matlab數(shù)據(jù)的可視化

第3章數(shù)據(jù)的可視化3.1二維繪圖3.2特殊圖形和坐標(biāo)的繪制3.3MATLAB的圖形窗口3.4基本三維繪圖命令

3.1二維繪圖

3.1.1繪圖的一般步驟1.曲線數(shù)據(jù)準(zhǔn)備2.指定圖形窗口和子圖位置3.繪制圖形4.設(shè)置坐標(biāo)軸和圖形注釋5.僅對(duì)三維圖形使用的著色和視點(diǎn)等設(shè)置6.圖形的精細(xì)修飾7.按指定格式保存或?qū)С鰣D形3.1.2基本繪圖函數(shù)MATLAB7.3中最基本的繪圖函數(shù)是繪制曲線函數(shù)plot。plot(y) %繪制以y為縱坐標(biāo)的二維曲線plot(x,y) %繪制以x為橫坐標(biāo)y為縱坐標(biāo)的二維曲線plot(x1,y1,x2,y2…) %在同一窗口繪制多條二維曲線例3-3

繪制矩陣y為2×3的曲線圖>>y=[123;456];>>plot(y)y是2×3的矩陣，每列畫(huà)一條曲線共3條，第一條線縱坐標(biāo)畫(huà)的是[14]兩點(diǎn)。例3-4

繪制方波信號(hào)，如圖3-4所示。>>x=[011223344];>>y=[110011011];>>plot(x,y)練習(xí)例3-6x是矩陣，分別繪制x與y1和x與y2的曲線，已知y1是向量且長(zhǎng)度與x的行數(shù)相等，y2是矩陣且與x尺寸相同，曲線分別如圖3-6a和3-6b所示。>>x=[1:4;2:5;3:6]x=123423453456>>y1=[123] %y1長(zhǎng)度與x的行數(shù)相等y1=123>>plot(x,y1)3.1.3多個(gè)圖形的繪制1.同一個(gè)窗口多個(gè)子圖使用subplot函數(shù)建立子圖，subplot函數(shù)的命令格式如下：subplot(m,n,i) %將窗口分成(m×n)幅子圖中，第i幅為當(dāng)前圖說(shuō)明：subplot中的逗號(hào)（,）可以省略；子圖的編排序號(hào)原則是：左上方為第1幅，先從左向右后從上向下依次排列，子圖彼此之間獨(dú)立。例3-8

在同一個(gè)窗口中建立四個(gè)子圖，在子圖中分別繪制sin(x)、cos(x)、sin(2x)和cos(2x)曲線，如圖3-8所示。>>x=0:0.1:10;>>subplot(2,2,1)%第一行左圖>>plot(x,sin(x))>>subplot(2,2,2)%第一行右圖>>plot(x,cos(x))>>subplot(2,2,3)%第二行左圖>>plot(x,sin(2*x))>>subplot(2,2,4)%第二行右圖>>plot(x,cos(2*x))2.雙縱坐標(biāo)圖雙縱坐標(biāo)圖是指在同一個(gè)坐標(biāo)系中使用左右兩個(gè)不同刻度的坐標(biāo)軸。plotyy(x1,y1,x2,y2) %以左、右不同的縱軸繪制兩條曲線3.同一窗口多次疊繪使用hold命令可以保留原圖形，使多個(gè)plot函數(shù)在一個(gè)坐標(biāo)系中不斷疊繪。holdon、holdoff、hold、holdall。4.指定圖形窗口figure(n) %產(chǎn)生新圖形窗口練習(xí)3.1.4設(shè)置曲線繪制方式、坐標(biāo)軸和圖形注釋1.曲線的線型、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)形在plot函數(shù)中還可以通過(guò)字符串參數(shù)來(lái)設(shè)置曲線的線型、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)形等，命令格式如下：plot(x,y,’s’)說(shuō)明：s為字符串，設(shè)置曲線的線型、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)形等的，線型、顏色與數(shù)據(jù)點(diǎn)形參數(shù)。例3-11

在圖形中設(shè)置曲線的不同線型和顏色并繪制圖形，如圖3-11所示。>>x=0:0.2:10;>>y=exp(-x);>>plot(x,y,'ro-.') >>holdon>>z=sin(x);>>plot(x,z,'m+:')2.設(shè)置坐標(biāo)軸3.分隔線和坐標(biāo)框4.圖形注釋圖形注釋是對(duì)打開(kāi)的正在編輯的圖形進(jìn)行文字標(biāo)注，文字標(biāo)注包括設(shè)置標(biāo)題（title）、設(shè)置坐標(biāo)軸標(biāo)簽（label）、設(shè)置圖例（legend）和添加標(biāo)注元素（annotation）。5．使用鼠標(biāo)添加注釋文字gtext('s')%用鼠標(biāo)把字符串放在圖形上gtext({'s1','s2','s3',...}) %一次將多個(gè)的字符串分行放置在圖形上gtext({'s1';'s2';'s3';...}) %一次放置一個(gè)字符串分多次放置在圖形上6.使用鼠標(biāo)獲取圖形數(shù)據(jù)[x,y]=ginput(n) %用鼠標(biāo)從圖形上獲取n個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y)說(shuō)明：參數(shù)n應(yīng)為正整數(shù)，是通過(guò)鼠標(biāo)從圖上獲得數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；x、y用來(lái)存放所取點(diǎn)的坐標(biāo)是列向量，每次獲取的坐標(biāo)點(diǎn)為列向量的一個(gè)元素。3.2特殊圖形和坐標(biāo)的繪制

