MATLAB 程序設(shè)計(jì)入門篇特殊圖形

MATLAB程序設(shè)計(jì)入門篇

特殊圖形5-1長(zhǎng)條圖之繪制長(zhǎng)條圖（BarGraphs）特別適用于少量且離散的資料。欲畫出垂直長(zhǎng)條圖，可用bar指令。范例5-1：bar01.m x=[13452]; bar(x);Fig.5-15-1長(zhǎng)條圖之繪制(cont.)bar指令也可接受矩陣輸入，它會(huì)將同一橫列的資料聚集在一起。barh指令則可畫出水平的長(zhǎng)條圖。范例5-2：bar02.mx=[23457;12321];bar(x);Fig.5-25-1長(zhǎng)條圖之繪制(cont.)bar及barh指令還有一項(xiàng)特異功能，就是可以將同一橫列的資料以堆棧（Stack）方式來(lái)顯示。范例5-3：bar03.mx=[23457;12321];bar(x,'stack')Fig.5-35-1長(zhǎng)條圖之繪制(cont.)除了平面長(zhǎng)條圖之外，MATLAB亦可使用bar3指令來(lái)畫出立體長(zhǎng)條圖。范例5-4：bar04.m x=[23457;12321]; bar3(x)Fig.5-45-1長(zhǎng)條圖之繪制(cont.)bar3指令還可以使用群組（Group）方式來(lái)呈現(xiàn)長(zhǎng)條圖范例5-5：bar05.m x=[23457;12321]; bar3(x,'group')Fig.5-55-1長(zhǎng)條圖之繪制(cont.)長(zhǎng)條圖的指令和類別:垂直長(zhǎng)條圖水平長(zhǎng)條圖平面barbarh立體bar3bar3h5-1長(zhǎng)條圖之繪制(cont.)若要指定長(zhǎng)條圖的x坐標(biāo)，可使用兩個(gè)輸入矢量給bar指令。假設(shè)新竹的月平均溫度如下：范例5-6：bar06.mx=1:6; %月份 y=35*rand(1,6); %溫度值（假設(shè)是介于0～35的隨機(jī)數(shù)）bar(x,y); xlabel('月份'); %x軸的說(shuō)明文字ylabel('平均溫度(^{o}c)'); %y軸的說(shuō)明文字%下列指令將x軸的數(shù)字改成月數(shù)set(gca,'xticklabel',{'一月','二月','三月','四月','五月','六月'});5-1長(zhǎng)條圖之繪制(cont.)Fig.5-65-2面積圖之繪制面積圖（AreaGraphs）和以堆棧方式呈現(xiàn)的長(zhǎng)條圖很類似，特別適用于具有疊加關(guān)系的資料。舉例來(lái)說(shuō)，若要顯示清華大學(xué)在過(guò)去10年來(lái)的人數(shù)（含大學(xué)部，研究生，及教職員）變化情況，可用面積圖顯示。范例5-7：area01.m y=rand(10,3)*100; x=1:10; area(x,y); xlabel('Year'); ylabel('Count')Fig.5-75-3扇形圖之繪制使用pie指令，可畫出平面扇形圖（PieCharts），并可加上說(shuō)明。范例5-8：pie01.m x=[2354]; label={'東','南','西','北'}; pie(x,label);Fig.5-85-3扇形圖之繪制(cont.)若是x的元素總和小于1，pie指令直接將x每個(gè)元素視為面積百分比，因此可畫出不完全的扇形圖。范例5-9：pie02.m x=[0.21,0.14,0.38]; pie(x);Fig.5-95-3扇形圖之繪制(cont.)pie指令還有一特異功能，可將某個(gè)或數(shù)個(gè)扇形圖向外拖出，以強(qiáng)調(diào)部份資料。范例5-10：pie03.m x=[2354]; explode=[1100]; pie(x,explode);Fig.5-10其中指令explode中非零的元素即代表要向外拖出的扇形。5-3扇形圖之繪制(cont.)欲畫出立體扇形圖，可用pie3指令。范例5-11:pie301.m x=[2354]; explode=[1100]; label={'春耕','夏耘','秋收','冬藏'}; pie3(x,explode,label);Fig.5-115-4針頭圖之繪制顧名思義，針頭圖（StemPlots）就是以一個(gè)大頭針來(lái)表示某一點(diǎn)資料，其指令為stem。范例5-12：stem01.m t=0:0.2:4*pi; y=cos(t).*exp(-t/5); stem(t,y)Fig.5-125-4針頭圖之繪制(cont.)針頭圖特別適用于表示「數(shù)位訊號(hào)處理」（DSP，DigitalSignalProcessing）中的數(shù)位訊號(hào)。若要畫出實(shí)心的針頭圖，可加“fill”選項(xiàng)。