第五章 數(shù)據(jù)顯示及存取-MATLAB全教學(xué)(安裝、使用、運(yùn)算、編程、仿真、應(yīng)用及接口)

MATLAB全教學(xué)（安裝、使用、運(yùn)算、編程、仿真、應(yīng)用與接口）第一章概述第二章基礎(chǔ)知識(shí)第三章數(shù)學(xué)運(yùn)算第四章基本編程第五章數(shù)據(jù)顯示及存取第六章數(shù)值計(jì)算第七章符號(hào)計(jì)算第八章圖形用戶界面（GUI）第九章Simulink仿真第十章實(shí)際應(yīng)用第十一章外部接口第五章數(shù)據(jù)顯示及存取本章將著重介紹：數(shù)據(jù)的顯示；數(shù)據(jù)的保存；數(shù)據(jù)的讀取。目錄

5.1二維繪圖

5.2三維繪圖

5.3圖形處理

5.4圖形窗口

5.5MAT文件應(yīng)

5.6文件I/O

習(xí)題5.1二維繪圖

5.1.1函數(shù)plot()5.1.2函數(shù)fplot()5.1.3函數(shù)ezplot()

二維圖形的繪制是MATLAB語(yǔ)言圖形處理的基礎(chǔ)。本節(jié)將主要介紹函數(shù):plot()；

fplot()；

ezplot()。5.1.1函數(shù)plot()

1．plot(y)2．plot(x,y)3．plot(x,y,s)1．plot(y)

參數(shù)y可以是向量、實(shí)數(shù)矩陣或復(fù)數(shù)向量；若y為向量，圖形以向量索引為橫坐標(biāo)值，以向量元素值為縱坐標(biāo)值；若y為實(shí)數(shù)矩陣，則分別繪制y的各列向量；若y為復(fù)向量，圖形以復(fù)向量對(duì)應(yīng)的實(shí)部向量為橫坐標(biāo)值，以虛部向量為縱坐標(biāo)值。2．plot(x,y)

參數(shù)x和y均可為向量和矩陣，分以下三種情況；參數(shù)x和y均為n維向量；參數(shù)x為n維向量且y為mn或nm的矩陣；參數(shù)x和y均為mn矩陣。3．plot(x,y,s)

參數(shù)x和y的含義同plot(x,y)中的相同。常見(jiàn)的可用字符及其意義如下表所示。

5.1.2函數(shù)fplot()

函數(shù)plot()將外部的離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形。數(shù)據(jù)點(diǎn)越多繪制的曲線越精確，越能反映數(shù)據(jù)的規(guī)律；數(shù)據(jù)點(diǎn)少，則可能無(wú)法正確反映數(shù)據(jù)的規(guī)律。

函數(shù)fplot()幫助用戶構(gòu)建所需要繪制函數(shù)的數(shù)據(jù)，函數(shù)plot()的具體用法如下：

其中各項(xiàng)參數(shù)的含義如下。

function：待繪制的函數(shù)。

limits：定義x軸（自變量）的取值范圍

[xminxmax]，或x軸和y軸（應(yīng)變量）的范圍[xminxmaxyminymax]。

LineSpec：定義繪圖的線型、顏色等。tol：相對(duì)誤差容忍度，默認(rèn)值為2e-3。

n：當(dāng)n≥1時(shí)，至少繪制n+1個(gè)點(diǎn)，默認(rèn)值為1。

axes_handle：坐標(biāo)軸句柄，函數(shù)的圖形將繪制在這個(gè)坐標(biāo)系中。

P1,P2…：向函數(shù)傳遞參數(shù)值。

X,Y…：采樣的自變量和對(duì)應(yīng)的函數(shù)值。5.1.3函數(shù)ezplot()

函數(shù)ezplot()用于繪制函數(shù)在某一自變量區(qū)域內(nèi)的圖形，它的具體使用方法如下：

當(dāng)f=f(x)時(shí)，各參數(shù)的含義如下。

ezplot(f)：繪制函數(shù)在默認(rèn)區(qū)域-2*pi<x<2*pi內(nèi)的圖形。

ezplot(f,[min,max])：繪制函數(shù)在區(qū)域

min<x<max內(nèi)的圖形。

當(dāng)f=f(x,y)時(shí)，各參數(shù)的含義如下。

ezplot(f)：繪制函數(shù)在默認(rèn)區(qū)域-2*pi<x<2*pi，-2*pi<y<2*pi內(nèi)的圖形。

ezplot(f,[xmin,xmax,ymin,ymax])：繪制函數(shù)f(x,y)=0在區(qū)域

xmin<x<xmax，ymin<y<ymax內(nèi)的圖形。ezplot(f,[min,max])：繪制函數(shù)

