第四章數(shù)據(jù)及函數(shù)的可視化ppt課件

1、第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)第四章 數(shù)據(jù)及函數(shù)的可視化本章主要內(nèi)容如下：4.1 可視化的基本步驟4.2 二維曲線繪圖4.3 三維曲線繪圖4.4 圖形窗功能簡介 數(shù)據(jù)可視化是數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)分析的一種重要方法。MATLAB具有豐富且易于理解和使用的繪圖指令，數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化是MATLAB的重要組成部分。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.1 可視化的基本步驟1. 曲線數(shù)據(jù)準(zhǔn)備以二維圖形為例）：選取一個參變量采樣向量計(jì)算各坐標(biāo)數(shù)據(jù)向量2. 選定圖形窗及子圖位置；3. 調(diào)用曲線繪圖指令；4. 設(shè)置軸的范圍5. 圖形注釋圖名、坐標(biāo)名、圖例、文字說明）。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)例用圖形

2、表示 y=sin(t)sin(9t).t=(0:100)/100*pi; y=sin(t).*sin(9*t);subplot(2,1,1),plot(t,y,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子圖1)subplot(2,1,2),plot(t,y),axis(0,pi,-1,1),title(子圖2)%產(chǎn)生參變量采樣向量%產(chǎn)生數(shù)據(jù)向量%確定子圖、線%型、注釋等第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖4.2.1 plot的基本調(diào)用格式plot(X,s)X為實(shí)向量時，以該向量元素的下標(biāo)為橫坐標(biāo)，元素值為縱坐標(biāo)畫一條連續(xù)曲線。X為實(shí)矩陣時，則按列繪制每列元素值相對其

3、下標(biāo)的曲線，圖中曲線數(shù)等于X陣列數(shù)。X為復(fù)數(shù)矩陣時，則按列繪制每列以元素實(shí)部和虛部為橫、縱坐標(biāo)繪制多條曲線。用來指定線型、色彩等，缺省時為MATLAB默認(rèn)設(shè)置。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)【例3-1】二維曲線繪圖基本指令演示一。 t=(0:pi/50:2*pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(Y)%生成(101*1)的時間采樣列向量%生成(1*7)的行向量%生成(101*7)的矩陣第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖4.2.1 plot的基本調(diào)用格式plot(X,Y,s)X、Y是同維向量時，繪制X、Y元素為橫、縱坐標(biāo)的曲線。X是列向量，Y是與X

4、等行的矩陣時，以X為橫坐標(biāo)，按Y的列數(shù)繪制多條曲線。X是矩陣，Y是向量時，以Y為縱坐標(biāo)按X的列數(shù)繪制多條曲線。X、Y是同維矩陣時，以X，Y對應(yīng)列元素為橫、縱坐標(biāo)分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣列數(shù)s的意義與其在plot(X，s)中相同。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)【例3-2】二維曲線繪圖基本指令演示二：plot(t,Y)、plot(Y,t) 所繪圖形的比較。 t=(0:pi/50:2*pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(t,y)%生成(101*7)的矩陣%生成(1*7)的行向量%生成(101*1)的列向量第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖4.

5、2.2 曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)形色彩和線型線型符號-：-.-含義實(shí)線虛線點(diǎn)劃線雙劃線色彩符號bgrcmykw含義藍(lán)綠紅青品紅黃黑白n 【闡明】當(dāng)s缺省時，默認(rèn)設(shè)置為n 曲線一律用“實(shí)線線型。n 不同曲線按表中所給前七種顏色次序著色,依次為藍(lán)、綠、紅等.第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)【例3-3】二維曲線繪圖基本指令演示三：色彩和線型。用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形 及其包絡(luò)線。 )9sin()sin(tty t=(0:pi/100:pi);y1=sin(t)*1,-1;y2=sin(t).*sin(9*t);plot(t,y1,r:,t,y2,b)axis(0,pi,-1,1)%生成101*1的時

