Plot用法

本节介绍MATLAB的两种基本绘图功能：二维平面图形和三维立体图形。5.1二维平面图形5.1.1基本图形函数plot是绘制二维图形的最基本函数，它是针对向量或矩阵的列来绘制曲线的。也就是说，使用plot函数之前，必须首先定义好曲线上每一点的x及y坐标，常用格式为：（1）plot(x)当x为一向量时，以x元素的值为纵坐标，x的序号为横坐标值绘制曲线。当x为一实矩阵时，则以其序号为横坐标，按列绘制每列元素值相对于其序号的曲线，当x为m×n矩阵时，就由n条曲线。（2）plot(x,y)以x元素为横坐标值，y元素为纵坐标值绘制曲线。（3）plot(x,y1,x,y2,…)以公共的x元素为横坐标值，以y1,y2,…元素为纵坐标值绘制多条曲线。例5.1.1画出一条正弦曲线和一条余弦曲线。x=0:pi/10:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2)图5.1.1函数plot绘制的正弦曲线在绘制曲线图形时，常常采用多种颜色或线型来区分不同的数据组，MATLAB软件专门提供了这方面的参数选项（见表5.1.1），我们只要在每个坐标后加上相关字符串，就可实现它们的功能。-2-表5.1.1绘图参数表色彩字符颜色线型字符线型格式标记符号数据点形式标记符号数据点形式y黄-实线.点小于号m紫：点线o圆s正方形c青-.点划线x叉号d菱形r红--虚线+加号h六角星g绿*星号p五角星b蓝v向下三角形w白^向上三角形k黑大于号例如，在上例中输入plot(x,y1,'r+-',x,y2,'k*:')则得图5.1.2图5.1.2使用不同标记的plot函数绘制的正弦曲线5.1.2图形修饰MATLAB软件为用户提供了一些特殊的图形函数，用于修饰已经绘制好的图形。表5.1.2图形修饰函数表函数含义gridon(/off)给当前图形标记添加（取消）网络xlable(‘string’)标记横坐标ylabel(‘string’)标记纵坐标title(‘string’)给图形添加标题text(x,y,’string’)在图形的任意位置增加说明性文本信息gtext(‘string’)利用鼠标添加说明性文本信息axis([xminxmaxyminymax])设置坐标轴的最小最大值-3-例5.1.2给例5.1.1的图形中加入网络和标记。（见图5.1.3和5.1.4）x=0:pi/10:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2)gridonxlabel('independentvariableX')ylabel('DependentVariableY1&Y2')title('SineandCosineCurve')text(1.5,0.3,'cos(x)')gtext('sin(x)')axis([02*pi-0.90.9])图5.1.3使用了图形修饰的plot函数绘制的正弦曲线5.1.3图形的比较显示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holdon(/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nm×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。例5.1.3在同一窗口中绘制线段。（见图5.1.5）x=0:pi/10:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);y3=x;-4-y4=log(x);plot(x,y1,x,y2)holdonplot(x,y3)plot(x,y4)holdoff例5.1.4在多个窗口中绘制图形。（见图5.1.6）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。图5.1.4设置坐标轴最大最小值的正弦曲线-5-图5.1.5图形的比较显示（曲线叠加方法）图5.1.6图形的比较显示（图形窗口分割方法）-6-5.2三维立体图形5.2.1三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5.1.1）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。例5.2.1绘制方程x=ty=sin(t)z=cos(t)在t=[0,2*pi]上的空间方程。（见图5.2.1）clfx=0:pi/10:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot3(y1,y2,x,'m:p')gridonxlabel('DependentVariableY1')ylabel('DependentVariableY2')zlabel('IndependentVariableX')title('SineandCosineCurve')图5.2.1函数plot绘制的三维曲线图-7-5.2.2三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NN×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。例5.2.2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);图5.2.2mesh函数绘制的三维曲面图-8-图5.2.3surf函数绘制的着色表面图在曲面绘图中，另一个常用的函数是meshgrid函数，其一般引用格式是：[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。例5.2.3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。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')(见图5.2.4)_(x^2+y^2)例5.2.4绘制由方程形成的立体图。（见图5.2.5）z=xeclearx=-2:0.1:2;y=x;[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=X.*exp(-X.^2-Y.^2);-9-surf(X,Y,Z)图5.2.4图5.2.5-10-5.2.3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。例5.2.5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);图5.2.6对应不同观察点的三维曲面图5.3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（见表5.3.1）-11-表5.3.1其他图形函数表函数含义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绘制火柴杆图例5.3.1x=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');图5.3.1其他图形函数-12-5.3.1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nm×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width1，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。例5.3.2y=[5329;4727;1573];subplot(2,2,1),bar(y)x=[5911];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')图5.3.2直方图5.3.2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。例5.3.3x=-3:3;y=[325;618;749;637;829;429;317];area(x,y)-13-图5.3.3面积图5.3.3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