f(x,y)=0在區(qū)域min<x<max、

min<y<max內(nèi)的圖形。

ezplot(x,y)：繪制參數(shù)方程組x=x(t)，

y=y(t)在默認(rèn)區(qū)域0<t<2*pi內(nèi)的圖形。

ezplot(x,y,[tmin,tmax])：繪制參數(shù)方程組x=x(t)，y=y(t)在區(qū)域

tmin<t<tmax內(nèi)的圖形。ezplot(...,figure_handle)：在句柄為

figure_handle的窗口中繪制圖形。

ezplot(axes_handle,...)：在句柄為

axes_handle的坐標(biāo)系上繪制圖形。

h=ezplot(...)：返回圖形的句柄。需要說(shuō)明的是，上述函數(shù)中的自變量名稱(chēng)不局限于x和y。5.2三維繪圖

5.2.1函數(shù)plot3()5.2.2函數(shù)mesh()5.2.3函數(shù)surf()5.2.4改進(jìn)的三維繪圖函數(shù)最常用的三維繪圖：三維曲線圖，對(duì)應(yīng)的MATLAB函數(shù)為

plot3()

網(wǎng)格圖和，對(duì)應(yīng)的MATLAB函數(shù)為mesh()

曲面圖，對(duì)應(yīng)的MATLAB函數(shù)為和surf()5.2.1函數(shù)plot3()

函數(shù)plot3()具體使用方法如下：其中X1、Y1、Z1為向量或矩陣，LineSpec定義曲線線型、顏色等，PropertyName為線對(duì)象的屬性名，PropertyValue為相應(yīng)屬性的值，h是用于存放曲線簇中每一個(gè)線對(duì)象的句柄變量。

當(dāng)X1、Y1、Z1為長(zhǎng)度相同的向量時(shí)，函數(shù)plot3()將繪得一條分別以向量X1、

Y1、Z1為x，y，z軸坐標(biāo)值的空間曲線；當(dāng)X1、Y1、Z1均為mn的矩陣時(shí)，函數(shù)

plot3()將繪得m條空間曲線，其中，第I

條空間曲線分別以X1、Y1、Z1矩陣的第I

列分量為x，y，z軸坐標(biāo)值的空間曲線。5.2.2函數(shù)mesh()

函數(shù)mesh()可以繪出在某一區(qū)間內(nèi)的完整曲面，其具體使用方法如下：其中：

C用于定義顏色；

X和Y必須均為向量若X和Y的長(zhǎng)度分別為m和n，則Z必須為mn的矩陣，在這種情況下，網(wǎng)格線的頂點(diǎn)為（X(j),Y(i),Z(i,j)）；若參數(shù)中沒(méi)有提供X，Y，則將(i,j)作為Z(i,j)的X，Y軸坐標(biāo)值。5.2.3函數(shù)surf()

與函數(shù)mesh()不同，函數(shù)mesh()繪制得到的是網(wǎng)格圖，而函數(shù)surf()繪制得到的是著色的三維曲面，其具體使用方法如下：

其中，各參數(shù)的含義與函數(shù)mesh()命令中的相同。

5.2.4改進(jìn)的三維繪圖函數(shù)1．函數(shù)meshc()和meshz()2．函數(shù)surfc()

前面介紹了3個(gè)基本的三維繪圖函數(shù)，下面介紹一些常用的圖形處理功能。1．函數(shù)meshc()和meshz()

函數(shù)meshc()在函數(shù)mesh()繪制的三維曲面圖基礎(chǔ)上再繪出等高線。

函數(shù)meshz()的作用是在函數(shù)mesh()繪制的三維曲面圖基礎(chǔ)上再繪出邊界面。

2．函數(shù)surfc()

函數(shù)surfc()在函數(shù)surf()繪制的三維圖形基礎(chǔ)上再繪出等高線。

5.3圖形處理5.3.1圖形標(biāo)注

5.3.2坐標(biāo)軸的控制

5.3.3圖形數(shù)據(jù)取點(diǎn)

5.3.4子圖和圖形保持

5.3.5圖形的打印和輸出MATLAB提供了強(qiáng)大的圖形處理功能。下面具體的介紹圖形標(biāo)注坐標(biāo)軸的控制圖形數(shù)據(jù)取點(diǎn)子圖和圖形保持圖形的打印和輸出5.3.1圖形標(biāo)注1．標(biāo)注坐標(biāo)軸和圖形標(biāo)題