3.2.1特殊圖形繪制在MATLAB7.3的Workspace窗口中，如果選擇了Workspace窗口中的某個(gè)內(nèi)存變量，單擊工具欄中的繪制列數(shù)據(jù)曲線按鈕（Plot），出現(xiàn)下拉的菜單可以繪制各種不同的特殊圖形。1.柱狀圖柱狀圖常用于對(duì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，便于觀察在一定時(shí)間段中數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，比較不同組數(shù)據(jù)集以及單個(gè)數(shù)據(jù)在所有數(shù)據(jù)中的分布情況，特別適用于少量且離散的數(shù)據(jù)。bar(x,y,width,參數(shù)) %畫(huà)柱狀圖2.面積圖面積圖與柱狀圖相似，只不過(guò)是將一組數(shù)據(jù)的相鄰點(diǎn)連接成曲線，然后在曲線與橫軸之間填充顏色，適合于連續(xù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)顯示。area(x,y) %畫(huà)面積圖

3.餅形圖餅形圖適用于顯示向量或矩陣中各元素占總和的百分比。pie(x,explode,'label') %畫(huà)二維餅形圖x是向量，用于繪制餅形圖；explode是與x同長(zhǎng)度的向量，用來(lái)決定是否從餅圖中分離對(duì)應(yīng)的一部分塊，非零元素表示該部分需要分離；'label'是用來(lái)標(biāo)注餅形圖的字符串?dāng)?shù)組。練習(xí)4.直方圖直方圖又稱為頻數(shù)直方圖，適于顯示數(shù)據(jù)集的分布情況并具有統(tǒng)計(jì)的功能。hist(y,n) %統(tǒng)計(jì)每段的元素個(gè)數(shù)并畫(huà)出直方圖N=hist(y,x) %統(tǒng)計(jì)出每段元素個(gè)數(shù)圖3-20繪制直方圖說(shuō)明：n分段的個(gè)數(shù)，n省略時(shí)則默認(rèn)為分成10段；x是向量，用于指定所分每個(gè)數(shù)據(jù)段的中間值；y可以是向量或矩陣，如果是矩陣則按列分段；N是每段元素個(gè)數(shù)，N可省略，省略時(shí)繪制圖形。例3-18

繪制直方圖統(tǒng)計(jì)并顯示數(shù)據(jù)，如圖3-20所示。>>x=randn(100,1)%產(chǎn)生100個(gè)正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)>>subplot(2,1,1)>>hist(x,20) %分20段>>subplot(2,1,2)>>hist(x,-3:1:3) %確定每段中間值>>sum((x<=2.5)&(x>1.5))%計(jì)算1.5～2.5間的元素個(gè)數(shù)5.離散數(shù)據(jù)圖（1）stem函數(shù)將數(shù)據(jù)用一個(gè)垂直于橫軸的火柴棒表示，火柴頭的小圓表示數(shù)據(jù)點(diǎn)。stem(x,y,參數(shù)) %繪制火柴桿圖（2）stairs函數(shù)stairs函數(shù)用于繪制階梯圖，命令格式如下：圖3-21火柴桿圖和階梯圖stairs(x,y,'線型') %繪制階梯圖6.誤差條圖誤差條圖是用來(lái)繪制誤差的條形圖，顯示沿著曲線的誤差，常用于數(shù)理統(tǒng)計(jì)。errorbar(X,Y,E,'線型') %繪制在(X,Y)處長(zhǎng)為E的誤差條errorbar(X,Y,L,U,'線型') %繪制在(X,Y)處向下長(zhǎng)為L(zhǎng)向上長(zhǎng)為U的誤差條7.向量圖（1）compass函數(shù)compass函數(shù)繪制的圖中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都是以原點(diǎn)為起點(diǎn)的帶箭頭的線段，稱為羅盤(pán)圖compass(u,v,'線型')%繪制橫坐標(biāo)為u縱坐標(biāo)為v的羅盤(pán)圖（2）feather函數(shù)feather函數(shù)是在直角坐標(biāo)系中繪圖，起點(diǎn)為X軸上間隔單位長(zhǎng)度的刻度點(diǎn)，稱為羽毛圖，feather(u,v,'線型')%繪制橫坐標(biāo)為u縱坐標(biāo)為v的羽毛圖（3）quiver函數(shù)quiver函數(shù)繪制向量場(chǎng)，也是在直角坐標(biāo)系中繪圖，常用于繪制梯度場(chǎng)，quiver(x,y,u,v)%繪制以(x,y)為起點(diǎn)，橫縱坐標(biāo)為(u,v)的向量場(chǎng)3.2.2特殊坐標(biāo)軸圖形繪制1.極坐標(biāo)圖polar(theta,rho,參數(shù)) %根據(jù)相角theta和離原點(diǎn)的距離rho繪制極坐標(biāo)圖例3-21使用polar函數(shù)來(lái)繪制極坐標(biāo)圖。>>theta=0:0.1:2*pi;>>r1=sin(theta);>>r2=cos(theta);%在極坐標(biāo)中繪制兩條曲線>>polar([theta,theta],[r1,r2],'r')