范例5-13：stem02.m t=0:0.2:4*pi; y=cos(t).*exp(-t/5); stem(t,y,'fill');Fig.5-135-4針頭圖之繪制(cont.)欲畫出立體的針頭圖， 可用stem3指令。范例5-14：stem301.m theta=-pi:0.05:pi; x=cos(theta); y=sin(theta); z=abs(cos(3*theta)).*exp(-abs(theta/3)); stem3(x,y,z);Fig.5-145-5階梯圖之繪制使用stairs指令，可畫出階梯圖（StairstepPlots），其精神和針頭圖很相近，只是將目前資料點(diǎn)的高度向右水平畫至下一點(diǎn)為止。（在數(shù)位訊號(hào)處理，此種作法稱為Zero-orderHold。）范例5-15：stairs01.m t=0:0.4:4*pi; y=cos(t).*exp(-t/5); stairs(t,y);Fig.5-155-5階梯圖之繪制(cont.)若再加上針頭圖，則可見兩 者相似之處。范例5-16：stairs02.m t=0:0.4:4*pi; y=cos(t).*exp(-t/5); stairs(t,y); holdon %保留舊圖形 stem(t,y); %疊上針頭圖 holdoffFig.5-165-6實(shí)心圖之繪制MATLAB指令fill將資料點(diǎn)視為多邊形頂點(diǎn)，并將此多邊形涂上顏色，呈現(xiàn)出實(shí)心圖（FilledPlots）的結(jié)果。范例5-17:fill01.m t=0:0.4:4*pi; y=sin(t).*exp(-t/5); fill(t,y,'b'); %'b'為藍(lán)色Fig.5-175-6實(shí)心圖之繪制(cont.)若與stem合用，則可創(chuàng)造出 一些不同的視覺(jué)效果。范例5-18:fill02.m t=0:0.4:4*pi; y=sin(t).*exp(-t/5); fill(t,y,'y'); %'y'為黃色 holdon %保留舊圖形 stem(t,y,'b'); %疊上藍(lán)色針頭圖 holdoffFig.5-185-6實(shí)心圖之繪制(cont.)fill3可用于三維的實(shí)心圖。范例5-19:fill301.m X=[0011]; Y=[0110]; Z=[0110]; C=[00.30.60.9]'; fill3(X,Y,Z,C);Fig.5-195-6實(shí)心圖之繪制(cont.)使用fill3指令，我們亦可以 畫出各種酷酷的圖形。范例5-20:fill302.m t=(1/16:1/8:1)'*2*pi; x=sin(t); y=cos(t); c=linspace(0,1,length(t)); fill3(x,y/sqrt(2),y/sqrt(2),c,x/sqrt(2),y,x/sqrt(2),c); axistightFig.5-205-7矢量場(chǎng)圖之繪制使用quiver指令可畫出平面 上的矢量場(chǎng)圖（QuiverPlots） ，特別適用于表示分布于平面 的矢量場(chǎng)（VectorFields）， 例如平面上的電場(chǎng)分布，或是流 速分布。范例5-21：quiver01.m [x,y,z]=peaks(20); [u,v]=gradient(z); contour(x,y,z,10); holdon,quiver(x,y,u,v);holdoff axisimageFig.5-215-7矢量場(chǎng)圖之繪制(cont.)欲畫出空間中的矢量場(chǎng)圖， 可用quiver3指令。范例5-22：quiver301.m [x,y]=meshgrid(-2:0.2:2,-1:0.1:1); z=x.*exp(-x.^2-y.^2); [u,v,w]=surfnorm(x,y,z); quiver3(x,y,z,u,v,w); holdon,surf(x,y,z);holdoff axisequalFig.5-225-8等高線圖之繪制我們可用contour指令來(lái)畫出「等高線圖」（ContourPlots）。范例5-23：contour01.m z=peaks; contour(z,30); %畫出30條等高線Fig.5-235-8等高線圖之繪制(cont.)若要畫出特定高度的等高線，可執(zhí)行如下：范例5-24：contour02.m z=peaks; contour(z,[025]);Fig.5-245-8等高線圖之繪制(cont.)欲標(biāo)明等高線的高度， 可用clabel指令。范例5-25：contour03.m z=peaks; [c,handle]=contour(z,10); clabel(c,handle);Fig.5-255-8等高線圖之繪制(cont.)若欲在等高線之間填入顏色，可用contourf 指令。