6、間采樣列向量%生成101*2的矩陣包絡(luò)線函數(shù)值）%生成101*1的調(diào)制波列向量%用紅虛線繪y1，用藍(lán)實(shí)線繪y2第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖4.2.2 曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)形數(shù)據(jù)點(diǎn)形數(shù)據(jù)點(diǎn)形用來標(biāo)志數(shù)據(jù)點(diǎn)，即可單獨(dú)使用也可與色彩、線型組合使用。符 號含 義符 號含 義.實(shí)心黑點(diǎn)d菱形符+十字符h六角星符朝上三角符o空心圓符朝右三角符s方塊符v朝下三角符x叉字符第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)【例3-4】二維曲線繪圖基本指令演示四：數(shù)據(jù)點(diǎn)形(函數(shù)與例3-3相同)。 t=(0:pi/100:pi);y2=sin(t).*sin(9*t);t1=pi*(0:9)/9;y

7、3=sin(t1).*sin(9*t1);plot(t,y2,b,t1,y3,bp)axis(0,pi,-1,1)%用藍(lán)實(shí)線繪y2,用對y3進(jìn)行標(biāo)志%生成1*10數(shù)據(jù)標(biāo)志點(diǎn)采樣向量%生成1*10數(shù)據(jù)標(biāo)志點(diǎn)數(shù)據(jù)第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖4.2.3 圖形控制在一般繪圖時可采用MATLAB的缺省設(shè)置，也能得到滿意的畫面，但用戶也可根據(jù)需要改變?nèi)笔≡O(shè)置。坐標(biāo)控制指 令含 義指 令含 義axis auto使用缺省設(shè)置axis equal縱、橫軸為等長刻度axis ij矩陣式坐標(biāo)axis normal缺省矩形坐標(biāo)系axis xy普通直角坐標(biāo)axis square正方形坐標(biāo)系ax

8、is(V)V=x1,x2,y1,y2V=x1,x2,y1,y2,z1,z2人工設(shè)定坐標(biāo)范圍。設(shè)定值：二維，4個；三維，6個.axis tight坐標(biāo)范圍為數(shù)據(jù)范圍axis image縱、橫軸為等長刻度,且坐標(biāo)框緊貼數(shù)據(jù)范圍第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2.3 圖形控制分格線和坐標(biāo)框grid on 畫出分格線grid off 不畫分格線box on 使當(dāng)前坐標(biāo)呈封閉形式box off 使當(dāng)前坐標(biāo)呈開啟形式n【闡明】缺省時，不畫分格線；坐標(biāo)呈封閉形式。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)n【闡明】S為帶單引號的英文或中文字符串。x=0:0.1:1; y=x.*exp(-x); plot(x,

9、y);xlabel(x),ylabel(y) %圖形標(biāo)識title(y=x*exp(-x) %圖形標(biāo)識【例3-6】二維曲線繪圖基本指令演示： 圖形標(biāo)識4.2.3 圖形控制圖形標(biāo)識title(S) 書寫圖名xlable(S) 橫坐標(biāo)軸名ylable(S) 縱坐標(biāo)軸名text(xt,yt,S)在(xt,yt) 處寫字符注釋legend(s1,s2,) 在圖右上角建立圖例第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖 利用精細(xì)指令可以對圖形進(jìn)行精細(xì)控制，例如在圖形指定位置顯示各種字符，公式等。4.2.3 圖形控制圖形標(biāo)識精細(xì)指令形式第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖4.2

10、.3 圖形控制圖形標(biāo)識精細(xì)指令形式指 令字符指 令字符指 令含義arg取值舉例alphaomegaarg上標(biāo)任何合法字符ite-alphatbetaOmega _arg下標(biāo)任何合法字符rmt_sxineqarg風(fēng)格bf(黑體)it(斜體)rm(正體)inttimesfontsizearg大小正整數(shù)(缺省值為10)fontsize12sin示例結(jié)果:(1) ;(2)ts ;(3)sinte第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)t=pi*(0:1/100:1);beta=asin(1);y=1-exp(-2*t).*sin(5*t+beta);plot(t,y)text(3.0,1.14,bfalph

11、a = 2)text(3.0,1.10,rmomega = 5)xlabel(fontsize14bft)ylabel(fontsize14y)title(rm y=1-e-alphatsin(omegat+beta)例3-6 精細(xì)指令示例第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2.3 圖形控制雙縱坐標(biāo)圖 把同一自變量的兩個不同量綱、不同數(shù)量級的函數(shù)繪制在同一張圖上，即為雙縱坐標(biāo)圖。plotyy(X1,Y1,X2,Y2) 以左右不同縱軸繪制X1-Y1,X2-Y2兩條曲線。plotyy(X1,Y1,X2,Y2,FUN) 以左右不同縱軸把X1-Y1,X2-Y2繪制成FUN指定形式的兩條曲線。plot