2.對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖是指坐標(biāo)軸的刻度不是線性刻度而是對(duì)數(shù)刻度，semilogx和semilogy函數(shù)分別繪制對(duì)X軸和Y軸的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，loglog是雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖。semilogx(x1,y1,'線型',x2,y2,'線型',……) %繪制x為對(duì)數(shù)的多條曲線semilogy(x1,y1,'線型',x2,y2,'線型',……) %繪制y為對(duì)數(shù)的多條曲線loglog(x1,y1,'線型',x2,y2,'線型',……) %繪制x、y都為對(duì)數(shù)的多條曲線例3-22

計(jì)算對(duì)數(shù)幅頻特性，橫坐標(biāo)為w按對(duì)數(shù)坐標(biāo)，繪制半對(duì)數(shù)坐標(biāo)如圖3-25a，繪制雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖如圖3-25b所示。>>w=logspace(-1,2,10);>>Lw=-20*log10(sqrt((0.05*w).^2+1));>>semilogx(w,Lw)>>loglog(w,Lw)3.3MATLAB的圖形窗口

3.3.1圖形窗口界面1.工具欄MATLAB7.3圖形窗口有三個(gè)工具欄，如圖3-27所示，包括圖形窗口工具欄、照相工具欄和繪圖編輯工具欄。2.菜單圖形窗口的菜單包括“File”、“Edit”、“View”、“Insert”、“Tools”、“Desktop”、“Window”和“Help”。

3.面板MATLAB7.3的交互式圖形工具主要包括圖形面板、繪圖瀏覽器和屬性編輯器三個(gè)面板。練習(xí)3.3.2圖形的打印和輸出1.圖形的打印在MATLAB中對(duì)圖形打印可以通過(guò)打印預(yù)覽窗口進(jìn)行設(shè)置，可以設(shè)置打印到紙或文件，并可以進(jìn)行頁(yè)面設(shè)置、打印預(yù)覽。2.圖形的輸出（1）導(dǎo)出圖形文件在MATLAB7.3中導(dǎo)出圖形文件使用菜單“File”→“ExportSetup…”。圖形文件的保存格式有.fig、.bmp、.emf、.jpg、.pdf、.tif、.pcx和.png等常用圖形文件格式。3.4基本三維繪圖命令

3.4.1三維曲線圖plot3(x,y,z,'線型') %繪制三維曲線說(shuō)明：x，y，z必須是相同尺寸的數(shù)組，當(dāng)是向量時(shí)則繪制一條三維曲線，當(dāng)是矩陣時(shí)繪制多條曲線，三維曲線的條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。3.4.2三維曲面圖三維曲面圖包括三維網(wǎng)線圖和三維表面圖，三維曲面圖與三維曲線圖的不同是三維曲線圖是以線來(lái)定義而三維曲面圖是以面來(lái)定義，因此面上的點(diǎn)都要連接起來(lái)。1.產(chǎn)生矩形網(wǎng)格[X,Y]＝meshgrid(x,y) %產(chǎn)生XY矩形網(wǎng)格說(shuō)明：x和y分別是有n個(gè)和m個(gè)元素的一維數(shù)組，X和Y都是n×m的矩陣，每個(gè)（X,Y）對(duì)應(yīng)一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；如果y省略，則X和Y都是n×n的矩陣。2.三維網(wǎng)線圖三維網(wǎng)線圖就是將平面上的網(wǎng)格點(diǎn)（X,Y）對(duì)應(yīng)z值的頂點(diǎn)畫(huà)出，并將各頂點(diǎn)用線連接起來(lái)。mesh(X,Y,Z,C)%繪制網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的三維網(wǎng)線例3-26

繪制z=x2+y2的三維網(wǎng)線圖>>x=0:10;>>[X,Y]=meshgrid(x) %y省略則表示x=y >>Z=X.^2+Y.^2;>>mesh(X,Y,Z)3.三維表面圖三維表面圖與網(wǎng)線圖相似，但不同的是網(wǎng)線圖中網(wǎng)格范圍內(nèi)的區(qū)域?yàn)榭瞻?/p>