廓圖、向量圖（羅盤圖；羽狀圖、箭頭圖、法線圖）。驗(yàn)證如下函數(shù)的功能：surfnorm, quiver, feather, compass, contour3, contour, plotmatrix, scatter, scatter3, stairs, stem, stem3, pareto, pie3, pie, ellipsoid, sphere, cylinder, hist, bar3,

10、 bar, fill3, fill, area.說明：利用具體實(shí)例說明matlab的各種繪圖函數(shù)的功能。2 軟件介紹2.1 matlab簡介matlab俗稱“矩陣實(shí)驗(yàn)室”，是matrix laboratory的縮寫。1984年由美國mathworks公司研制開發(fā)，以矩陣計(jì)算為基礎(chǔ)的交互式的功能強(qiáng)大的科學(xué)及工程計(jì)算軟件。首創(chuàng)者是在數(shù)值線性代數(shù)領(lǐng)域頗有影響的cleve moler博士。他也是生產(chǎn)經(jīng)營matlab產(chǎn)品的mathworks公司的創(chuàng)始人之一。 matlab將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一塊，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而使其廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)計(jì)算和分析、自動(dòng)控制、系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號(hào)處理、圖形

11、圖像分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、通訊工程、金融系統(tǒng)等領(lǐng)域。時(shí)至今日，經(jīng)過mathworks公司的不斷完善，matlab已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大的大型軟件。在國外，matlab已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，matlab已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動(dòng)控制理論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)間序列分析，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，matlab被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問題。在國內(nèi)，特別是工程界，matlab一定會(huì)盛行起來?？梢哉f，無論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在matlab

12、里找到合適的功能。因此，matlab是面向21世紀(jì)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)及科學(xué)計(jì)算語言。 圖2-1啟動(dòng)matlab后，進(jìn)入matlab的默認(rèn)桌面（如上圖）。第一行為菜單欄，第二行為工具欄，下面是三個(gè)最常用的窗口。右邊最大的是命令窗口（command window），左上方前臺(tái)為工作空間窗口(workspace)，后臺(tái)為當(dāng)前目錄窗口(current dircstory)，左下方為命令歷史窗口(command history)。左下角還有一個(gè)開始（start）按鈕，用于快速啟動(dòng)各類交互界面、桌面工具和幫助等。3 matlab繪圖3.1區(qū)域圖的繪制3.1.1 area函數(shù)介紹面域圖指令 area 。該指令

13、的特點(diǎn)是：在圖上繪制多條曲線時(shí)，每條曲線（除第一條外）都是把“前”條曲線作基線，再取值繪制而成。因此，該指令所畫的圖形，能醒目地反映各因素對(duì)最終結(jié)果的貢獻(xiàn)份額。area 的第一輸入宗量是單調(diào)變化的自變量。第二輸入宗量是“各因素”的函數(shù)值矩陣，且每個(gè)“因素”的數(shù)據(jù)取列向量形式排放。第三輸入宗量是繪圖的基準(zhǔn)線值，只能取標(biāo)量。當(dāng)基準(zhǔn)值為 0 （即以 x 軸為基準(zhǔn)線）時(shí)，第三輸入宗量可以缺省。3.1.2 用area繪制區(qū)域圖程序如下:y=rand(10,3)*100;x=1:10;area(x,y);xlabel(year);ylabel(count);運(yùn)行結(jié)果：圖3-13.2 填充圖的繪制3.2.1

14、 繪圖函數(shù)fill,fill3matlab 畫任意多邊形的一種方法；保證繪圖數(shù)據(jù)首尾重合，使勾畫多邊形封閉；使用圖柄對(duì)圖形的屬性進(jìn)行精細(xì)設(shè)置。fill3用于三維填色。3.2.2 用fill,fill3繪制填充圖用fill制圖程序：clf;n=10; % 多邊形的邊數(shù)dt=2*pi/n;t=0:dt:2*pit=t,t(1); %fill 指令要求數(shù)據(jù)向量的首位重合，使圖形封閉。x=sin(t);y=cos(t);fill(x,y,c);axis off % 畫填色多邊形，隱去坐標(biāo)軸。ht=text(0,0,fontname 隸書 fontsize32 十邊形 );% 文字注釋，且得圖柄。set

