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二维绘图

二维绘图. 一、绘制 2d 图形的基本步骤 二、直角坐标系绘图： plot( ), plotyy( ),… 三、图形控制： figure,axis,subplot,… 四、二维绘图函数汇总. 1 、 手工作图步骤. 一、 绘制 2d 图形的基本步骤. 如何画出 y ＝ sin(x) 在 [0, 2*pi] 上的图像？. (1) 找点： x=0, pi/6, pi/3, pi/2, 2*pi/3, 5*pi/6, …. (2) 计算函数值： y=sin(0), sin(pi/6), sin(pi/3), …. (3) 描点：在坐标系中画出这些离散点.

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Presentation Transcript

  1. 二维绘图 一、绘制2d图形的基本步骤 二、直角坐标系绘图：plot( ), plotyy( ),… 三、图形控制：figure,axis,subplot,… 四、二维绘图函数汇总

  2. 1、手工作图步骤 一、绘制2d图形的基本步骤 如何画出 y＝sin(x)在 [0, 2*pi]上的图像？ (1)找点： x=0, pi/6, pi/3, pi/2, 2*pi/3, 5*pi/6, … (2)计算函数值： y=sin(0), sin(pi/6), sin(pi/3), … (3)描点：在坐标系中画出这些离散点 (4)用直线或曲线连接这些点，得到函数的大致图形

  3. 2、Matlab 作图的基本步骤 (1)准备绘图数据： x=[0:pi/10:2*pi] y=sin(x) (2)调用绘图函数作出图形， 如： plot(x,y) (3)调用相关函数和命令调整图形特性，如： grid on axis([-1,8,-2,2])

  4. 3、注意：准备matlab绘图数据时，数据应进行排序。3、注意：准备matlab绘图数据时，数据应进行排序。 x = [0,4/3,1,1/2,1/3,2/3,1/6,1,5/6,4/3,7/6,5/3,3/2,2,11/6] x = x*pi y = sin(x) plot(x,y) 未排序 x = [0,4/3,1,1/2,1/3,2/3,1/6,1,5/6,4/3,7/6,5/3,3/2,2,11/6] x = sort(x)*pi y = sin(x) plot(x,y)

  5. 4、Matlab作图比手工作图功能强大

  6. 二、直角坐标系绘图 1、plot( ) 2、fplot( ) 3、ezplot( ) 4、阶梯图：stairs( ) 5、双y轴绘图：plotyy( ) 6、对数坐标绘图： loglog( ) semilogx( ) semilogy( )

  7. 1、plot( )是最基本的二维绘图函数，功能包括： • 自动打开一个图形窗口(Figure)，如果已经存在一个图形窗口，则清除当前图形，绘制新图形 • 用直线连接相邻两数据点来绘制图形 • 可以一次绘制一条曲线，也可以一次绘制多条曲线 • 可以设定绘图颜色、点型、线型、线宽等特性 plot(Y)plot(X1,Y1,...,Xn,Yn)plot(X1,Y1,LineSpec,...,Xn,Yn,LineSpec)plot(...,'PropertyName',PropertyValue,...) h = plot( . . . ) 返回图形对象的句柄 h

  8. 绘制第n条曲线 绘制第1条曲线 plot(X,Y) 当X, Y 都是实数一维数组，以 X 中元素为横坐标， Y 中元素为纵坐标作平面曲线。此时 X, Y 必须具有相同长度。 当 X, Y 都是实数二维数组，将 X 的列和 Y 相应的列相组合，绘制多条平面曲线。此时 X, Y 必须具有相同的维数。 当 X, Y 是复数数组时，忽略虚部，等效于： plot(real(X),real(Y))

  9. plot(x,Y) x是一维数组, Y 是二维数组 若 x 的长度与 Y 的行数相等，则将 x 与 Y 中的各列相对应，绘制多条平面曲线； 若 x 的长度与 Y 的列数相等，则将 x 与 Y 中的各行相对应，绘制多条平面曲线。 plot(X,y) X是二维数组, y 是一维数组 若 y 的长度与 X 的行数相等，则将 X 中的各列与 y 相对应，绘制多条平面曲线； 若 y 的长度与 X 的列数相等，则将 X 中的各行与 y 相对应，绘制多条平面曲线。

