chap4数据及函数的可视化ppt课件

1、 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB本章主要内容如下：4.1 可视化的基本步骤4.2 二维曲线绘图4.3 三维曲线绘图4.4 图形窗功能简介 数据可视化是数据分析、系统分析的一种重要方法。MATLAB具有丰富且易于理解和使用的绘图指令，数据和函数的可视化是MATLAB的重要组成部分 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB1、曲线数据准备以二维图形为例）选取一个参变量采样向量计算各坐标数据向量2、选定图形窗及子图位置3、调用曲线绘图指令4、设置轴的范围5、图形注释图名、坐标名、图例

2、、文字说明） 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB例如用图形表示y=sin(t)*sin(9t)t=(0:100)/100*pi; y=sin(t).*sin(9*t);subplot(2,1,1),plot(t,y,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子图1)subplot(2,1,2),plot(t,y),axis(0,pi,-1,1),title(子图2)% %产生参变量采样向量产生参变量采样向量% %产生数据向量产生数据向量% %确定子图、线型、确定子图、线型、注释等注释等 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和

3、函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.1 plot的基本调用格式1、plot(X,s)X为实向量时，以该向量元素的下标为横坐标，元素值为纵坐标画一条连续曲线X为实矩阵时，则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线，图中曲线数等于矩阵X的列数X为复数矩阵时，则按列绘制每列以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线变量s用来指定线型、色彩等，缺省时为MATLAB默认设置 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB【例【例3-13-1】二维曲线绘图基本指令演示一】二维曲线绘图基本指令演示一 t=(0:pi/50:2*pi);k=0

4、.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(Y)% %生成生成(101(101* *1)1)的时间采样列向量的时间采样列向量% %生成生成(1(1* *7)7)的行向量的行向量% %生成生成(101(101* *7)7)的矩阵的矩阵 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.1 plot的基本调用格式2、plot(X,Y,s)X、Y是同维向量时，绘制X、Y元素为横、纵坐标的曲线X是列向量，Y是与X等行的矩阵时，以X为横坐标，按Y的列数绘制多条曲线X是矩阵，Y是向量时，以Y为纵坐标按X的列数绘制多条曲线X、Y是同维矩阵时，以X，Y

5、对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵列数变量s的意义与其在plot(X，s)中相同 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB【例【例3-23-2】二维曲线绘图基本指令演示二：】二维曲线绘图基本指令演示二：plot(t,Y)plot(t,Y)、plot(Y,t) plot(Y,t) 所绘所绘图形的比较图形的比较 t=(0:pi/50:2*pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(t,y)% %生成生成(101(101* *7)7)的矩阵的矩阵% %生成生成(1(1* *7)7)的行向量的行向量% %生成生

6、成(101(101* *1)1)的列向量的列向量 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.2 曲线的色彩、线型和数据点形1、色彩和线型线型符号-：-.-含义实线虚线点划线双划线色彩符号bgrcmykw含义蓝绿红青品红黄黑白n 【阐明】当s缺省时，默认设置为n 曲线一律用“实线线型n 不同曲线按表中所给前七种颜色次序着色,依次为蓝、绿、红等 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB用图形表示连续调制波形用图形表示连续调制波形 及其包络线。及其包络线。 )9sin()sin(tty

7、t=(0:pi/100:pi);y1=sin(t)*1,-1;y2=sin(t).*sin(9*t);plot(t,y1,r:,t,y2,b)axis(0,pi,-1,1)% %生成生成101101* *1 1的时间采样列向量的时间采样列向量% %生成生成101101* *2 2的矩阵包络线函数值）的矩阵包络线函数值）% %生成生成101101* *1 1的调制波列向量的调制波列向量% %用红虚线绘用红虚线绘y1y1，用蓝实线绘，用蓝实线绘y2y2 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.2 曲线的色彩、线型和数据点形2、数据点形数

8、据点形用来标志数据点，既可单独使用也可与色彩、线型组合使用符 号含 义符 号含 义.实心黑点d菱形符+十字符h六角星符朝上三角符o空心圆符朝右三角符s方块符v朝下三角符x叉字符 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB【例【例3-43-4】二维曲线绘图基本指令演示四：数据点形】二维曲线绘图基本指令演示四：数据点形( (函数与例函数与例3-33-3相同相同) ) t=(0:pi/100:pi);y2=sin(t).*sin(9*t);t1=pi*(0:9)/9;y3=sin(t1).*sin(9*t1);plot(t,y2,b,t1,y3,b

9、p)axis(0,pi,-1,1)% %用蓝实线绘用蓝实线绘y2,y2,用对用对y3y3进行标志进行标志% %生成生成1 1* *1010数据标志点采样向量数据标志点采样向量% %生成生成1 1* *1010数据标志点数据数据标志点数据 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.3 图形控制在一般绘图时可采用MATLAB的缺省设置，也能得到满意的画面，但用户也可根据需要改变缺省设置 1坐标控制指 令含 义指 令含 义axis auto使用缺省设置axis equal纵、横轴为等长刻度axis ij矩阵式坐标axis normal缺省矩

