第3節(jié) matlab基本語法之2繪圖

1、 MATLAB繪圖繪圖 3.1 二維圖形二維圖形 3.2 三維圖形三維圖形 3.3 實驗四實驗四 繪圖函數(shù)的應(yīng)用繪圖函數(shù)的應(yīng)用 1 3.1 二維圖形二維圖形3.1.1 繪制二維曲線的基本函數(shù)繪制二維曲線的基本函數(shù)1. plot函數(shù)的基本用法函數(shù)的基本用法plot函數(shù)的基本調(diào)用格式為：函數(shù)的基本調(diào)用格式為：plot(x,y) 其中其中x和和y為長度相同的向量，分別用于存儲為長度相同的向量，分別用于存儲x坐標和坐標和y坐標數(shù)據(jù)。坐標數(shù)據(jù)。2例3.1 繪制出顯函數(shù)方程在區(qū)間內(nèi)的曲線。 在命令窗口輸入如下語句 x = -pi:pi/10:pi;%以pi/10為步長 y = tan(sin(x) - s

2、in(tan(x);%求出各點上的函數(shù)值 plot(x,y,-rs,LineWidth,2,. MarkerEdgeColor,k,. MarkerFaceColor,g,. MarkerSize,10) 得到的圖形如圖3.1所示，并標上了線型屬性。3-4-3-2-101234-3-2-10123圖3.1 以pi/10為步長的曲線tan(sin(x) - sin(tan(x)4 由于plot（）函數(shù)只將給定點用直線連接起來，因此步長選得過大，曲線將看似一折線，因此將上述繪圖語句步長改為0.05，并在及兩個子區(qū)間內(nèi)加密自變量選擇點，即將上述語句修改為 x=-pi:0.05:-1.8,-1.801

3、:0.001:-1.2,-1.2:0.05:1.2,1.2:0.001:1.8,1.81:0.05:pi; %以步長方式構(gòu)造自變量 y = tan(sin(x) - sin(tan(x); plot(x,y) 得到曲線如圖3.2所示。5-4-3-2-101234-3-2-10123圖3.2 細化步長后的曲線tan(sin(x) - sin(tan(x)6 例3.2 用不同的線型和顏色在同一坐標內(nèi)繪制曲線y=2e-0.5xsin(2x)及其包絡(luò)線。 MATLAB程序如下： x=0:pi/100:2*pi; y1=2*exp(-0.5*x); x=0:pi/100:2*pi; y1=2*exp(-

4、0.5*x); y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x); plot(x,y1,k:,x,-y1,k:,x,y2,b-) %y1和-y1為包絡(luò)線7 程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.3所示，圖中首先用黑色虛線繪出兩根包絡(luò)線，再用藍色雙劃線繪出曲線y。01234567-2-1.5-1-0.500.511.52圖3.3 用不同線型和顏色繪制的曲線8 說明：說明：（1）當(dāng)）當(dāng)x,y是同維矩陣時，則以是同維矩陣時，則以x,y對應(yīng)列對應(yīng)列元素為橫、縱坐標分別繪制曲線，曲線元素為橫、縱坐標分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。（2）當(dāng)）當(dāng)x是向量，是向量，y是有一維與是有一維與x同

5、維的矩同維的矩陣時，則繪制出多根不同色彩的曲線。陣時，則繪制出多根不同色彩的曲線。曲線條數(shù)等于曲線條數(shù)等于y矩陣的另一維數(shù)，矩陣的另一維數(shù)，x被作被作為這些曲線共同的橫坐標。為這些曲線共同的橫坐標。（3）plot函數(shù)最簡單的調(diào)用格式是只包含函數(shù)最簡單的調(diào)用格式是只包含一個輸入?yún)?shù)：一個輸入?yún)?shù)：plot(x)。9 2含多個輸入?yún)?shù)的含多個輸入?yún)?shù)的plot函數(shù)函數(shù)含多個輸入?yún)?shù)的含多個輸入?yún)?shù)的plot函數(shù)調(diào)用格式為：函數(shù)調(diào)用格式為：plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn)3含選項的含選項的plot函數(shù)函數(shù)含選項的含選項的plot函數(shù)調(diào)用格式為：函數(shù)調(diào)用格式為：plot(x1,y1,選項

