第五講 MATLAB的數(shù)據(jù)可視化(共18頁(yè))

1、PAGE PAGE 19第五(d w)講 MATLAB的數(shù)據(jù)(shj)可視化 MATLAB的數(shù)據(jù)可視化幾乎能滿足一般實(shí)際工程、科學(xué)計(jì)算中所有圖形(txng)需要。Matlab可使用戶計(jì)算所得的數(shù)據(jù)根據(jù)其不同情況轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的圖形?？梢赃x擇直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)等不同的坐標(biāo)系；可以表現(xiàn)出平面曲線、空間曲線，繪制直方圖、向量圖、柱狀圖及空間網(wǎng)面圖、空間表現(xiàn)圖。當(dāng)初步完成計(jì)算結(jié)果的可視化后，Matlab還可對(duì)圖形作進(jìn)一步加工，如初級(jí)操作，如標(biāo)注、添色、變換視角；中級(jí)操作，如控制色圖、取局部視圖、切片圖；高級(jí)操作，如動(dòng)畫、句柄等。1 可視化的一般步驟：（繪制二維、三維圖形）步驟指令數(shù)據(jù)準(zhǔn)備曲線產(chǎn)生自變量采樣向

2、量計(jì)算自變量的函數(shù)值x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(t);y2=sin(t)+cos(t);曲面產(chǎn)生自變量1采樣向量產(chǎn)生自變量2采樣向量產(chǎn)生自變量格點(diǎn)矩陣計(jì)算格點(diǎn)矩陣每點(diǎn)相應(yīng)的函數(shù)值x=x1:dx:x2;y=y1:dy:y2;X,Y=meshgrid(x,y);Z=f(X,Y);圖形輸出窗口的創(chuàng)建多重子圖窗口的創(chuàng)建再選定圖形窗口及子圖窗口figure(n)subplot(m,n,i)曲線二維使用繪圖指令畫曲線，并設(shè)置色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)型plot(x,y,color_linestyle_marker)plot3(x,y,z,b-+)%用藍(lán)色實(shí)線畫曲線，其中數(shù)據(jù)點(diǎn)用“+”標(biāo)志三維曲面

3、使用三維曲面繪圖指令畫曲面mesh(X,Y,Z)設(shè)置軸的范圍和坐標(biāo)分格線axis(x1,x2,y1,y2)axis(x1,x2,y1,y2,z1,z2)grid on(off)圖形標(biāo)注：圖名、軸名、圖例和文字說明title(string)xlabel(string);ylabel(string);zlabel(string);legend(string1,string2,)text(x,y,z,string)著色、明暗、燈光和材質(zhì)處理（僅三維）colormap,shading,light,material視點(diǎn)、三度（橫、縱、高）比（僅三維）view,aspect圖形的底層控制（圖形句柄）get

4、,set打?。ㄖ苯硬藛未蛴』蛎睿﹑rint 設(shè)備名選鄉(xiāng)選項(xiàng)文件名2 二維圖形2.1基本的繪圖函數(shù)plot2.1.1向量式plot(v)v=1,2,2,1,4;plot(v) 2.1.2參數(shù)(cnsh)式plot(x,y)t=0:pi/100:2*pi;x=cos(t);y=sin(t);plot(x,y) 2.1.3矩陣式plot(A)A=1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12;13,14,15,16;plot(A) 2.1.4混合式plot(X,Y)若X,Y為同維向量(xingling)若X為向量(xingling),Y有一維與X等維的矩陣X=0:pi/100:2*pi;X=

5、X;Y=sin(X),cos(X),cos(X+0.5);plot(X,Y) 2.1.5 plot(X1,Y1,X2,Y2,)t1=0:pi/100:2*pi;y1=cos(t1);t2=0:pi/100:4*pi;y2=sin(t2); plot(t1,y1,t2,y2) 2.2 線型、頂點(diǎn)(dngdin)標(biāo)記和顏色 plot(X1,Y1,S1,X2,Y2,S2,) 線 型顏 色頂 點(diǎn) 標(biāo) 記類型符號(hào)類型符號(hào)類 型符 號(hào)實(shí)線點(diǎn)線點(diǎn)虛線虛線-:-.- -黃色洋紅色蛋青色紅色綠色藍(lán)色白色黑色ymcrgbwk實(shí)點(diǎn)圓圈加號(hào)乘號(hào)星號(hào)方塊square鉆石diamond五角星符pentagram六角星符h

