第4章 MATLAB計算的可視化與GUI設計

1、第第4章章 MATLAB計算的計算的可視化和可視化和GUI設計設計 matlab語言豐富的圖語言豐富的圖形表現(xiàn)方法，使得數(shù)學計形表現(xiàn)方法，使得數(shù)學計算結果可以方便地、多樣算結果可以方便地、多樣性地實現(xiàn)了可視化，這是性地實現(xiàn)了可視化，這是其它語言所不能比擬的。其它語言所不能比擬的。4.1 二維曲線的繪制二維曲線的繪制4.2 MATLAB的三維圖的三維圖 形繪制形繪制4.3 MATLAB的特殊圖的特殊圖形繪制形繪制4.1 二維曲線的繪制二維曲線的繪制4.1.1 基本繪圖命令基本繪圖命令vplot MTLAB中最基本的二維圖形中最基本的二維圖形指令指令plot的調用格式的調用格式 1) plot(x

2、) 缺省自變量繪圖格式，缺省自變量繪圖格式，繪制以繪制以x元素值為縱坐標的二維曲線元素值為縱坐標的二維曲線 2) plot(x,y) 基本格式，繪制以基本格式，繪制以x為橫坐標，為橫坐標，y為縱坐標的二維曲線為縱坐標的二維曲線1. plot (x) 繪制繪制x向量曲線向量曲線 當當x是長度為是長度為n的數(shù)值向量，則坐標系的的數(shù)值向量，則坐標系的縱坐標為向量縱坐標為向量x，橫坐標為，橫坐標為MATLAB系統(tǒng)根系統(tǒng)根據(jù)據(jù)x向量的元素序號自動生成的從向量的元素序號自動生成的從1開始的向開始的向量。量。 plot (x)命令是在坐標系中順序地用直線命令是在坐標系中順序地用直線段連接各點，生成一條折線，

3、當向量的元素段連接各點，生成一條折線，當向量的元素充分多時，可以得到一條光滑的曲線。充分多時，可以得到一條光滑的曲線。 當當x是是n m矩陣時，用矩陣每一列的數(shù)值矩陣時，用矩陣每一列的數(shù)值畫一條曲線，一共畫一條曲線，一共m條曲線，各曲線自動用不條曲線，各曲線自動用不同顏色表示，每條曲線繪制方法和向量相同。同顏色表示，每條曲線繪制方法和向量相同。 例例1 x=5 0.5 6 8 3; plot(x)例例2 x= 1 3 5 6 4 5 7 2 5; plot(x)2、用、用plot(x,y)命令繪制向量命令繪制向量x和和y的曲線的曲線 當當x、y是長度相同的向量時，以是長度相同的向量時，以x值值

4、作為橫坐標，作為橫坐標，y值作為縱坐標，對應繪制線值作為縱坐標，對應繪制線性直角坐標系的二維圖形。性直角坐標系的二維圖形。 當當x是向量，是向量，y是矩陣時。是矩陣時。 如果如果x的長度與的長度與y的行數(shù)相等，的行數(shù)相等，則則x與與y的的每列對應畫一條曲線；每列對應畫一條曲線； 如果如果x的長度與的長度與y的列數(shù)相等，的列數(shù)相等，則則x與與y的的每行對應畫一條曲線；每行對應畫一條曲線； 如果如果x和和y的行列數(shù)都相等的行列數(shù)都相等，則按列畫曲線，則按列畫曲線 當當x是矩陣，是矩陣，y是向量時。則是向量時。則y的長度的長度必須與必須與x的行數(shù)或列數(shù)相等。繪制方法與的行數(shù)或列數(shù)相等。繪制方法與前一

5、種相似。前一種相似。 當當x,y是同維矩陣時，則以是同維矩陣時，則以x,y對應列對應列元素為橫、縱坐標分別繪制曲線，曲線元素為橫、縱坐標分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。3、用、用plot(z)命令繪制復向量曲線命令繪制復向量曲線vplot(z) 當輸入?yún)?shù)當輸入?yún)?shù)z是復數(shù)時，則按元素是復數(shù)時，則按元素實部和虛部為橫、縱坐標繪制曲線。實部和虛部為橫、縱坐標繪制曲線。z為為向量則繪制一條曲線，向量則繪制一條曲線，z為矩陣則每列繪為矩陣則每列繪制一條。制一條。4、用、用plot(x1,y1,x2,y2,)命令繪制多條曲線命令繪制多條曲線vxi、yi為一對，繪制多條曲線為一

