Matlab学习笔记——基本绘图功能

在一般默认的情况下，MATLAB 每次使用plot 函数进行图形绘制，将重新产生一个图形窗口。但有时希望后续的图形能够和前面所绘制的图形进行比较。一般来说有两种方法：

一是采用hold on(/off)命令，将新产生的图形曲线叠加到已有的图形上；

二是采用subplot(m,n,k)函数，将图形窗口分隔成m×n个子图，并选择第k个子图作为当前图形，然后在同一个视图窗口中画出多个小图形。

在同一窗口中绘制线段。（见图4）

 x=0:pi/10:2*pi;
 y1=sin(x);
 y2=cos(x);
 y3=x;
 y4=log(x);
 plot(x,y1,x,y2)
 hold on
 plot(x,y3)
 plot(x,y4)
 hold off

在多个窗口中绘制图形。（见图5）

 x=0:pi/10:2*pi;
 y1=sin(x);
 y2=cos(x);
 y3=exp(x);
 y4=log(x);
 subplot(2,2,1);
 plot(x,y1);
 subplot(2,2,2);
 plot(x,y2);
 subplot(2,2,3);
 plot(x,y3);
 subplot(2,2,4);
 plot(x,y4);

说明：

（1）子窗口的序号按行由上往下，按列从左向右编号。

（2）如果不用指令clf 清除，以后图形将被绘制在子图形窗口中。

二、三维立体图形

1.三维曲线图

与二维图形相对应，MATLAB 提供了plot3 函数，可以在三维空间中绘制三维曲线，它的格式类似于plot，不过多了z方向的数据。plot3 的调用格式为：plot3(x1,y1,z1,x2,y2,z2,...)其中x1,y1,z1,x2,y2,z2,…等分别为维数相同的向量，分别存储着曲线的三个坐标值，该
函数的使用方式和plot 类似，也可以采用多种的颜色或线型（见表）来区分不同的数据组，只需在每组变量后面加上相关字符串即可实现该功能。
绘制方程x=t；y=sin(t)；z=cos(t)在t=[0,2*pi]上的空间方程。（见图6）

 clf
 x=0:pi/10:2*pi;
 y1=sin(x);
 y2=cos(x);
 plot3(y1,y2,x,'m:p')
 grid on
 xlabel('Dependent Variable Y1')
 ylabel('Dependent Variable Y2')
 zlabel('Independent Variable X')
 title('Sine and Cosine Curve')

2.三维曲面图

如果要画一个三维的曲面，可以使用mesh(X,Y,Z)或surf(X,Y,Z)函数来实现。mesh 函数为数据点绘制网格线，图形中的每一个已知点和其附近的点用直线连接。surf函数和mesh 的用法类似，但它可以画出着色表面图，图形中的每一个已知点与其相邻点以平面连接。为方便测试立体绘图，MATLAB 提供了一个peaks 函数，它可以产生一个的高斯分布矩阵，其生成方程是z=3*(1-x).^2.*exp(-(x.^2)-(y+1).^2)-10*(x/5-x.^3-y.^5).*exp(-x.^2-y.^2)-1/3*exp(-(x+1).^2-y.^2)对应的图形是一个凹凸有致的曲面，包含了三个局部极大点及三个局部极小点。
下面使用peaks 函数来比较一下mesh 和surf 的区别。
分别用mesh 函数和surf 函数绘制高斯矩阵的曲面。

 z=peaks(40);
 mesh(z);
 surf(z);

在曲面绘图中，另一个常用函数是meshgrid 函数，其一般引用格式：[X, Y]=meshgrid (x, y)其中x 和y 是向量，通过meshgrid 函数就可将x和y指定的区域转换成为矩阵X和Y。
这样我们在绘图时就可以先用meshgrid函数产生在x-y平面上的二维的网格数据，再以一组z 轴的数据对应到这个二维的网格，即可画出三维的曲面。
绘制方程
     sin((x^2+y^2)^(1/2))
z = ---------------------
        (x^2+y^2)^(1/2)
在x∈[-7.5,7.5];y∈[-7.5,7.5] 的图形。(见图9)

 x=-7.5:0.5:7.5;y=x;
 [X,Y]=meshgrid(x,y);
 R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
 Z=sin(R)./R;
 surf(X,Y,Z)
 xlabel('X 轴方向')
 ylabel('Y 轴方向')
 zlabel('Z 轴方向')

