第3章 二维绘图

20191217

数据可视化（data visualization）技术指的是运用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的技术。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。
学习目标:
（1）熟悉并掌握简单二维图形显示与绘图函数；
（2）熟悉图形显示的特征控制语句，包括颜色控制、线型控制、线条粗细控制、坐标控制等；
（3）了解其他二维图形显示函数
在 MATLAB中绘制二维图形，通常包括以下步骤:
（1）准备数据；
（2）设置当前绘图区；
（3）绘制图形；
（4）设置图形中曲线和标记点格式；
（5）设置坐标轴和网格线属性；
（6）标注图形；
（7）保存和导出图形。

【例3-1】下面通过示例来演示绘图步骤:在同一坐标轴上绘制cos（x）、cos（2x）和cos（3x）这三条曲线

程序命令如下：

clear all;
%准备数据
x = 0:0.01:3*pi;
y1 = cos(x);
y2 = cos(2*x);
y3 = cos(3*x);
% 设置当前绘图区
figure
%绘图
plot(x,y1,x,y2,x,y3);
%设置坐标轴和网格线属性
axis([0 8 -2 2]);
grid on;
%标注图形
xlabel('x');
ylabel('y');
title('演示绘图基本步骤')

运行结果如图3-1所示。

图3-1

3.1 基本的二维绘图

plot函数是最基本、最常用的绘图函数，用于绘制线性二维图。有多条曲线时，循环使用由坐标轴颜色顺序属性定义的颜色，以区别不同的曲线；之后在循环使用由坐标轴线型顺序属性定义的线型，以区别不同的曲线。它的多种语法格式如下：

（1）plot(Y):若Y是一维数组时，plot(Y)是把（i,X(i)）各点顺次连接起来，其中i的取值范围从1到length(X);若Y是普通的二维数组时，相当于对Y的每一列进行plot(Y(:,i))画线，并把所有的折线累叠绘制在当前坐标轴下。

(2) plot(X,Y):若X和Y都是一维数组时，功能和line(X,Y)类似；但plot函数中的X和Y也可以是一般的二维数组，这时候就是对X和Y的对应列画线。特别的，当X是一个向量，Y是一个在某一方面和X具有相同长度的二维数组时，plot(X,Y)则是对X和Y的每一行（或列）画线。

（3）plot(X1,Y1,X2,Y2,...,Xn,Yn):表示对多组变量同时进行绘图，对于每一组变量，其意义同前所述。

（4）plot(X1,Y1,LineSpec,...):其中LinSpec是一个指定曲线颜色、线型等特征的字符串。可以通过它来指定曲线的线型、颜色以及数据点的标记类型，如表3-1所示。这在突出显示原始数据点和个性化区分多组数据的时候是十分有用的。

线型		颜色		数据点
定义符	线性	定义符	类型	定义符	类型
-	实线	R(red)	红色	+	加号
--	画线	G(green)	绿色	o	小圆圈
：	点线	b(blue)	蓝色	*	星号
-.	点画线	C(cyan)	青色	.	实点
		M(magenta)	品红	x	交叉号
		y(yellow)	黄色	d	菱形
		K(black)	黑色	^	上三角形
		W(white)	白色	v	下三角形
				>	右三角形
				<	左三角形
				s	正方形
				h	正六角星
				p	正五角星

【例3-2】 绘制矩阵的图形

程序命令如下：

clear all;
t =[0:0.15:24];
medium =[t,t,t] + i*[cos(- t/4),sin(3*t+3),log(1+t)];
plot(medium,'LineWidth',2);
xlabel('t')
ylabel('Y ');
legend('cos(- t/4)','sin(3*t+3)','log(1+t)');

图3-2

【例3-3】利用line函数绘制cos函数图形

程序命令如下：

clear all;
x=0:0.15:1.5*pi;
y=log(x);
line(x,y);
axis([0 7 -1.5 1.5]);
xlabel('x');
ylabel('y');

运行结果如图3-3所示。

图3-3

【例3-4】画同心圆。

程序命令如下：

clear all;
theta=linspace(0,3*pi,50); %圆心角的采样点设置
r=0.4:0.24:1.74;
x=1+cos(theta)'*r;
y=2+sin(theta)'*r;
plot(x,y,1,2,'+');
axis([-1 3 0 4]);
axis equal;
xlabel('x');
ylabel('y');

