第6章 二维绘图

第6章 二维绘图

• 二维曲线是将平面上的数据连接起来的平面图形，数据点可以用向量或矩阵来提供。MATLAB大量数据计算给二维曲线提供了应用平台，这也是MATLAB有别于其他科学计算的地方，它实现了数据结果的可视化，具有强大的图形功能。
• 本章将介绍MATLAB的图形窗口和二维图形的绘制。希望通过本章的学习，读者能够进行MATLAB二维绘图。

6.1 二维绘图

• 本节内容是学习用MATLAB 作图最重要的部分，也是学习后面内容的一个基础。在本节中我们将会详细介绍一些常用的绘图命令。

6.1.1 plot绘图命令

• plot命令是最基本的绘图命令，也是最常用的一个绘图命令。当执行plot命令时，系统会自动创建一个新的图形窗口。若之前已经有图形窗口打开，那么系统会将图形画在最近打开过的图形窗口上，原有图形也将被覆盖。本节将详细讲述该命令的各种用法。
• plot命令主要有下面几种使用格式。
• plot(x)
  • 这个函数格式的功能如下。
    • 当x是实向量时，则绘制出以该向量元素的下标（即向量的长度，可用MATLAB函数length()求得）为横坐标，以该向量元素的值为纵坐标的一条连续曲线。
    • 当x是实矩阵时，按列绘制出每列袁术值相对其下标的曲线，曲线数等于x的列数。
    • 当x是复数矩阵时，按列分别绘制出以元素实部为横坐标，以元素虚部为纵坐标的多条曲线。
  • 实例 ——- 实验数据曲线
    • 从实验中得到y与x的一组数据，见下表

      >> x=[5 10 20 30 40 50 60 70 90 120];
      >> y=[6 10 13 16 17 19 23 25 29 460];
      >> plot(x,y)

  -  如果要在同一图形窗口中分割出所需要的几个窗口来，可以适用subplot命令，它的使用格式如下。 
     - subplot(m,n,p)：将当前窗口分割成![](https://g.yuque.com/gr/latex?m%C3%97n#card=math&code=m%C3%97n&id=QXyAX)个视图区域，并指定第![](https://g.yuque.com/gr/latex?p#card=math&code=p&id=g4wlq)个视图为当前视图。
     - subplot(‘position’,[left botton width height])：产生的新子区域的位置由用户指定，后面的四元组为区域的具体参数控制，宽高的取值范围都是[0,1]。

• 实例 ——- 窗口分割
  • 本实例显示图形分割。

    >> subplot(2,2,1)
    >> subplot(2,2,2)
    >> subplot(2,2,3)
    >> subplot(2,2,4)

  -  需要注意的是，这些子图的编号是按行来排列的，例如第s行第t个视图区域的编号为(s-1)×n+t。如果在此命令之前并没有任何图形窗口被打开，那么系统将会自动创建一个图形窗口，并将其分割为![](https://g.yuque.com/gr/latex?m%C3%97n#card=math&code=m%C3%97n&id=E1IOf)个视图区域。 

• 实例 ——- 随机矩阵图形
  • 随机生成一个行向量a以及一个实方阵b，用plot画图命令做出a、b的图像。

    >> a=rand(1,10);
    >> b=rand(5,5);
    >> subplot(1,2,1),plot(a)
    >> subplot(1,2,2),plot(b)

• plot(x,y)
  • 这个函数格式的功能如下。
    • 当x、y是同维向量时，绘制以x为横坐标、以y为纵坐标的曲线。
    • 当x是向量，y是有一维与x等维的矩阵时，绘制出多根不同颜色的曲线，曲线数等于y阵的另一维数，x作为这些曲线的横坐标。
    • 当x是矩阵，y是向量时，同上，但以y为横坐标。
    • 当x、y是同维矩阵是，以x对应的列元素为横坐标，以y对应的列元素为纵坐标分别绘制曲线，曲线数等于矩阵的列数。
  • 实例 ——- 摩擦系数变化曲线
    • 在某次物理实验中，测得摩擦系数不同情况下路程与时间的数据见表6-2。在同一图中作出不同摩擦系数情况下路程随时间的变化曲线。
    • 此问题可以将时间t写为一个列向量，相应测得的路程s的数据写为一个6×4的矩阵，然后利用plot命令即可。

      >> x=0:0.2:1;
      >> y=[0 0 0 0 ;0.58 0.31 0.18 0.08; 0.83 0.56 0.36 0.19 ;1.14 0.89 0.62 0.30; 1.56 1.23 0.78 0.36 ;2.08 1.52 0.99 0.49];
      >> plot(x,y)

