《MATLAB教程及實訓(xùn) 第4版》課件 第3章數(shù)據(jù)的可視化實訓(xùn)

第3章數(shù)據(jù)的可視化(Graphics)3.1二維繪圖3.2特殊圖形和坐標的繪制3.3MATLAB的圖形窗口3.4基本三維繪圖命令本章小結(jié)和練習(xí)3.1二維繪圖(2-Dplotting)

3.1.1繪圖的一般步驟1.曲線數(shù)據(jù)準備2.指定圖形窗口和子圖位置3.繪制圖形4.設(shè)置坐標軸和圖形注釋5.僅對三維圖形使用的著色和視點等設(shè)置6.圖形的精細修飾7.按指定格式保存或?qū)С鰣D形3.1.2基本繪圖函數(shù)

(Plottingfunction)MATLAB中最基本的繪圖函數(shù)是繪制曲線函數(shù)plot。plot(y) %繪制以y為縱坐標的二維曲線plot(x,y) %繪制以x為橫坐標y為縱坐標的二維曲線plot(x1,y1,x2,y2…)%在同一窗口繪制多條二維曲線圖說明：x和y可以是實數(shù)向量或矩陣，也可以是復(fù)數(shù)向量或矩陣。例3-3

繪制矩陣y為2×3的曲線圖>>y=[123;456];>>plot(y)>>y=peaks; %產(chǎn)生一個49*49的矩陣>>plot(y)y是2×3的矩陣，每列畫一條曲線共3條，第一條線縱坐標畫的是[14]兩點。x和y為向量或矩陣時的plot(x,y)，分別有以下幾種情況：x是向量y是矩陣時x的長度與矩陣y的行數(shù)或列數(shù)必須相等，如果x的長度與y的每列元素個數(shù)相等，向量x與y的每列向量畫一條曲線；如果x的長度與y的每行元素個數(shù)相等，則向量x與矩陣y的每行向量對應(yīng)畫一條曲線；如果y是方陣，x和y的行數(shù)和列數(shù)都相等，則向量x與矩陣y的每列向量畫一條曲線。x是矩陣y是向量時y的長度必須等于x的行數(shù)或列數(shù)，繪制的方法與前一種相似。x和y都是矩陣時x和y大小必須相同，矩陣x的每列與y的每列畫一條曲線。例3-4

繪制方波信號，如圖3-4所示。>>x=[011223344];>>y=[110011001];>>plot(x,y)>>axis([0402])練習(xí)運行以下命令：>>x=[123;456];>>y=[12];>>plot(x,y,x,2*y)則在圖形窗口中繪制______條曲線。

A.4 B.6 C.3 D.5B例3-6x是矩陣，分別繪制x與y1和x與y2的曲線，已知y1是向量且長度與x的行數(shù)相等，y2是矩陣且與x尺寸相同。>>x=[1:4;2:5;3:6]x=123423453456>>y1=[123] %y1長度與x的行數(shù)相等y1=123>>plot(x,y1)plot(z)繪制復(fù)數(shù)數(shù)組曲線

參數(shù)z為復(fù)數(shù)數(shù)組時，plot(z)是以實部為橫坐標，虛部為縱坐標繪制曲線，z可以是向量也可以是矩陣。z=1.0000+1.0000i2.0000+1.0000i3.0000+1.0000i4.0000+1.0000i2.0000+2.0000i3.0000+2.0000i4.0000+2.0000i5.0000+2.0000i3.0000+3.0000i4.0000+3.0000i5.0000+3.0000i6.0000+3.0000i>>plot(z)【例3-7】t是日期行向量，使用plot函數(shù)繪制在2022.10.1-2022.10.7期間的溫度曲線。>>t1=datetime(2022,10,1);>>t2=caldays(0:6);%產(chǎn)生日期行向量>>t=t1+t2;>>Tempratures=[15,16,18,20,17,19,18];>>plot(t,Tempratures)3.1.3多個圖形的繪制1.同一個窗口多個子圖使用tiledlayout函數(shù)建立子圖，使用nexttile依次指定不同圖塊；在之前的版本則使用subplot函數(shù)建立子圖，各函數(shù)的命令格式如下：tiledlayout(m,n) %將窗口分成(m×n)幅子圖nexttile %下一個子塊

