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1、 30 第六章 MATLAB 基本绘图功能 第六章 MATLAB 基本绘图功能 在进行科学分析时，人们常常需要将所得到的数据进行分析，为了能够直观地看出数据的趋势，用 户一般需要将数据绘制成曲线。本章介绍 MATLAB 二维图形、三维图形及特殊图形的绘图命令。 6.1 二维图形的绘制 611 基本绘图函数 MATLAB 中常用的基本绘图函数是 plot， 除此以外， 还有一些绘制对数坐标图的绘图函数， 见表 6.1。 表 6.1 基本绘图函数 命 令 含 义 plot 建立向量或矩阵各队队向量的图形 loglog x、y 轴都取对数标度建立图形 semilogx x 轴用于对数标度，y 轴线性
2、标度绘制图形 semilogy y 轴用于对数标度，x 轴线性标度绘制图形 plotyy 在图的左右两侧分别建立纵坐标轴 612 绘制二维图形的一般步骤 MATLAB 中二维图形的绘制一般包括数据准备、选择图形窗口、选择子图位置、调用绘图函数、设 定坐标轴范围、刻度，并进行图形注释等。表 6.2 给出了各部分具体实现所需使用的指令。 表 6.2 绘制二维图形的一般步骤 步 骤 典 型 指 令 1 数据准备： 包括选定所要表现 的范围；生成自变量采样向 量；计算相应的函数值向量 x=(0:pi/50:2*pi); y=sin(x).*sin(9*x)； 2 选择图形窗口和子图的位置 figure
3、(2) %指定 2 号图形窗口 subplot(2,2,3) %将当前图形窗口分为 2 行 2 列 4 个 子图，指定 3 号子图 3 调用绘图指令：线型、色彩、 数据点型 plot(x,y,b-) %用蓝色实线画曲线 4 设置坐标轴的范围、 刻度和分 格线 axis(0,pi,-1,1) %设置坐标轴的范围 grid on %绘制坐标分格线 5 图形注释：图名、坐标名、图 例、文字说明 title(数字仿真结果) %图名 xlabel(x);ylabel(y) %坐标名 legend(y=sin(x)*sin(9*x) %图例 text(2,0.5, y=sin(x)*sin(9*x) %文
4、字说明 613 二维图形绘图的基本操作 一、plot 的基本调用格式: plot（x,y）:输出以向量 x 为横坐标，向量 y 纵坐标的图形，x、y 必须具有相同的长度。 plot（y） ：输出以向量 y 元素序号 m 为横坐标，向量 y 对应元素 m 为纵坐标的图形。 plot（x,y,str） ：用str指定的方式，输出以 x 为横坐标， y 为纵坐标的图形。在指定方式 str 中，用 户可以规定绘制曲线的线型、数据点型、颜色等。 plot(x1,y1,str1,x2,y2,str2,): 在一副图中，用str1指定的方式，输出以 x1 为横坐标， y1 为纵坐标 的图形。用str2指定的
5、方式，输出以 x2 为横坐标， y2 为纵坐标的图形。str选项中的部分参数见表 6.3 所示。表 6.3 中定义了曲线线型、色彩、数据点型的允许值，它们可以单独使用，也可以组合使用。 下面通过例题说明 plot 指令的用法。 31 表 6.3 曲线线型、色彩、数据点型允许设置值 颜 色 图 线 型 态 字元 颜 色 字元 数据点型 字元 线型 y 黄色 . 点 -. 点虚线 k 黑色 o 圆 - 虚线 w 白色 x x - 实线 b 蓝色 + + : 点线 g 绿色 * * r 红色 d 菱形 c 亮青色 上三角 m 锰紫色 p 五角星 h 六角星 s 方形 例 61：在 MATLAB 命令
6、窗口中键入如下命令 t=(0:pi/50:2*pi); k=0.4:0.1:1; Y=cos(t)*k; plot(t,Y) %绘图结果见图 6.1 例 62： t=(0:pi/100:pi); % 准备数据 y1=sin(t)*1,-1; y2=sin(t).*sin(9*t); t3=pi*(0:9)/9; y3=sin(t3).*sin(9*t3); plot(t,y1,b:,t,y2,k-,t3,y3,ro) %绘图结果见图 6.2 axis(0 pi -1 1) %控制坐标轴范围 2. 坐标、刻度、分格线和坐标框控制 除了利用指令设置线型、色彩和数据点型等属性外，用户还可以在图形窗口
7、中，激活 edit plot，用鼠 标左键双击需要设置的曲线，即可打开曲线属性编辑器（见图 6.3）设置曲线属性。感兴趣的读者可以试 试。 二、坐标、刻度和分格线控制 图 6.1 plot 指令基本操作演示 1 图 6.2 plot 指令基本操作演示 2 32 1、坐标控制： 人工设置坐标范围的指令是： axis（V） 其中，设置二维坐标系范围时，取 V x1, x2, y1,y2；而设置三维坐标系 范围时，取 Vx1, x2, y1,y2,z1,z2。 V 中的元素必须满足条件：x1 set(gca,Xtick,0:9/9*pi,Ytick,0.7 0.8 0.9 max(y2) %设置刻度
8、 3、分格线 grid 是否画分格线的双向切换指令。 grid on 画出分格线。 grid off 不画出分格线。 不画分格线是 MATLAB 的缺省设置。分格线的疏 密取决于坐标刻度，如想改变分格线的疏密，必须先定 义坐标刻度。 4、坐标框 box 坐标形式在封闭式和开启式之间切换指令。 box on 使当前坐标呈封闭形式。 box off 使当前坐标呈开启形式。 其中封闭形式的坐标是 MATLAB 的缺省设置。 如在例 6.2 最后再加入如下两条指令，则绘图结果 见图 6.6。 （b） 坐标属性编辑器 （b）坐标属性编辑器 图 6.3 曲线属性编辑器 图 6.5 刻度设置结果 33 gr
