matlab笔记p2

matlab笔记p2
- 三、MATLAB绘图
- - 1.二维曲线
  - - （1）plot函数：
    - - case1：`plot(x)`
      - case2：`plot(x,y)`，x、y为向量
      - case3：`plot(x,y)`，x、y为向量和矩阵
      - case4：`plot(x,y)`，x、y为矩阵
      - case5：绘制不同长度的曲线
    - （2）plot(x, y)函数的样式：
    - （3）fplot函数：
    - - case1：fplot函数基本用法
      - case2：输入双函数参数的用法
  - 2.绘制图形的辅助操作
  - - （1）图形添加标注：
    - （2）坐标轴控制：
    - （3）图形保留：
    - （4）图形窗口的分割：
  - 3.其他二维图形的绘制
  - - （1）特殊坐标系下的二维曲线：
    - - case1：对数坐标绘图
      - case2：极坐标绘图
    - （2）统计图绘制：
    - - case1：条形图
      - case2：直方图
      - case3：饼图
      - case4：散点图
    - （3）矢量绘制：
  - 4.三维曲线
  - - （1）plot3函数：
    - - case1：`plot3(x,y,z)`
      - case2：`plot3(x,y,z)`函数参数变化
      - case3：绘制不同长度的曲线
    - （2）fplot3函数：
    - - case1：fplot3函数基本用法
  - 5.三维曲面
  - - （1）平面网格数据的生成：
    - - case1：利用矩阵运算生成网格数据
      - case2：利用meshgrid函数生成网格数据
    - （2）绘制三维曲面的mesh函数和surf函数：
    - - case1：`mesh(x, y, z, c);`、`surf(x, y, z, c);`
      - case2：`mesh(z,c);`、`surf(z,c);`
      - case3：`meshc`、`meshz`、`surfc`、`surfl`函数
    - （3）绘制特殊的标准三维曲面函数：
    - （4）绘制多方程三维曲面fsurf函数和fmesh函数：
  - 6.图形修饰处理
  - - （1）视点处理
    - （2）色彩处理
    - - case1：三维曲面着色颜色colormap
      - case2：三维曲面着色方式shadding
    - （3）剪裁处理

三、MATLAB绘图

1.二维曲线

（1）plot函数：

case1：`plot(x)`

当向量x为实数向量时，plot(x)以该向向量元素的下标为横坐标，元素的值为纵坐标绘制一条曲线。

当向量x为复数向量时，plot(x)以该向的实部、虚部为横轴坐标绘制出一条曲线。

case2：`plot(x,y)`，x、y为向量

当 x 是向量，y 是向量时：

其中x、y的分别用于存储x坐标和y坐标的数据，通常 x 和 y 为长度相等的向量。

case3：`plot(x,y)`，x、y为向量和矩阵

当 x 是向量，y 是矩阵时：

如下图：矩阵y的行数为3，列数为100；x的长度为100。情况为case1：x的长度 = 矩阵y的列数，则曲线的条数为矩阵y的行数。

如下图：对y进行转置操作，矩阵y的行数为100，列数为3；情况为case2：x的长度 = 矩阵y的行数，则曲线的条数为矩阵y的列数。

case4：`plot(x,y)`，x、y为矩阵

当参数 x 为矩阵，参数 y 为矩阵，且为同型矩阵时：

以x、y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。

如下图：采用这种方式绘制之前相同的图形

case5：绘制不同长度的曲线

plot(x1, y1, x2, y2, ... , xn, yn);

每一对向量对构成一组数据点的横纵坐标，绘制出一条曲线。

注意：在这里红色曲线在x = 9时就结束了绘制，而蓝色曲线一直绘制到了x = 10

（2）plot(x, y)函数的样式：

（3）fplot函数：

在plot函数中x往往采取等间隔采样，这样导致某些曲线在某些区间无法准确的绘制出来。

使用fplot函数可以自适应的设置某些区间的采样间隔，可以更为准确的反应函数图像。

case1：fplot函数基本用法

调用格式：fplot(f, lims, 选项);

f：代表一个函数，通常采用函数句柄的形式

lims：为x轴的取值范围，用二元向量[xmin, xmax]描述，默认为[-5, 5]

选项与plot函数一致

如图所示：fplot函数与plot函数绘制目标函数f(x) = sin(1/x);图形对比如下所示：

如果将fplot函数中的采样间隔缩小为原来的100分之一，得到的图形如下所示

采用fplot函数自适应的设置区间的采样间隔，得到的绘图结果如下

case2：输入双函数参数的用法

调用格式：fplot(funx, funy, tlims, 选项);

