第4章 MATLAB计算的可视化与GUI设计

1、第第4章章 MATLAB计算的计算的可视化和可视化和GUI设计设计 matlab语言丰富的图语言丰富的图形表现方法，使得数学计形表现方法，使得数学计算结果可以方便地、多样算结果可以方便地、多样性地实现了可视化，这是性地实现了可视化，这是其它语言所不能比拟的。其它语言所不能比拟的。4.1 二维曲线的绘制二维曲线的绘制4.2 MATLAB的三维图的三维图 形绘制形绘制4.3 MATLAB的特殊图的特殊图形绘制形绘制4.1 二维曲线的绘制二维曲线的绘制4.1.1 基本绘图命令基本绘图命令vplot MTLAB中最基本的二维图形中最基本的二维图形指令指令plot的调用格式的调用格式 1) plot(x

2、) 缺省自变量绘图格式，缺省自变量绘图格式，绘制以绘制以x元素值为纵坐标的二维曲线元素值为纵坐标的二维曲线 2) plot(x,y) 基本格式，绘制以基本格式，绘制以x为横坐标，为横坐标，y为纵坐标的二维曲线为纵坐标的二维曲线1. plot (x) 绘制绘制x向量曲线向量曲线 当当x是长度为是长度为n的数值向量，则坐标系的的数值向量，则坐标系的纵坐标为向量纵坐标为向量x，横坐标为，横坐标为MATLAB系统根系统根据据x向量的元素序号自动生成的从向量的元素序号自动生成的从1开始的向开始的向量。量。 plot (x)命令是在坐标系中顺序地用直线命令是在坐标系中顺序地用直线段连接各点，生成一条折线，

3、当向量的元素段连接各点，生成一条折线，当向量的元素充分多时，可以得到一条光滑的曲线。充分多时，可以得到一条光滑的曲线。 当当x是是n m矩阵时，用矩阵每一列的数值矩阵时，用矩阵每一列的数值画一条曲线，一共画一条曲线，一共m条曲线，各曲线自动用不条曲线，各曲线自动用不同颜色表示，每条曲线绘制方法和向量相同。同颜色表示，每条曲线绘制方法和向量相同。 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)命令绘制向量命令绘制向量x和和y的曲线的曲线 当当x、y是长度相同的向量时，以是长度相同的向量时，以x值值

4、作为横坐标，作为横坐标，y值作为纵坐标，对应绘制线值作为纵坐标，对应绘制线性直角坐标系的二维图形。性直角坐标系的二维图形。 当当x是向量，是向量，y是矩阵时。是矩阵时。 如果如果x的长度与的长度与y的行数相等，的行数相等，则则x与与y的的每列对应画一条曲线；每列对应画一条曲线； 如果如果x的长度与的长度与y的列数相等，的列数相等，则则x与与y的的每行对应画一条曲线；每行对应画一条曲线； 如果如果x和和y的行列数都相等的行列数都相等，则按列画曲线，则按列画曲线 当当x是矩阵，是矩阵，y是向量时。则是向量时。则y的长度的长度必须与必须与x的行数或列数相等。绘制方法与的行数或列数相等。绘制方法与前一

5、种相似。前一种相似。 当当x,y是同维矩阵时，则以是同维矩阵时，则以x,y对应列对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。条数等于矩阵的列数。3、用、用plot(z)命令绘制复向量曲线命令绘制复向量曲线vplot(z) 当输入参数当输入参数z是复数时，则按元素是复数时，则按元素实部和虚部为横、纵坐标绘制曲线。实部和虚部为横、纵坐标绘制曲线。z为为向量则绘制一条曲线，向量则绘制一条曲线，z为矩阵则每列绘为矩阵则每列绘制一条。制一条。4、用、用plot(x1,y1,x2,y2,)命令绘制多条曲线命令绘制多条曲线vxi、yi为一对，绘制多条曲线为一

6、对，绘制多条曲线x=1:pi/100:4;y=2*exp(-0.5*x).*log(2*pi*x);plot(x,y)v例例 在区间在区间 内，绘制曲线内，绘制曲线14x)2ln(25 . 0 xeyx4.1.3 多个图形绘制的方法多个图形绘制的方法 1、指定图形窗口、指定图形窗口figure(n) 创建和显示序号为创建和显示序号为n的图形窗口的图形窗口例例 x=0:0.01:2*pi; y1=sin(x);y2=cos(x); figure(1) plot(x,y1) figure(2) plot(x,y2)112、同一窗口多个子图、同一窗口多个子图在在plot语句前可用语句前可用subpl