9、id on 画出分格线 box off 坐标呈开启形式 三、图形标识 MATLAB 提供的图形标注的命令见表 6.4。 图 6.4 坐标轴属性编辑器 图 6.6 加入分格线、坐标呈开启形式 34 表 6.4 常用图形标注命令 命 令 含 义 title 给图形加标题 xlabel 给 x 轴加标记 ylabel 给 y 轴加标记 zlabel 给 z 轴加标记 text 在图形指定的位置上加文本字符串 gtext 在鼠标的位置上加文本字符串 legend 给图形加注解 下面利用例 6.3 来说明各种图形标注命令的调用格式。标注结果见图 6.7。 例 6.3 各种图形标注命令说明 x=-pi:0
10、.02*pi:pi; plot(x,cos(x),k-.,x,sin(x),b-) axis(-pi,pi,-1,1) xlabel(x=-pi to pi,FontSize,16) ylabel(My y-axis,FontSize,16) text(-pi/2,cos(pi/2),leftarrowcos(x)=0) title(例:图形标识命令使用) legend(余弦曲线,正弦曲线) 事实上，坐标、刻度、分格线、坐标框以及坐标轴的标注的设置都可以通过如图 6.4 所示的坐标轴属 性编辑器设置，详细的设置方法不多述了，用户可以自行在坐标属性编辑器中进行设置练习。 四、多次叠绘、双纵坐标和
11、多子图 1、多次叠绘 例 6.2 和 6.3 都说明了利用 plot 指令可以在一个图形窗口上同时绘制出多条曲线。实际工作中，常常 会碰到需要在已绘制了曲线的图形窗口中再绘制一些曲线。MATLAB 提供了下列指令： hold on：保持当前的图形不被刷新，允许在当前图 形状态下绘制其它图形，即在同一图形窗口中绘制 多幅曲线。 hold off：释放当前的图形，绘制的下一幅图形将作 为当前图形，即覆盖原来图形。 hold： 当前图形是否具备刷新功能的双向切换 开关。 例 6.4 在例 6.3 的程序最后加入下列几条指令，则 可在图 6.7 的基础上加入 y=cos(x).*sin(x)， 见图
12、6.8。 hold on y=cos(x).*sin(x); plot(x,y,r-) legend(余弦曲线,正弦曲线,cos(x)*sin(x) 2、双纵坐标图 MATLAB 提供的 plotyy 指令能够解决实际工作中常常遇到的另外一种需要。plotyy 指令允许用户将 图 6.7 例 6.3 绘制结果 图 6.8 多次叠绘结果 35 同一自变量的两个不同量纲、不同数量级的函数量的变化绘制在同一张图上。 plotyy 的基本指令包括： 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
13、不同纵轴将 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、右不同纵轴将 x1-y1,x2-y2 绘制成 FUN1，FUN2 指定的 不同形式的两条曲线。 需要注明的是 FUN，FUN1 和 FUN2 可以是 MATLAB 中所有接受 XY 数据对的二维绘图指令。 例 6.4 将系统 10 ( ) 1 s s = + 的幅频特性和相频特性绘制 在一张图中，见图 6.9。 x=0.01:0.002:100; y=20*log10(10./sqrt(1+x.*x); z=-atan(x)*57.3; plotyy(x,
14、y,x,z,semilogx) xlabel(Frequency) ylabel(Amplitute) gtext(Amplitute) gtext(Phase) ylabel(Phase) 3、多子图 MATLAB 允许用户在一个图形窗口中布置几幅独立的子图，其基本指令是 subplot(m,n,k) 或 subplot（mnk） 表示使（mn）幅子图中的第 k 幅成为当前图。 例 6.5 subplot 命令使用说明，绘 制结果见图 6.10。 t=0:pi/20:2*pi; x,y=meshgrid(t); subplot(221),plot(sin(t),cos(t) axis(-1
15、1 -1 1) z=sin(2*x)+cos(2*y); subplot(222),plot(t,z) axis(0 2*pi -2 2) z=sin(x).3.*cos(y); subplot(223),plot(t,z) axis(0 2*pi -1 1) z=(sin(x).3)-(cos(y).3); subplot(224),plot(t,z) axis(0 2*pi -1 1) 614 特殊二维绘图函数 在 MATLAB 中，用户可以方便地绘制一些特殊的二维图形。可以绘制的特殊二维图形及其命令见表 6.5。 图 6.10 例 6.5subplot 指令使用说明 图 6.9 例 6.4 显示结果 36 表 6.5 特殊二维绘图函数 指 令 含 义 指 令 含 义 bar 直方图 stairs 阶梯图 comet 建立彗星流动图 stem 离散杆图 errorbar 图形加上误差范围 fill 实心图 fplot 较精确的函数图形 feather 羽毛图 polar 极座标图 compass 罗盘图 hist 累计图 quiver 向量场图 rose 极座标累计图 pie 饼图 例 6.6 部分特殊二维绘图函数的应用举 例，绘制图形见图 6.11。 t=-1