6、exagram.o+x*sdph t=0:pi/5:2*pi; y1=sin(t);y2=cos(t); plot(t,y1,+r:,t,y2,og-) 2.3 其他(qt)2維繪圖函數(shù)2.3.1函數(shù)(hnsh)簡(jiǎn)介bar 生成(shn chn)數(shù)據(jù)的bar圖形compass 生成復(fù)數(shù)的平面向量圖形errorbar 生成誤差的bar圖形feather 生成沿x-軸分布的復(fù)數(shù)向量圖hist 生成向量的統(tǒng)計(jì)直方圖polar 生成極坐標(biāo)上的函數(shù)圖形quiver 生成向量的梯度場(chǎng)或向量場(chǎng)rose 生成幅角的統(tǒng)計(jì)直方圖stairs 與bar的作用相同,但無區(qū)間間隔線段fill 生成多邊型區(qū)域并進(jìn)行著色填

7、充fplot 生成數(shù)學(xué)函數(shù)的函數(shù)圖形semilogx 生成x為對(duì)數(shù)坐標(biāo),y為線性坐標(biāo)圖形semilogy 生成y為對(duì)數(shù)坐標(biāo),x為線性坐標(biāo)圖形loglog 生成雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖形plotyy 生成左右兩側(cè)帶y軸的圖形2.3.2極坐標(biāo)圖形t=0:0.01:2*pi;polar(t,sin(2*t).*cos(2*t) 2.3.3數(shù)學(xué)(shxu)函數(shù)圖形fplotfplot(cos(tan(pi*x),-0.4,1.4) 與plot的區(qū)別(qbi):2.3.4 隱函數(shù)(hnsh)繪制 f(x,y)=0 ezplot(隱函數(shù)表達(dá)式) ezplot(x2*sin(x+y2)+y2*exp(x+y)+5*co

8、s(x2+y) 3三維圖形(txng)3.1三維函數(shù)(hnsh)簡(jiǎn)介 plot3 3維曲線(qxin) contour,contour3 等高線圖 mesh,meshc,meshz 網(wǎng)格圖 surf,surfc,surfl 著色圖 fill3 3維多邊型填充圖3.2 三維線型圖形plot3(X1,Y1,Z1,S1,X2,Y2,Z2,S2,)t=0:pi/50:10*pi; plot3(sin(t),cos(t),t) 3.3三維網(wǎng)格圖mesh3.3.1平面網(wǎng)格點(diǎn)的生成X,Y=meshgrid(x,y)生成x-y平面上小矩形頂點(diǎn)坐標(biāo)值的矩陣3.3.2計(jì)算所有網(wǎng)格點(diǎn)處的函數(shù)值3.3.3生成網(wǎng)格曲面

9、meshx=-8:0.5:8;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);R=sqrt(X.2+Y.2)+eps;Z=sin(R)./R;mesh(Z) 一般(ybn)形式為mesh(X,Y,Z,C)C稱為顏色矩陣,網(wǎng)格曲面的網(wǎng)格線的顏色由C值根據(jù)當(dāng)前的色譜(s p)來著色mesh(Z)mesh(X,Y,Z)x=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2;mesh(X,Y,Z) meshc(Z) 帶等高線的網(wǎng)格(wn )圖meshz(Z) 帶垂簾線的網(wǎng)格圖Z=peaks(30);meshc(Z) meshz(Z) 3.4三維著色(zhu s)圖surf surf的