• plot(x1,y1,x2,y2,,)
  • 这个函数格式的功能是绘制多条曲线。在这种用法中，必须是成对出现的，上面的命令等价于逐次执行#card=math&code=plot%28xi%2Cyi%29&id=uMUFn)命令，其中。
  • 实例 ——- 正弦图形
    • 在同一个圆上画出%E3%80%81y%3Dsin(x-%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B4%7D)#card=math&code=y%3Dsinx%E3%80%81y%3Dsin%28x%2B%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B4%7D%29%E3%80%81y%3Dsin%28x-%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B4%7D%29&id=vU4MR)的图像。

      >> x=linspace(0,2*pi,100);
      >> y1=sin(x);
      >> y2=sin(x+pi/4);
      >> y3=sin(x-pi/4);
      >> plot(x,y1,x,y2,x,y3)

• 实例 ——- 正弦余弦图形

  • 在同一个圆上画出#card=math&code=y%3Dsinx%E3%80%81y%3D5cos%28x-%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B4%7D%29&id=mILD1)的图像。

    >> x1=linspace(0,2*pi,100);
    >> x2=x1-pi/4;
    >> y1=sin(x1);
    >> y2=5*cos(x2);
    >> plot(x1,y1,x2,y2)

• 注意：
  上面的linspace命令用来将已知的区间[0,2]100等分。这个命令的具体使用格式为linspace(a,b,n),作用是将已知区间[a,b]作n等分，返回值为各节点的坐标。

  • plot(x,y,s)
• 其中x,y为向量或矩阵，s为单引号标记的字符串，用来设置所画数据点的类型、大小、颜色以及数据点之间连线的类型、粗细、颜色等。实际应用中，s是某些字母或符号的组合，这些字母和符号我们会在下一段介绍。s可以省略，此时将由MATLAB系统默认设置，即曲线一律采用“实线”线型，不同曲线将按表6-3所给出的8种颜色（蓝、绿、红、青、品红、黄、黑、白）顺序着色。
• s的合法设置参见表6-4和表6-5

• 实例 ——- 数据点图形
  • 任意描一些数据点，熟悉plot命令中参数的用法

    >> x=0:pi/10:2*pi;
    >> y1=sin(x);
    >> y2=cos(x);
    >> y3=x;
    >> y4=x.^2;
    >> hold on
    >> plot(x,y1,'r*')
    >> plot(x,y2,'kp')
    >> plot(x,y3,'bd')
    >> plot(x,y4,'g:')
    >> hold off

• 说明：
  • 命令用来使当前轴及图形保持不变，准备接受此后所绘制的新的曲线。 使当前轴及图形不再保持上述性质。
• 实例 ——- 图形的重叠
  • 本实例演示保持命令的应用

    >> N=9;
    >> t=0:2*pi/N:2*pi;
    >> x=sin(t);y=cos(t);
    >> tt=reshape(t,2,(N+1)/2);
    >> tt=flipud(tt);
    >> tt=tt(:);
    >> xx=sin(tt);yy=cos(tt);
    >> plot(x,y)
    >> hold on
    >> plot(xx,y)
    >> hold off
    >> plot(xx,y)

• 实例 ——- 曲线属性的设置
  • 设置曲线的显示属性

%0A#card=math&code=y1%3Dsint%2C%20%20y2%3Dsintsin%289t%29%0A&id=oywto)

>> t=(0:pi/100:pi)';
>> y1=sin(t)*[1,-1];
>> y2=sin(t).*sin(9*t);
>> t3=pi*(0:9)/9;
>> y3=sin(t3).*sin(9*t3);
>> plot(t,y1,'r:',t,y2,'-bo')
>> hold on
>> plot(t3,y3,'s',"MarkerSize",10,"MarkerEdgeColor",[0,1,0],"MarkerFaceColor",[1,0.8,0])
>> axis([0,pi,-1,1])
>> hold off
>> plot(t,y1,'r:',t,y2,'-bo',t3,y3,'s',"MarkerSize",10,"MarkerEdgeColor",[0,1,0],"MarkerFaceColor",[1,0.8,0])

• plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2):
  • 这种格式的用法与用法3相似，不同之处是此格式有参数的控制，运行此命令等价于依次执行#card=math&code=plot%28xi%2Cyi%2Csi%29&id=kOdpH),其中
  • 实例 ——-

6.1.2 fplot绘图命令

6.1.3 ezplot绘图命令

6.2 不同坐标系下的绘图命令

6.2.1 极坐标下绘图

6.2.2 半对数坐标系下绘图

6.2.3 双对数坐标系下绘图

6.2.4 双y轴坐标

6.3 图形窗口

6.3.1 图形窗口的创建

6.3.2 工具条的使用

6.4 综合实例 ——- 绘制函数曲线