6、選項1,x2,y2, 選項選項2,xn,yn,選項選項n)10 3.1.2 設(shè)置軸的形式與刻度設(shè)置設(shè)置軸的形式與刻度設(shè)置 在繪制圖形時，用戶可以使用函數(shù)在繪制圖形時，用戶可以使用函數(shù)axis和和set對坐對坐標軸的刻度范圍進行重新設(shè)定，其調(diào)用格式如標軸的刻度范圍進行重新設(shè)定，其調(diào)用格式如下：下：（1）函數(shù)）函數(shù)axisaxis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax)axis函數(shù)功能豐富，常用的用法還有：函數(shù)功能豐富，常用的用法還有：axis equal 縱、橫坐標軸采用等長刻度縱、橫坐標軸采用等長刻度axis square 產(chǎn)生正方形坐標系產(chǎn)生正方形坐標系(缺省為矩形缺省

7、為矩形)axis auto 使用缺省設(shè)置使用缺省設(shè)置axis off 取消坐標軸取消坐標軸axis on 顯示坐標軸顯示坐標軸11 例3.3 繪制單位圓。 MATLAB程序如下： clear ;close all; clc t=0:0.01:2*pi; %定義時間范圍 x=sin(t); y=cos(t); plot(x,y) axis(-1.5 1.5 -1.5 1.5) %限定x軸和y軸的顯示范圍 pause grid on axis(equal)12程序運行結(jié)果如圖3.4所示。-1.5-1-0.500.511.5-1.5-1-0.500.511.5圖3.4 單位圓13 （2）函數(shù)set

8、set(gca,xtick,標示向量），set(gca,ytick,標示向量），按照標示向量設(shè)置x，y軸的刻度標示； set(gca,xticklabel,字符串|字符串），set(gca, yticklabel,字符串|字符串 ）， 按照字符串設(shè)置x，y軸的刻度標志 例3.4 給正弦曲線設(shè)置刻度標示。 MATLAB程序如下： t=0:0.05:7; plot(t,sin(t) set(gca,xtick,0 1.4 3.14 5 6.28) set(gca,xticklabel,0|1.4|half|5|one)14程序運行結(jié)果如圖3.5所示。01.4half5one-1-0.8-0.6-0

9、.4-0.200.20.40.60.81圖3.5 設(shè)置刻度標示的正弦曲線153.1.3圖形的標注、網(wǎng)格及圖例說明 繪制圖形時，可以對圖形加上一些說明，添加網(wǎng)格和圖例等，基本函數(shù)及其調(diào)用格式如下： （1）添加圖形標題命令）添加圖形標題命令title title（string），在當(dāng)前坐標系的頂部加一個文本串string，作為圖形的標題。 title(text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,),設(shè)置標題名屬性。 （2）添加坐標軸標志函數(shù)）添加坐標軸標志函數(shù)xlabel、ylabel、zlabel xlabel(string

10、)，ylabel（ string) ，zlabel（ string),給當(dāng)前X軸或Y軸或Z軸標注文本文注。16 xlabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,) 或ylabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,) 或zlabel (text,Property1, PropertyValue1, Property2, PropertyValue2,) 對X軸、Y軸、Z軸分別進行屬性設(shè)置。17 （3）文本注釋函數(shù)）文本注釋函數(shù)t

11、ext，gtext text(x,y,string) ，在二維圖形（x,y）位置處標注文本注釋string text(x,y,z,string) ，在三維圖形（x,y,z）位置處標注文本注釋string gtext（string）用鼠標拖動來確定標注文字string的位置。 輸入特定的文字用表示，見表3.218例3.5 繪制分段函數(shù)曲線并添加圖形標注。8, 186 , 2/564 , 240 ,)(xxxxxxxfMATLAB程序如下： clcclose allclearx=0:0.05:10;y=zeros(1,length(x);for n=1:length(x) if x(n)=8 y(

12、n)=1; elseif x(n)=6 y(n)=5-x(n)/2 19elseif x(n)=4 y(n)=2 else y(n)=sqrt(x(n) endendplot(x,y)axis(0 10 0 2.5)title(分段函數(shù)曲線);xlabel(x)ylabel(y)text(2,1.3,y=x1/2);text(4.5,1.9,y=2);text(7.3,1.5,y=5-x/2);text(8.5,0.9,y=1);20程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.6所示。01234567891000.511.522.5分 段 函 數(shù) 曲 線xyy=x1/2y=2y=5-x/2y=1圖3.6 繪制分段函數(shù)