10、曲面(qmin)生成過程與mesh是類似(li s)的,所不同的是mesh僅對(duì)網(wǎng)格線進(jìn)行著色,surf是對(duì)網(wǎng)格片進(jìn)行著色,而網(wǎng)格線用黑色標(biāo)出. surf(Z,C) surf(X,Y,Z,C) surf(x,y,Z,C) x=-1.5:0.3:1.5;y=-1:0.2:1; X,Y=meshgrid(x,y); Z=sqrt(4-X.2/9-Y.2/4);surf(X,Y,Z) surfc(X,Y,Z) 帶等高線的著色圖surfl(X,Y,Z) 帶光照效果(xiogu)的著色圖著色(zhu s)方式:shading faceted 缺省著色(zhu s)模式,網(wǎng)格線為黑色 shading fla

11、t 與faceted模式類似,只是網(wǎng)格線也分塊著色 shading interp 網(wǎng)格塊區(qū)域內(nèi)部像素的顏色由該4個(gè)頂點(diǎn)的顏色值做雙線性插值surfl(peaks(200),shading interp; 3.5等高線圖形contour contour(Z) contour(Z,n) contour(Z,v) contour(X,Y,Z,n) contour(X,Y,Z,v) contour(x,y,Z,n) contour(x,y,Z,v) C=contourc(X,Y,Z,n) C=contourc(X,Y,Z,v) 生成等高線的x-y坐標(biāo)數(shù)據(jù) clabel(C) clabel(C) 等高線

12、加高度標(biāo)識(shí) 其中n 是繪制等高線的數(shù)目,可缺省 v 是在向量v指定的值上繪制等高線,可缺省 Z=peaks(40); contour(Z,6) C=contourc(Z,6); clabel(C) 三維等高線contour3contour3(peaks(40),6) 4四維(s wi)表現(xiàn)(用色彩(sci)表示第四維)4.1定義(dngy)在面上的三維函數(shù)X,Y,Z=sphere(30);T=abs(Z); %假設(shè)地球的氣溫函數(shù)surf(X,Y,Z,T) 4.2作切片(qi pin)圖slicev=f(x,y,z)X,Y,Z=meshgrid(x,y,z)slice(X,Y,Z,V,xi,yi

13、,zi) 函數(shù)的四維(s wi)表現(xiàn) x=-2:0.1:2;y=-2:0.25:2;z=-2:0.25:2; X,Y,Z=meshgrid(x,y,z); V=X.*exp(-X.2-Y.2-Z.2); xi=-0.7,0.7;yi=0.5;zi=-0.5; slice(X,Y,Z,V,xi,yi,zi) xlabel(x);ylabel(y);zlabel(z);hold on colorbar(horiz)view(-30,45) 5圖形(txng)的標(biāo)注5.1 圖名和坐標(biāo)軸的標(biāo)注(bio zh) title(string) xlable(string) ylabel(string) zl

14、abel(string) legend(string1,string2,)5.2 所畫圖形(txng)的文字說明 text(x,y,z,string) gtext(string)5.3分格線grid on grid offgridx=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,b:,x,z,k-)xlabel(varible x),ylabel(function y and z),title(sin and cos curves)grid ontext(3.3,0.1,sin(x)text(5.1,0.3,cosx) legend(sin(x)

15、,cos(x) 6 圖形的控制(kngzh)和表現(xiàn)6.1 圖形的窗口創(chuàng)建和控制figure figure(n) clf6.2 子圖形的創(chuàng)建(chungjin)和控制 subplot(m,n,p) t=0:0.1:2*pi; x=sin(t); subplot(2,2,1) plot(t,x) subplot(2,2,2) polar(t,x) subplot(2,2,3) semilogx(t,x) 6.3圖形(txng)的重疊繪制hold on hold off hold 6.4坐標(biāo)軸的控制(kngzh)axis(xmin,xmin,ymin,ymax,zmim,zmax) axis(aut