2．文本標(biāo)注圖形

3．標(biāo)注圖例MATLAB提供了豐富的圖形標(biāo)注函數(shù)，可以方便地對(duì)所繪圖形進(jìn)行標(biāo)注。1．標(biāo)注坐標(biāo)軸和圖形標(biāo)題

實(shí)現(xiàn)標(biāo)注坐標(biāo)軸和填加圖形標(biāo)題的函數(shù)主要有xlabel()、ylabel()、zlabel()和title()等，具體使用方法基本相同并如下表示。其中：

string是標(biāo)注所用的文本；

fname是一個(gè)函數(shù)名，該函數(shù)的返回值必須是字符串；

‘PropertyName’定義標(biāo)注文本的屬性；

PropertyValue為對(duì)應(yīng)的屬性值。

在標(biāo)注過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到特殊符號(hào)的輸入問(wèn)題，MATLAB提供了相應(yīng)的字符轉(zhuǎn)換。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換如下表所示。

可以對(duì)標(biāo)注文本進(jìn)行顯示控制，方式如下。

\bf：黑體。

\it：斜體。

\sl：透視。

\rm：標(biāo)準(zhǔn)形式。

\fontname{fontname}：定義標(biāo)注文字的字體。

\fontsize{fontsize}：定義標(biāo)注文字的字體大小。2．文本標(biāo)注圖形

在MATLAB中的文本標(biāo)注：函數(shù)text()，函數(shù)gtext()

使用方法如下：3．標(biāo)注圖例

使用函數(shù)legend()為曲線填加圖例以便區(qū)分，能夠?yàn)閳D形中的所有曲線進(jìn)行標(biāo)注，并以輸入變量作為標(biāo)注文本，其具體使用方法如下：

其中：

‘string1’,‘string2’等分別標(biāo)注繪圖過(guò)程中按繪制先后順序所生成的曲線，

‘Location’定義標(biāo)注位置屬性，location

用于定義屬性值。圖例標(biāo)注位置屬性值表5.3.2坐標(biāo)軸的控制1．函數(shù)axis()2．命令zoom3．命令grid4．命令box

在MATLAB中可以通過(guò)設(shè)置參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)坐標(biāo)軸的各種控制，這里僅介紹常用的控制函數(shù)。1．函數(shù)axis()

該函數(shù)的作用是控制坐標(biāo)軸的刻度范圍及顯示形式，使用方法如下：其中：

[xminxmaxyminymaxzminzmax]

用于定義坐標(biāo)軸的范圍；

string是控制字符串，可用的string。函數(shù)axis()的控制字符串表2．命令zoom

該命令的作用是控制二維圖形的坐標(biāo)軸縮放，使用方法如下：其中，string為控制字符串。命令zoom的控制字符串表3．命令grid

該命令的作用是繪制坐標(biāo)網(wǎng)格，使用方法如下：4．命令box

該命令的作用是在圖形邊界顯示坐標(biāo)刻度，使用方法如下：5.3.3圖形數(shù)據(jù)取點(diǎn)

當(dāng)希望從已完成的圖形中讀取若干自變量對(duì)應(yīng)的函數(shù)值時(shí)，使用函數(shù)ginput()讀取二維圖形的數(shù)據(jù)，使用方法如下：5.3.4子圖和圖形保持1．命令hold2．函數(shù)subplot()

在繪圖過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)碰到下面兩種情況：在已繪制的圖上填加新曲線；將幾個(gè)子圖繪制在一個(gè)圖形上。

MATLAB提供命令hold和函數(shù)subplot()解決上述問(wèn)題。1．命令hold

該命令常用的使用方法如下：2．函數(shù)subplot()

該函數(shù)的作用是將一個(gè)圖形分隔成若干子區(qū)域，在指定子區(qū)域顯示指定子圖，使用方法如下。5.3.5圖形的打印和輸出MATLAB提供了幾種方式輸出當(dāng)前的圖形。通過(guò)圖形窗口的【Edit】菜單下的

【CopyFigure】命令，拷貝的選項(xiàng)可以通過(guò)【CopyOptions】進(jìn)行設(shè)置。使用內(nèi)置打印引擎或系統(tǒng)的打印服務(wù)。5.4圖形窗口1．創(chuàng)建與控制2．菜單操作

