《matlab》课件：第4章MATLAB绘图.ppt

1、第第5章章 MATLAB绘图绘图5.1 二维数据曲线图二维数据曲线图5.2 其他二维图形其他二维图形5.3 隐函数绘图隐函数绘图5.4 三维图形三维图形5.5 图形修饰处理图形修饰处理5.6 图像处理与动画制作图像处理与动画制作 图形窗口的分割图形窗口的分割 subplot函数的调用格式为：函数的调用格式为： subplot(m,n,p) 该函数将当前图形窗口分成该函数将当前图形窗口分成mn个绘个绘图区，即每行图区，即每行n个，共个，共m行，区号按行优先行，区号按行优先编号，且选定第编号，且选定第p个区为当前活动区。在每个区为当前活动区。在每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制一个绘图区允许以

2、不同的坐标系单独绘制图形。图形。5.1 二维数据曲线图二维数据曲线图5.1.1 绘制单根二维曲线绘制单根二维曲线plot函数的基本调用格式为：函数的基本调用格式为：plot(x,y) 其中其中x和和y为长度相同的向量，分别用于存储为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和坐标和y坐标数据。坐标数据。例例5-1 在在0 x2 区间内，绘制曲线区间内，绘制曲线 y=2e-0.5xcos(4x)plot函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数：函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数：plot(x)在这种情况下，当在这种情况下，当x是实向量时，以该向量元素的下是实向量时，以该向量元素的下标为横坐标，元素

3、值为纵坐标画出一条连续曲线，标为横坐标，元素值为纵坐标画出一条连续曲线，这实际上是绘制折线图。这实际上是绘制折线图。5.1.2 绘制多根二维曲线绘制多根二维曲线1plot函数的输入参数是矩阵形式函数的输入参数是矩阵形式 (1) 当当x是向量，是向量，y是有一维与是有一维与x同维的矩阵时，则绘同维的矩阵时，则绘制出多根不同颜色的曲线。曲线条数等于制出多根不同颜色的曲线。曲线条数等于y矩阵的矩阵的另一维数，另一维数，x被作为这些曲线共同的横坐标。被作为这些曲线共同的横坐标。 (2) 当当x,y是同维矩阵时，则以是同维矩阵时，则以x,y对应列元素为横、对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于

4、矩阵的列数。纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。 (3) 对只包含一个输入参数的对只包含一个输入参数的plot函数，当输入参数函数，当输入参数是实矩阵时，则按列绘制每列元素值相对其下标是实矩阵时，则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线，曲线条数等于输入参数矩阵的列数。的曲线，曲线条数等于输入参数矩阵的列数。当输入参数是复数矩阵时，则按列分别以元素实部当输入参数是复数矩阵时，则按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。2含多个输入参数的含多个输入参数的plot函数函数调用格式为：调用格式为：plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn)(1) 当输入

5、参数都为向量时，当输入参数都为向量时，x1和和y1，x2和和y2，xn和和yn分别组成一组向量对，每一组向量对的分别组成一组向量对，每一组向量对的长度可以不同。每一向量对可以绘制出一条曲长度可以不同。每一向量对可以绘制出一条曲线，这样可以在同一坐标内绘制出多条曲线。线，这样可以在同一坐标内绘制出多条曲线。 例：画出例：画出sinx,cosx,sin(x-2)三条曲线三条曲线 (2) 当输入参数有矩阵形式时，配对的当输入参数有矩阵形式时，配对的x,y按对应列按对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。矩阵的列数。 例例tu1.m3具有两

6、个纵坐标标度的图形具有两个纵坐标标度的图形在在MATLAB中，如果需要绘制出具有不同纵坐标标中，如果需要绘制出具有不同纵坐标标度的两个图形，可以使用度的两个图形，可以使用plotyy绘图函数。调用绘图函数。调用格式为：格式为：plotyy(x1,y1,x2,y2)其中其中x1,y1对应一条曲线，对应一条曲线，x2,y2对应另一条曲线。横对应另一条曲线。横坐标的标度相同，纵坐标有两个，左纵坐标用于坐标的标度相同，纵坐标有两个，左纵坐标用于x1,y1数据对，右纵坐标用于数据对，右纵坐标用于x2,y2数据对。数据对。例例5-4 用不同标度在同一坐标内绘制曲线用不同标度在同一坐标内绘制曲线y1=0.2