运行结果如图3-4所示。

图3-4

【例3-5】利用plot函数绘制函数效果图，并对其进行线型设置。

程序命令如下：

clear all;
x = -pi:pi/9:pi;
y = cos(cos(x))-cos(sin(x));
plot(x,y,'--rs','LineWidth',2,...
 'MarkerEdgeColor','w',...
 'MarkerFaceColor','r',...
 'MarkerSize',9) 

运行结果如图3-5所示。

图3-5

3.2 figure函数与 subplot函数

在 MATLAB中， figure函数用于创建一个新的图形对象。图形对象会在屏幕上单独的窗口中输出。

subplot函数用于生成与控制多个坐标轴把当前图形窗口分隔成几个矩形部分，不同的部分是按行方向以数字进行标号的。每一部分有一坐标轴，后面的图形输出于当前的部分中。 subplot函数的用法有以下几种

（1）h＝subplot（m，n，p）/subplot（mnp）:将 figure划分为m*n块，在第p块创建坐标系，并返回它的句柄。当m、n、p＜10时，可以简化为 subplot（mnp）或者 subplotmnp。

subplot是将多个图画到同一个平面上的工具。其中，m表示是图排成m行，n表示图排成n列，也就是整个 figure中有n个图是排成一行的，一共m行，如果第一个数字是2就是表示2行图。p是指要把曲线画到 figure中哪个图上，如果是1表示是从左到右第一个位置。

（2）subplot（m，n，p，＇replace＇＇）:创建新坐标系来替换已存在的所指定的坐标系。

（3）subplot（m，n，P）:此时P为向量，表示将P中指定的小块合并成一个大块创建坐标系，P中指定的小块可以不连续，甚至不相连。

比如 subplot（2，3，［2 5］）表示将第2和5小块连成一个大块； subplot（2，3，［2 6］）由于2和6不连续也不相连，此时表示将第2、3、5和6四块连成一个大块，相当于 subplot（2，3，［2 3 5 6］）。

（4）subplot（h）:将坐标系h设为当前坐标系，相当于axes（h）

（5） subplot（＇Position＇，［left bottom width height］）在指定位置创建一个新坐标系，等效于axes（＇Position＇，［left bottom width height］）。

（6）subplot（...， propl， valuel，prop2 ，value2，...）:在创建坐标系时，同时设置相关属性。

（7）h＝ subplot(...):返回所创建坐标系的句柄。

【例3-6】画出参数方程的图形。 程序命令如下:

clear all;
t1=0:pi/4:3*pi;
t2=0:pi/25:3*pi;
x1=3*(log(t1)+t1.*sin(t1));
y1=3*(sin(t1)-t1.*log(t1));
x2=3*(cos(t2)+t2.*sin(t2));
y2=3*(log(t2)-t2.*cos(t2));
subplot(2,2,1);plot(x1,y1,'r.');
subplot(2,2,2);plot(x2,y2,'r.');
subplot(2,2,3);plot(x1,y1);
subplot(2,2,4);plot(x2,y2);

运行结果如3-6所示。

图3-6

【例 3-7】利用subplot(m,n, P)函数对图形进行分割。

程序命令如下。

%均匀分割
figure
subplot(2,2,1)
text(.5,.5,{'1'},...
 'FontSize',20,'HorizontalAlignment','center')
subplot(2,2,2)
text(.5,.5,{'2'},...
 'FontSize',20,'HorizontalAlignment','center')
subplot(2,2,3)
text(.5,.5,{'3'},...
 'FontSize',20,'HorizontalAlignment','center')
subplot(2,2,4)
text(.5,.5,{'4'},...
 'FontSize',20,'HorizontalAlignment','center')

运行结果如图3-7所示。

图3-7

%左右分割
figure 
subplot(2,2,[1 3])
text(.5,.5,'[1 3]',...
 'FontSize',20,'HorizontalAlignment','center')
subplot(2,2,2)
text(.5,.5,'2',...
 'FontSize',20,'HorizontalAlignment','center')
subplot(2,2,4)
text(.5,.5,'4',...
 'FontSize',20,'HorizontalAlignment','center')

运行结果如图3-8所示。

图3-8