3．工具欄1．創(chuàng)建與控制

創(chuàng)建圖形窗口的函數(shù)是figure()，使用方法如下：

同時(shí)可以通過(guò)下面兩個(gè)函數(shù)查閱和設(shè)置圖形窗口的屬性和參數(shù)。2．菜單操作

下面簡(jiǎn)要介紹圖形窗口的各菜單。（1）【File】菜單

【New】選項(xiàng)用于新建一個(gè)M-文件（M-File）、圖形窗口（Figure）、Simulink

模型（Model）、MATLAB工作空間的變量（Variable）或用戶界面（GUI）。

【GenerateM-File】選項(xiàng)用于生成M-函數(shù)文件?！綢mportData】選項(xiàng)用于導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

【SaveWorkspaceAs】選項(xiàng)用于將圖形窗口中的圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在二進(jìn)制mat文件中，它們可以供其他的編程語(yǔ)言（如C

語(yǔ)言等）調(diào)用。

【Preferences】選項(xiàng)用于定義圖形窗口的各種設(shè)置，包括字體、顏色等。【ExportSetup】選項(xiàng)用于打開(kāi)【圖形輸出】話框，可以把圖形以emf、ai、

bmp、eps、jpg、pdf等格式保存，并設(shè)置有關(guān)圖形窗口的顯示等方面的參數(shù)。

【PageSetup】選項(xiàng)用于打開(kāi)【頁(yè)面設(shè)置】話框。設(shè)置圖形尺寸、紙張大小、線型及文本類(lèi)型以及坐標(biāo)軸和圖形設(shè)置。【PrintSetup】選項(xiàng)用于打開(kāi)【打印設(shè)置】話框。在這里可以設(shè)置圖片的題圖等。

【PrintPreview】選項(xiàng)用于打開(kāi)【打印預(yù)覽】對(duì)話框。

【Print】選項(xiàng)用于打開(kāi)【打印】對(duì)話框。（2）【Edit】菜單【CopyFigure】選項(xiàng)用于復(fù)制圖形?！綜opyOption】選項(xiàng)用于打開(kāi)【復(fù)制設(shè)置】對(duì)話框，設(shè)置圖形復(fù)制的格式、圖形背景顏色和圖形大小等。該選項(xiàng)打開(kāi)的對(duì)話框界面與【File】|【Preferences】的界面相同，只是當(dāng)前顯示的面板不同?！綟igureProperties】選項(xiàng)用于打開(kāi)圖形窗口的屬性設(shè)置對(duì)話框?！続xesProperties】選項(xiàng)用于打開(kāi)【設(shè)置坐標(biāo)軸屬性】對(duì)話框?！綜urrentObjectProperties】選項(xiàng)用于打開(kāi)設(shè)置圖形窗口中當(dāng)前對(duì)象（如窗口中的坐標(biāo)軸、圖形等）屬性的對(duì)話框?！綜olormap】選項(xiàng)用于打開(kāi)【色圖編輯】對(duì)話框?！綜learFigure】、【ClearCommandWindow】、【ClearCommandHistory】和【ClearWorkspace】選項(xiàng)分別用于清除圖形窗口中的圖形、命令窗口、歷史命令和工作空間。（3）【View】菜單該菜單用于打開(kāi)各種工具欄和控制面板。①圖形窗口工具條用于對(duì)圖形進(jìn)行各種處理。②照相工具條用于設(shè)置圖形的視角和光照等，可以實(shí)現(xiàn)從不同角度來(lái)觀察所繪三維圖形，并且為圖形設(shè)置不同的光照情況。③繪圖編輯工具條用于向圖形中添加文本標(biāo)注和各種標(biāo)注圖形等。④繪圖瀏覽器用于瀏覽當(dāng)前圖形窗口中的所有圖形對(duì)象。（4）【Insert】菜單該菜單用于向當(dāng)前圖形窗口中插入各種標(biāo)注圖形。（5）【Tools】菜單該菜單中大部分選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)的功能，與前面介紹的幾個(gè)工具條相關(guān)圖標(biāo)的功能一致。（6）【Desktop】菜單該菜單用于將窗口合并到MATLAB主界面的窗口中。（7）【W(wǎng)indow】菜單和【Help】菜單這兩個(gè)菜單與Windows系統(tǒng)中各種應(yīng)用程序界面的相關(guān)菜單很類(lèi)似。3．工具欄圖形窗口工具欄表續(xù)表5.5MAT文件應(yīng)用

下面重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)的保存和調(diào)用。

MAT文件是MATLAB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的默認(rèn)文件格式，文件擴(kuò)展名是.mat?？山柚顂ave和load實(shí)現(xiàn)MATLAB對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，使用方法如下：5.6文件I/O