funx、funy：代表两个函数，通常采用函数句柄的形式

tlims：为参数函数funx、funy的自变量的取值范围，用二元向量[tmin, tmax]描述

2.绘制图形的辅助操作

（1）图形添加标注：

在各种标题和说明中还可以使用LaTex格式控制符显示数学公式

（2）坐标轴控制：

（3）图形保留：

一般情况下，绘图命令每执行一次绘图界面就会被刷新一次。若希望在已经存在的图形上继续叠加新的图形，可使用图形保持命令。

例：使用图形保留功能绘制两个同心圆，并更改坐标轴的原点为圆心、添加绘图网格

（4）图形窗口的分割：

若需要在一个窗口內绘制若干个独立的图形，便需要对图形窗口进行分割。

同一图形窗口中不同坐标系下的图形称为子图，matlab中提供了subplot函数对其进行处理

3.其他二维图形的绘制

（1）特殊坐标系下的二维曲线：

case1：对数坐标绘图

图例：在四种坐标图下绘制f(x) = 1 / x的图形，包括logx、logy、loglog

case2：极坐标绘图

图例：在极坐标图下，绘制心型曲线图

（2）统计图绘制：

case1：条形图

参数style中包括grouped簇装分组和stacked堆积分组两种选项

更多命令的使用详见help bar文档

case2：直方图

如果参数x没有指定，则默认划分为10个区间。图例为服从高斯分布的直方图

如果参数x没有指定，则默认划分为20个区间。图例为服从高斯分布的直方图在极坐标下的表现

case3：饼图

注意：explode是与x同等大小的向量，省略explode时饼图是一个整体，图例为不及格人数饼图显示，不及格part需突出显示

注意：最后的legend两个参数location、eastoutside如果不指定，图例将会显示在图形内部并遮挡一部分显示

case4：散点图

（3）矢量绘制：

4.三维曲线

（1）plot3函数：

case1：`plot3(x,y,z)`

其中x、y、z分别用于存储 x、y、z 坐标的数据，通常 x、y、z 为长度相等的向量。

以下图例为使用plot3函数绘制螺旋线函数图形

case2：`plot3(x,y,z)`函数参数变化

与plot()函数类似的，plot3()函数根据参数变化也分为很多情况，具体可通过help plot3查阅说明手册

以下图例为在空间中不同位置绘制出5条正弦曲线

case3：绘制不同长度的曲线

plot(x1, y1, z1, x2, y2, z2 ... , xn, yn, zn);

与plot函数类似，每一对x、y、z向量构成一组数据点的坐标，绘制出一条曲线。

以下图例为绘制3条不同长度的正弦曲线，可以发现终止值不同决定了曲线长度的不同

（2）fplot3函数：

case1：fplot3函数基本用法

调用格式：fplot3(funx, funy, funz, tlims);

funx、funy、funz：代表定义曲线x、y、z坐标的函数，通常采用函数句柄的形式

tlims：为参数函数参数自变量的取值范围，用二元向量[tmin, tmax]描述，默认为[-5, 5];

5.三维曲面

（1）平面网格数据的生成：

网格数据的定义如下图所示：

case1：利用矩阵运算生成网格数据

根据线性代数的矩阵运算知识，通过简单的观察和矩阵运算即可得到网格数据

case2：利用meshgrid函数生成网格数据

调用格式：[X, Y] = meshgrid(x, y);

其中参数x、y为向量，存储网格点坐标数据的X、Y为矩阵

例如上例中网格数据的自动生成如下，观察网格生成的数据可发现meshgrid生成网格数据的特点。

（2）绘制三维曲面的mesh函数和surf函数：

case1：`mesh(x, y, z, c);`、`surf(x, y, z, c);`

其中，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曲面颜色。

当参数c省略时，默认为c等于z的值，即曲线颜色的设定是正比于图形的高度的。

三维绘图函数	图像特点
`mesh(x, y, z)`	绘制的图形线条具有颜色，线条间的补面没有颜色
`surf(x, y, z)`	绘制的图像线条颜色为黑色，线条间的补面有颜色，且颜色与z轴变化相关
`plot3(x, y, z)`	绘制图形由三维曲线组合而成

case2：`mesh(z,c);`、`surf(z,c);`

当参数 x 、 y 省略时，z 矩阵的第2维下标当作 x 轴坐标，z矩阵的第1维下标当作 y 轴坐标。

分析：上图例中，z矩阵的第2维下标为列坐标（6列），第1位坐标为行坐标（3行），图像各点高度z值为矩阵中对应的元素值

case3：`meshc`、`meshz`、`surfc`、`surfl`函数

（3）绘制特殊的标准三维曲面函数：

（4）绘制多方程三维曲面fsurf函数和fmesh函数：

如果图形由三个参数方程定义，并且参数方程有两个自变量，此时可以使用matlab提供的fsurf和fmesh函数绘制三维曲面。

fsurf、fmesh函数与fplot双参数调用类似，可借鉴

调用格式：fsurf(funx, funy, funz, uvlims);、fmesh(funx, funy, funz, uvlims);

funx、funy、funz：代表定义曲面x、y、z坐标的函数，通常采用函数句柄的形式

uvlims：为参数函数自变量的取值范围，用4元向量[umin, umax, vmin,vmax]描述，默认为[-5, 5, -5, 5];

6.图形修饰处理

（1）视点处理

（2）色彩处理

case1：三维曲面着色颜色colormap

调用方式：colormap cmapname;、colormap(cmap);指定当前曲面使用色图

case2：三维曲面着色方式shadding

（3）剪裁处理

在图形中将需要裁剪的函数值设置为NaN，这样绘制图形时函数值为NaN的部分将不显示出来，从而达到对图形进行裁剪的目的。

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