教學(xué)第2講數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化課件

數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化11/26/20221數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化11/22/20221引言世界頂級的數(shù)值計(jì)算工具軟件MATLAB具有極其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化功能，可制作具有出版質(zhì)量圖形。在前面的課程中，已經(jīng)使用了數(shù)據(jù)可視化命令plot。詳細(xì)介紹MATLAB這一部分的內(nèi)容可以寫一本書。我們只能介紹MATLAB數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)，2-D數(shù)據(jù)可視化、3-D數(shù)據(jù)可視化初步。二維圖形是將平面坐標(biāo)上的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來的平面圖形。可以采用直角坐標(biāo)系、對數(shù)坐標(biāo)、極坐標(biāo)等形式。數(shù)據(jù)點(diǎn)可以用向量或矩陣形式給出，類型可以是實(shí)型或復(fù)型。2/27/20192MatlabLanguage引言世界頂級的數(shù)值計(jì)算工具軟件MATLAB具有極其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)3.1二維曲線繪圖的基本操作plot指令的基本調(diào)用格式（1）plot(x)x為向量時(shí)，以該元素的下標(biāo)為橫坐標(biāo)、元素值為縱坐標(biāo)繪出曲線x為實(shí)數(shù)二維數(shù)組時(shí)，則按列繪制每列元素值相對其下標(biāo)的曲線，曲線數(shù)等于x數(shù)組的列數(shù)。x為復(fù)數(shù)二維數(shù)組時(shí)，則按列分別以數(shù)組的實(shí)部和虛部為橫、縱坐標(biāo)繪制多條曲線（2）plot(x,y)x、y為同維數(shù)組時(shí)，繪制以x、y元素為橫縱坐標(biāo)的曲線x為向量，y為二維數(shù)組、且其列數(shù)或行數(shù)等于x的元素?cái)?shù)時(shí)，繪制多條不同顏色的曲線x為二維數(shù)組，y為向量時(shí)，情況與上相同，只是y仍為縱坐標(biāo)。（3）plot(x1,y1,x2,y2,…)繪制以x1為橫坐標(biāo)、y1為縱坐標(biāo)的曲線1，以x2為橫坐標(biāo)、y2為縱坐標(biāo)的曲線2，等等。其中x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)，繪制y=f(x)函數(shù)曲線。

2/27/20193MatlabLanguage3.1二維曲線繪圖的基本操作plot指令的基本調(diào)用格式例3.1使用直角坐標(biāo)系在[0，2π]區(qū)間內(nèi)，繪制曲線x=0:pi/100:2*pi;y=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);plot(x,y)2/27/20194MatlabLanguage例3.1使用直角坐標(biāo)系在[0，2π]區(qū)間內(nèi)，繪制曲線2/2例3.2使用參數(shù)方程繪制曲線繪制曲線t=-pi:pi/100:pi;x=t.*cos(3*t);y=t.*sin(t).^2;plot(x,y)2/27/20195MatlabLanguage例3.2使用參數(shù)方程繪制曲線繪制曲線2/27/20195繪制圖形的輔助操作

曲線線形控制符

曲線顏色控制符

符號-:-.--含義實(shí)線虛線點(diǎn)劃線雙劃線符號bgrcmykw含義蘭綠紅青品紅黃黑白2/27/20196MatlabLanguage繪制圖形的輔助操作曲線線形控制符符號-:-.--含曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)形曲線的線形控制符、顏色控制符、數(shù)據(jù)點(diǎn)形控制符可以組合使用其先后次序不影響繪圖結(jié)果也可以單獨(dú)使用。2/27/20197MatlabLanguage曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)形曲線的線形控制符、顏色控制符、數(shù)例3.9繪制圖形的輔助操作SpecifyLineproperties

t=(0:15)*2*pi/15;y=sin(t);subplot(3,2,1),plot(t,y);

title('Linsstyleisdefault')subplot(3,2,2),plot(t,y,'o');

title('Linsstyleiso')subplot(3,2,3),plot(t,y,'k:');

title('Linsstyleisk:')subplot(3,2,4),plot(t,y,'k:*');

title('Linsstyleisk:*')subplot(3,2,5),plot(t,y,'m-d');

title('Linsstyleism-d')subplot(3,2,6),plot(t,y,'r-p');

title('Linsstyleisr-p')2/27/20198MatlabLanguage例3.9繪制圖形的輔助操作SpecifyLinepr2/27/20199MatlabLanguage2/27/20199MatlabLanguage坐標(biāo)、刻度和分格線控制