10、形坐标系axis xy普通直角坐标axis square正方形坐标系axis(V)V=x1,x2,y1,y2V=x1,x2,y1,y2,z1,z2人工设定坐标范围。设定值：二维，4个；三维，6个.axis tight坐标范围为数据范围axis image纵、横轴为等长刻度,且坐标框紧贴数据范围 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.3 图形控制2分格线和坐标框grid on 画出分格线grid off 不画分格线box on 使当前坐标呈封闭形式box off 使当前坐标呈开启形式u【阐明】缺省时，【阐明】缺省时，不画分格线；坐标

11、不画分格线；坐标呈封闭形式呈封闭形式 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLABu【阐明】【阐明】S S为带单引号的英文或中为带单引号的英文或中文字符串。文字符串。x=0:0.1:1; y=x.*exp(-x); plot(x,y);xlabel(x),ylabel(y) %图形标识title(y=x*exp(-x) %图形标识【例3-6】二维曲线绘图基本指令演示： 图形标识4.2.3 图形控制3图形标识title(S)书写图名xlable(S)横坐标轴名ylable(S)纵坐标轴名text(xt,yt,S)在(xt,yt) 处写字符注释le

12、gend(s1,s2,) 在图右上角建立图例 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB利用精细指令可对图形进行精细控制，例如在图形指定位置显示各种字符，公式等：4.2.3 图形控制3图形标识精细指令形式 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.3 图形控制3图形标识精细指令形式指 令字符指 令字符指 令含义arg取值举例alphaomegaarg上标任何合法字符ite-alphatbetaOmega_arg下标任何合法字符rmt_sxineqarg风格bf(黑体)it(斜体)rm

13、(正体)inttimesfontsizearg大小正整数(缺省值为10)fontsize12sin示例结果:(1) ;(2)ts ;(3)sinte 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLABt=pi*(0:1/100:1);beta=asin(1);y=1-exp(-2*t).*sin(5*t+beta);plot(t,y)text(3.0,1.14,bfalpha = 2)text(3.0,1.10,rmomega = 5)xlabel(fontsize14bft)ylabel(fontsize14y)title(rm y=1-e-alp

14、hat sin(omegat+beta)例3-6 精细指令示例 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.3 图形控制4) 双纵坐标图 把同一自变量的两个不同量纲、不同数量级的函数绘 制在同一张图上，即为双纵坐标图plotyy(X1,Y1,X2,Y2) 以左右不同纵轴绘制X1-Y1,X2-Y2两条曲线plotyy(X1,Y1,X2,Y2,FUN) 以左右不同纵轴把X1-Y1,X2-Y2绘制成FUN指定形式的两条曲线plotyy(X1,Y1,X2,Y2,FUN1,FUN2) 以左右不同纵轴把X1-Y1,X2-Y2绘制成FUN1,FUN2

15、指定的不同形式的两条曲线【阐明】【阐明】 轴的范围、刻度自动产生轴的范围、刻度自动产生 FUN,FUN1,FUN2 FUN,FUN1,FUN2为为MATLABMATLAB中所有接受中所有接受X-YX-Y数据对的二维绘图指数据对的二维绘图指令令 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB【例3-7】已知系统单位阶跃响应和单位脉冲响应分别为:其中： 。用双纵坐标图画出这两个函数在区间0,4上的曲线. 221arctansin111teydtnt=0:0.02:3;xi=0.5;wn=5;sxi=sqrt(1-xi2);sita=atan(sxi/

16、xi);wd=wn*sxi;y1=1-exp(-xi*wn*t).*sin(wd*t+sita)/sxi;y2=wn*exp(-xi*wn*t).*sin(wd*t)/sxi;plotyy(t,y1,t,y2)tedtdydtnnsin120.5rad/s,5,12nnd 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.2.3 图形控制5多子图 MATLAB允许用户在同一个图形窗布置几幅独立的子图subplot(m,n,k) 使(mn)幅子图中的第k幅成为当前图subplot(position,left bottom widt hight) 在

17、指定位置开辟子图，并成为当前图【阐明】 1subplot(m,n,k) 表示图形窗有(mn)幅子图,k是子图编号。序号编排原则是:左上方为第一幅,向右向下依次排号 2subplot(position,left bottom widt hight) 产生的子图位置由人工指定，指定位置的四元组采用规划的标称单位，即认为图形窗的高、宽的取值范围都是0，1 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB【例3-8】二维曲线绘图基本指令演示：多子图t=(pi*(0:1000)/1000);y1=sin(t);y2=sin(10*t);y12=sin(t).