subplot(m,n,i) %將窗口分成(m×n)幅子圖，第i幅為當前圖例3-8

在同一個窗口中建立四個子圖，在子圖中分別繪制sin(x)、cos(x)、sin(2x)和cos(2x)曲線。x=0:0.1:10tiledlayout(2,2)nexttile %第一行左圖plot(x,sin(x))nexttile %第一行右圖plot(x,cos(x))nexttile %第二行左圖plot(x,sin(2*x))nexttile %第二行右圖plot(x,cos(2*x))例3-8

在同一個窗口中建立四個子圖，在子圖中分別繪制sin(x)、cos(x)、sin(2x)和cos(2x)曲線。%%使用subplot函數(shù)>>x=0:0.1:10;>>subplot(2,2,1)%第一行左圖>>plot(x,sin(x))>>subplot(2,2,2)%第一行右圖>>plot(x,cos(x))>>subplot(2,2,3)%第二行左圖>>plot(x,sin(2*x))>>subplot(2,2,4)%第二行右圖>>plot(x,cos(2*x))練習(xí)subplot(2,1,2)是指______的子圖。

A.兩行一列的上圖 B.兩行一列的下圖

C.兩列一行的左圖

D.兩列一行的右圖運行命令“>>figure(3)”，則執(zhí)行______ A.打開三個圖形窗口 B.打開一個圖形窗口

C.打開圖形文件名為“3.fig”

D.打開圖形文件名為“figure3.fig”BD2.雙縱坐標圖雙縱坐標圖是指在同一個坐標系中使用左右兩個不同刻度的坐標軸。yyaxisleft %繪制左邊縱軸曲線yyaxisright %繪制右邊縱軸曲線3.同一窗口多次疊繪使用hold命令可以保留原圖形，使多個plot函數(shù)在一個坐標系中不斷疊繪。holdon、holdoff、hold、holdall。4.指定圖形窗口figure(n) %產(chǎn)生新圖形窗口【例3-9】在同一窗口使用雙縱坐標繪制電機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩m隨電流ia變化的曲線。>>ia=0:0.5:80;m=0.6*ia;>>n=1500-15*ia;>>figure(1)>>yyaxisleft,plot(ia,m) %左邊坐標>>yyaxisright,plot(ia,n) %右邊坐標>>figure(2)>>plotyy(ia,m,ia,n)3.1.4設(shè)置曲線繪制方式、坐標軸

和圖形注釋1.曲線的線型、顏色和數(shù)據(jù)點形在plot函數(shù)中還可以通過字符串參數(shù)來設(shè)置曲線的線型、顏色和數(shù)據(jù)點形等，命令格式如下：plot(x,y,s)說明：s為字符串，設(shè)置曲線的線型、顏色和數(shù)據(jù)點形等，線型、顏色與數(shù)據(jù)點形參數(shù)。顏色數(shù)據(jù)點間連線數(shù)據(jù)點形類型符號RGB三元組類型符號類型符號黃色紫紅色青色紅色綠色藍色白色黑色y(Yellow)m(Magenta)c(Cyan)r(Red)g(Green)b(Blue)w(White)k(Black)[1,1,0][1,0,1][0,1,1][1,0,0][0,1,0][0,0,1][1,1,1][0,0,0]