7、e-0.5xcos(4x) 和和y2=2e-0.5xcos(x)。4图形保持图形保持 hold on/off命令控制是保持原有图形还是刷新原命令控制是保持原有图形还是刷新原有图形，不带参数的有图形，不带参数的hold命令在两种状态之间进命令在两种状态之间进行切换。行切换。例例5-5 采用图形保持，在同一坐标内绘制曲线采用图形保持，在同一坐标内绘制曲线y1=0.2e-0.5xcos(4x) 和和y2=2e-0.5xcos(x)。程序如下：程序如下：x=0:pi/100:2*pi;y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);plot(x,y1)hold ony2=2*exp(-

8、0.5*x).*cos(pi*x);plot(x,y2);hold off5.1.3 设置曲线样式设置曲线样式 MATLAB提供了一些绘图选项，用于确定所提供了一些绘图选项，用于确定所绘曲线的线型、颜色和数据点标记符号，它们可绘曲线的线型、颜色和数据点标记符号，它们可以组合使用。例如，以组合使用。例如，“b-.”表示蓝色点划线，表示蓝色点划线，“y:d”表示黄色点线并用菱形符标记数据点。当表示黄色点线并用菱形符标记数据点。当选项省略时，选项省略时，MATLAB规定，线型一律用实线，规定，线型一律用实线，颜色将根据曲线的先后顺序依次。颜色将根据曲线的先后顺序依次。 要设置曲线样式可以在要设置曲线

9、样式可以在plot函数中加绘图选函数中加绘图选项，其调用格式为：项，其调用格式为： plot(x1,y1,选项选项1,x2,y2,选项选项2,xn,yn,选项选项n)颜色：颜色：b,g,r,y,k,m(紫红色紫红色)，c(蓝绿色蓝绿色)数据点型：数据点型：x, +,h(六角星形六角星形)，*，s(方形方形),d(菱菱形形),p(正五边形正五边形),o(圆圈圆圈)线型线型-(实线实线),:(点线点线),-,-.x=0:0.01:2;y1=sin(x);y2=sin(x-0.25);y3=sin(x-0.5);plot(x,y1,-.b,x,y2,-r*,x,y3,:gh)5.1.4 图形标注与坐

10、标控制图形标注与坐标控制1图形标注图形标注有关图形标注函数的调用格式为：有关图形标注函数的调用格式为：title(图形名称图形名称)xlabel(x轴说明轴说明)ylabel(y轴说明轴说明)text(x,y,图形说明图形说明)legend(图例图例1,图例图例2,) 函数中的说明文字，除使用标准的函数中的说明文字，除使用标准的ASCII字字符外，还可使用控制字符，这样就可以在图形上符外，还可使用控制字符，这样就可以在图形上添加希腊字母、数学符号及公式等内容。例如，添加希腊字母、数学符号及公式等内容。例如，text(0.3,0.5,sin(omegat+beta)将得到标注效将得到标注效果果s

11、in(t+)。例例5-7 在在0 x2 区间内，绘制曲线区间内，绘制曲线y1=2e-0.5x和和y2=cos(4x)，并给图形添加图形标注。，并给图形添加图形标注。程序如下：程序如下：x=0:pi/100:2*pi;y1=2*exp(-0.5*x);y2=cos(4*pi*x);plot(x,y1,x,y2)title(x from 0 to 2pi); %加图形标题加图形标题xlabel(Variable X); %加加X轴说明轴说明ylabel(Variable Y); %加加Y轴说明轴说明text(0.8,1.5,曲线曲线y1=2e-0.5x); %在指定位置在指定位置添加图形说明添加图

12、形说明text(2.5,1.1,曲线曲线y2=cos(4pix); legend(y1, y2) %加图例加图例2坐标控制坐标控制axis函数的调用格式为：函数的调用格式为：axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax)axis函数功能丰富，常用的格式还有：函数功能丰富，常用的格式还有：axis equal：纵、横坐标轴采用等长刻度。：纵、横坐标轴采用等长刻度。axis square：产生正方形坐标系：产生正方形坐标系(缺省为矩形缺省为矩形)。axis auto：使用缺省设置。：使用缺省设置。axis off：取消坐标轴。：取消坐标轴。axis on：显示坐标轴。：显示

13、坐标轴。 给坐标加网格线用给坐标加网格线用grid命令来控制。命令来控制。grid on/off命令控制是画还是不画网格线，不带参数的命令控制是画还是不画网格线，不带参数的grid命令在两种状态之间进行切换。命令在两种状态之间进行切换。 给坐标加边框用给坐标加边框用box命令来控制。命令来控制。box on/off命令控制是加还是不加边框线，不带参数的命令控制是加还是不加边框线，不带参数的box命命令在两种状态之间进行切换。令在两种状态之间进行切换。例例 tu3.m5.1.5 图形的可视化编辑图形的可视化编辑 MATLAB 6.5版本在图形窗口中提供了可视版本在图形窗口中提供了可视化的图形编辑

