第5章MATLAB图形绘制素材

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1、第第5讲讲 MATLAB图形绘制图形绘制1本章学习目标n熟练掌握MATLAB图形绘制的基本步骤和基本绘图命令n熟悉绘图过程中曲线颜色、线型、数据点型的设置方法n熟练掌握典型二维图形的绘制及标注方法n掌握常见三维图形的基本绘制方法2主要内容n5.1MATLAB图形绘制基础n5.2二维图形的绘制n5.3三维图形的绘制35.1 MATLAB图形绘制基础MATLAB图形绘制的基本步骤图形绘制的基本步骤在MATLAB中，一般按照下述的几个步骤绘制图形。准备需绘制的数据或函数，常用典型指令如下。x1=0:0.1:10;x2=linspace(0,2*pi,100);x3=(0:10:360)*pi/100

2、;y1=exp(x1);y2=sin(x2);y3=cos(x3);4选择图形输出的窗口及位置，常用典型指令如下。figure(1)subplot(m,n,k)%将当前窗口分成m行n列个绘图区调用基本的绘图函数，常用典型指令如下。plot(x1,y1,r:,x2,y2,g-,x3,y3,o)设置坐标轴的范围和网格线，常用典型指令如下。axis(0,10,-3,3)axis(xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax)gridon5用名称、图例、坐标名、文本等对图形进行注释，常用典型指令如下。xlabel(x)ylabel(y)title(图1)text(x,y,y=f(x)le

3、gend(s,pos)%在指定位置建立图例在指定位置建立图例s其中，pos是图例在图上位置的指定符,取值为0，1，2，3，4，-1分别表示自动取最佳位置，右上角(默认)，左上角，左下角，右下角，图右侧添加图例打印输出图形，常用典型指令如下。printdps26n例5-1图形的基本绘制nx=0:0.1:2*pi;n plot(x,sin(x)n hold onn plot(x,cos(x),ro)n title(y1=sin(x),y2=cos(x)%添加标题添加标题n xlabel(x)%添加横坐标名添加横坐标名n legend(sin(x),cos(x),4)n%在右下角添加图例图在右下角添

4、加图例图4.10 添加图形标注添加图形标注n text(pi,sin(pi),x=pi)n%在在pi,sin(pi)处添加文字注释处添加文字注释在上述步骤中，(1)、(3)是最基本、最常用的绘图步骤。一般情况下，由这两步所画出的图形已经比较完整，至于其他步骤，并不是必需的。步骤(2)一般在图形较多的情况下使用,比如要把几个图放到一起进行比较，此时可根据所作图形的个数对subplot(m,n,k)指令中的m、n进行赋值。步骤(4)、(5)的前后次序可按照指令的常用程度和复杂程度编排，用户可根据自己的需要改变前后次序。95.2 二维图形的绘制二维图形的绘制n所谓二维图形是指将平面坐标上的数据点连接

5、起来的平面图形。n在MATLAB中，最基本且应用最为广泛的绘图函数为plot函数，利用它可以在二维平面上绘制出不同的曲线。除了plot函数外，常用的还有plotyy（绘制出具有不同纵坐标度的两个图形）、stem（P38绘制二维离散图形或针状图）、fplot（P36精确绘图）和polar（极坐标图）等。5.2.1 plot()函数n语法规则：1.plot(y)%绘制以绘制以y为纵坐标的二维曲线为纵坐标的二维曲线2.plot(x,y)%绘制以绘制以x为横坐标为横坐标y为纵坐标的二维曲线为纵坐标的二维曲线3.plot(x1,y1,x2,y2,.,xn,yn)%绘制多个二维图形曲线绘制多个二维图形曲线

6、4.plot(x1,y1,选项,x2,y2,选项,.xn,yn,选项)选项：包括线型、颜色和标记符号等，见表一选项：包括线型、颜色和标记符号等，见表一 其中自变量其中自变量x和和y既可以是向量也可以是数组既可以是向量也可以是数组表一 线型、颜色和标识符号线型颜色标识符号-实线b蓝色.点：虚线g绿色o圆圈-.点画线r红色x叉号-双画线y黄色+加号k黑色*星号w白色s方块符m品红色v朝下三角符号c青色朝上三角符号1.plot(y)n功能：功能：n(1)若若y为向量，其元素为实数，则绘制以其下为向量，其元素为实数，则绘制以其下标为横坐标、以标为横坐标、以y为纵坐标的图形，为纵坐标的图形，即相当于即相