15、(ht,color,k,horizontalalignment,center) % 依靠圖柄設(shè)置屬性。運(yùn)行結(jié)果：圖3-2用fill3制圖程序：x=0.5 0.5 0.5 0.5;0.5 0.5 0.5 0.5;0 1 1 0; y=0.5 0.5 0.5 0.5;0.5 0.5 0.5 0.5;0 0 1 1;z=1 1 1 1;0 0 0 0;0 0 0 0;c=1 0 0 1;0 1 0 1;0 0 1 0;fill3(x,y,z,c),view(-10 55),colormap cool %view是設(shè)置視點(diǎn)的函數(shù)，colormap 是用于控制曲面圖的顏色xlabel(x),ylabel

16、(y),box on;grid on運(yùn)行結(jié)果圖3-33.3 直方圖的繪制3.3.1 繪圖函數(shù)bar,bar3，histbar，bar3分別用來繪制二、三維垂直的直方圖。hist用來繪制統(tǒng)計(jì)直方圖。3.3.2 用bar,bar3，hist繪制直方圖用bar繪圖程序：x=1 3 4 5 2;bar(x);運(yùn)行結(jié)果：圖3-4用bar3繪圖程序：x=2 3 4 5 7;1 2 3 2 1;bar3(x)運(yùn)行結(jié)果：圖3-5用hist繪圖程序：x=randn(5000,1);hist(x,20);%x表示數(shù)據(jù)范圍，y表示數(shù)據(jù)頻率運(yùn)行結(jié)果：圖3-63.4 二維、三維餅圖的繪制3.4.1 繪圖函數(shù)pie,pi

17、e3餅圖指令 pie , pie3 用來表示各元素占總和的百分?jǐn)?shù)。3.4.2 用pie,pie3繪制餅圖用pie繪圖程序：x=2 3 5 4;explode=1 1 0 0;%“1”代表扇形間分離，“0”代表扇形間緊貼在一起pie(x,explode);運(yùn)行結(jié)果：圖3-7用pie3繪圖程序：x=2 3 5 4;explode=1 1 0 0;label=春,夏,秋,冬;pie3(x,explode,label); %為3維餅形圖中的每一部分指定一個(gè)標(biāo)簽運(yùn)行結(jié)果：圖3-83.5 二維、三維柄狀圖的繪制3.5.1 繪圖函數(shù)stem,stem3柄狀圖特別適用于表示數(shù)位訊號(hào)處理中的數(shù)位訊號(hào)。若要獲取新

18、的柄頭圖，可加“fill選項(xiàng)。3.5.2 用stem,stem3繪制柄狀圖用stem繪圖程序：t=0:0.2:4*pi;y=cos(t).*exp(-t/5);stem(t,y,fill);運(yùn)行結(jié)果：圖3-9用stem3繪圖程序：theta=-pi:0.05:pi;x=cos(theta);y=sin(theta);z=abs(cos(3*theta).*exp(-abs(theta/3);stem3(x,y,z);運(yùn)行結(jié)果：圖3-103.6階梯圖的繪制3.6.1 繪圖函數(shù)stairs使用stairs指令，可畫出階梯圖，其結(jié)構(gòu)和柄狀圖相近，只是將目前資料點(diǎn)的高度向右水平畫至下一點(diǎn)為止。3.6.

19、2 用stairs繪制階梯圖繪圖程序：t=0:0.4:4*pi;y=cos(t).*exp(-t/5);stairs(t,y);運(yùn)行結(jié)果：圖3-113.7向量圖（羅盤圖、羽狀圖、箭頭圖、法線圖）的繪制3.7.1用feather繪制羽狀圖、用compass繪制羅盤圖函數(shù)feather復(fù)平面圖形，把復(fù)數(shù)矩陣中的元素的相角和幅值顯示成沿橫軸等間輻射的箭頭，格式feather(z),feather(x,y)等價(jià)于feather(x+y*i),feather(z,str),str是確定的線形繪制箭頭。繪圖程序：t=-pi/2:pi/12:pi/2; % 在區(qū)間，每 取一點(diǎn)。r=ones(size(t);

20、 % 單位半徑x,y=pol2cart(t,r); % 極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)subplot(1,2,1),compass(x,y),title(compass)subplot(1,2,2),feather(x,y),title(feather)運(yùn)行結(jié)果：圖3-123.7.2用 quiver繪制箭頭圖、用surfnorm法線圖繪圖程序：subplot(2,2,3)x,y,z=peaks(15);nx,ny,nz=surfnorm(x,y,z);surf(x,y,z) %畫出立體曲面圖hold onquiver3(x,y,z,nx,ny,nz)hold off運(yùn)行結(jié)果：圖3-133.8散點(diǎn)圖的繪制