14、工具，利用图形窗口菜单栏或工具化的图形编辑工具，利用图形窗口菜单栏或工具栏中的有关命令可以完成对窗口中各种图形对象栏中的有关命令可以完成对窗口中各种图形对象的编辑处理。的编辑处理。 在图形窗口上有一个菜单栏和工具栏。菜单在图形窗口上有一个菜单栏和工具栏。菜单栏包含栏包含File、Edit、View、Insert、Tools、Window和和Help共共7个菜单项，工具栏包含个菜单项，工具栏包含11个命个命令按钮。令按钮。 极坐标图极坐标图 polar函数用来绘制极坐标图，其调用格式为：函数用来绘制极坐标图，其调用格式为： polar(theta,rho,选项选项) 其中其中theta为极坐标极

15、角，为极坐标极角，rho为极坐标矢径，选为极坐标矢径，选项的内容与项的内容与plot函数相似。函数相似。 例例5-12 绘制绘制r=sin(t)cos(t)的极坐标图，并标记数的极坐标图，并标记数据点。据点。程序如下：程序如下：t=0:pi/50:2*pi;r=sin(t).*cos(t);polar(t,r,-*);5.2.2 二维统计分析图二维统计分析图 在在MATLAB中，二维统计分析图形很多，常见的中，二维统计分析图形很多，常见的有条形图、阶梯图、杆图和填充图等，所采用的有条形图、阶梯图、杆图和填充图等，所采用的函数分别是：函数分别是：bar(x,y,选项选项)stairs(x,y,选

16、项选项)stem(x,y,选项选项)fill(x1,y1,选项选项1,x2,y2,选项选项2,) 例例5-13 分别以条形图、阶梯图、杆图和填充图形分别以条形图、阶梯图、杆图和填充图形式绘制曲线式绘制曲线y=2sin(x)。程序如下：程序如下：x=0:pi/10:2*pi;y=2*sin(x);subplot(2,2,1);bar(x,y,g);title(bar(x,y,g);axis(0,7,-2,2);subplot(2,2,2);stairs(x,y,b);title(stairs(x,y,b);axis(0,7,-2,2);subplot(2,2,3);stem(x,y,k);tit

17、le(stem(x,y,k);axis(0,7,-2,2);subplot(2,2,4);fill(x,y,y);title(fill(x,y,y);axis(0,7,-2,2);MATLAB提供的统计分析绘图函数还有很多，例如，提供的统计分析绘图函数还有很多，例如，用来表示各元素占总和的百分比的饼图、复数的用来表示各元素占总和的百分比的饼图、复数的相量图等等。相量图等等。例例5-14 绘制图形：绘制图形：(1) 某企业全年各季度的产值某企业全年各季度的产值(单位：万元单位：万元)分别为：分别为：2347,1827,2043,3025，试用饼图作统计分析。，试用饼图作统计分析。(2) 绘制复数

18、的相量图：绘制复数的相量图：7+2.9i、2-3i和和-1.5-6i。程序如下：程序如下：subplot(1,2,1);pie(2347,1827,2043,3025);title(饼图饼图);legend(一季度一季度,二季度二季度,三季度三季度,四季度四季度);subplot(1,2,2);compass(7+2.9i,2-3i,-1.5-6i);title(相量图相量图);5.3 隐函数绘图隐函数绘图MATLAB提供了一个提供了一个ezplot函数绘制隐函数图形，函数绘制隐函数图形，下面介绍其用法。下面介绍其用法。(1) 对于函数对于函数f = f(x)，ezplot函数的调用格式为：函

19、数的调用格式为：ezplot(f)：在默认区间：在默认区间-2x2绘制绘制f = f(x)的图形。的图形。ezplot(f, a,b)：在区间：在区间axb绘制绘制f = f(x)的图形。的图形。(2) 对于隐函数对于隐函数f = f(x,y)，ezplot函数的调用格式为：函数的调用格式为：ezplot(f)：在默认区间：在默认区间-2x2和和-2y2绘制绘制f(x,y) = 0的图形。的图形。ezplot(f, xmin,xmax,ymin,ymax)：在区间：在区间xminxxmax和和yminyymax绘制绘制f(x,y) = 0的图的图形。形。ezplot(f, a,b)：在区间：在

20、区间axb和和ay b绘制绘制f(x,y) = 0的图形。的图形。(3) 对于参数方程对于参数方程x = x(t)和和y = y(t)，ezplot函数的调函数的调用格式为：用格式为：ezplot(x,y)：在默认区间：在默认区间0t2绘制绘制x=x(t)和和y=y(t)的图形。的图形。ezplot(x,y, tmin,tmax)：在区间：在区间tmin t tmax绘绘制制x=x(t)和和y=y(t)的图形。的图形。例例5-15 隐函数绘图应用举例。隐函数绘图应用举例。程序如下：程序如下：subplot(2,2,1);ezplot(x2+y2-9);axis equalsubplot(2,2

