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第五讲：MATLAB绘图（二）5.1其他二维图形5.2隐函数绘图5.3三维图形5.4色彩与图像处理5.1其他二维图形5.1.1其他坐标系下的二维数据曲线图1．对数坐标图形MATLAB提供了绘制对数和半对数坐标曲线的函数，调用格式为：semilogx(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)semilogy(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)loglog(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)例5-11绘制y=10*exp(x)的对数坐标图并与直角线性坐标图进行比较。x=1:0.01:100;y=10*exp(x);semilogy(x,y)2．极坐标图polar函数用来绘制极坐标图，其调用格式为：polar(theta,rho,选项)其中theta为极坐标极角，rho为极坐标矢径，选项的内容与plot函数相似。例5-12绘制r=sin(t)cos(t)的极坐标图，并标记数据点。程序如下：t=0:pi/50:2*pi;r=sin(t).*cos(t);polar(t,r,'-*');5.1.2二维统计分析图在MATLAB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，所采用的函数分别是：bar(x,y,选项)stairs(x,y,选项)stem(x,y,选项)fill(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)例5-13分别以条形图、阶梯图、杆图和填充图形式绘制曲线y=2sin(x)。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');title('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，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。例5-14绘制图形：(1)某企业全年各季度的产值(单位：万元)分别为：2347,1827,2043,3025，试用饼图作统计分析。(2)绘制复数的相量图：7+2.9i、2-3i和-1.5-6i。程序如下：subplot(1,2,1);pie([2347,1827,2043,3025]);title('饼图');legend('一季度','二季度','三季度','四季度');subplot(1,2,2);compass([7+2.9i,2-3i,-1.5-6i]);title('相量图');5.2隐函数绘图MATLAB提供了一个ezplot函数绘制隐函数图形，下面介绍其用法。(1)对于函数f=f(x)，ezplot函数的调用格式为：ezplot(f)：在默认区间-2πx2π绘制f=f(x)的图形。ezplot(f,[a,b])：在区间axb绘制f=f(x)的图形。(2)对于隐函数f=f(x,y)，ezplot函数的调用格式为：ezplot(f)：在默认区间-2πx2π和-2πy2π绘制f(x,y)=0的图形。ezplot(f,[xmin,xmax,ymin,ymax])：在区间xminxxmax和yminyymax绘制f(x,y)=0的图形。ezplot(f,[a,b])：在区间axb和ayb绘制f(x,y)=0的图形。(3)对于参数方程x=x(t)和y=y(t)，ezplot函数的调用格式为：ezplot(x,y)：在默认区间0t2π绘制x=x(t)和y=y(t)的图形。ezplot(x,y,[tmin,tmax])：在区间tminttmax绘制x=x(t)和y=y(t)的图形。例5-15隐函数绘图应用举例。程序如下：subplot(2,2,1);ezplot('x^2+y^2-9');axisequalsubplot(2,2,2);ezplot('x^3+y^3-5*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])5.3三维图形5.3.1三维曲线plot3函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为：plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,…,xn,yn,zn,选项n)其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和plot函数相同。当x,y,z是同维向量时，则x,y,z对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。例5-16绘制三维曲线。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('Linein3-DSpace');xlabel('X');ylabel('Y');zlabel('Z');gridon;5.3.2三维曲面1．产生三维数据在MATLAB中，利用meshgrid函数产生平面区域内的网格坐标矩阵。其格式为：x=a:d1:b;y=c:d2:d;[X,Y]=meshgrid(x,y);语句执行后，矩阵X的每一行都是向量x，行数等于向量y的元素的个数，矩阵Y的每一列都是向量y，列数等于向量x的元素的个数。2．