實線（默認）點線點劃線虛線-:-.--實點標記圓圈標記叉號形×十字形＋星號標記＊方塊標記□鉆石形標記

向下的三角形標記向上的三角形標記向左的三角形標記向右的三角形標記五角星標記☆六連形標記.ox+*sdv^<

>

ph例3-11

在圖形中設(shè)置曲線的不同線型和顏色并繪制圖形。>>x=0:0.2:10;>>y=exp(-x);>>plot(x,y,'ro-.') >>holdon>>z=sin(x);>>plot(x,z,'m+:','LineWidth',2,'MarkerEdgeColor','k','MarkerSize',10)2.設(shè)置坐標軸命令含義命令含義axisauto使用默認設(shè)置axisequal縱、橫軸采用等長刻度axismanual使當前坐標范圍不變,以后的圖形都在當前坐標范圍顯示axisoff取消軸背景axisfill在manual方式下起作用,使坐標充滿整個繪圖區(qū)axistight把數(shù)據(jù)范圍直接設(shè)為坐標范圍axisvis3d保持高寬比不變,三維旋轉(zhuǎn)時避免圖形大小變化axison使用軸背景axisij矩陣式坐標,原點在左上方axissquare產(chǎn)生正方形坐標系axisxy普通直角坐標,原點在左下方axisnormal默認矩形坐標系axis([xmin,xmax,ymin,ymax])設(shè)定坐標范圍,必須滿足xmin<xmax,ymin<ymax,可以取inf或-infaxisimage縱、橫軸采用等長刻度,且坐標框緊貼數(shù)據(jù)范圍例3-12

在圖形中設(shè)置曲線的坐標軸，繪制圓形。>>x=0:0.1:2*pi+0.1;>>plot(sin(x),cos(x))>>axis([-2,2,-2,2]) %設(shè)置坐標范圍>>axissquare %坐標軸設(shè)置為正方形>>axisoff %坐標軸消失3.分隔線和坐標框4.圖形注釋圖形注釋是對打開的正在編輯的圖形進行文字標注，文字標注包括設(shè)置標題（title）、設(shè)置坐標軸標簽（label）、設(shè)置圖例（legend）和添加標注元素（annotation）?！纠?-11續(xù)】獲取紅色曲線對象，并修改屬性為黑色。p1=plot(x,y,'color','r','Marker','o','LineStyle','-.')p1.Color=[0,0,0] %修改曲線顏色為黑色title('y=exp(-x),z=sin(x)')xlabel('t')gridonlegend('y=exp(-x)','z=sin(x)')text(pi,0,'\pi')命令格式功能title('s')使用字符串s添加圖標題xlabel('s')使用字符串s添加橫坐標軸標簽ylabel('s')使用字符串s添加縱坐標軸標簽legend(目標區(qū)，'s1','s2'，’屬性名’，’屬性值’)在目標區(qū)建立圖例s1，s2；設(shè)置屬性名的屬性值line(x,y)使用向量x和y中的數(shù)據(jù)在當前坐標區(qū)中繪制線xline(x)在當前坐標區(qū)中的指定x值處創(chuàng)建一條常量垂直線yline(y)在當前坐標區(qū)中的指定y值處創(chuàng)建一條常量水平線datatip(目標圖)在目標圖（如線圖或散點圖）的第一個繪圖數(shù)據(jù)點上創(chuàng)建數(shù)據(jù)提示text(xt,yt,'s')在圖形的(xt,yt)坐標處書寫文字注釋sannotation('type',[x1,x2],[y1,y2])根據(jù)type在指定的坐標處添加標注元素，type：rectangle為矩形，ellipse為橢圓，textbox為文本框，line為線，arrow為箭頭，doublearrow為雙箭頭，textarrow為帶文字的箭頭5．使用鼠標添加注釋文字gtext('s’)%用鼠標把字符串放在圖形上6.使用鼠標獲取圖形數(shù)據(jù)[x,y]=ginput(n)

%用鼠標從圖形上獲取n個點的坐標(x,y)說明：參數(shù)n應(yīng)為正整數(shù)，是通過鼠標從圖上獲得數(shù)據(jù)點的個數(shù)；x、y用來存放所取點的坐標是列向量，每次獲取的坐標點為列向量的一個元素。練習(xí)在0～10的坐標軸范圍內(nèi)，在圖中間繪制一條水平線，一條垂直線實現(xiàn)十字交叉。len=10;x=0:0.02:len;y=0:0.02:len;xlen=length(x);plot(x,len/2*ones(xlen))holdonplot(len/2*ones(xlen),y)3.2特殊圖形和坐標的繪制(SpecializedPlotting)

