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附录.pdf 524KB

第 7 章 MATLAB 数据可视化

教学提示：完备的图形功能使计算结果可视化，是 MATLAB 的重要特点之一。用图

表和图形来表示数据的技术称为数据可视化。本章重点讲述二维、三维图形的绘制和修饰，

在此基础上介绍一元函数和二元函数的可视化，还介绍图像的类型和显示及图像的读写。

教学要求：本章要求学生重点掌握绘制和修饰二维和三维图形的命令，了解图像的基

本类型和图像的显示与读写命令，掌握一元函数和二元函数的绘图方法。

7.1 二维图形

MATLAB 不但擅长与矩阵相关的数值运算，而且还提供了许多在二维和三维空间内显

示可视信息的函数，利用这些函数可以绘制出所需的图形；MATLAB 提供了丰富的修饰方

法，合理地使用这些方法，使我们绘制的图形更为美观、精确。

MATLAB 将构成图形的各个基本要素称为图形对象。这些对象包括计算机屏幕、图形

窗口、用户菜单、坐标轴、用户控件、曲线、曲面、文字、图像、光源、区域块和方框。

系统将每一个对象按树形结构组织起来，如图 7.1 所示。

计算机屏幕

图形窗口

用户菜单坐标轴用户控件

曲线曲面文字图像光源区域块方框

图 7.1 MATLAB 图形对象的树形结构

在 MATLAB 中，每个具体的图形都是由若干个不同的图形对象组成，计算机屏幕是

产生其他对象的基础，称为根对象，它包括一个或多个图形窗口对象。每个具体的图形必

须有计算机屏幕和图形窗口对象。一个图形窗口对象有 3 种不同类型的子对象，其中的坐

标轴又有 7 种不同类型的子对象。MATLAB 在创建每一个图形对象时，都为该对象分配了

唯一值，称为图形对象句柄。句柄是图形对象的唯一标识符，不同图形对象的句柄是不可

能重复和混淆的。改变句柄就可以改变图形对象的属性，从而对具体图形进行编辑，以满

足实际需要。

MATLAB 基础及其应用教程

·186·

本节介绍 MATLAB 基本绘图命令，包括二维曲线的绘制、曲线的修饰和标注、坐标

轴的限制和标注等。

7.1.1 MATLAB 的图形窗口

1．创建图形窗口

在 MATLAB 中，绘制的图形被直接输出到一个新的窗口中，这个窗口和命令行窗口

是相互独立的，被称为图形窗口。如果当前不存在图形窗口，MATLAB 的绘图函数会自动

建立一个新的图形窗口；如果已存在一个图形窗口，MATLAB 的绘图函数就会在这个窗口

中进行绘图操作；如果已存在多个图形窗口，MATLAB 的绘图函数就会在当前窗口中进行

绘图操作(当前窗口通常是指最后一个使用的图形窗口)。

在 MATLAB 中使用函数 figure 来建立图形窗口，该函数最简单的调用方式为

figure

这样就建立了一个如图 7.2 所示的图形窗口。

图 7.2 MATLAB 的图形窗口

使用“图形编辑工具条”可以对图形进行编辑和修改，也可以用鼠标选中图形中的对

象，右击，可弹出快捷菜单，通过选择菜单项实现对图形的操作。

函数 figure 其他调用方式有

(1)

figure('PropertyName',PropertyValue,...)：以指定的属性值，创建一个新的图形窗口，

其中

PropertyName 为属性名，PropertyValue 为属性值。未指定的属性，取默认值。

(2)

figure(h)：如果 h 已经是图形句柄，则将它代表的图形窗口置为当前窗口；如果 h

不是图形句柄，但为一正整数，则创建一个图形句柄为 h 的新的图形窗口。

(3)

h = figure(...) ：调用函数 figure 时，同时返回图形对象的句柄。

第 7 章 MATLAB 数据可视化

·187·

2. 关闭与清除图形窗口

执行 close 命令可关闭图形窗口，其调用方式有

(1)

close：关闭当前图形窗口，等效于 close(gcf)。

(2)

close(h)：关闭图形句柄 h 指定的图形窗口。

(3)

close name：关闭图形窗口名 name 指定的图形窗口。

(4)

close all：关闭除隐含图形句柄的所有图形窗口。

(5)

close all hidden：关闭包括隐含图形句柄在内的所有图形窗口。

(6)

status = close(...)：调用 close 函数正常关闭图形窗口时，返回 1；否则返回 0。

清除当前图形窗口中使用如下命令：

(1)

clf：清除当前图形窗口所有可见的图形对象；

(2)