21、3.8.1 用scatter，scatter3繪制散點(diǎn)圖散點(diǎn)圖指令scatter3標(biāo)志三維數(shù)據(jù)點(diǎn)，前三個(gè)輸入宗量必須是同長的向量。用scatter繪圖程序：a=rand(200,1);b=rand(200,1);c=rand(200,1);scatter(a,b,100,c,p)運(yùn)行結(jié)果：圖3-14用scatter3繪圖程序：x=3*pi*(-1:0.2:1);y=x;x,y=meshgrid(x,y);r=sqrt(x.2+y.2)+eps;z=sin(r)./r;% 引入 eps 避免 0/0 ， %c=abs(del2(z); % 求“五點(diǎn)格式”差分，反映曲面變化。meshz(x,y,z

22、,c) % 由曲面變化決定用色hold on,scatter3(x(:),y(:),z(:),filled) %hold off,colormap(hot)運(yùn)行結(jié)果：圖3-153.8.2 用plotmatrix繪制矩陣的散點(diǎn)圖指令 plotmatrix 有兩種基本調(diào)用方式：（1） 對(duì)于數(shù)據(jù)矩陣 維的 x 和 維的 y ，調(diào)用格式 plotmatrix(x,y) 將畫出一個(gè)分割成 個(gè)子散點(diǎn)圖。其中第 個(gè)子散點(diǎn)圖是根據(jù) y 第 列和 x 第 列數(shù)據(jù)畫出的。（2）對(duì)于數(shù)據(jù)矩陣 維的 x ，調(diào)用格式 plotmatrix(x) 將畫出分割成 個(gè)子塊的圖。該圖的對(duì)角塊，畫出的是 x 每列的數(shù)據(jù)的頻數(shù)直方

23、圖；而其他子塊是相應(yīng)列構(gòu)成的散點(diǎn)圖。該指令可用來觀察數(shù)據(jù)矩陣（或同一矩陣列向量）間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。繪圖程序：randn(seed,1111),x=randn(100,2);y=randn(100,2);subplot(1,3,1),plotmatrix(x)subplot(1,3,2),plotmatrix(x,x)subplot(1,3,3),plotmatrix(x,y)運(yùn)行結(jié)果：圖3-163.9 輪廓圖的繪制3.9.1 繪圖函數(shù)contour，contour3contour(z)：繪制矩陣z的等高線圖，其中z為相對(duì)x-y平面的高度，z必須是至少2*2的矩陣且其中至少有兩個(gè)不同的值。等高線的級(jí)

24、數(shù)和各級(jí)等高線的數(shù)值是基于z的最大和最小值之間自動(dòng)選取的，x和y的范圍分別是1:n和1:m, 其中m,n = size(z)。contour(z,n)：繪制矩陣z的n級(jí)等高線圖。3.9.2 用contour，contour3繪制輪廓圖function shili13h0=figure(toolbar,none,. position,200 150 450 250,. name,實(shí)例13);th,r=meshgrid(0:10:360)*pi/180,0:0.05:1);x,y=pol2cart(th,r);z=x+i*y;f=(z.4-1).(0.25);contour(x,y,abs(f),

25、20)axis equalxlabel(實(shí)部,fontsize,16);ylabel(虛部,fontsize,16);h=polar(0 2*pi,0 1);delete(h)hold oncontour(x,y,abs(f),20)運(yùn)行結(jié)果：圖3-173.10 圓體圖、球體、橢球體的繪制3.10.1 用sphere繪制球繪圖程序：clc,clear all;figure (1)m,n,p=sphere(50);t=abs(p);surf(m,n,p,t);hold on;mesh(2*m,2*n,2*p),colormap(hot);hold off;hidden offaxis equal運(yùn)行結(jié)果：圖3-183.10.2 用cylinder繪制橢球clear all;clc;%畫出由母線x2/a2+y2/b2=1繞z軸旋轉(zhuǎn)出的橢球面a=sqrt(4);b=sqrt(1);%這里取a=2,b=1t=linspace(-b,b);r=a*sqrt(1-t.2/b2);x,y,z=cylinder(r);z