7、ot划分子窗口。划分子窗口。subplot(m,n,k) 将图形窗口分割成将图形窗口分割成m行行n列列,并设置并设置k所指定的子窗口为当前窗口。子所指定的子窗口为当前窗口。子窗口按行由左至右，由上至下进行编号。窗口按行由左至右，由上至下进行编号。clf 清除当前图形窗口清除当前图形窗口3、同一窗口多次叠绘、同一窗口多次叠绘在在plot语句前可用语句前可用hold命令保留原有图像。命令保留原有图像。hold on 使当前坐标系和图形保留使当前坐标系和图形保留hold off 是当前坐标系和图形不保留（缺省是当前坐标系和图形不保留（缺省状态）状态）hold 在以上两个命令中切换在以上两个命令中切换

8、4、双纵坐标图、双纵坐标图plotyy(x1,y1,x2,y2) 以左右不同的纵坐标绘制两以左右不同的纵坐标绘制两条曲线条曲线4.1.4 曲线的线形、颜色和数据点形曲线的线形、颜色和数据点形vplot命令绘图时，可以设置参数命令绘图时，可以设置参数s，设定设定曲线的线段类型、颜色曲线的线段类型、颜色和和数据点数据点形形等，默认值为等，默认值为b-.（蓝色实线实点标（蓝色实线实点标记记)。 plot(x,s) plot(x,y,s) plot(x1,y1,s, x2,y2,s)s表示颜色表示颜色v类型类型 符号符号 (含义含义)蓝色蓝色(默认默认) b(Blue)黄色黄色y (Yellow)品红

9、色品红色(紫色紫色) m (Magenta)青色青色 c (Cyan)红色红色 r (Red)绿色绿色 g (Green)白色白色 w (White)黑色黑色 k (Black)s表示线型表示线型v类型类型 符号符号实线实线(默认默认) -点线点线 :点划线点划线 -.虚线虚线 - s表示数据点型表示数据点型v类型类型 符号符号实点标记实点标记.圆圈标记圆圈标记 o叉号形叉号形 x星号标记星号标记 *方形标记方形标记s (square)钻石形标记钻石形标记d (diamond)五角星标记五角星标记p (pentagram) 六角星标记六角星标记 h (hexagram)4.1.5 设置坐标轴和

10、文字标注设置坐标轴和文字标注1、坐标轴的控制、坐标轴的控制v可用坐标控制命令可用坐标控制命令axis来控制坐标轴的来控制坐标轴的特性。表特性。表4.3列出了常用的坐标控制命令。列出了常用的坐标控制命令。vaxis auto 将当前图形的坐标系统恢复到将当前图形的坐标系统恢复到自动缺省状态。自动缺省状态。vaxis(xmin xmax ymin ymax)设定坐标设定坐标系统的最大和最小值。系统的最大和最小值。vaxis tight 把数据范围直接设为坐标范围把数据范围直接设为坐标范围2、分格线和坐标框、分格线和坐标框(1)grid命令显示分格线命令显示分格线grid on显示分格线显示分格线g

11、rid off不显示分格线不显示分格线(默认默认)grid在以上两个命令间切换。在以上两个命令间切换。(2)box命令显示坐标框命令显示坐标框box on使坐标形式呈封闭形式使坐标形式呈封闭形式(默认默认)box off使坐标形式呈开启形式。使坐标形式呈开启形式。box在以上两个命令间切换。在以上两个命令间切换。3、文字标注、文字标注vtitle(s) 字符串字符串s作为图形标题。作为图形标题。vxlabel(s) 字符串字符串s作为横坐标标注。作为横坐标标注。vylabel(s) 字符串字符串s作为纵坐标标注。作为纵坐标标注。vlegend(str1 ,str2 ,) 在当前图上输出图例，在

12、当前图上输出图例，并用说明性字符串并用说明性字符串str1, str2等作为标注。等作为标注。vlegend off 从当前图形中清除图例。从当前图形中清除图例。vtext(x,y,s) 在图形窗口的在图形窗口的(x, y)坐标处标注坐标处标注字符串字符串s。坐标。坐标x和和y按照与所绘制图形相同按照与所绘制图形相同的刻度给出。的刻度给出。绘制二维曲线的一般步骤绘制二维曲线的一般步骤步骤步骤内容内容1数据准备数据准备(x,y)2指定图像窗口和子图位置指定图像窗口和子图位置(figure, subplot, hold)3绘制曲线，设置曲线的线型、色彩、数据点型绘制曲线，设置曲线的线型、色彩、数据

13、点型4设置坐标轴设置坐标轴(axis, grid, box)5图形注释图形注释(title, text, xlabel, ylabel, legend)6修饰图像，利用图像窗口的工具条进行设置修饰图像，利用图像窗口的工具条进行设置4.2 MATLAB三维图形绘制三维图形绘制4.2.1 绘制三维线图命令绘制三维线图命令plot3 基本的三维图形指令基本的三维图形指令v调用格式：调用格式：plot3(x,y,z,s) 绘制三维曲线，绘制三维曲线，s是参是参数数plot3(x1,y1,z1,s1, x2,y2,z2,s2, ) 绘制绘制多条三维曲线多条三维曲线v二维图形的所有基本特性对三维图形全二维