  10. plot(Y) 当Y 是实数一维数组时，等价于： x = 1:length(Y) plot(x,Y) 当Y 是实数二维数组时，等价于： x = 1:size（Y,1) plot(x,Y) 当Y为复数数组时，等价于： plot(real(Y),imag(Y))

  11. plot(X1,Y1,LineSpec,...,Xn,Yn,LineSpec) 按照三个参数Xn, Yn, LineSpec画线，其中LineSpec指定了线型，点标记和画线的颜色，也可以混合使用三参数Xn,Yn,LineSpec和二参数Xn,Yn： plot(X1,Y1,X2,Y2,LineSpec,X3,Y3)。 LineSpec的三种属性可以全部指定，也可以只指定其中某一个或两个，排列顺序任意

  12. x = 0:0.2:2*pi y = sin(x) plot(x,y,'ro') x = 0:0.2:2*pi y = sin(x) plot(x,y,'r-o') 指定不指定线型的话，plot( )只绘制点标记

  13. filled markers circle, square, diamond, pentagram, hexagram, and the four triangles) plot(X1,Y1,LineSpec,‘PropertyName’,PropertyValue)对plot生成的图形对象，用指定的properties进行设置。 PropertyName Color 非标准颜色可用[r,g,b]指定，r,g,b取0和1之间的数值 LineWidth 线宽 LineStyle 线型 Marker 点标记 MarkerEdgeColormarker的颜色(或 filled markers边的颜色） MarkerFaceColor the face of filled markers的颜色 MarkerSize点标记的大小

  14. x = -pi:pi/10:pi; y = tan(sin(x)) - sin(tan(x)); plot(x,y,'--rs','LineWidth',2,... 'MarkerEdgeColor','k',... 'MarkerFaceColor','g',... 'MarkerSize',10)

  15. h = plot( . . . )返回图形对象的句柄。图形中的每条曲线都返回自己的句柄（是一个双精度数）。如有多条曲线，则有多个句柄，以列向量的形式返回至 h 。 句柄是图形对象的标识代码，标识代码含有图形对象的各种必要的属性信息，可用 get( )函数获取这些属性，用set( )函数设置（修改）属性。 x = 0:0.2:2*pi Y = [sin(x); 2*sin(2*x)] h = plot(x,Y) get(h(1)) set(h(1),'Color','r','LineWidth',1,'Marker','+') set(h(2),'Color','g','LineWidth',2,'Marker','s')

  16. 上机练习

  17. 2、fplot( ) fplot(fun,limits) 在limits指定的范围，绘制fun定义的函数的图形 fplot(fun,limits,LineSpec) 用LineSpec指定的颜色、线型、点样式作图 [X,Y] = fplot(fun,limits,...) 不画图，返回作图用的横坐标和纵坐标数据。 fun是 y=f(x) 形式的显函数（能以向量为输入参数），可以是： （1）函数名称 （2）包含x的字符串，如 ‘sin(x)’, ‘diric(x,10)’, '[sin(x),cos(x)]' （3）函数句柄，如@sin,@cos limits可以是： （1）x的取值范围：[xmin xmax] （2）x、y的取值范围：[xmin xmax ymin ymax]

  18. fplot( )举例 1 %使用函数名绘图 fplot('sin',[-pi,pi],'o') fplot( )绘图时，采用自适应步长，步长并不是均匀的。

  19. fplot( )举例 2 %使用包含x变量的字符串 %绘制一个复合函数的图像 fplot('sin(x)+cos(x)',[-pi,pi]) %使用包含x变量的字符串 %同时绘制两个函数的图像 fplot('[sin(x), cos(x)]',[-pi,pi])

  20. fplot( )举例 3 f1 = @sin %创建函数句柄 %使用函数句柄 fplot(f1,[-pi,pi,-0.3,0.6]) [xmin xmax ymin ymax] f2 = @(x)cos(tan(x))+tan(cos(x)) %创建匿名函数 fplot(f2,[-pi,pi])