3.2.1特殊圖形繪制在MATLAB的Workspace窗口中，如果選擇了Workspace窗口中的某個內(nèi)存變量，單擊工具欄中的繪制列數(shù)據(jù)曲線按鈕（Plot），出現(xiàn)下拉的菜單可以繪制各種不同的特殊圖形。1.柱狀圖柱狀圖常用于對統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進行顯示，便于觀察在一定時間段中數(shù)據(jù)的變化趨勢，比較不同組數(shù)據(jù)集以及單個數(shù)據(jù)在所有數(shù)據(jù)中的分布情況，特別適用于少量且離散的數(shù)據(jù)。bar(x,y,width,參數(shù)) %畫柱狀圖2.面積圖面積圖與柱狀圖相似，只不過是將一組數(shù)據(jù)的相鄰點連接成曲線，然后在曲線與橫軸之間填充顏色，適合于連續(xù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計顯示。area(x,y) %畫面積圖

3.餅形圖餅形圖適用于顯示向量或矩陣中各元素占總和的百分比。pie(x,explode,'label') %畫二維餅形圖x是向量，用于繪制餅形圖；explode是與x同長度的向量，用來決定是否從餅圖中分離對應(yīng)的一部分塊，非零元素表示該部分需要分離；'label'是用來標注餅形圖的字符串數(shù)組。練習(xí)：例3-174.直方圖直方圖又稱為頻數(shù)直方圖，適于顯示數(shù)據(jù)集的分布情況并具有統(tǒng)計的功能。histogram(y,n) %統(tǒng)計每段的元素個數(shù)并畫出直方圖h=histogram(y,n) %獲取直方圖對象說明：n分段的個數(shù)，n省略時則默認為分成10段；x是向量，用于指定所分每個數(shù)據(jù)段的中間值；y可以是向量或矩陣，如果是矩陣則按列分段；N是每段元素個數(shù)，N可省略，省略時繪制圖形。例3-17

繪制直方圖統(tǒng)計并顯示數(shù)據(jù)。>>x=randn(20,1) ;%產(chǎn)生20個正態(tài)分布隨機數(shù)>>tiledlayout(2,1);nexttile;>>histogram(x,20); %分20段>>nexttile;>>h=histogram(x,-3:1:3)%確定每段邊界>>n=h.Values %獲取每段的數(shù)據(jù)練習(xí)已知某班10個同學(xué)的成績?yōu)?5、98、68、75、88、78、82、94、85、36，分別統(tǒng)計并繪制60分以下、60-70、70-80、80-90、90-100分數(shù)段的人數(shù)圖；并使用餅形圖顯示各分數(shù)段所占的百分比。

x=[65,98,68,75,88,78,82,94,85,36];N=histogram(x,60:10:100)n1=N.Valuesn2=length(x)-sum(n1)