6、對，繪制多條曲線x=1:pi/100:4;y=2*exp(-0.5*x).*log(2*pi*x);plot(x,y)v例例 在區(qū)間在區(qū)間 內，繪制曲線內，繪制曲線14x)2ln(25 . 0 xeyx4.1.3 多個圖形繪制的方法多個圖形繪制的方法 1、指定圖形窗口、指定圖形窗口figure(n) 創(chuàng)建和顯示序號為創(chuàng)建和顯示序號為n的圖形窗口的圖形窗口例例 x=0:0.01:2*pi; y1=sin(x);y2=cos(x); figure(1) plot(x,y1) figure(2) plot(x,y2)112、同一窗口多個子圖、同一窗口多個子圖在在plot語句前可用語句前可用subpl

7、ot劃分子窗口。劃分子窗口。subplot(m,n,k) 將圖形窗口分割成將圖形窗口分割成m行行n列列,并設置并設置k所指定的子窗口為當前窗口。子所指定的子窗口為當前窗口。子窗口按行由左至右，由上至下進行編號。窗口按行由左至右，由上至下進行編號。clf 清除當前圖形窗口清除當前圖形窗口3、同一窗口多次疊繪、同一窗口多次疊繪在在plot語句前可用語句前可用hold命令保留原有圖像。命令保留原有圖像。hold on 使當前坐標系和圖形保留使當前坐標系和圖形保留hold off 是當前坐標系和圖形不保留（缺省是當前坐標系和圖形不保留（缺省狀態(tài)）狀態(tài)）hold 在以上兩個命令中切換在以上兩個命令中切換

8、4、雙縱坐標圖、雙縱坐標圖plotyy(x1,y1,x2,y2) 以左右不同的縱坐標繪制兩以左右不同的縱坐標繪制兩條曲線條曲線4.1.4 曲線的線形、顏色和數(shù)據(jù)點形曲線的線形、顏色和數(shù)據(jù)點形vplot命令繪圖時，可以設置參數(shù)命令繪圖時，可以設置參數(shù)s，設定設定曲線的線段類型、顏色曲線的線段類型、顏色和和數(shù)據(jù)點數(shù)據(jù)點形形等，默認值為等，默認值為b-.（藍色實線實點標（藍色實線實點標記記)。 plot(x,s) plot(x,y,s) plot(x1,y1,s, x2,y2,s)s表示顏色表示顏色v類型類型 符號符號 (含義含義)藍色藍色(默認默認) b(Blue)黃色黃色y (Yellow)品紅

9、色品紅色(紫色紫色) m (Magenta)青色青色 c (Cyan)紅色紅色 r (Red)綠色綠色 g (Green)白色白色 w (White)黑色黑色 k (Black)s表示線型表示線型v類型類型 符號符號實線實線(默認默認) -點線點線 :點劃線點劃線 -.虛線虛線 - s表示數(shù)據(jù)點型表示數(shù)據(jù)點型v類型類型 符號符號實點標記實點標記.圓圈標記圓圈標記 o叉號形叉號形 x星號標記星號標記 *方形標記方形標記s (square)鉆石形標記鉆石形標記d (diamond)五角星標記五角星標記p (pentagram) 六角星標記六角星標記 h (hexagram)4.1.5 設置坐標軸和

10、文字標注設置坐標軸和文字標注1、坐標軸的控制、坐標軸的控制v可用坐標控制命令可用坐標控制命令axis來控制坐標軸的來控制坐標軸的特性。表特性。表4.3列出了常用的坐標控制命令。列出了常用的坐標控制命令。vaxis auto 將當前圖形的坐標系統(tǒng)恢復到將當前圖形的坐標系統(tǒng)恢復到自動缺省狀態(tài)。自動缺省狀態(tài)。vaxis(xmin xmax ymin ymax)設定坐標設定坐標系統(tǒng)的最大和最小值。系統(tǒng)的最大和最小值。vaxis tight 把數(shù)據(jù)范圍直接設為坐標范圍把數(shù)據(jù)范圍直接設為坐標范圍2、分格線和坐標框、分格線和坐標框(1)grid命令顯示分格線命令顯示分格線grid on顯示分格線顯示分格線g