  21. 3、ezplot ezplot(f,[a,b]) ezplot(f) ezplot(f(x,y),[a,b,c,d]) ezplot(f(x,y)) ezplot(f,g,[a,b]) ezplot(f,g) h = ezplot(f,g) 返回图形的句柄 ezplot('x^2 - y^2 = 1')

  22. 4、双y轴绘图：plotyy( ) 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plotyy( )绘图函数。 plotyy(X1,Y1,X2,Y2)： 其中X1,Y1对应一条曲线，X2,Y2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x1,y1数据对，右纵坐标用于x2,y2数据对。 plotyy(X1,Y1,X2,Y2,'function') 使用由function指定的函数绘图，function可以是：plot, semilogx, semilogy, loglog, stem…… plotyy(X1,Y1,X2,Y2,'function1','function2') 使用由function1指定的函数作X1, Y1的图 使用有function2指定的函数作X2, Y2的图 [AX,H1,H2] = plotyy(...) AX：存储两个Y轴的句柄，AX(1)为左Y轴的句柄，AX(2)为右Y轴的句柄。H1和H2分别为两个图形对象的句柄。

  23. plotyy( )和plot( )作图比较

  24. plotyy举例 x = 0:0.01:20; y1 = 200*exp(-0.05*x).*sin(x); y2 = 0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x); [AX,H1,H2] = plotyy(x,y1,x,y2,'plot'); title('Multiple Decay Rates') xlabel('Time (\musec)') set(get(AX(1),'Ylabel'),'String','Slow Decay') set(get(AX(2),'Ylabel'),'String','Fast Decay') set(H1,'LineStyle','--') set(H2,'LineStyle',':')

  25. 5、对数坐标绘图 loglog( )：作图时，x轴、y轴都使用常用对数刻度 loglog(Y) loglog(X1,Y1,...) loglog(X1,Y1,LineSpec,...) loglog(...,'PropertyName',PropertyValue,...) h = loglog(...) 用法与plot( )函数完全相同 semilogx() x轴：常用对数刻度，y轴：线性刻度 semilogy()x轴：线性刻度，y轴：常用对数刻度

  26. loglog( ) 与 plot( ) 作图比较 x = logspace(-1,2); loglog(x,exp(x),'-s') grid on x = logspace(-1,2); plot(x,exp(x),'-s') grid on

  27. semilogx( ) 与 semilogy( )作图比较 x = logspace(-1,2); semilogx(x,exp(x),'-s') grid on x = logspace(-1,2); semilogy(x,exp(x),'-s') grid on

  28. 三、图形控制 • 1、Matlab图形系统简介 • 2、图形窗口控制：figure,close,… • 3、子图控制：subplot • 4、坐标轴控制：axes,xlim,… • 5、保持图形：hold6 • 6、图形标注：title, xlabel, text, ...

  29. 根：只有一个，对应于计算机屏幕，其它图形对象都是root 的子对象。 句柄为 0 图形窗口：数目不限，除根之外，其它对象都是figure的子对象。 句柄为 正整数 坐标轴 1、Matlab图形系统简介 Matlab的图形系统是面向对象的，图形对象之间的关系为父代与子代的关系

  30. root的句柄为 0 Figure的句柄为 正整数 其它图形对象的句柄为 浮点数 每个图形对象都拥有自己的句柄 ( handle )。所有能创建图形对象的matlab函数都可给出所创建图形对象的句柄。

  31. 图形对象是由其属性来描述的。高层绘图函数对图形对象的描述一般是缺省的或由高层绘图函数自动设置。底层绘图函数用句柄设置图形对象的属性。图形对象是由其属性来描述的。高层绘图函数对图形对象的描述一般是缺省的或由高层绘图函数自动设置。底层绘图函数用句柄设置图形对象的属性。 句柄属性的设置与修改 get 获得句柄图形对象的属性和返回某些对象的句柄值 set改变图形对象的属性 delete(h)删除句柄为h的图形对象 专用函数 gcf 返回当前窗口对象的句柄 Get Current Figure gca 返回当前轴对象的句柄 Get Current Axes gco 返回当前图形对象的句柄 Get Current Object 若一个对象的句柄已知，可以获取其“父”或“子”的句柄 f = get(h,’parent’); l = get(h,’children’);

