MATLAB绘图思维导图

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2022-11-19

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MATLAB基础知识

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MATLAB基础知识——MATLAB绘图

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思维导图大纲

4.1 二维曲线

1．plot函数——二维曲线（折线）

plot(x, y)

x和y分别用于存储x坐标和y坐标数据。通常，x和y为长度相同的向量。

当x是向量，y是矩阵时——x为横坐标，与y等长的维度组成曲线

如果矩阵y的列数等于x的长度，则以向量x为横坐标，以y的每个行向量为纵坐标绘制曲线，曲线的条数等于y的行数。

如果矩阵y的行数等于x的长度，则以向量x为横坐标，以y的每个列向量为纵坐标绘制曲线，曲线的条数等于y的列数。

当x、y是同型矩阵时——两个矩阵的列元素组成曲线

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。

plot(x)

最简单的plot函数调用格式，x向量的下标为横坐标，x为纵坐标

当plot函数的参数x是复数向量时，则分别以该向量元素实部和虚部为横、纵坐标绘制出一条曲线。

plot(x1, y1, ‘选项’, x2, y2, ‘选项’, …, xn, yn, ‘选项’)

含多个输入参数的plot函数，其中，每一向量对构成一组数据点的横、纵坐标，绘制一条曲线。

plot(x, y, 选项)

含选项的plot函数，其中，选项用于指定曲线的线型、颜色和数据点标记。选项用单引号。（线型那几个是减号-）

cx = complex(x,y)

[复数函数] 复型变量也可以用complex函数构建，等价于 cx=x+y*i

2．fplot函数

引出原因

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，默认值为[-5, 5]。选项定义与plot函数相同。——函数自适应的选择自变量的取值范围。

fplot(funx, funy, tlims, 选项)

双输入函数参数的用法（——参数方程）

funx、funy代表函数，通常采用函数句柄的形式。tlims为参数函数funx和funy的自变量的取值范围，用二元向量[tmin，tmax]描述

4.2 绘制图形的辅助操作

1．图形标注

（1）title函数

title(图形标题)

标题名称用单引号，多行用大括号

在图形标题中使用LaTeX格式控制符（可以用Word里的mathtype输出LaTeX格式）

title(图形标题，属性名，属性值)

含属性设置的title函数，颜色属性默认值为黑色，字体属性默认值为11号

（2）xlabel函数和ylabel函数

xlabel(x轴说明)

ylabel(y轴说明)

说明和title函数的标题名称一样，pi用 \pi 输出希腊字母

（3）text函数和gtext函数——标注

text(x, y, 说明)

x,y 是说明出现的坐标（第一个字符出现的坐标），说明和title函数的标题名称一样

gtext(说明)

没有坐标，而是函数运行后通过鼠标指定。

（4）legend函数——图例

legend(图例1, 图例2, …)

要和plot函数配合使用，对应plot函数的函数顺序

2．坐标控制

（1）axis函数

axis([xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax])

控制坐标取值范围，分别为x,y,z坐标轴的起止位置，如果二维图像则只用填前面四个值。

axis的其他用法

axis equal

纵、横坐标轴采用等长刻度（等长刻度就是指x轴坐标和y轴坐标的刻度是等长的，比如单位1的长度，在图形里是相同长度的，如果没有这个命令，一般默认根据图形自适应刻度，所以一般不会是等长）【可以用】

axis square

产生正方形坐标系 (默认坐标系框为矩形，横长纵短)，但正方形坐标系看起来有点别扭。【不建议用】

axis auto

使用默认设置

axis off

取消坐标轴

axis on

显示坐标轴

（2）给坐标系加网格

grid on

grid off（默认）

grid

如果没有这个grid命令，默认没有网格

（3）给坐标系加边框

box on（默认）

box off

box

如果没有这个box命令，默认有边框线

3．图形保持

hold on

hold off

hold

其实hold on就是让图像保持在画板上，如果下面还有plot函数，则继续在这个画板上作图。（加图）

补充：

clear

清楚工作区所有变量

clc

清楚命令窗口

figure(5)

创建一个空的图像窗口，如果不接hold on ，则这个图像窗口只能画一个plot函数，如果下面有两个plot，则第二个plot函数会把第一个图形覆盖掉。

如果接 hold on ，相当于把这个空窗口钉在了屏幕，可以一直画plot函数，等到hold off才把这个窗口放下来。

同时作多个图可以继续 figure(6)，屏幕上会出现多个图形窗口

hold on，hold off

subplot(2,2,3)

4．图形窗口的分割

子图：同一图形窗口中的不同坐标系下的图形称为子图。

subplot(m, n, p)

m和n指定将图形窗口分成m×n个绘图区，p指定当前活动区（序号从行开始数，比如上图sin1,cos2,tangent3,cotangent4）。

可以分别分割成不同的大小，然后指定对应的活动区。

4.3 其他形式的二维曲线

1. 其他坐标系下的二维曲线图

（1）对数坐标图

semilogx(x1, y1, 选项1, x2, y2, 选项2, …)

semilogx函数 x轴为常用对数刻度，y轴为线性刻度；

semilogy(x1, y1, 选项1, x2, y2, 选项2, …)

semilogy函数 x轴为线性刻度，y轴为常用对数刻度；

loglog(x1, y1, 选项1, x2, y2, 选项2, …)

loglog函数 x轴和y轴均采用常用对数刻度。

（2）极坐标图

polar(theta, rho, 选项)