11、rid off不顯示分格線不顯示分格線(默認默認)grid在以上兩個命令間切換。在以上兩個命令間切換。(2)box命令顯示坐標框命令顯示坐標框box on使坐標形式呈封閉形式使坐標形式呈封閉形式(默認默認)box off使坐標形式呈開啟形式。使坐標形式呈開啟形式。box在以上兩個命令間切換。在以上兩個命令間切換。3、文字標注、文字標注vtitle(s) 字符串字符串s作為圖形標題。作為圖形標題。vxlabel(s) 字符串字符串s作為橫坐標標注。作為橫坐標標注。vylabel(s) 字符串字符串s作為縱坐標標注。作為縱坐標標注。vlegend(str1 ,str2 ,) 在當前圖上輸出圖例，在

12、當前圖上輸出圖例，并用說明性字符串并用說明性字符串str1, str2等作為標注。等作為標注。vlegend off 從當前圖形中清除圖例。從當前圖形中清除圖例。vtext(x,y,s) 在圖形窗口的在圖形窗口的(x, y)坐標處標注坐標處標注字符串字符串s。坐標。坐標x和和y按照與所繪制圖形相同按照與所繪制圖形相同的刻度給出。的刻度給出。繪制二維曲線的一般步驟繪制二維曲線的一般步驟步驟步驟內容內容1數(shù)據(jù)準備數(shù)據(jù)準備(x,y)2指定圖像窗口和子圖位置指定圖像窗口和子圖位置(figure, subplot, hold)3繪制曲線，設置曲線的線型、色彩、數(shù)據(jù)點型繪制曲線，設置曲線的線型、色彩、數(shù)據(jù)

13、點型4設置坐標軸設置坐標軸(axis, grid, box)5圖形注釋圖形注釋(title, text, xlabel, ylabel, legend)6修飾圖像，利用圖像窗口的工具條進行設置修飾圖像，利用圖像窗口的工具條進行設置4.2 MATLAB三維圖形繪制三維圖形繪制4.2.1 繪制三維線圖命令繪制三維線圖命令plot3 基本的三維圖形指令基本的三維圖形指令v調用格式：調用格式：plot3(x,y,z,s) 繪制三維曲線，繪制三維曲線，s是參是參數(shù)數(shù)plot3(x1,y1,z1,s1, x2,y2,z2,s2, ) 繪制繪制多條三維曲線多條三維曲線v二維圖形的所有基本特性對三維圖形全二維

14、圖形的所有基本特性對三維圖形全都適用。例如都適用。例如 定義三維坐標軸大小定義三維坐標軸大小 axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax ) grid on(off) 繪制三維網(wǎng)格繪制三維網(wǎng)格 text(x,y,z,string) 三維圖形標注三維圖形標注 子圖和多窗口也可以用到三維圖形中子圖和多窗口也可以用到三維圖形中4.2.2 繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖v三維網(wǎng)線圖和曲面圖都是三維立體圖形。三維網(wǎng)線圖和曲面圖都是三維立體圖形。1、meshgridvmeshgrid：網(wǎng)格坐標矩陣的生成函數(shù)。為了：網(wǎng)格坐標矩陣的生成函數(shù)。為了繪制三維立體圖形，我們把

15、繪制三維立體圖形，我們把x方向劃分為方向劃分為m份，份，y方向劃分為方向劃分為n份，則把整個區(qū)域劃分為份，則把整個區(qū)域劃分為n m個柵格，然后根據(jù)各柵格點對應的取值，繪個柵格，然后根據(jù)各柵格點對應的取值，繪制立體圖形。制立體圖形。x=1 2 3 4; y=5 6 7;xx,yy=meshgrid(x,y)2、三維網(wǎng)線圖、三維網(wǎng)線圖vmesh 三維網(wǎng)線繪圖函數(shù)三維網(wǎng)線繪圖函數(shù)v調用格式：調用格式： mesh(z) z為為nm的矩陣，用元素下標作的矩陣，用元素下標作為為x、y軸自變量畫圖。軸自變量畫圖。 mesh(x,y,z,c) x,y,z分別為三維空間的坐標分別為三維空間的坐標位置，位置，c是