clf reset：清除当前图形窗口所有可见的图形对象，并将窗口的属性设置为默认值

(Units、PaperPosition 和 PaperUnits 属性除外)。

7.1.2 基本二维图形绘制

在

MATLAB 中，主要的二维绘图函数如下：

(1)

plot：x 轴和 y 轴均为线性刻度。

(2)

loglog：x 轴和 y 轴均为对数刻度。

(3)

semilogx：x 轴为对数刻度，y 轴为线性刻度。

(4)

semilogy：x 轴为线性刻度，y 轴为对数刻度。

(5)

plotyy: 绘制双纵坐标图形。

其中 plot 是最基本的二维绘图函数，其调用格式有

① plot(Y)：若 Y 为实向量，则以该向量元素的下标为横坐标，以 Y 的各元素值为纵

坐标，绘制二维曲线；若

Y 为复数向量，则等效于 plot(real(Y),imag(Y))；若 Y 为实矩阵，

则按列绘制每列元素值相对其下标的二维曲线，曲线的条数等于

Y 的列数；若 Y 为复数矩

阵，则按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条二维曲线。

② plot(X,Y)：若 X、Y 为长度相等的向量，则绘制以 X 和 Y 为横、纵坐标的二维曲

线；若

X 为向量，Y 是有一维与 Y 同维的矩阵，则以 X 为横坐标绘制出多条不同色彩的曲

线，曲线的条数与

Y 的另一维相同；若 X、Y 为同维矩阵，则绘制以 X 和 Y 对应的列元素

为横、纵坐标的多条二维曲线，曲线的条数与矩阵的列数相同。

③ plot(X1,Y1,X2,Y2,…Xn,Yn)：其中的每一对参数 Xi 和 Yi(i=1,2,...,n)的取值和所绘图

形与②中相同。

④ plot(X1,Y1,LineSpec,...)：以 LineSpec 指定的属性，绘制所有 Xn、Yn 对应的曲线。

⑤ plot(...,'PropertyName',PropertyValue,...)：对于由 plot 绘制的所有曲线，按照设置的

属性值进行绘制，

PropertyName 为属性名，PropertyValue 为对应的属性值。

⑥ h = plot(...)：调用函数 plot 时，同时返回每条曲线的图形句柄 h(列向量)。

【例 7.1】用函数 plot 画出 sin(x

)在 x∈[0, 5]之间的图形。

x=0:0.05:5; % x 坐标从 0 到 5

y=sin(x.^2); % 对应的 y 坐标

plot(x,y); % 绘制图形

MATLAB 基础及其应用教程

·188·

输出图形如图 7.3 所示。

图 7.3 二维曲线

【例 7.2】用 plot 函数绘制多条曲线。

x=0:0.05:5; % x 坐标从 0 到 5

y1=0.2*x-0.8; % y1 坐标

y2=sin(x.^2); % y2 坐标

figure % 建立图形窗口

plot(x,y1,x,y2); % 绘制图形

输出图形如图 7.4 所示。

图 7.4 绘制多条曲线

【例 7.3】输入参数为矩阵时，用函数 plot 绘图。

x=0:pi/180:2*pi; % 产生向量 x

y1=sin(x); % 产生向量 y1

y2=sin(2*x); % 产生向量 y2

y3=sin(3*x); % 产生向量 y3

X=[x; x; x]'; % 矩阵 X

Y=[y1; y2; y3]'; % 矩阵 Y

plot(X ,Y,x,cos(x)) %

画 4 条曲线 :x~sin(x),x~sin(2x),x~sin(3x) 以及

x~cos(x)

输出图形如图 7.5 所示。

函数 loglog、函数 semilogx 以及函数 semilogy 的调用方式与函数 plot 相同。

函数 plotyy 可以绘制两条具有不同纵坐标的曲线，调用格式为

plotyy(x1,y1,x2,y2)

第 7 章 MATLAB 数据可视化

·189·

图 7.5 例 7.3 图

x1、y1 对应一条曲线，x2、y2 对应另一条曲线，两条曲线的横坐标相同，纵坐标有两

个，图中左边纵坐标用于

x1、y1 数据对，右边纵坐标用于 x2、y2 数据对。

【例 7.4】用不同标度在同一坐标内绘制曲线

0.3

1e cos(2)

−

= 及曲线

1.5

210e

−

= 。

x=0:pi/180:2*pi;

y1=exp(-0.3*x).*cos(2*x);y2=10*exp(-1.5*x);

plotyy(x,y1,x,y2)

输出图形如图 7.6 所示。

图 7.6 具有不同纵坐标的图形

7.1.3 其他类型的二维图

在

MATLAB 中，还有其他绘图函数，可以绘制不同类型的二维图形，以满足不同的

要求，表

7-1 列出了这些绘图函数。

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