2/27/201910MatlabLanguage坐標(biāo)、刻度和分格線控制2/27/201910Matlab例3.10坐標(biāo)控制繪制橢圓，長軸為3.25，短軸為1.15t=0:2*pi/99:2*pi;x=1.15*cos(t);y=3.25*sin(t);%y為長軸，x為短軸subplot(2,2,1);plot(x,y);axisofftitle('axisoff');subplot(2,2,2);plot(x,y);axisimage;title('axisimage');subplot(2,2,3);plot(x,y);axisequal;title('axisEqual');subplot(2,2,4);plot(x,y);axissquare;title('axisSquare');2/27/201911MatlabLanguage例3.10坐標(biāo)控制繪制橢圓，長軸為3.25，短2/27/201912MatlabLanguage2/27/201912MatlabLanguage刻度、分格線和坐標(biāo)框

分格線與grid指令

gridon 畫出分格線gridoff 不畫分格線MATLAB的缺省設(shè)置是不畫分格線；分格線的疏密取決于坐標(biāo)刻度（改變坐標(biāo)刻度，可改變分格線的疏密）。坐標(biāo)框boxon 控制加邊框線boxoff 控制不加邊框線刻度設(shè)置指令及格式：set(gca,‘xtick’,xs,‘ytick’,ys)xs、ys可以使任何合法的實(shí)數(shù)向量，用于分別設(shè)置x、y軸的刻度。2/27/201913MatlabLanguage刻度、分格線和坐標(biāo)框分格線與grid指令2/27/20圖形標(biāo)識

圖形標(biāo)識包括：圖名（title）坐標(biāo)軸名（xlabel、ylabel）圖形文本注釋（text）圖例（legend）簡捷使用格式title(s) %s為字符串變量或常量xlabel(s)ylabel(s)legend(s)text(x,y,s) %指定坐標(biāo)（x,y）處加注文字

2/27/201914MatlabLanguage圖形標(biāo)識圖形標(biāo)識包括：2/27/201914Matlab圖形標(biāo)識（續(xù)）精細(xì)指令形式字體樣式設(shè)置：

\fontname{arg}\arg\fontsize{arg}string其中，String為要輸出的字符串，其前面的均為屬性控制，使用方法見下表。2/27/201915MatlabLanguage圖形標(biāo)識（續(xù)）精細(xì)指令形式2/27/201915Matl圖形標(biāo)識（續(xù)）2/27/201916MatlabLanguage圖形標(biāo)識（續(xù)）2/27/201916MatlabLang例3.12在正弦曲線上標(biāo)注特殊值t=(0:100)/100*2*pi;y=sin(t);plot(t,y)text(3*pi/4,sin(3*pi/4),'\fontsize{16}\leftarrowsin(t)=.707')text(pi,sin(pi),'\fontsize{16}\leftarrowsin(t)=0')text(5*pi/4,sin(5*pi/4),'\fontsize{16}sin(t)=-.707\rightarrow',...'HorizontalAlignment','right')其中，‘HorizontalAlignment’,‘right’設(shè)置圖形標(biāo)識為水平右對齊2/27/201917MatlabLanguage例3.12在正弦曲線上標(biāo)注特殊值2/27/201917Ma2.特殊圖形直方圖(柱形圖)bar垂直直方圖累計(jì)式分組式水平直方圖累計(jì)式分組式2/27/201918MatlabLanguage2.特殊圖形直方圖(柱形圖)bar2/27/201918例3.15x=-2.9:0.2:2.9;bar(x,exp(-x.*x),'r')2/27/201919MatlabLanguage例3.15x=-2.9:0.2:2.9;2/27/20例3.16北京市從業(yè)人員統(tǒng)計(jì) 1990年 1995年 2000年第一產(chǎn)業(yè)