  32. 根对象( Root ) Root 是关联计算机屏幕的一个图形对象。Matlab系统只有一个Root象，它没有父对象，子对象是Figure。当启动Matlab时，Root对象就创建，用户无法再创建一个Root，也无法删除这个对象，Root的句柄值为 0。 root 的 属性

  33. width height ( left，botton ) root 的 ScreenSize 属性 ScreenSize：只读属性，默认单位为像素( pixel )，由屏幕的左下角坐标、宽度、高度四个参数确定。 以像素为单位，左下角点坐标为(1,1) 以inches等为单位，左下角点坐标为(0,0) ss = get(0,'ScreenSize') 返回行向量 ss = [ left, bottom, width, height ]

  34. 2、图形窗口控制 Figure对象是Matlab系统中显示的图形窗口。用户可建立任意多个Figure窗。 figure( )：创建图形窗口 close( )：删除图形窗口 clf( ) ：图形图形窗口中的子对象 gcf ：返回当前窗口对象的句柄

  35. 创建图形窗口 ：figure figure利用缺省属性值来创建新的图形窗口对象。 figure(‘PropertyName’,propertyvalue,...)利用指定的属性值来创建图形窗口对象。对于用户没有显式地定义的属性值，将其设置为默认的属性值。 figure(h) 如果句柄h所指示的图形窗口对象存在，则将其设置为当前窗口，并将其移动到屏幕的最前方。如果h所指示的图形窗口不存在且h是个整数 (h >= 1)，则创建一个图形窗口，并将窗口的句柄设置为h；如果h不是整数，则返回错误信息。 h = figure(...)返回图形窗口对象的句柄。 　　为了在一个已有的图形窗口中绘制图形，这个窗口必须是激活的，或者是当前的图形窗口。

  36. 删除图形窗口：close 1、close删除当前figure，相当于close(gcf) 2、close(h)删除由h确定的figure。如果h是一个向量或矩阵，就删除由h指定的所有图像 3、close name删除指定名称的figure 4、close all删除所有句柄没有隐藏的figure 5、close all hidden删除所有figure，包括句柄隐藏的。 6、status = close(...)如果指定的figure已经被删除则返回1，否则为0。

  37. 清除图形窗口中的子对象：clf 1、clf 删除当前图形窗口中、句柄未被隐藏(即它们的HandleVisibility属性为on)的图形对象。 2. clf(‘reset’) 或 clf reset删除当前图形窗口中的所有图形对象，无论其句柄是否被隐藏，同时将图形窗口的属性(除Position, Units, PaperPosition, PaperUnits外)恢复为默认值。3、clf(fig)或clf(fig,‘reset’)清除由句柄为fig的图形窗口中的内容。4、figure_handle = clf(...)返回图形窗口的句柄，

  38. Figure 的一些属性

  39. 图形窗口左下角坐标为(left,bottom)窗口宽度为 width，高度为height。 root的高度 (1,1) root的宽度 figure 的 Position 属性 Position由行向量 [ left, bottom, width, height ] 确定

  40. 例：figure的Position, Color, … 属性 x = 0:pi/10:2*pi ss = get(0,'ScreenSize') W = ss(3); H = ss(4); figure(1) set(gcf,'Position',[W/2,H/2,W/3,H/4]) set(gcf,'Name','sin(x)的图像','NumberTitle','off') plot(x,sin(x)) h = figure set(h,'Position',[W/2,H/10,W/3,H/4]) set(h,'Name','cos(x)的图像','Color',[1,1,1]) set(1,'Toolbar','none','Menubar','none') plot(x,cos(x))

  41. figure 的 NextPlot 属性 x = 0:0.1:7 h = figure set(h,'NextPlot','new') plot(x,sin(x)) x = 0:0.1:7 h = figure plot(x,sin(x))