其中，theta为极角，rho为极径，选项的内容与plot函数相同。

2. 统计图

（1）条形类图形

① 条形图

bar函数：绘制垂直条形图。

bar(y,style)

其中，参数y是数据，一般为矩阵，矩阵的每一行代表一年的数据

选项style用于指定分组排列模式：

“grouped”：簇状分组（默认）

“stacked”：堆积分组

bar(x, y,style)

其中，x存储横坐标（比如：年份），y存储数据，y的行数必须与向量x的长度相同。矩阵y的每一行代表一年的数据，

选项style用于指定分组排列模式。

barh函数：绘制水平条形图。

② 直方图

hist函数：绘制直角坐标系下的直方图。

hist(y)

y为向量，在y的最小和最大值之间，默认按10个等分区间，进行统计每个区间的元素个数，绘制直方图

hist(y, x)

y为向量，是要统计的数据，x用于指定区间的划分方式。若x是标量，则统计区间均分成x个小区间；若x是向量，则向量x中的每一个数指定分组中心值，元素的个数为数据分组数。x缺省时，默认按10个等分区间进行统计。

rose函数：绘制极坐标系下的直方图。

rose(theta,x)

其中，参数theta是要统计的数据，用于确定每一区间与原点的角度，

选项x用于指定区间的划分方式，默认20（把圆形分成20个等分扇形，统计每个扇形的元素个数，高度就是代表个数）

（2）面积类图形

① 扇形图

pie函数

pie(x, explode)

其中，参数x存储待统计数据，选项explode控制图块的显示模式（要突出的部分）。

说明：

'location'用于指定图例位置， 'eastoutside'表示图例放在绘图区域右边的外侧。

② 面积图

area函数：在曲线下面填充颜色

area(x,y)

和plot函数用法差不多

（3）散点类图形

scatter函数：散点图

scatter(x, y, 选项, 'filled')

与plot函数相似，只不过一个用线链接，一个不用线链接。其中，x、y用于定位数据点，选项用于指定线型、颜色、数据点标记。如果数据点标记是封闭图形，可以用选项‘filled’指定填充数据点标记。该选项省略时，数据点是空心的。

stairs函数：阶梯图

stairs(x,y,选项)

与plot函数相似，线是阶梯形状的

stem函数：杆图

stem(x,y)

与plot函数相似，线是杆图

3. 矢量类图形

compass函数：罗盘图

feather函数：羽毛图

quiver函数：箭头图

quiver(x, y, u, v)

(x, y)指定矢量起点，(u, v)指定矢量终点。x、y、u、v是同样大小的向量或同型矩阵，若省略x、y，则在x-y平面上均匀取若干个点作为起点。

4.4 三维曲线

1．plot3函数——三维曲线（折线）

（1）plot3函数的基本用法

plot3(x, y, z)

与plot函数相似，参数x、y、z组成一组曲线的坐标。

（2）plot3(x,y,z)函数参数的变化形式

plot3(X, Y, Z)

参数X、Y、Z是同型矩阵时，以X、Y、Z对应列元素绘制曲线，曲线条数等于矩阵列数。

参数X、Y、Z中有向量，也有矩阵时，向量的长度应与矩阵相符。【不建议】

【可以这样，但不建议，还是最好用上面的方法】

（3）含多组输入参数的plot3函数

plot3(x1, y1, z1, x2, y2, z2, …, xn, yn, zn)

每一组x、y、z向量构成一组数据点的坐标，绘制一条曲线。

（4）含选项的plot3函数

plot3(x, y, z, 选项)

选项用于指定曲线的线型、颜色和数据点标记。

2．fplot3函数

fplot3(funx, funy, funz, tlims, 选项)

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

选项还可以指定曲线的线型、颜色或数据点标记。

4.7 交互式绘图工具

1．“绘图”选项卡

2．绘图工具

（1）显示绘图工具

“显示绘图工具和停靠图形”按钮

3．图形窗口菜单和工具栏

4.6 图形修饰处理

1．视点处理

方位角：视点与原点连线在xy平面上的投影与y轴负方向形成的角度，正值表示逆时针，负值表示顺时针。

仰角：视点与原点连线与xy平面的夹角，正值表示视点在xy平面上方，负值表示视点在xy平面下方。

view函数——视点处理函数

view(az,el)

其中，az为方位角，el为仰角。系统默认的视点定义为方位角-37.5°，仰角30°

view(x,y,z)

view(2)

二维视角，上图2

view(3)