n=[n2n1]pie(n,{'<60','60-70','70-80','80-90','90-100'})5.離散數(shù)據(jù)圖（1）stem函數(shù)將數(shù)據(jù)用一個垂直于橫軸的火柴棒表示，火柴頭的小圓表示數(shù)據(jù)點。stem(x,y,參數(shù)) %繪制火柴桿圖（2）stairs函數(shù)stairs函數(shù)用于繪制階梯圖，命令格式如下：stairs(x,y,'線型') %繪制階梯圖6.散點圖scatter函數(shù)用來繪制包含圓形或其他形狀的散點圖，常用于顯示數(shù)據(jù)的分布情況。scatter(x,y,sz,c) %繪制在(x,y)處的散點圖，sz是圓圈大小，c是顏色【例3-19】使用scatter函數(shù)繪制散點圖。>>t=linspace(0,1,500);>>x=exp(t).*sin(100*t);>>y=exp(t).*cos(100*t);>>c=linspace(1,2,length(t));>>scatter(x,y,30,c,'filled’);%繪制散點圖填充圓形7.向量圖（1）compass函數(shù)compass函數(shù)繪制的圖中每個數(shù)據(jù)點都是以原點為起點的帶箭頭的線段，稱為羅盤圖compass(u,v,'線型')%繪制橫坐標為u縱坐標為v的羅盤圖（2）feather函數(shù)feather函數(shù)是在直角坐標系中繪圖，起點為X軸上間隔單位長度的刻度點，稱為羽毛圖，feather(u,v,'線型')%繪制橫坐標為u縱坐標為v的羽毛圖（3）quiver函數(shù)quiver函數(shù)繪制向量場，也是在直角坐標系中繪圖，常用于繪制梯度場，quiver(x,y,u,v)%繪制以(x,y)為起點，橫縱坐標為(u,v)的向量場例3-20已知電路圖，電流I=10sin(100t+π/6)，R=10Ω，wL=3Ω，1/wc=2Ω時計算U、Ur、Uc和UL，分別使用compass、feather和quiver函數(shù)繪制復(fù)相量U、Ur、Uc和UL的向量圖。>>R=10;zc=2*1/j;zl=3j;>>Ur=I*R %電阻電壓>>Uc=zc*I %電容電壓>>Ul=zl*I %電感電壓>>U=I*(R+zc+zl)>>compass([Uc,Ur,Ul,U],'r') %繪制紅色羅盤圖>>feather([Uc,Ur,Ul,U]) %繪制羽毛圖>>quiver([0,1,2,3],0,[real(Ur),real(Uc),real(Ul),real(U)],[imag(Ur),imag(Uc),imag(Ul),imag(U)])8.散點圖矩陣使用plotmatrix函數(shù)創(chuàng)建子坐標區(qū)矩陣繪制散點圖，常用于多個圖對數(shù)據(jù)進行對比顯示?！纠?-19續(xù)】使用plotmatrix函數(shù)繪制散點圖矩陣。>>figure(2)>>Y=[x;y]';>>plotmatrix(Y,'*r') %繪制散點圖矩陣9.堆疊圖使用stackedplot函數(shù)創(chuàng)建具有公共x軸的幾個變量的堆疊圖，常用于表格中各列數(shù)據(jù)顯示。>>T=readtable('ex3.xlsx')T=5×4tableNameAgeScoreState________________________________{'XiaoHong'}2895{'BeiJing'}{'LiMin'}3675{'JiangSu'}{'YunDi'}3086{'ShangHai'}{'KeLe'}2056{'AnHui'}{'Coco'}3690{'ChongQin'}>>stackedplot(T) %繪制堆疊圖3.2.2特殊坐標軸圖形繪制1.極坐標圖polarplot(theta,r,參數(shù)) %根據(jù)相角theta和離原點的距離r繪制極坐標圖polarscatter(theta,r,sz) %根據(jù)相角theta和離原點的距離r繪制散點圖例3-22使用polar函數(shù)來繪制極坐標圖。>>theta=0:0.1:2*pi;>>r1=sin(theta);>>r2=cos(theta);%在極坐標中繪制兩條曲線>>polar([theta,theta],[r1,r2],'r')>>holdon;>>t=0:pi/3:2*pi;>>r=0.5*ones(length(t),1);>>polarscatter(t,r,100,'b') %繪制散點圖

根據(jù)y=1-sin(θ)繪制笛卡爾坐標和極坐標圖，θ=0:0.1:2*pi+0.1>>theta=0:0.1:2*pi+0.1;>>subplot(1,2,1)>>y=1-sin(theta);>>plot(theta,y)>>subplot(1,2,2)>>polar(theta,y)練習(xí)2.對數(shù)坐標圖對數(shù)坐標圖是指坐標軸的刻度不是線性刻度而是對數(shù)刻度，semilogx和semilogy函數(shù)分別繪制對X軸和Y軸的半對數(shù)坐標圖，loglog是雙對數(shù)坐標圖。semilogx(x1,y1,'線型',x2,y2,'線型',……) %繪制x為對數(shù)的多條曲線semilogy(x1,y1,'線型',x2,y2,'線型',……) %繪制y為對數(shù)的多條曲線loglog(x1,y1,'線型',x2,y2,'線型',……) %繪制x、y都為對數(shù)的多條曲線例3-23