  42. 3、子图控制(subplot) subplot(m,n,p)将一个绘图窗口分割成 m行n列共m×n 个矩形绘图区域（每个区域有自己的坐标轴）并将第 p 个绘图区域选定为当前的绘图区域。编号从最上边一行开始 ，从左至右、从上至下依次编号。 subplot(1,1,1) 回到默认的模式(整个图形窗口中只用一套坐标轴) 　　当一个新的subplot命令改变了图形窗口中绘图区域的数目的时候，原先的子图就被擦除掉。

  43. subplot(m,n,p,‘replace’)如果指定的axes已存在，则删除它，创建一个新的axes。subplot(m,n,p,‘replace’)如果指定的axes已存在，则删除它，创建一个新的axes。 subplot(‘Position’,[left bottom width height]) 在当前图形窗口指定的Position上画图（创建坐标轴） subplot(..., prop1, value1, prop2, value2, ...)创立坐标系时，同时设置坐标系的相关属性。 h = subplot(...)返回坐标系的句柄。 h = subplot(m,n,p)返回第p个坐标轴的句柄 subplot(h)设置句柄h对应的坐标轴为当前坐标轴。

  44. subplot(m,n,P) P是一个向量，表示向量P中指定的若干画图区域连成一个整体，包括那些被P跨越的画图区域。 subplot(2,3,1) subplot(2,3,3) subplot(2,3,4) subplot(2,3,6) subplot(2,3,[2,5]) subplot(2,3,1) subplot(2,3,2) subplot(2,3,3) subplot(2,3,4) subplot(2,3,5:6) subplot(2,3,1) subplot(2,3,4) subplot(2,3,[3,5,6])

  45. 例：使用subplot( ) x = -pi:pi/10:pi; x = x'; Y = [sin(x),cos(x),x.^2,exp(x)]; for k = 1:4 subplot(2,2,k); plot(x,Y(:,k)); end 先用subplot( )确定在哪一个区域中绘图，然后再使用其它的绘图函数。 　　被激活的绘图区域在用户输入另一个subplot或者figure命令之前会一直保持被激活状态。

  46. 上机练习 某质点的位移由x(t)和y(t)确定，试绘制其运动轨迹 要求： 1、m、n分别取上表中的四个数值 2、绘制1秒内的运动轨迹，每隔0.001秒取一个点； 3、四种情况的运动轨迹绘制在一个图形窗口的四个坐标轴中，排成2行2列。

  47. 上机练习

  48. 图 1 图2 图 3

  49. 4、坐标轴控制 Axes对象：在图形窗口中定义一个画图区域，父对象是Figure，子对象包括line对象、image对象、patch对象、surface对象、light对象和text对象等。 常用函数 axes( )：创建坐标轴 cla：清除坐标轴中的子对象 gca：返回当前轴对象的句柄 axis( )：设置坐标轴的常见属性 xlim( ) / ylim( ) / zlim( )：设置x / y / z 轴刻度范围 grid：设置坐标轴网格线的显示 box：设置坐标轴边框的显示 xlabel( ) / ylabel( ) / zlabel( )：设置x / y / z轴的标注

  50. axes( )：创建坐标轴 axes在当前figure内使用默认属性值来创建一个坐标轴对象。 axes(‘PropertyName’,propertyvalue,...)创建具有指定的属性值的坐标轴对象。对于其它未明确指定的属性值，MATLAB采用这些属性的默认值。 axes(h)当句柄为h的坐标轴对象存在时，设置该坐标轴为当前坐标轴，并使含有该坐标轴的图形窗口对象获得焦点。同时，将该坐标轴的句柄h 置于图形窗口的Children属性值的第一位，并把图形窗口的CurrentAxes属性值设置为h。当前坐标轴为用户用来绘制图像、线条、补片、矩形、曲面以及文本图形对象的目标坐标轴。如果用户想将坐标轴设置为当前坐标轴同时又不改变图形窗口的状态，则可以设置图形窗口的CurrentObject属性：set(figure_handle,‘CurrentAxes’,axes_handle),这在一个图形窗口被最小化或者在其它窗口的后面，而用户又想设置它所包含的坐标轴为当前坐标轴时是非常有用的。 h = axes(...)返回创建的坐标轴对象的句柄。

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