13、曲線并添加圖形標注21 （4）創(chuàng)建圖形窗命令）創(chuàng)建圖形窗命令figure figure，打開不同的圖形窗口，以便繪制不同的圖形 figure(PropertyName,PropertyValue,.)，創(chuàng)建具有特定屬性值的圖形窗口 figure(h)，創(chuàng)建或顯示句柄h定義的圖形窗口，如果h不是整數(shù)，則返回錯誤。 h = figure(.)22 （5）設(shè)置網(wǎng)格線命令）設(shè)置網(wǎng)格線命令grid grid on (off),對當(dāng)前做標圖加上網(wǎng)格線或撤銷網(wǎng)格線。若直接調(diào)用grid命令即可設(shè)置或撤銷網(wǎng)格線 （6）保持圖形窗口內(nèi)容命令）保持圖形窗口內(nèi)容命令hold hold on （ off ） 保持當(dāng)前圖

14、形窗口內(nèi)容命令（解除保持）。若直接調(diào)用hold命令即可保持或解除保持當(dāng)前圖形窗口內(nèi)容。23 例3.6分別繪制正余弦曲線并繪制標題，添加或去除柵格。 MATLAB程序如下： close all clc clear%定義時間范圍 t=0:pi/20:9*pi; figure(1) %建立圖形窗口124 plot(t,sin(t),r:*) grid on %在所畫出的圖形坐標中添加?xùn)鸥?，注意用在plot之后 text(pi,0, leftarrow sin(pi),FontSize,18) title(添加?xùn)鸥竦恼仪€) xlabel (x) ylabel (sint) figure(2) pl

15、ot(t,cos(t) grid on pause grid off %刪除柵格25 text(pi,0, leftarrow cos(pi),FontSize,18) title(去除柵格的余弦曲線) xlabel (x) ylabel (cost) 程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.7，3.8所示。26051015202530-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 sin()添 加 柵 格 的 正 弦 曲 線xsint圖3.7 正弦曲線27051015202530-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 cos()去 除 柵 格 的 余 弦 曲 線xco

16、st圖3.8 余弦曲線28 （7）圖形標注函數(shù)）圖形標注函數(shù)legend legend(string1,string2,.)，在當(dāng)前圖中添加圖例； legend(.,pos) 由pos 確定圖例標注的位置，可以返回給句柄：h= legend(.,pos) 參數(shù)字符串的含義： pos = -1放置圖例在軸邊界的右邊； pos = 0 放置圖例在軸邊界里； pos = 1 放置圖例在軸邊界里右上角 (為默認設(shè)置)； pos = 2放置圖例在軸邊界里左上角； pos = 3放置圖例在軸邊界里左下角； pos = 4放置圖例在軸邊界里右下角； Legend off ，撤銷當(dāng)前坐標圖上的圖例。29 例3

17、.7 給正弦余弦曲線圖形添加圖例 MATLAB程序如下： x = -pi:pi/20:pi; plot(x,cos(x),-ro,x,sin(x),-.b) h = legend(cos,sin,2); 程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.9所示。30-4-3-2-101234-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81cossin 圖3.9 添加圖例的正余弦曲線313.1.4繪制二維圖形的其他函數(shù) 1. 函數(shù)繪圖命令fplot和分割圖形顯示窗口命令subplot（m,n,k）fplot(function,limits)：繪制函數(shù)曲線在一個指定范圍.其中，limits是一個指定x-軸范圍的

18、向量xmin xmax，或者是x軸和y軸的范圍的向量xmin xmax ymin ymax。 subplot(m,n,p) 按平鋪位置建立子圖坐標系，將一個圖形窗口分成m*n個子圖窗口，從左至右，從上往下第p個子圖形窗口。32 例3.8 將一個圖形窗口分割成4個子圖窗口，并且分別繪制不同函數(shù)曲線。 MATLAB程序如下： subplot(2,2,1),fplot(humps,0 1) subplot(2,2,2)33 fplot(abs(exp(-j*x*(0:9)*ones(10,1),0 2*pi) subplot(2,2,3) fplot(tan(x),sin(x),cos(x),2*p

19、i*-1 1 -1 1) subplot(2,2,4) fplot(sin(1./x),0.01 0.1,1e-3) 程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.10所示。3400.5102040608010002460246810-505-5050.020.040.060.080.1-1-0.500.51 圖3.10 subplot函數(shù)和fplot函數(shù)的運用 352、雙縱坐標繪圖命令plotyy plotyy(X1,Y1,X2,Y2)，設(shè)有兩個縱坐標Y1, Y2，以便繪制兩個y尺度不同的變量，但x仍用同一個比例尺。36 例3.9 在同一圖形窗口按不同縱坐標繪制曲線。 MATLAB程序如下： x = 0:0.01:2

20、0; y1 = 200*exp(-0.05*x).*sin(x); y2 = 0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x); plotyy(x,y1,x,y2); 程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.11所示。從圖中可以看出，左縱坐標的幅度范圍為-200,200,對應(yīng)y1，而右縱坐標的幅度范圍為-0.8 0.8,對應(yīng)y2。3702468101214161820-200-150-100-5005010015020002468101214161820-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8圖3.11 曲線200*exp(-0.05*x).*sin(x)和200*exp(-0.05*x).