7、当于plot(1:length(y),y)。n例如：例如：nx=0:1:6;ny=x.2+1;nplot(y)n(2)若若y为复数向量，则绘制以其实部为横坐标，为复数向量，则绘制以其实部为横坐标，以其虚部系数为纵坐标的图形，即相当于以其虚部系数为纵坐标的图形，即相当于plot(real(y),imag(y)。na=1:5,b=linspace(1,10,5)ny=a+i*bnplot(y)n(3)曲线条线等于曲线条线等于y的列数。的列数。nx=0:0.2:10*pi;ny=sin(x);cos(x);nplot(y)2.plot(x,y)n1.Plot(x,y)中的自变量x和y为同维向量n例5

8、-2在区间内，绘制曲线nx=0:pi/100:2*pi;ny=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);nplot(x,y)n例5-3以参数方程形式的二维曲线绘制n绘制曲线：nt=-pi:pi/100:pi;nx=t.*cos(3*t);ny=t.*(sin(t).2n%y=t.*sin(t).*sin(t);nplot(x,y)2)自变量x是向量，y是二维数组(1)以以x为横坐标，为横坐标，y的每一行为纵坐标的每一行为纵坐标n例如：nx=linspace(0,2*pi,100);ny=sin(x);cos(x);nplot(x,y)x被作为sin(x)和cos(x)曲线共同的横坐

9、标n(2)以以x为横坐标，为横坐标，y的每一列为纵坐标的每一列为纵坐标x=0:1:6;y=sin(x),cos(x);plot(x,y)3)自变量x和y为同维矩阵绘制绘制以它们的对应以它们的对应列列为横、纵坐标为横、纵坐标的多条曲线的多条曲线n例如：nt=linspace(0,2*pi,100);nx=t;t;ny=sin(t);cos(t);nplot(x,y)3.含多个输入参数与选项的plot函数n例5-4(P38例1-37)n画出衰减震荡曲线,其包络线为，nt的取值范围是t=0:pi/50:4*pi;y0=exp(-t/3);y=exp(-t/3).*sin(3*t);plot(t,y,

10、r-,t,y0,b:,t,-y0,b:)5.2.2双纵坐标函数plotyyn为了有利于对图形数据进行对比分析，引入了plotyy函数。n语法规则：nplotyy(x1,y1,x2,y2)：与plot不同的是，它具有不同的纵坐标。n例5-5用不同标度在同一坐标内绘制曲线x1=0:pi/100:2*pi;x2=0:pi/100:2*pi;y1=exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1);y2=1.5*exp(-0.2*x2).*sin(x2);plotyy(x1,y1,x2,y2)5.2.3stem()函数 stem(x,y)函数图形的形状为针状图，与函数图形的形状为针状图，与plot的

11、语法的语法规则一样，规则一样，x表示横坐标，表示横坐标，y表示纵坐标，不同的是表示纵坐标，不同的是plot函数绘制的是连续函数，而函数绘制的是连续函数，而stem函数实现的是离散序函数实现的是离散序列的绘制。列的绘制。n语法规则：语法规则：1)stem(y):以以x=1,2,.为各点数据的为各点数据的x坐标以向量坐标以向量y的各的各个对应元素为个对应元素为y坐标，在坐标，在(x,y)坐标面画一个空心小圆圈坐标面画一个空心小圆圈2)stem(x,y):以以x向量的各个元素为向量的各个元素为x坐标，以坐标，以y向量的向量的各个对应元素为各个对应元素为y坐标，在坐标，在(x,y)坐标面画一个空心小圆

12、坐标面画一个空心小圆圈，若画实心圆圈可以在选项处添加相应的参数圈，若画实心圆圈可以在选项处添加相应的参数filled进行离散点的填充，最后将每个离散点都连接一条线段进行离散点的填充，最后将每个离散点都连接一条线段到到x轴。轴。n例5-6（P38例1-38）产生一个幅度为2、频率为4Hz、相位为的正弦信号。n补充知识：n正弦信号：n其中A为振幅，为震荡角频率，rad/s，为初相。n,f为频率，Hz。nA=2,f=4;nphi=pi/6;nomega=2*pi*fnn=0:0.01:1;nx=A*cos(omega*n+phi)nplot(n,x);ngridon幅度为幅度为2、频率为、频率为4H

13、z、相位为、相位为 的正弦信号的正弦信号在信号处理中，首先对连续时间信号进行抽样（抽样定理）在信号处理中，首先对连续时间信号进行抽样（抽样定理），然后转换成序列，离散时间正弦序列可表示为：，然后转换成序列，离散时间正弦序列可表示为：n其中，其中，为数字角频率，为数字角频率，为相位。为相位。n例例5-7产生一个振幅为产生一个振幅为2、数字角频率为、数字角频率为 rad、相位为、相位为 的正弦序列。的正弦序列。nA=2nphi=pi/6;nOMEGA=pi/6;nn=-10:10;nx=A*cos(OMEGA*n+phi)nstem(n,x,filled);ngridon振幅为振幅为2、数字角频率