12、yy(X1,Y1,X2,Y2,FUN1,FUN2) 以左右不同縱軸把X1-Y1,X2-Y2繪制成FUN1,FUN2指定的不同形式的兩條曲線?！娟U明】 軸的范圍、刻度自動產(chǎn)生。 FUN,FUN1,FUN2為MATLAB中所有接受X-Y數(shù)據(jù)對的二維繪圖指令.第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)【例3-7】已知系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)和單位脈沖響應(yīng)分別為其中, . 用雙縱坐標(biāo)圖畫出這兩個函數(shù)在區(qū)間0,4上的曲線. 221arctansin111teydtnt=0:0.02:3;xi=0.5;wn=5;sxi=sqrt(1-xi2);sita=atan(sxi/xi);wd=wn*sxi;y1=1-exp(-x

13、i*wn*t).*sin(wd*t+sita)/sxi;y2=wn*exp(-xi*wn*t).*sin(wd*t)/sxi;plotyy(t,y1,t,y2)tedtdydtnnsin120.5rad/s,5,12nnd第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖4.2.3 圖形控制多子圖 MATLAB允許用戶在同一個圖形窗里布置幾幅獨(dú)立的子圖。subplot(m,n,k) 使(mn)幅子圖中的第k幅成為當(dāng)前圖.subplot(position,left bottom widt hight) 在指定位置開辟子圖，并成為當(dāng)前圖.【闡明】subplot(m,n,k) 表示圖形窗有(mn

14、)幅子圖,k是子圖編號。序號編排原則是:左上方為第一幅,向右向下依次排號。subplot(position,left bottom widt hight) 產(chǎn)生的子圖位置由人工指定，指定位置的四元組采用規(guī)劃的標(biāo)稱單位，即認(rèn)為圖形窗的高、寬的取值范圍都是0，1。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.2 二維曲線繪圖4.2.3 圖形控制多子圖 MATLAB允許用戶在同一個圖形窗里布置幾幅獨(dú)立的子圖。subplot(m,n,k) 使(mn)幅子圖中的第k幅成為當(dāng)前圖.subplot(position,left bottom widt hight) 在指定位置開辟子圖，并成為當(dāng)前圖.【闡明】subpl

15、ot(m,n,k)表示圖形窗有(mn)幅子圖,k是子圖編號。序號編排原則是:左上方為第一幅,向右向下依次排號。subplot(position,left bottom widt hight) 產(chǎn)生的子圖位置由人工指定，指定位置的四元組采用歸一化的標(biāo)稱單位，即認(rèn)為圖形窗的高、寬的取值范圍都是0，1。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)【例3-8】二維曲線繪圖基本指令演示：多子圖t=(pi*(0:1000)/1000);y1=sin(t);y2=sin(10*t);y12=sin(t).*sin(10*t);subplot(2,2,1),plot(t,y1);axis(0,pi,-1,1)subpl

16、ot(2,2,2),plot(t,y2);axis(0,pi,-1,1)subplot(position,0.2,0.05,0.6,0.45)plot(t,y12,b-,t,y1,-y1,r:);axis(0,pi,-1,1) 子圖一子圖二子圖三第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.3 三維曲線繪圖4.3.1 plot3的基本調(diào)用格式plot3在三維曲線繪圖指令中是最易理解的，其使用格式與plot十分相似。具體如下：plot3(X,Y,Z,s)plot3(X1,Y1,Z1,s1,X2,Y2,Z2,s2,)【闡明】X,Y,Z為同維向量時,繪制以X,Y,Z元素為x,y,z坐標(biāo)的三維曲線。X,Y,Z

17、為同維矩陣時，以X,Y,Z對應(yīng)列元素為x,y,z坐標(biāo)分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣列數(shù)。s,s1,s2的意義與二維情況完全相同，可以缺省。(X1,Y1,Z1,s1),(X2,Y2,Z2,s2)的結(jié)構(gòu)和作用與(X,Y,Z,s)一樣。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)【例3-13】三維曲線繪圖基本指令演示一：plot3t=(0:0.02:2)*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,b-,x,y,z,bd)box onlegend(鏈,寶石) 三維曲線繪圖藍(lán)實(shí)線和藍(lán)菱形）在右上角建立圖例第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.3 三維曲線繪圖4.3.2