18、*sin(10*t);subplot(2,2,1),plot(t,y1);axis(0,pi,-1,1)subplot(2,2,2),plot(t,y2);axis(0,pi,-1,1)subplot(position,0.2,0.05,0.6,0.45)plot(t,y12,b-,t,y1,-y1,r:);axis(0,pi,-1,1) 子图一子图一子图二子图二子图三子图三 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.3.1 plot3的基本调用格式plot3在三维曲线绘图指令中是最易理解的，其使用格式与plot十分相似。具体如下：plo

19、t3(X,Y,Z,s)plot3(X1,Y1,Z1,s1,X2,Y2,Z2,s2,)【阐明】【阐明】X,Y,Z为同维向量时，绘制以为同维向量时，绘制以X,Y,Z元素为元素为x,y,z坐标的三维曲坐标的三维曲线线X,Y,Z为同维矩阵时，以为同维矩阵时，以X,Y,Z对应列元素为对应列元素为x,y,z坐标分别绘坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵列数。制曲线，曲线条数等于矩阵列数。s,s1,s2的意义与二维曲线绘制情况完全相同，可以缺省。的意义与二维曲线绘制情况完全相同，可以缺省。(X1,Y1,Z1,s1),(X2,Y2,Z2,s2)的结构作用与的结构作用与(X,Y,Z,s)一样一样 第四章第四章 数

20、据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB 【例3-13】三维曲线绘图基本指令演示一：plot3t=(0:0.02:2)*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,b-,x,y,z,bd)box onlegend(链,宝石) 三维曲线绘图蓝实线和蓝菱形）三维曲线绘图蓝实线和蓝菱形）在右上角建立图例在右上角建立图例 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.3.2 三维网线图和曲面图plot3只能绘制单参数的三维曲线图，而三维网线图和曲面图则比较复杂，主要表现

21、于绘图数据的准备，图形的色彩、明暗、光照和视点处理1、数据准备 画函数z=f(x,y) 所代表的三维空间曲面，需要做以下数据准备：确定自变量x,y的取值范围和取值间隔 x=x1:dx:x2; y=y1:dy:y2； 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.3.2 三维网线图和曲面图1、数据准备b构成XY平面上的自变量“格点阵 X,Y=meshgrid(x,y)c计算在自变量采样“格点上的函数值，即： Z=f(X,Y)u【阐明】X由x按行复制而成，其行数为y元素的个数；Y由y按列复制而成，其列数为x元素的个数。x=-4:4y=0:4 第四

22、章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.3.2 三维网线图和曲面图2、网线、曲面图基本指令格式 a网线图mesh(Z)-以Z矩阵列、行下标为x，y轴自变量，画网线图mesh(X,Y,Z)-最常用的网线图调用格式mesh(X,Y,Z,C)-最完整的调用格式，画由C指定用色的网线图【阐明】【阐明】 1在最完整调用格式中，四个输入宗量都是维数相同的矩在最完整调用格式中，四个输入宗量都是维数相同的矩阵。阵。X、Y是自变量是自变量“格点格点矩阵，矩阵，Z是格点上函数矩阵；是格点上函数矩阵；C是指定各点用色的矩阵。是指定各点用色的矩阵。C缺省时，默认用

23、色矩阵为缺省时，默认用色矩阵为Z2单输入宗量格式时，单输入宗量格式时，Z矩阵列下标为矩阵列下标为x轴的轴的“自变量自变量”；Z的行下标为的行下标为y轴轴“自变量自变量” 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB【例3-14a】三维网线绘图指令演示：meshclf,x=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y)Z=X.2+Y.2;mesh(X,Y,Z);colormap(cool)xlabel(X),ylabel(y),zlabel(z)将绘图指令将绘图指令mesh(X,Y,Z)mesh(X,Y,Z)改改为为mesh(Z)mesh(

24、Z)，其网线图如左，其网线图如左图所示注意图所示注意X X、Y Y坐标坐标的变化的变化 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.3.2 三维网线图和曲面图2、网线、曲面图基本指令格式 b曲面图 surf(Z)-以Z矩阵列、行下标为x,y轴自变量，画曲面图surf(X,Y,Z)-最常用的曲面图调用格式。surf(X,Y,Z,C)-最完整的调用格式，画由C指定用色的曲面图有关调用的说明同有关调用的说明同meshmesh指令指令【例3-14b】三维曲面绘图指令演示：surfx=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+

25、Y.2;surf(X,Y,Z);画三维曲面图 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLABx=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2; subplot(1,3,1),surf(X,Y,Z);subplot(1,3,2),mesh(X,Y,Z);subplot(1,3,3),plot3(x,y,x.2+y.2),box on绘曲面图绘曲面图绘网线图绘网线图绘曲线图绘曲线图【例3-14】网线、曲面、曲线图比较: 第四章第四章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化数值仿真与数值仿真与MATLABMATLAB4.3.2

26、 三维网线图和曲面图3、图形的透视曲面图MATLAB在采用缺省设置画mesh图形时，对叠压在后面的图形采取了消隐措施。采用如下指令可控制消隐： hidden off 透视被叠压的图形 hidden on消隐被叠压的图形%【例3-15】透视演示clf,x,y=meshgrid(-3:0.1:3,-2:0.1:2);z=(x.2+2*x).*exp(-x.2-y.2-x.*y);subplot(1,2,1),mesh(x,y,z),axis(-3,3,-2,2,-0.5,1.0) hidden offsubplot(1,2,2),mesh(x,y,z)hidden onaxis(-3,3,-2,2,-0.5,1.0)% % 透视透视% %不透视不透视 第四章第四章 数据和函数