5.6.1打開(kāi)和關(guān)閉文件

5.6.2存取二進(jìn)制文件

5.6.3存取文本文件

5.6.4文件內(nèi)的位置控制MATLAB提供對(duì)二進(jìn)制文件或ASCII文件進(jìn)行方便的打開(kāi)、關(guān)閉和存儲(chǔ)等操作。5.6.1打開(kāi)和關(guān)閉文件1．打開(kāi)文件2．關(guān)閉文件1．打開(kāi)文件

根據(jù)操作系統(tǒng)的要求，在程序中要使用或者創(chuàng)建一個(gè)磁盤(pán)文件時(shí)，必須向操作系統(tǒng)發(fā)出打開(kāi)文件的命令，使用完畢后，還必須關(guān)閉這個(gè)文件。

在MATLAB中，使用C語(yǔ)言中的同名函數(shù)fopen()來(lái)完成打開(kāi)文件的功能，其具體使用方法如下：

其中，filename是要打開(kāi)的文件名稱(chēng)，permission表示對(duì)文件的處理方式，包括如下的設(shè)置參數(shù)。

'r'：只讀文件。

‘w’：只寫(xiě)文件，覆蓋文件原有內(nèi)容（如果文件名不存在，則生成新文件）。

‘a(chǎn)’：增補(bǔ)文件，在文件尾增加數(shù)據(jù)（如果文件名不存在，則生成新文件）。'r+'：讀寫(xiě)文件（不生成文件）。

‘w+’：創(chuàng)建一個(gè)新文件或者刪除已有文件內(nèi)容，并可進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

‘a(chǎn)+’：讀取和增補(bǔ)文件（如果文件名不存在，則生成新文件）。2．關(guān)閉文件

所有打開(kāi)的文件必須關(guān)閉，否則會(huì)造成系統(tǒng)資源浪費(fèi)，其具體使用方法如下：可通過(guò)檢查status的值來(lái)確認(rèn)文件是否關(guān)閉，如果關(guān)閉成功，則返回0；否則返回?1。

上述代碼是關(guān)閉文件標(biāo)識(shí)為fid的文件，如果要關(guān)閉所有打開(kāi)的文件，則只需執(zhí)行下面的代碼：需要說(shuō)明的是，打開(kāi)和關(guān)閉文件的操作都比較費(fèi)時(shí)，盡量不要將它們置于循環(huán)體中。5.6.2存取二進(jìn)制文件1．讀取文件2．寫(xiě)入文件

1．讀取文件

函數(shù)fread()可以從文件中讀取二進(jìn)制數(shù)據(jù)。它將讀出每一個(gè)（特殊）字符對(duì)應(yīng)的ASCII碼，并以矩陣的形式返回，同時(shí)將文件指針?lè)旁谧x取的內(nèi)容后，使用方法如下：

其中，fid是某打開(kāi)文件對(duì)應(yīng)的文件標(biāo)識(shí)，size控制返回矩陣的大小和形式，它的有效輸入如下所示。

n：讀取前n個(gè)字符，并寫(xiě)入一個(gè)列向量中。

inf：讀至文件末尾。

[m,n]：讀取數(shù)據(jù)到mn的矩陣中，按列排序。

precision包括兩部分：一是數(shù)據(jù)類(lèi)型和精度定義，比如int、float等；二是一次讀取的位數(shù)。

常用的精度如下表所示，并且與C語(yǔ)言中的類(lèi)似形式進(jìn)行對(duì)比。

還有一些類(lèi)型是與平臺(tái)有關(guān)的，平臺(tái)不同可能位數(shù)不同，如下表所示。2．寫(xiě)入文件

函數(shù)fwrite()的作用是將矩陣元素按指定的二進(jìn)制格式寫(xiě)入某個(gè)打開(kāi)的文件，并返回成功寫(xiě)入的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，使用方法如下：其中：

fid是從某打開(kāi)文件對(duì)應(yīng)的文件標(biāo)識(shí)；

a是待寫(xiě)入的矩陣；

precision設(shè)定了結(jié)果的精度。5.6.3存取文本文件1．讀取文件2．寫(xiě)入文件1．讀取文件

采用函數(shù)fgetl()和函數(shù)fgets()讀出文本文件中的某行內(nèi)容時(shí)，使用方法如下：兩個(gè)函數(shù)區(qū)別：

fgetl會(huì)舍棄換行符；而fgets則保留換行符。

當(dāng)確定文件的ASCII碼格式時(shí)，可用函數(shù)fscanf()進(jìn)行更精確的讀取，使用方法如下：

其中：

fid為打開(kāi)文件對(duì)應(yīng)的文件標(biāo)識(shí)；

format為指定的字符串格式；

a為返回矩陣；

count為可選項(xiàng)，表示成功讀