三维视角，上图1

2．色彩处理

（1）颜色的向量表示

向量元素在[0，1]范围内取值，3个元素依次表示红、绿、蓝3种颜色的相对亮度，称为RGB三元组。

（2）色图（Colormap）

色图矩阵

创建色图矩阵

色图矩阵的每一行是RGB三元组。可以自定义色图矩阵，也可以调用MATLAB提供的函数来定义色图矩阵。

内建色图

指定当前图形使用的色图

colormap cmapname

colormap(cmap)

例子：

（3）三维图形表面的着色——shading函数

shading faceted

每个网格片用其高度对应的颜色进行着色，网格线是黑色。这是默认着色方式。

shading flat

每个网格片用同一个颜色进行着色，且网格线也用相应的颜色。

shading interp

网格片内采用颜色插值处理

3．图形的裁剪处理

将图形中需要裁剪部分对应的函数值设置成NaN，这样在绘制图形时，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。

4.5 三维曲面

1．平面网格数据的生成——就是生成存放x,y,z坐标的矩阵。

用矩阵X、Y分别存储每一个小矩形顶点的x坐标与y坐标，矩阵X、Y就是该矩形区域的xy平面网格坐标矩阵。

在MATLAB中，产生平面区域内的网格坐标矩阵有两种方法：

(1)利用矩阵运算生成。【不建议】

>> x = 2:6;

>> y = (3:8)';

>> X = ones(size(y))*x;

>> Y = y*ones(size(x));

(2) 利用meshgrid函数生成存放x,y坐标的矩阵X,Y。

[X,Y]=meshgrid(x,y);

其中，参数x、y分别为行和列向量，存储网格点坐标的X、Y为矩阵。

>> x = 2:1:6;

>> y = (3:1:8)';

>> [X, Y] = meshgrid(x, y);

第3行命令生成的网格坐标矩阵X、Y与方法(1)得到的相同。

根据每一个网格点上的x、y坐标求函数值z，则得到函数值矩阵Z。矩阵X、Y、Z中的各个列向量，对应于一条曲线数据点的坐标。

[X,Y]=meshgrid(x);

只有一个输入参数的时候，默认x=y

2．绘制三维曲面的函数

mesh(X, Y, Z, c)——三维网格曲面

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。c省略时，颜色的设定正比于图形的高度。

mesh函数和surf函数的其他调用格式：当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。

mesh(z, c)

surf(z, c)

surf(X, Y, Z, c)——三维填充曲面

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。c省略时，颜色的设定正比于图形的高度。

直接参考这一个作图：

meshc(X, Y, Z)——带等高线的三维网格曲面函数

meshz(X, Y, Z)——带底座的三维网格曲面函数

surfc(X, Y, Z)——具有等高线的曲面函数

surfl(X, Y, Z)——具有光照效果的曲面函数

3. 标准三维曲面

（1）sphere函数——三维球体

[X, Y, Z]=sphere(n)——测试后发现有问题

产生3个(n+1)阶的方阵，采用这3个矩阵可以绘制出圆心位于原点、半径为1的单位球体。

生成后再调用：surf(x,y,z)等

（2）cylinder函数——三维柱体、圆锥、花瓶等

[X, Y, Z]=cylinder(R, n)

参数R是一个向量，存放柱面各个等间隔高度上的半径，如果为一个标量或者缺省，默认等长。

n表示在圆柱圆周上有n个间隔点，默认有20个间隔点。

生成后再调用：surf(x,y,z)等

（3）peaks 函数——生成的p矩阵包含了X,Y,Z矩阵

peaks(n)

p1=peaks(100)

surf(p1)

peaks

p2=peaks

surf(p2)

peaks(V)

p3=peaks(-3:0.2:3)

surf(p3)

peaks(x,y)

[x,y]=meshgrid(-2:0.1:2, 0:0.1:5)

p4=peaks(x,y)

surf(p4)

演练

surf(peaks)

surf(peaks(100))

4．fmesh函数和fsurf函数——用于绘制参数方程定义的曲面

fsurf(funx, funy, funz, uvlims)

其中，funx、funy、funz代表定义曲面x、y、z坐标的参数方程，通常采用函数句柄的形式。填充曲面——参数方程

uvlims为funx、funy和funz的自变量（两个参数u,v）的取值范围，用4元向量[umin, umax, vmin, vmax]描述，默认为[-5, 5, -5, 5]。

fmesh(funx, funy, funz, uvlims)

其中，funx、funy、funz代表定义曲面x、y、z坐标的参数方程，通常采用函数句柄的形式。网格曲面——参数方程

uvlims为funx、funy和funz的自变量（两个参数u,v）的取值范围，用4元向量[umin, umax, vmin, vmax]描述，默认为[-5, 5, -5, 5]。

fmesh(f,xyinterval)

将在指定区间绘图。要对 x 和 y 使用相同的区间，请将 xyinterval 指定为 [min max] 形式的二元素向量。要使用不同的区间，请指定 [xmin xmax ymin ymax] 形式的四元素向量。——可以不用指定产生平面区域内的网格坐标矩阵X,Y，函数会自适应的选取X,Y。类似于fplot

fsurf(f,xyinterval)

同上类似

完成MATLAB的图像分割技术思维导图