90.7 70.6 73.9（萬人）第二產(chǎn)業(yè) 281.6 271 214.6第三產(chǎn)業(yè) 254.8 323.7 326.5執(zhí)行以下語句：year=[199019952000];people=[90.7281.6254.8;70.6271323.7;73.9214.6326.5];bar(year,people,‘stack’);legend(‘\fontsize{6}第一產(chǎn)業(yè)’,‘\fontsize{6}第二產(chǎn)業(yè)’,‘\fontsize{6}第三產(chǎn)業(yè)');2/27/201920MatlabLanguage例3.16北京市從業(yè)人員統(tǒng)計(jì)2/27/201920Matl累計(jì)式直方圖2/27/201921MatlabLanguage累計(jì)式直方圖2/27/201921MatlabLangubar(year,people,‘group’);

%分組式直方圖legend(‘\fontsize{6}第一產(chǎn)業(yè)’,‘\fontsize{6}第二產(chǎn)業(yè)’,‘\fontsize{6}第三產(chǎn)業(yè)');2/27/201922MatlabLanguagebar(year,people,‘group’);barh(year,people,‘group’);

%分組式直方圖legend(‘\fontsize{6}first’,‘\fontsize{6}second’,‘\fontsize{6}third');2/27/201923MatlabLanguagebarh(year,people,‘group’);barh(year,people,‘stack’);

%累積式直方圖legend(‘\fontsize{6}first’,‘\fontsize{6}second’,‘\fontsize{6}third');2/27/201924MatlabLanguagebarh(year,people,‘stack’);餅圖指令pie

餅圖指令pie用來表示各元素占總和的百分?jǐn)?shù)。該指令第二輸入變量是與第一變量同長的0-1向量，1使對應(yīng)扇塊突出。a=[1,1.6,1.2,0.8,2.1];subplot(1,2,1),pie(a,[10100]),legend({'1','2','3','4','5'})subplot(1,2,2),b=int8(a==min(a))pie3(a,b)colormap(cool)

2/27/201925MatlabLanguage餅圖指令pie餅圖指令pie用來表示各元素占總和的百分?jǐn)?shù)2/27/201926MatlabLanguage2/27/201926MatlabLanguage離散桿圖stem

余弦波的采樣信號圖t=linspace(-2*pi,2*pi,20);h=stem(t,cos(t));2/27/201927MatlabLanguage離散桿圖stem余弦波的采樣信號圖2/27/2019273.三維繪圖的基本操作三維線圖指令plot3三維繪圖指令中，plot3最易于理解，它的使用格式與plot十分相似，只是對應(yīng)第3維空間的參量。t=(0:0.02:2)*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,'b-',x,y,z,'bd');view([-82,58]);boxonlegend('鏈','寶石')2/27/201928MatlabLanguage3.三維繪圖的基本操作三維線圖指令plot32/27/2三維線圖繪制結(jié)果2/27/201929MatlabLanguage三維線圖繪制結(jié)果2/27/201929MatlabLan數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化11/26/202230數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化11/22/20221引言世界頂級的數(shù)值計(jì)算工具軟件MATLAB具有極其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化功能，可制作具有出版質(zhì)量圖形。在前面的課程中，已經(jīng)使用了數(shù)據(jù)可視化命令plot。詳細(xì)介紹MATLAB這一部分的內(nèi)容可以寫一本書。我們只能介紹MATLAB數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)，2-D數(shù)據(jù)可視化、3-D數(shù)據(jù)可視化初步。二維圖形是將平面坐標(biāo)上的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來的平面圖形?？梢圆捎弥苯亲鴺?biāo)系、對數(shù)坐標(biāo)、極坐標(biāo)等形式。數(shù)據(jù)點(diǎn)可以用向量或矩陣形式給出，類型可以是實(shí)型或復(fù)型。2/27/201931MatlabLanguage引言世界頂級的數(shù)值計(jì)算工具軟件MATLAB具有極其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)3.1二維曲線繪圖的基本操作plot指令的基本調(diào)用格式（1）plot(x)x為向量時(shí)，以該元素的下標(biāo)為橫坐標(biāo)、元素值為縱坐標(biāo)繪出曲線x為實(shí)數(shù)二維數(shù)組時(shí)，則按列繪制每列元素值相對其下標(biāo)的曲線，曲線數(shù)等于x數(shù)組的列數(shù)。x為復(fù)數(shù)二維數(shù)組時(shí)，則按列分別以數(shù)組的實(shí)部和虛部為橫、縱坐標(biāo)繪制多條曲線（2）plot(x,y)x、y為同維數(shù)組時(shí)，繪制以x、y元素為橫縱坐標(biāo)的曲線x為向量，y為二維數(shù)組、且其列數(shù)或行數(shù)等于x的元素?cái)?shù)時(shí)，繪制多條不同顏色的曲線x為二維數(shù)組，y為向量時(shí)，情況與上相同，只是y仍為縱坐標(biāo)。（3）plot(x1,y1,x2,y2,…)繪制以x1為橫坐標(biāo)、y1為縱坐標(biāo)的曲線1，以x2為橫坐標(biāo)、y2為縱坐標(biāo)的曲線2，等等。其中x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)，繪制y=f(x)函數(shù)曲線。