3.观察点

MTALAB 允许用户设置观察点，其指令是：view(azimuth,elevation)其中方位角azimuth是观察点和坐标原点连线在x-y 平面的投影和y 轴负方向的夹角，仰角elevation是观察点与坐标原点的连线和x-y 平面的夹角。对于这两个角度，三维图形的默认值分别是-37.5和30，二维图形的默认值是0和90。
从不同的角度观察高斯矩阵的曲面。

 z=peaks(40);
 subplot(2,2,1);
 mesh(z);
 subplot(2,2,2);
 mesh(z);
 view(-37.5,-30);
 subplot(2,2,3);
 mesh(z);
 view(180,0);
 subplot(2,2,4);
 mesh(z);
 view(0,90);

4.其他图形函数

除了plot 绘图函数以外，在有些场合对绘制的曲线会有一些特殊要求，这就要其他函
数来实现，常用的几种函数如下

函数含义
loglog 使用对数坐标系绘图
semilogx 横坐标为对数坐标轴，纵坐标为线性坐标轴
semilogy 横坐标为线性坐标轴，纵坐标为对数坐标轴
polar 绘制极坐标图
fill 绘制实心图
bar 绘制直方图
pie 绘制饼图
area 绘制面积图
quiver 绘制向量场图
stairs 绘制阶梯图
sterm 绘制火柴杆图

 x=0:pi/10:2*pi;
 y1=sin(x);
 subplot(2,2,1);
 plot(x,y1);
 subplot(2,2,2);
 bar(x,y1);
 subplot(2,2,3);
 fill(x,y1,'g');
 subplot(2,2,4);
 stairs(x,y1,'k');

4.1直方图

函数bar(x)可以绘制直方图，这对统计或者数据采集非常直观实用。它共有四种形式：bar,bar3,barh和bar3h，其中bar和bar3 分别用来绘制二维和三维竖直方图，barh和bar3h分别用来绘制二维和三维水平直方图，调用格式是：bar(x,y) 其中x 必须单调递增或递减，y为m×n矩阵，可视化结果为m组，每组n个垂直柱，也就是把y的行画在一起，同一列的数据用相同的颜色表示；bar(x,y,width) （或bar(y,width)）指定每个直方条的宽度，如width>1，则直方条会重叠，默认值为width=0.8；bar(…,’grouped’) 使同一组直方条紧紧靠在一起；bar(…,’stack’) 把同一组数据描述在一个直方条上。

 y=[5 3 2 9;4 7 2 7;1 5 7 3];
 subplot(2,2,1),bar(y)
 x=[5 9 11];
 subplot(2,2,2),bar3(x,y)
 subplot(2,2,3),bar(x,y,'grouped')
 subplot(2,2,4),bar(rand(2,3),.75,'stack')

4.2 面积图

函数area 用来绘制面积图，面积图在plot 的基础上填充x 轴和曲线之间的面积，该图用于查看某个数在该列所有数的总和中所占的比例。

 x=-3:3;
 y=[3 2 5;6 1 8;7 4 9;6 3 7;8 2 9;4 2 9;3 1 7];
 area(x,y)

4.3 饼图

函数pie 用来绘制饼图，它可以形象地表示出向量中各元素所占比例。其调用格式是：
pie(x) x 中的元素通过x/sum(x)进行归一化，以确定饼图中的份额；
pie(x,explode) 向量explode 和x 元素数相同，用来指出需要分开的饼片，explode 中不为零的部分会被分开。

设某班的某课程的考试成绩如下：90 分以上有32 人，81 至90 有58 人，71至80 分有27 人，60 至70 分为21 人，60 分以下有16 人，画出饼图。

 x=[32 58 27 21 16];
 explode0=[1 0 0 0 0];
 subplot(1,2,1)
 pie(x,explode0)
 explode1=[0 0 0 0 1];
 subplot(1,2,2)
 pie(x,explode1)