21、*sin(x);383.其他形式的線性直角坐標圖 在線性直角坐標系中，其他形式的圖形有條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖等，所采用的函數(shù)分別是： bar(x,y,選項) stairs(x,y,選項) stem(x,y,選項) fill(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,)39 前3個函數(shù)的用法與plot函數(shù)相似，只是沒有多輸入變量形式。fill函數(shù)按向量元素下標漸增次序依次用直線段連接x、y對應(yīng)元素定義的數(shù)據(jù)點。假如這樣連接所得折線不封閉，那么MATLAB將自動把該折線的首尾連接起來，構(gòu)成封閉多邊形。然后將多邊形內(nèi)部涂滿指定的顏色。40 例3.10 分別以條形圖、填充圖、階梯圖和桿圖形式繪制曲

22、線y=2e-0.5x。 MATLAB程序如下： x=0:0.35:7; y=2*exp(-0.5*x); subplot(2,2,1);bar(x,y,g); title(bar(x,y,g);axis(0,7,0,2); subplot(2,2,2);fill(x,y,r); title(fill(x,y,r);axis(0,7,0,2); subplot(2,2,3);stairs(x,y,b); title(stairs(x,y,b);axis(0,7,0,2); subplot(2,2,4);stem(x,y,k); title(stem(x,y,k);axis(0,7,0,2);41

23、程序運行結(jié)果如圖3.12所示。024600.511.52bar(x,y,g)024600.511.52fill(x,y,r)024600.511.52stairs(x,y,b)024600.511.52stem(x,y,k)圖3.12 幾種不同形式的二維圖形 424. 極坐標圖 polar函數(shù)用來繪制極坐標圖，其調(diào)用格式為： polar(theta,rho,選項) 其中theta為極坐標極角，rho為極坐標矢徑，選項的內(nèi)容與plot函數(shù)相似。43 例3.11 繪制=sin(2)cos(2)的極坐標圖。 MATLAB程序如下： theta=0:0.01:2*pi; rho=sin(2*theta

24、).*cos(2*theta); polar(theta,rho,k); 程序運行結(jié)果如圖3.13所示。44 0.1 0.2 0.3 0.4 0.53021060240902701203001503301800圖3.13 極坐標圖455對數(shù)坐標圖形 MATLAB提供了繪制對數(shù)和半對數(shù)坐標曲線的函數(shù)，調(diào)用格式為： semilogx(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,) semilogy(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,) loglog(x1,y1,選項1,x2,y2,選項2,)46其中，選項的定義與plot函數(shù)完全一致，所不同的是坐標軸的選取。semilogx函數(shù)使用半對數(shù)坐標，x

25、軸為常用對數(shù)刻度，而y軸仍保持線性刻度。semilogy函數(shù)也使用半對數(shù)坐標，y軸為常用對數(shù)刻度，而x軸仍保持線性刻度。loglog函數(shù)使用全對數(shù)坐標，x、y均采用常用對數(shù)刻度。此外還有一個函數(shù)logspace，可以按對數(shù)等間距地來產(chǎn)生一個向量，其調(diào)用格式為：logspace(a,b,n)其中，a和b是生成向量的第一個和最后一個元素，n是元素總數(shù)。當(dāng)n省略時，自動產(chǎn)生50個元素。47 例3.12繪制的對數(shù)坐標圖并與直角線性坐標圖進行比較。 MATLAB程序如下： x=0:0.1:10; y=10*x.*x; subplot(2,2,1);plot(x,y);title(plot(x,y); g

26、rid on; subplot(2,2,2);semilogx(x,y); title(semilogx(x,y); grid on;48 subplot(2,2,3);semilogy(x,y); title(semilogy(x,y); grid on; subplot(2,2,4);loglog(x,y);title(loglog(x,y);grid on; 程序運行結(jié)果如圖3.14所示。49051005001000plot(x,y)10-110010105001000semilogx(x,y)051010-2100102104semilogy(x,y)10-110010110-2100