計算對數(shù)幅頻特性，橫坐標為w按對數(shù)坐標。>>w=logspace(-1,2,10);>>Lw=-20*log10(sqrt((0.05*w).^2+1));>>semilogx(w,Lw)>>loglog(w,Lw)3.3MATLAB的圖形窗口

3.3.1圖形窗口界面1.工具欄MATLAB圖形窗口有三個工具欄，包括圖形窗口工具欄、照相工具欄和繪圖編輯工具欄。2.菜單圖形窗口的菜單包括“File”、“Edit”、“View”、“Insert”、“Tools”、“Desktop”、“Window”和“Help”。3.面板交互式圖形工具主要包括圖形面板、繪圖瀏覽器和屬性編輯器三個面板。輸入：>>plottools繪制y=sin(2*x)的曲線，并使用圖形窗口的圖形面板、繪圖瀏覽器和屬性編輯器添加文字和箭頭。練習(xí)3.3.2圖形的打印和輸出1.圖形的打印在MATLAB中對圖形打印可以通過打印預(yù)覽窗口進行設(shè)置，可以設(shè)置打印到紙或文件，并可以進行頁面設(shè)置、打印預(yù)覽。2.圖形的輸出在MATLAB中導(dǎo)出圖形文件使用菜單“File”→“ExportSetup…”

。圖形文件的保存格式有.fig、.bmp、.emf、.jpg、.pdf、.tif、.pcx和.png等常用圖形文件格式。3.4基本三維繪圖命令(3-DGraphs)

3.4.1三維曲線圖(LinePlots)plot3(x,y,z,'線型') %繪制三維曲線說明：x，y，z必須是相同尺寸的數(shù)組，當是向量時則繪制一條三維曲線，當是矩陣時繪制多條曲線，三維曲線的條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。3.4.2三維曲面圖三維曲面圖包括三維網(wǎng)線圖和三維表面圖，三維曲面圖與三維曲線圖的不同是三維曲線圖是以線來定義而三維曲面圖是以面來定義，因此面上的點都要連接起來。1.產(chǎn)生矩形網(wǎng)格[X,Y]＝meshgrid(x,y) %產(chǎn)生XY矩形網(wǎng)格說明：x和y分別是有n個和m個元素的一維數(shù)組，X和Y都是n×m的矩陣，每個（X,Y）對應(yīng)一個網(wǎng)格點；如果y省略，則X和Y都是n×n的矩陣。2.三維網(wǎng)線圖三維網(wǎng)線圖就是將平面上的網(wǎng)格點（X,Y）對應(yīng)z值的頂點畫出，并將各頂點用線連接起來。mesh(X,Y,Z,C)%繪制網(wǎng)格點數(shù)據(jù)對應(yīng)的三維網(wǎng)線例3-27

繪制z=x2+y2的三維網(wǎng)線圖>>x=0:10;>>[X,Y]=meshgrid(x) %y省略則表示x=y >>Z=X.^2+Y.^2;>>mesh(X,Y,Z)3.三維表面圖三維表面圖與網(wǎng)線圖相似，但不同的是網(wǎng)線圖中網(wǎng)格范圍內(nèi)的區(qū)域為空白，而三維表面圖則用顏色來填充。surf(X,Y,Z,C)%繪制網(wǎng)格點數(shù)據(jù)對應(yīng)的三維表面圖另外，surf函數(shù)還有兩個派生的函數(shù)surfc和surfl，surfc用來繪制三維表面圖并加等高線，surfl用來繪制三維表面圖并加光照效果。3.4.3圓柱體、球體和橢圓體MATLAB中繪制的三維立體圖形的函數(shù)還有cylinder圓柱體、sphere球體和ellipsoid橢圓體。

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