18、 三維網(wǎng)線圖和曲面圖plot3只能繪制單參數(shù)的三維曲線圖，而三維網(wǎng)線圖和曲面圖則比較復(fù)雜，主要表現(xiàn)于繪圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，圖形的色彩、明暗、光照和視點(diǎn)處理。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 畫函數(shù) z=f(x,y) 所代表的三維空間曲面，需要做以下數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：確定自變量x,y的取值范圍和取值間隔。 x=x1:dx:x2; y=y1:dy:y2第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.3.2 三維網(wǎng)線圖和曲面圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備構(gòu)成xy平面上的自變量“格點(diǎn)陣 。 X,Y=meshgrid(x,y)計(jì)算在自變量采樣“格點(diǎn)上的函數(shù)值，即 Z=f(X,Y)n【闡明】X由x按行復(fù)制而成，其行數(shù)為y元素的個數(shù)；Y由y按列復(fù)制而成，其列數(shù)為x元素的個數(shù)

19、。x=-4:4y=0:4第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.3 三維曲線繪圖4.3.2 三維網(wǎng)線圖和曲面圖網(wǎng)線、曲面圖基本指令格式網(wǎng)線圖mesh(Z) 以Z矩陣列、行下標(biāo)為x，y軸自變量，畫網(wǎng)線圖.mesh(X,Y,Z) 最常用的網(wǎng)線圖調(diào)用格式。mesh(X,Y,Z,C) 最完整的調(diào)用格式，畫由C指定用色的網(wǎng)線圖。【闡明】 在最完整調(diào)用格式中，四個輸入宗量都是維數(shù)相同的矩陣。X、Y是自變量“格點(diǎn)矩陣，Z是格點(diǎn)上函數(shù)矩陣；C是指定各點(diǎn)用色的矩陣。C缺省時，默認(rèn)用色矩陣為Z。單輸入宗量格式時，Z矩陣列下標(biāo)為x軸的“自變量”；Z的行下標(biāo)為y軸“自變量”。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)【例3-1

20、4a】三維網(wǎng)線繪圖指令演示：meshclf,x=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y)Z=X.2+Y.2;mesh(X,Y,Z);colormap(cool)xlabel(X),ylabel(y),zlabel(z) 將將mesh(X,Y,Z)改為改為mesh(Z)，其網(wǎng)線圖如左圖所，其網(wǎng)線圖如左圖所示注意示注意X、Y坐標(biāo)的變坐標(biāo)的變化?；?。第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.3.2 三維網(wǎng)線圖和曲面圖網(wǎng)線、曲面圖基本指令格式曲面圖 surf(Z)以Z矩陣列、行下標(biāo)為x,y軸自變量，畫曲面圖。surf(X,Y,Z)最常用的曲面圖調(diào)用格式。surf(X,Y,Z,C) 最完整的調(diào)用

21、格式，畫由C指定用色的曲面圖。有關(guān)調(diào)用的說明同mesh指令?！纠?-14b】三維曲面繪圖指令演示：surfx=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2;surf(X,Y,Z);畫三維曲面圖第四章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化仿真技術(shù)x=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2; subplot(1,3,1),surf(X,Y,Z);subplot(1,3,2),mesh(X,Y,Z);subplot(1,3,3),plot3(x,y,x.2+y.2),box on繪曲面圖繪網(wǎng)線圖繪曲線圖【例3-14】網(wǎng)線、曲面、曲線圖比較:第四章 數(shù)據(jù)和函

22、數(shù)的可視化仿真技術(shù)4.3 三維曲線繪圖4.3.2 三維網(wǎng)線圖和曲面圖圖形的透視曲面圖MATLAB在采用缺省設(shè)置畫mesh圖形時，對疊壓在后面的圖形采取了消隱措施。采用如下指令可控制消隱：hidden off透視被疊壓的圖形hidden on消隱被疊壓的圖形%【例3-15】透視演示clf,x,y=meshgrid(-3:0.1:3,-2:0.1:2);z=(x.2+2*x).*exp(-x.2-y.2-x.*y);subplot(1,2,1),mesh(x,y,z),axis(-3,3,-2,2,-0.5,1.0) hidden offsubplot(1,2,2),mesh(x,y,z)hidden onaxis(-3,3,-2,2,-0.5,1.0)% 透視%不透視第四章