14、图形的所有基本特性对三维图形全都适用。例如都适用。例如 定义三维坐标轴大小定义三维坐标轴大小 axis(xmin xmax ymin ymax zmin zmax ) grid on(off) 绘制三维网格绘制三维网格 text(x,y,z,string) 三维图形标注三维图形标注 子图和多窗口也可以用到三维图形中子图和多窗口也可以用到三维图形中4.2.2 绘制三维网线图和曲面图绘制三维网线图和曲面图v三维网线图和曲面图都是三维立体图形。三维网线图和曲面图都是三维立体图形。1、meshgridvmeshgrid：网格坐标矩阵的生成函数。为了：网格坐标矩阵的生成函数。为了绘制三维立体图形，我们把

15、绘制三维立体图形，我们把x方向划分为方向划分为m份，份，y方向划分为方向划分为n份，则把整个区域划分为份，则把整个区域划分为n m个栅格，然后根据各栅格点对应的取值，绘个栅格，然后根据各栅格点对应的取值，绘制立体图形。制立体图形。x=1 2 3 4; y=5 6 7;xx,yy=meshgrid(x,y)2、三维网线图、三维网线图vmesh 三维网线绘图函数三维网线绘图函数v调用格式：调用格式： mesh(z) z为为nm的矩阵，用元素下标作的矩阵，用元素下标作为为x、y轴自变量画图。轴自变量画图。 mesh(x,y,z,c) x,y,z分别为三维空间的坐标分别为三维空间的坐标位置，位置，c是

16、指定各点用色的矩阵。是指定各点用色的矩阵。3、三维曲面图、三维曲面图vsurf：三维曲面图的绘制函数为：三维曲面图的绘制函数为 surf(z) 绘制三维曲面图，参数设置与绘制三维曲面图，参数设置与mesh命令相同命令相同 surf(x,y,z,c) 例例 在在x -1,1, y -2,2的范围内的范围内绘制曲面图形绘制曲面图形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、其他立体网线图和曲面图、其他立体网线图和曲面图 meshc() 绘制网线图同时加

17、等高线绘制网线图同时加等高线 meshz() 为网线图加为网线图加围裙围裙 surfc() 绘制曲面图同时加等高线绘制曲面图同时加等高线 surfl() 绘制带光照色彩效果的曲面图绘制带光照色彩效果的曲面图4.2.3 立体图形与图轴控制立体图形与图轴控制1、网格隐藏（用于网线图）、网格隐藏（用于网线图）hidden off 显示被遮盖的网格显示被遮盖的网格hidden on 隐藏被遮盖的网格（默认）隐藏被遮盖的网格（默认）2、改变视角、改变视角v立体图形的观测角度是由方位角和俯仰角决立体图形的观测角度是由方位角和俯仰角决定的，与定的，与x平面所成夹角称为方位角，与平面所成夹角称为方位角，与z平

18、平面所成夹角称为俯仰角。对二维图形默认方面所成夹角称为俯仰角。对二维图形默认方位角为位角为0度，俯仰角为度，俯仰角为90度。对三维图形默认度。对三维图形默认方位角为方位角为-37.5度，俯仰角为度，俯仰角为30度。度。v用用view命令可调整观测角度。命令可调整观测角度。view(az,el) az为方位角，为方位角，el为俯仰角为俯仰角3、曲面镂空、曲面镂空v对希望镂空不显示的地方，可以用对希望镂空不显示的地方，可以用NaN来取代矩阵在该部分的数值，则来取代矩阵在该部分的数值，则所有所有MATLAB的作图函数都会忽略的作图函数都会忽略NaN数据点。数据点。绘制三维曲面绘制三维曲面z=sin(

19、x)cos(y)图中的图中的z0.35);for a=1:length(U) z(U(a),V(a)=NaN;endfigure(2);surf(x,y,z)304.3 MATALAB特殊图形绘制特殊图形绘制条形图条形图 条形图常用于对统计的数据进行条形图常用于对统计的数据进行作图，特别适用于少量且离散的数据。作图，特别适用于少量且离散的数据。语法：语法：bar (x, y, width,参数参数) %画条形图画条形图 用条形图表示某年一月份中用条形图表示某年一月份中3日日6日连续四天的日连续四天的温度数据，温度数据，y矩阵的各列分别表示平均温度、最高温矩阵的各列分别表示平均温度、最高温度和最

20、低温度，如图所示，用条形图表示。度和最低温度，如图所示，用条形图表示。 平均平均温度温度最高最高温度温度最低最低温度温度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 用于建立直方图的命令为用于建立直方图的命令为“hist”，直方，直方图和条形图的形状相似，但直方图用于显示图和条形图的形状相似，但直方图用于显示数据的分布规律，并具有统计的功能。数据的分布规律，并具有统计的功能。hist (y, x) 直方图直方图 饼图是用于显示向量中的各元素占向饼图是用于显示向量中的各元素占向量元素总和的百分比。量元素总和的百分比。pie(x,explode,label) %画二维饼图画二