范例5-26：contour04.m z=peaks; contourf(z);Fig.5-265-8等高線圖之繪制(cont.)若要使畫出的等高線對(duì)應(yīng)至正確的x及y坐標(biāo)，則輸入3個(gè)變量于contour或contourf指令之中。范例5-27：contour05.m [x,y,z]=peaks; contour(x,y,z);Fig.5-275-8等高線圖之繪制(cont.)若要將等高線畫在曲面的正下方，可用surfc或meshc指令。范例5-28：contour06.m [x,y,z]=peaks; meshc(x,y,z); axistightFig.5-285-8等高線圖之繪制(cont.)若要畫出三度空間中的等高線，可用contour3指令。范例5-29：contour301.m [x,y,z]=peaks; contour3(x,y,z,30); axistightFig.5-295-8等高線圖之繪制(cont.)使用contour指令亦可畫出極坐標(biāo)中的等高線，但過(guò)程較為復(fù)雜，以下列復(fù)數(shù)函數(shù)為例： 其中z代表復(fù)數(shù)平面中的任一點(diǎn)復(fù)數(shù)，如果我們要畫出此函數(shù)的等高線，可見下列范例：范例5-30：contour07.m t=linspace(0,2*pi,61); %角度的格子點(diǎn) r=0:0.05:1; %長(zhǎng)度的格子點(diǎn) [tt,rr]=meshgrid(t,r); %產(chǎn)生二維的格子點(diǎn) [xx,yy]=pol2cart(tt,rr); %將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至直角坐標(biāo) zz=xx+sqrt(-1)*yy; %復(fù)數(shù)表示 ff=abs(zz.^3-1); %曲面的函數(shù) contour(xx,yy,ff,50); %畫出等高線 axisimage5-8等高線圖之繪制(cont.)Fig.5-305-8等高線圖之繪制(cont.)在上例中，坐標(biāo)的標(biāo)示仍為直 角坐標(biāo)。欲將等高線顯示于極 坐標(biāo)上，需先用polar指令產(chǎn) 生一個(gè)極坐標(biāo)圖，再移除圖形 ，留下圖軸，然后再進(jìn)行作圖 。范例5-31：contour08.m h=polar([02*pi],[01]); delete(h); holdon contour(xx,yy,ff,50); holdoff%產(chǎn)生在極坐標(biāo)上的一條直線%移除上述圖形，但留下極坐標(biāo)圖軸Fig.5-31＊此范例假設(shè)我們已經(jīng)經(jīng)由contour07.m

得到xx,yy,ff等變量值。5-8等高線圖之繪制(cont.)我們也可以同時(shí)畫出復(fù)數(shù)函數(shù)的曲面和等高線圖，例如，下列范例可以畫出復(fù)數(shù)函數(shù):范例5-32：contour09.m t=linspace(0,2*pi,61); %角度的格子點(diǎn) r=0:0.05:1; %長(zhǎng)度的格子點(diǎn) [tt,rr]=meshgrid(t,r); %產(chǎn)生二維的格子點(diǎn) [xx,yy]=pol2cart(tt,rr); %將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至直角坐標(biāo) zz=xx+sqrt(-1)*yy; %復(fù)數(shù)表示 ff=abs(zz.^3-1); %曲面的函數(shù)值 h=polar([02*pi],[01]); %產(chǎn)生在極坐標(biāo)上的一條直線 delete(h); %移除上述圖形，但留下極坐標(biāo)圖軸 holdon contour(xx,yy,ff,20); %等高線 surf(xx,yy,ff); %曲面圖 holdoff view(-19,22); %設(shè)定觀測(cè)角度5-8等高線圖之繪制(cont.)Fig.5-325-8等高線圖之繪制(cont.)指令說(shuō)明bar,barh,bar3,bar3h長(zhǎng)條圖Area面積圖pie,pie3扇形圖stem,stem3針頭圖stairs階梯圖fill,fill3實(shí)心圖quiver,quiver3矢量場(chǎng)圖contour,contourf,contour3等高線圖特殊繪圖函數(shù):5-9 其他進(jìn)階繪圖功能MATLAB在5.3版后，開始支援「容積目視法」（VolumeVisualization）、因此能夠畫出在三度空間中的流線圖、矢量場(chǎng)圖、等高面圖（Isosurfaces）、切面圖（Slices）等，相關(guān)指令