16、o) 返回坐標(biāo)軸的缺省狀態(tài)(自動(dòng)刻度)axis(axis) 保持刻度范圍不變axis(ij) 以矩陣(ij)坐標(biāo)軸表現(xiàn)圖形axis(xy) 以缺省的笛卡爾坐標(biāo)系表現(xiàn)(bioxin)圖形axis(off) 使坐標(biāo)系消隱(xio yn)axis(on) 使坐標(biāo)系顯現(xiàn)(xinxin)axis(equal) 使坐標(biāo)系軸刻度增量相同axis(suare) 使坐標(biāo)系軸長(zhǎng)度相同axis(normal) 關(guān)閉axis(equal) 和axis(suare)x,y,z=peaks(20);subplot(1,2,1);mesh(z);axis(ij);title(矩陣坐標(biāo)); xlabel(J軸);ylabel

17、(I軸); subplot(1,2,2);mesh(z);axis(xy);title(笛卡爾坐標(biāo)); xlabel(X軸);ylabel(Y軸); 6.5視角的控制 觀察函數(shù)view(az,el) 二維觀察的缺省值為:az=0,el=90 三維觀察的缺省值為:az=-37.5,el=30 Z=peaks(40); subplot(1,2,1);mesh(Z),view(-37.5,30) subplot(1,2,2);mesh(Z),view(-90,0) 7色彩(sci)的控制和表現(xiàn)7.1 顏色(yns)的表示法 用一個(gè)長(zhǎng)度為3的實(shí)數(shù)(shsh)向量表示 常見顏色RGB對(duì)照標(biāo)紅綠藍(lán)顏色00

18、0黑色111白色100紅色010綠色001藍(lán)色110黃色101洋紅色011蛋青色0.50.50.5灰色0.500暗紅色10.620.40黃銅色7.2色譜色譜:由RGB值組成的m x 3維數(shù)值矩陣,每個(gè)MATLAB圖形窗口關(guān)聯(lián)一個(gè)色譜矩陣,即該圖形窗口中圖形對(duì)象可使用的顏色偽色譜:相對(duì)于圖象來說非圖象真實(shí)顏色的任何一個(gè)色譜調(diào)色板:圖象的特定色譜,在該色譜下,圖象顏色被真實(shí)地表現(xiàn)出來7.3系統(tǒng)色譜(色圖函數(shù))偏重于不同的色調(diào),色圖函數(shù)色圖性質(zhì)bone藍(lán)色調(diào)灰度cool青和品紅淡色copper線性變化純銅色調(diào)flag紅-白-藍(lán)-黑交錯(cuò)色gray線性灰度hot黑-紅-黃-白色hsv帶飽和值的色圖jet

19、hsv的一種變體pink淡粉紅色圖prism光譜色圖7.4著色(zhu s)原理MATLAB缺省著色方式是通過線性變換的方式將顏色矩陣的數(shù)值元素映射到色譜矩陣的行索引號(hào)，以該行的RGB顏色值所決定(judng)的顏色對(duì)顏色矩陣元素對(duì)應(yīng)的圖形位置進(jìn)行著色7.5基本操作colormap(MAP) 將當(dāng)前(dngqin)圖形的色譜設(shè)為 MAPcolormap(pink)color(110)rgbplot(MAP) 把色譜矩陣中的三列數(shù)分別用紅、綠、藍(lán)三種顏色畫出來pcolor 繪偽彩色圖,圖形使用的色彩用于表示數(shù)據(jù)的大小,而不是自然的色彩 colorbar 在圖形窗口中增加水平或垂直的顏色標(biāo)尺以顯示

20、當(dāng)前所采用的色譜 colorbar(vert) colorbar(horiz) Z=peaks(40); colormap(hot) mesh(Z) colorbar(horiz) 8 圖形的輸出(盡量保持原圖形的信息)8.1 打印輸出8.2 文件保存 file save as 選文件格式（上面主要是以“命令”方式講解，其實(shí)許多命令都可以在figure窗口完成）9 補(bǔ)充* 前面對(duì)圖形的控制都是通過命令來完成(wn chng)的，其實(shí)可以通過Menu+Toolbar+Mouse來完成(wn chng)更方便。(對(duì)圖形窗口(chungku)的菜單和工具欄進(jìn)行操作)* 特殊字符的輸入（希臘字母，數(shù)學(xué)字符）t=0:pi/100:2*pi;y_t=exp(0.5*t).*sin(0.5*t);plot(t,