27、102104loglog(x,y)圖3.14 對數(shù)坐標圖506 其他形式的圖形 MATLAB提供的繪圖函數(shù)還有很多，例如，用來表示各元素占總和的百分比的餅圖、復(fù)數(shù)的相量圖等等。 例3.13繪制圖形： (1)某次考試優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格的人數(shù)分別為：7,17,23,19,5，試用餅圖作成績統(tǒng)計分析。 (2)繪制復(fù)數(shù)的相量圖：3+2i、4.5-i和-1.5+5i。51 MATLAB程序如下： subplot(1,2,1); pie(7,17,23,19,5); title(餅圖);legend(優(yōu)秀,良好,中等,及格,不及格); subplot(1,2,2); compass(3+2i,

28、4.5-i,-1.5+5i);title(相量圖); 程序執(zhí)行結(jié)果如圖3.15所示。 5210%24%32%27%7%餅 圖 優(yōu) 秀良 好中 等及 格不 及 格 5 103021060240902701203001503301800相 量 圖圖3.15 其他形式二維圖形533.2三維圖形 3.2.1 繪制三維曲線的基本函數(shù) 最基本的三維圖形函數(shù)為plot3,可用來繪制三維曲線，其調(diào)用格式為： plot3(x,y,z) x,y,z是長度相同的向量； plot3(X,Y,Z) X,Y,Z是維數(shù)相同的矩陣，以X、Y、Z對應(yīng)列元素繪制三維曲線，曲線條數(shù)等于矩陣列數(shù)； plot3(x1,y1,z1,s1

29、, x2,y2,z2,s2, )，選項的定義和plot函數(shù)相同。54 例3.14 畫一個三維的螺旋線。 MATLAB程序如下： t = 0:pi/50:10*pi; plot3(sin(t),cos(t),t) grid on axis square 程序運行結(jié)果如圖3.16所示。55-1-0.500.51-1-0.500.51010203040 圖3.16 三維的螺旋線 563.2.2三維曲面 1. 平面網(wǎng)格坐標矩陣的生成函數(shù)meshgrid 繪制z=f(x,y)所代表的三維曲面圖，先要在xy平面選定一矩形區(qū)域，假定矩形區(qū)域D=a,b*c,d,然后將a,b在x方向分成m份，將c,d在y方向分

30、成n份，由各劃分點分別作平行于兩坐標軸的直線，將區(qū)域D分成m*n個小矩形，生成代表每一個小矩形頂點坐標的平面網(wǎng)格坐標矩陣。生成網(wǎng)格坐標矩陣的函數(shù)為meshgrid，其調(diào)用格式如下：57 X,Y = meshgrid(x,y) 轉(zhuǎn)換向量x，y為一個特定的矩陣X,Y，矩陣X的每一行都是向量x，行數(shù)等于向量y的元素的個數(shù)，矩陣Y的每一列都是向量y，列數(shù)等于向量x的元素的個數(shù)。因此x=a:dx:b; y=c:dy:d;X,Y=meshgrid(x,y);等同于 x=a:dx:b; y=(c:dy:d);X=ones(size(y)*x;Y=y*ones(size(x);58 例3.15 已知6x30，

31、15y36，求不定方程2x+5y=126的整數(shù)解。 MATLAB程序如下： x=7:29; y=16:35; x,y=meshgrid(x,y); %在5,2914,35區(qū)域生成網(wǎng)格坐標 z=2*x+5*y; k=find(z=126); %找出解的位置 59 x1=x(k),y1=y(k) %輸出對應(yīng)位置的x,y即方程的解 程序執(zhí)行結(jié)果如下： x1 = 8 13 18 23 y1 = 22 20 18 16602. 繪制三維曲面的函數(shù)surf函數(shù)和mesh函數(shù) MATLAB提供了mesh函數(shù)和surf函數(shù)來繪制三維曲面圖。Mesh函數(shù)用于繪制三維網(wǎng)格圖，surf函數(shù)用于繪制三維曲面圖，各線條之間的曲面用顏色填充，其調(diào)用格式如下： mesh(X,Y,Z)，根據(jù)矩陣X、Y、Z繪制彩色的三維網(wǎng)線圖。X、Y、Z中對應(yīng)的元素為三維空間上的點，點與點之間用線連接。其中網(wǎng)線的顏色隨著網(wǎng)點高度的改變而改變。 61 在繪制二元函數(shù)z=f(x,y)的三維網(wǎng)格圖時，首先應(yīng)通過X,Y=meshgrid(x,y)語句，在X-Y平面上建立網(wǎng)格坐標，然后利用X和Y計算每一個網(wǎng)格點上的Z坐標的大小，該坐標就定義了曲面上的點