21、,2);ezplot(x3+y3-5*x*y+1/5)subplot(2,2,3);ezplot(cos(tan(pi*x), 0,1)subplot(2,2,4);ezplot(8*cos(t),4*sqrt(2)*sin(t),0,2*pi)5.4 三维图形三维图形5.4.1 三维曲线三维曲线plot3函数与函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为：函数用法十分相似，其调用格式为：plot3(x1,y1,z1,选项选项1,x2,y2,z2,选项选项2,xn,yn,zn,选项选项n) 其中每一组其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数，选项的组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和定义和p

22、lot函数相同。当函数相同。当x,y,z是同维向量时，则是同维向量时，则x,y,z 对应元素构成一条三维曲线。当对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩是同维矩阵时，则以阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。数等于矩阵列数。例例5-16 绘制三维曲线。绘制三维曲线。程序如下：程序如下：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3(x,y,z);title(Line in 3-D Space);xlabel(X);ylabel(Y);zlabel(Z);gr

23、id on;5.4.2 三维曲面三维曲面1产生三维数据产生三维数据 在在MATLAB中，利用中，利用meshgrid函数产生平面区域函数产生平面区域内的网格坐标矩阵。其格式为：内的网格坐标矩阵。其格式为： x=a:d1:b; y=c:d2:d; X,Y=meshgrid(x,y); 语句执行后，矩阵语句执行后，矩阵X的每一行都是向量的每一行都是向量x，行数等，行数等于向量于向量y的元素的个数，矩阵的元素的个数，矩阵Y的每一列都是向量的每一列都是向量y，列数等于向量，列数等于向量x的元素的个数。的元素的个数。2绘制三维曲面的函数绘制三维曲面的函数surf函数和函数和mesh函数的调用格式为：函数

24、的调用格式为：mesh(x,y,z)surf(x,y,z) 一般情况下，一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。是维数相同的矩阵。x,y是网格是网格坐标矩阵，坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵。是网格点上的高度矩阵。 例例5-17 绘制三维曲面图绘制三维曲面图z=sin(x+sin(y)-x/10。 程序如下：程序如下： x,y=meshgrid(0:0.25:4*pi); z=sin(x+sin(y)-x/10; mesh(x,y,z); axis(0 4*pi 0 4*pi -2.5 1); 此外，还有带等高线的三维网格曲面函数此外，还有带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格

25、曲面函数和带底座的三维网格曲面函数meshz。其用法与。其用法与mesh类似，不同的是类似，不同的是meshc还在还在xy平面上绘制曲平面上绘制曲面在面在z轴方向的等高线，轴方向的等高线，meshz还在还在xy平面上绘制平面上绘制曲面的底座。曲面的底座。例例5-18 在在xy平面内选择区域平面内选择区域-8,8-8,8，绘制，绘制4种三维曲种三维曲面图。面图。程序如下：程序如下：x,y=meshgrid(-8:0.5:8);z=sin(sqrt(x.2+y.2)./sqrt(x.2+y.2+eps);subplot(2,2,1);mesh(x,y,z);title(mesh(x,y,z)sub

26、plot(2,2,2);meshc(x,y,z);title(meshc(x,y,z)subplot(2,2,3);meshz(x,y,z)title(meshz(x,y,z)subplot(2,2,4);surf(x,y,z);title(surf(x,y,z)5.5 色彩处理色彩处理1颜色的向量表示颜色的向量表示 MATLAB除用字符表示颜色外，还可以用含除用字符表示颜色外，还可以用含有有3个元素的向量表示颜色。向量元素在个元素的向量表示颜色。向量元素在0,1范围范围取值，取值，3个元素分别表示红、绿、蓝个元素分别表示红、绿、蓝3种颜色的相种颜色的相对亮度，称为对亮度，称为RGB三元组。三元组。2色图色图 色图色图(Color map)是是MATLAB系统引入的概念。系统引入的概念。在在MATLAB中，每个图形窗口只能有一个色图。中，每个图形窗口只能有一个色图。色图是色图是m3 的数值矩阵，它的每一行是的数值矩阵，它的每一行是RGB三三元组。色图矩阵可以人为地生成，也可以调用元组。色图矩阵可以人为地生成，也可以调用MATLAB提供的函数来定义色图矩阵。提供的函数来定义色图矩阵。hsv(默认默认),gray（线型灰度）（线型灰度）,copper（线型铜色）（线型铜色）