2/27/201932MatlabLanguage3.1二維曲線繪圖的基本操作plot指令的基本調(diào)用格式例3.1使用直角坐標(biāo)系在[0，2π]區(qū)間內(nèi)，繪制曲線x=0:pi/100:2*pi;y=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);plot(x,y)2/27/201933MatlabLanguage例3.1使用直角坐標(biāo)系在[0，2π]區(qū)間內(nèi)，繪制曲線2/2例3.2使用參數(shù)方程繪制曲線繪制曲線t=-pi:pi/100:pi;x=t.*cos(3*t);y=t.*sin(t).^2;plot(x,y)2/27/201934MatlabLanguage例3.2使用參數(shù)方程繪制曲線繪制曲線2/27/20195繪制圖形的輔助操作

曲線線形控制符

曲線顏色控制符

符號-:-.--含義實(shí)線虛線點(diǎn)劃線雙劃線符號bgrcmykw含義蘭綠紅青品紅黃黑白2/27/201935MatlabLanguage繪制圖形的輔助操作曲線線形控制符符號-:-.--含曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)形曲線的線形控制符、顏色控制符、數(shù)據(jù)點(diǎn)形控制符可以組合使用其先后次序不影響繪圖結(jié)果也可以單獨(dú)使用。2/27/201936MatlabLanguage曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)形曲線的線形控制符、顏色控制符、數(shù)例3.9繪制圖形的輔助操作SpecifyLineproperties

t=(0:15)*2*pi/15;y=sin(t);subplot(3,2,1),plot(t,y);

title('Linsstyleisdefault')subplot(3,2,2),plot(t,y,'o');

title('Linsstyleiso')subplot(3,2,3),plot(t,y,'k:');

title('Linsstyleisk:')subplot(3,2,4),plot(t,y,'k:*');

title('Linsstyleisk:*')subplot(3,2,5),plot(t,y,'m-d');

title('Linsstyleism-d')subplot(3,2,6),plot(t,y,'r-p');

title('Linsstyleisr-p')2/27/201937MatlabLanguage例3.9繪制圖形的輔助操作SpecifyLinepr2/27/201938MatlabLanguage2/27/20199MatlabLanguage坐標(biāo)、刻度和分格線控制

2/27/201939MatlabLanguage坐標(biāo)、刻度和分格線控制2/27/201910Matlab例3.10坐標(biāo)控制繪制橢圓，長軸為3.25，短軸為1.15t=0:2*pi/99:2*pi;x=1.15*cos(t);y=3.25*sin(t);%y為長軸，x為短軸subplot(2,2,1);plot(x,y);axisofftitle('axisoff');subplot(2,2,2);plot(x,y);axisimage;title('axisimage');subplot(2,2,3);plot(x,y);axisequal;title('axisEqual');subplot(2,2,4);plot(x,y);axissquare;title('axisSquare');2/27/201940MatlabLanguage例3.10坐標(biāo)控制繪制橢圓，長軸為3.25，短2/27/201941MatlabLanguage2/27/201912MatlabLanguage刻度、分格線和坐標(biāo)框