14、为、数字角频率为 rad、相位为、相位为 的正弦序列的正弦序列5.2.4 polar()函数npolar()函数用来绘制函数用来绘制极坐标图极坐标图语法规则：语法规则：polar(极角极角,极径，极径，选项选项)例如：例如：nt=0:0.1:8*pi;nr=2*sin(t/2);npolar(t,r,r);ntitle(双心脏线双心脏线);5.2.5fplot()函数前面介绍了这些函数，思路都是先取足够稠密的自变量向量x，然后计算函数值向量y，最后绘出函数图。在取数据点时一般都是等间隔采样，因此绘制高频率变化的函数不够精确。为了提高精度，绘制出比较真实的函数曲线，通常采用精度绘制fplot()

15、函数，该函数自适应地对函数进行采样，更好的反应函数的变化规律。n语法规则：fplot(文件名,x和y的取值范围,相对允许误差,选项)n例如用fplot函数绘制n第一步：n建立myf.m文件（方法和课本36页一样）nfunctiony=myf(x)ny=cos(tan(pi*x)n第二步：n用fplot函数绘制myf.m函数的曲线；nfplot(myf,-0.4,1.4,1e-4)n或者直接在命令窗口输入：nfplot(cos(tan(pi*x),-0.4,1.4,1e-4)二维图形的处理1.图形标注在绘制图形时，对图形加上一些说明，比如图形标题，坐标轴说明以及否些部分的含义等等。另外文字在图形

16、中显示包括：n用坐标轴确定文字位置：调用text()函数n用鼠标确定文字位置：调用gtext()函数2.图形窗口的分割：调用subplot()函数例5-8给(P38 1-37)添加图形标注nt=0:pi/50:4*pi;ny0=exp(-t/3);ny=exp(-t/3).*sin(3*t);nt1=0:pi/3:4*piny1=exp(-t1/3).*sin(3*t1)nplot(t,y,r-,t,y0,b:,t,-y0,b:,t1,y1,b*)ntitle(衰减震荡曲线)nxlabel(t)nylabel(y)ntext(3*pi/2,0.2079,包络线);ntext(pi,1.2893

17、e-016,曲线)ntext(0,0,离散数据点)nlegend(曲线,包络线,包络线,离散数据点)nt=0:pi/50:4*pi;ny0=exp(-t/3);ny=exp(-t/3).*sin(3*t);nt1=0:pi/3:4*piny1=exp(-t1/3).*sin(3*t1)nplot(t,y,r-,t,y0,b:,t,-y0,b:,t1,y1,b*)ntitle(衰减震荡曲线)nxlabel(t)nylabel(y)ngtext(包络线;曲线;离散数据点);nlegend(曲线,包络线,包络线,离散数据点)图形窗口的分割n在实际应用中，经常需要在一个图形窗口内绘制若干个独立的图形，

18、因此需要对图形窗口进行分割。同一图形窗口中的不同的图形称为子图。n语法规则：nsubplot(m,n,p)：将图形窗口分成m行，n列个绘图区，区号按行优先编号，且选定第p个取为当前活动区，在每一个绘图区允许不同的坐标系单独绘制图形。例5-7子图绘制nx=linspace(0,2*pi,100);nsubplot(2,2,1);plot(x,sin(x)nxlabel(x);ylabel(y);title(sin(x)nsubplot(2,2,2);plot(x,cos(x)nxlabel(x);ylabel(y);title(cos(x)nsubplot(2,2,3);plot(x,exp(x

19、);nxlabel(x);ylabel(y);title(exp(x)nsubplot(2,2,4);plot(x,exp(-x);nxlabel(x);ylabel(y);title(exp(-x)5.3 三维图形的绘制三维图形的绘制三维图形绘制基本函数三维图形绘制基本函数n1.plot3(x,y,z)建立由建立由x，y和和z指定的三维线条图指定的三维线条图n2.mesh(x,y,z)生成由生成由x，y和和z指定的网格图指定的网格图n3.surf(x,y,z)建立建立由由x，y和和z指定表面图指定表面图n例如用三维曲面图绘制出z=sinycosx。n法一：nx=0:0.1:2*pi;nx,y

20、=meshgrid(x);nz=sin(y).*cos(x);nfigure(1)nplot3(x,y,z);nxlabel(x),ylabel(y),zlabel(z)ntitle(plot3)ngridon法二：nx=0:0.1:2*pi;nx,y=meshgrid(x);nz=sin(y).*cos(x);nfigure(2)nmesh(x,y,z);nxlabel(x),ylabel(y),zlabel(z)ntitle(mesh)ngridon法三：nx=0:0.1:2*pi;nx,y=meshgrid(x);nz=sin(y).*cos(x);nfigure(3)nsurf(x,y,z);ngridonnxlabel(x),ylabel(y),zlabel(z)ntitle(surf)plot3线条图线条图mesh网格图网格图surf表面图表面图人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。