16、指定各點用色的矩陣。是指定各點用色的矩陣。3、三維曲面圖、三維曲面圖vsurf：三維曲面圖的繪制函數(shù)為：三維曲面圖的繪制函數(shù)為 surf(z) 繪制三維曲面圖，參數(shù)設置與繪制三維曲面圖，參數(shù)設置與mesh命令相同命令相同 surf(x,y,z,c) 例例 在在x -1,1, y -2,2的范圍內的范圍內繪制曲面圖形繪制曲面圖形22( , )ln(1)f x yxyx=-1:0.05:1;y=-2:0.05:2;x,y=meshgrid(x,y); z=log(1+x.2+2*y.2);surf(x,y,z)264、其他立體網(wǎng)線圖和曲面圖、其他立體網(wǎng)線圖和曲面圖 meshc() 繪制網(wǎng)線圖同時加

17、等高線繪制網(wǎng)線圖同時加等高線 meshz() 為網(wǎng)線圖加為網(wǎng)線圖加圍裙圍裙 surfc() 繪制曲面圖同時加等高線繪制曲面圖同時加等高線 surfl() 繪制帶光照色彩效果的曲面圖繪制帶光照色彩效果的曲面圖4.2.3 立體圖形與圖軸控制立體圖形與圖軸控制1、網(wǎng)格隱藏（用于網(wǎng)線圖）、網(wǎng)格隱藏（用于網(wǎng)線圖）hidden off 顯示被遮蓋的網(wǎng)格顯示被遮蓋的網(wǎng)格hidden on 隱藏被遮蓋的網(wǎng)格（默認）隱藏被遮蓋的網(wǎng)格（默認）2、改變視角、改變視角v立體圖形的觀測角度是由方位角和俯仰角決立體圖形的觀測角度是由方位角和俯仰角決定的，與定的，與x平面所成夾角稱為方位角，與平面所成夾角稱為方位角，與z平

18、平面所成夾角稱為俯仰角。對二維圖形默認方面所成夾角稱為俯仰角。對二維圖形默認方位角為位角為0度，俯仰角為度，俯仰角為90度。對三維圖形默認度。對三維圖形默認方位角為方位角為-37.5度，俯仰角為度，俯仰角為30度。度。v用用view命令可調整觀測角度。命令可調整觀測角度。view(az,el) az為方位角，為方位角，el為俯仰角為俯仰角3、曲面鏤空、曲面鏤空v對希望鏤空不顯示的地方，可以用對希望鏤空不顯示的地方，可以用NaN來取代矩陣在該部分的數(shù)值，則來取代矩陣在該部分的數(shù)值，則所有所有MATLAB的作圖函數(shù)都會忽略的作圖函數(shù)都會忽略NaN數(shù)據(jù)點。數(shù)據(jù)點。繪制三維曲面繪制三維曲面z=sin(

19、x)cos(y)圖中的圖中的z0.35);for a=1:length(U) z(U(a),V(a)=NaN;endfigure(2);surf(x,y,z)304.3 MATALAB特殊圖形繪制特殊圖形繪制條形圖條形圖 條形圖常用于對統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進行條形圖常用于對統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進行作圖，特別適用于少量且離散的數(shù)據(jù)。作圖，特別適用于少量且離散的數(shù)據(jù)。語法：語法：bar (x, y, width,參數(shù)參數(shù)) %畫條形圖畫條形圖 用條形圖表示某年一月份中用條形圖表示某年一月份中3日日6日連續(xù)四天的日連續(xù)四天的溫度數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)，y矩陣的各列分別表示平均溫度、最高溫矩陣的各列分別表示平均溫度、最高溫度和最

20、低溫度，如圖所示，用條形圖表示。度和最低溫度，如圖所示，用條形圖表示。 平均平均溫度溫度最高最高溫度溫度最低最低溫度溫度y=5.3000 13.0000 0.4000 5.1000 11.8000 -1.7000 3.7000 8.1000 0.6000 1.5000 7.7000 -4.5000 用于建立直方圖的命令為用于建立直方圖的命令為“hist”，直方，直方圖和條形圖的形狀相似，但直方圖用于顯示圖和條形圖的形狀相似，但直方圖用于顯示數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，并具有統(tǒng)計的功能。數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，并具有統(tǒng)計的功能。hist (y, x) 直方圖直方圖 餅圖是用于顯示向量中的各元素占向餅圖是用于顯示向量中的各元素占向量元素總和的百分比。量元素總和的百分比。pie(x,explode,label) %畫二維餅圖畫二