分格線與grid指令

gridon 畫出分格線gridoff 不畫分格線MATLAB的缺省設(shè)置是不畫分格線；分格線的疏密取決于坐標(biāo)刻度（改變坐標(biāo)刻度，可改變分格線的疏密）。坐標(biāo)框boxon 控制加邊框線boxoff 控制不加邊框線刻度設(shè)置指令及格式：set(gca,‘xtick’,xs,‘ytick’,ys)xs、ys可以使任何合法的實(shí)數(shù)向量，用于分別設(shè)置x、y軸的刻度。2/27/201942MatlabLanguage刻度、分格線和坐標(biāo)框分格線與grid指令2/27/20圖形標(biāo)識

圖形標(biāo)識包括：圖名（title）坐標(biāo)軸名（xlabel、ylabel）圖形文本注釋（text）圖例（legend）簡捷使用格式title(s) %s為字符串變量或常量xlabel(s)ylabel(s)legend(s)text(x,y,s) %指定坐標(biāo)（x,y）處加注文字

2/27/201943MatlabLanguage圖形標(biāo)識圖形標(biāo)識包括：2/27/201914Matlab圖形標(biāo)識（續(xù)）精細(xì)指令形式字體樣式設(shè)置：

\fontname{arg}\arg\fontsize{arg}string其中，String為要輸出的字符串，其前面的均為屬性控制，使用方法見下表。2/27/201944MatlabLanguage圖形標(biāo)識（續(xù)）精細(xì)指令形式2/27/201915Matl圖形標(biāo)識（續(xù)）2/27/201945MatlabLanguage圖形標(biāo)識（續(xù)）2/27/201916MatlabLang例3.12在正弦曲線上標(biāo)注特殊值t=(0:100)/100*2*pi;y=sin(t);plot(t,y)text(3*pi/4,sin(3*pi/4),'\fontsize{16}\leftarrowsin(t)=.707')text(pi,sin(pi),'\fontsize{16}\leftarrowsin(t)=0')text(5*pi/4,sin(5*pi/4),'\fontsize{16}sin(t)=-.707\rightarrow',...'HorizontalAlignment','right')其中，‘HorizontalAlignment’,‘right’設(shè)置圖形標(biāo)識為水平右對齊2/27/201946MatlabLanguage例3.12在正弦曲線上標(biāo)注特殊值2/27/201917Ma2.特殊圖形直方圖(柱形圖)bar垂直直方圖累計(jì)式分組式水平直方圖累計(jì)式分組式2/27/201947MatlabLanguage2.特殊圖形直方圖(柱形圖)bar2/27/201918例3.15x=-2.9:0.2:2.9;bar(x,exp(-x.*x),'r')2/27/201948MatlabLanguage例3.15x=-2.9:0.2:2.9;2/27/20例3.16北京市從業(yè)人員統(tǒng)計(jì) 1990年 1995年 2000年第一產(chǎn)業(yè)

90.7 70.6 73.9（萬人）第二產(chǎn)業(yè) 281.6 271 214.6第三產(chǎn)業(yè) 254.8 323.7 326.5執(zhí)行以下語句：year=[199019952000];people=[90.7281.6254.8;70.6271323.7;73.9214.6326.5];bar(year,people,‘stack’);legend(‘\fontsize{6}第一產(chǎn)業(yè)’,‘\fontsize{6}第二產(chǎn)業(yè)’,‘\fontsize{6}第三產(chǎn)業(yè)');2/27/201949MatlabLanguage例3.16北京市從業(yè)人員統(tǒng)計(jì)2/27/201920Matl累計(jì)式直方圖2/27/201950MatlabLanguage累計(jì)式直方圖2/27/201921MatlabLangubar(year,people,‘group’);

%分組式直方圖legend(‘\fontsize{6}第一產(chǎn)業(yè)’,‘\fontsize{6}第二產(chǎn)業(yè)’,‘\fontsize{6}第三產(chǎn)業(yè)');2/27/201951MatlabLanguagebar(year,people,‘group’);barh(year,people,‘gro