绘制三维曲面的函数surf函数和mesh函数的调用格式为：mesh(x,y,z,c)surf(x,y,z,c)一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。x,y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。例5-17绘制三维曲面图z=sin(x+sin(y))-x/10。程序如下：[x,y]=meshgrid(0:0.25:4*pi);z=sin(x+sin(y))-x/10;mesh(x,y,z);axis([04*pi04*pi-2.51]);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曲面函数meshz。其用法与mesh类似，不同的是meshc还在xy平面上绘制曲面在z轴方向的等高线，meshz还在xy平面上绘制曲面的底座。例5-18在xy平面内选择区域[-8,8]×[-8,8]，绘制4种三维曲面图。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)')subplot(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)')3．标准三维曲面sphere函数的调用格式为：[x,y,z]=sphere(n)cylinder函数的调用格式为：[x,y,z]=cylinder(R,n)MATLAB还有一个peaks函数，称为多峰函数，常用于三维曲面的演示。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)例5-19绘制标准三维曲面图形。程序如下：t=0:pi/20:2*pi;[x,y,z]=cylinder(2+sin(t),30);subplot(2,2,1);surf(x,y,z);subplot(2,2,2);[x,y,z]=sphere;surf(x,y,z);subplot(2,1,2);[x,y,z]=peaks(30);surf(x,y,z);5.3.3其他三维图形在介绍二维图形时，曾提到条形图、杆图、饼图和填充图等特殊图形，它们还可以以三维形式出现，使用的函数分别是bar3、stem3、pie3和fill3。bar3函数绘制三维条形图，常用格式为：bar3(y)bar3(x,y)stem3函数绘制离散序列数据的三维杆图，常用格式为：stem3(z)stem3(x,y,z)pie3函数绘制三维饼图，常用格式为：pie3(x)fill3函数等效于三维函数fill，可在三维空间内绘制出填充过的多边形，常用格式为：fill3(x,y,z,c)例5-20绘制三维图形：(1)绘制魔方阵的三维条形图。(2)以三维杆图形式绘制曲线y=2sin(x)。(3)已知x=[2347,1827,2043,3025]，绘制饼图。(4)用随机的顶点坐标值画出五个黄色三角形。程序如下：subplot(2,2,1);bar3(magic(4))subplot(2,2,2);y=2*sin(0:pi/10:2*pi);stem3(y);subplot(2,2,3);pie3([2347,1827,2043,3025]);subplot(2,2,4);fill3(rand(3,5),rand(3,5),rand(3,5),'y')例5-21绘制多峰函数的瀑布图和等高线图。程序如下：subplot(1,2,1);[X,Y,Z]=peaks(30);waterfall(X,Y,Z)xlabel('X-axis'),ylabel('Y-axis'),zlabel('Z-axis');subplot(1,2,2);contour3(X,Y,Z,12,'k');%其中12代表高度的等级数xlabel('X-axis'),ylabel('Y-axis'),zlabel('Z-axis');5.4.1色彩处理1．颜色的向量表示MATLAB除用字符表示颜色外，还可以用含有3个元素的向量表示颜色。向量元素在[0,1]范围取值，3个元素分别表示红、绿、蓝3种颜色的相对亮度，称为RGB三元组。2．色图色图(Colormap)是MATLAB系统引入的概念。在MATLAB中，每个图形窗口只能有一个色图。色图是m×3的数值矩阵，它的每一行是RGB三元组。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。3．三维表面图形的着色三维表面图实际上就是在网格图的每一个网格片上涂上颜色。surf函数用缺省的着色方式对网格片着色。除此之外，还可以用shading命令来改变着色方式。shadingfaceted命令将每个网格片用其高度对应的颜色进行着色，但网格线仍保留着，其颜色是黑色。这是系统的缺省着色方式。shadingflat命令将每个网格片用同一个颜色进行着色，且网格线也用相应的颜色，从而使得图形表面显得更加光滑。shadinginterp命令在网格片内采用颜色插值处理，得出的表面图显得最光滑。例5-233种图形着色方式的效果展示。程序如下：[x,y,z]=sphere(20);colormap(copper);subplot(1,3,1);surf(x,y,z);axisequalsubplot(1,3,2);surf(x,y,z);shadingflat;axisequalsubplot(1,3,3);surf(x,y,z);shadinginterp;axisequal5.4.2图像处理1．imread和imwrite函数imread和imwrite函数分别用于将图像文件读入MATLAB工作空间，以及将图像数据和色图数据一起写入一定格式的图像文件。MATLAB支持多种图像文件格式，