MATLAB图形显示和GUI设计

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1、第第 4 章章 MATLAB 计算的可视化和计算的可视化和 GUI 设计设计MATLAB 具有非常强大的二维和三维绘图功能，尤其擅长于各种科学运算结果的可视 化。4.1 二维曲线的绘制4.1.1 基本绘图命令基本绘图命令 plot1. plot(x) 绘制绘制 x 向量曲线向量曲线 plot 命令是 MATLAB 中最简单而且使用最广泛的一个绘图命令，用来绘制二维曲线。语法：语法：plot(x) %绘制以 x 为纵坐标的二维曲线plot(x,y) %绘制以 x 为横坐标 y 为纵坐标的二维曲线 说明：x 和 y 可以是向量或矩阵。【例例 4.1】用 plot(x)命令画直线，如图 4.1 所示

2、。x1=1 2 3 x1 =1 2 3 plot(x1) x2=0 1 0 x2 =0 1 0 图图 4.1 (a) x1 曲线曲线 (b) x2 曲线曲线plot(x2) 2. plot(x,y) 绘制向量绘制向量 x 和和 y 的曲线的曲线 【例例 4.2】绘制正弦曲线 y=sin(x)和方波曲线，如图 4.2 所示。x1=0:0.1:2*pi;y1=sin(x1); %y1 为为 x1 的正弦函数的正弦函数plot(x1,y1);x2=0 1 1 2 2 3 ;y2=1 1 0 0 1 1 ;plot(x2,y2);axis(0 4 0 2) %将坐标轴范围设定为将坐标轴范围设定为 0-

3、4 和和 0-2 3. plot(x) 绘制矩阵绘制矩阵 x 的曲线的曲线 【例例 4.3】矩阵图形的绘制，如图 4.3 所示。x1=1 2 3;4 5 6;plot(x1);x2=peaks; %产生一个产生一个 49*49 的矩阵的矩阵plot(x2); 程序分析：a 图中有三条曲线而不是两条曲线，因为矩阵 x1 有三列，每列向量画一条 曲线；b 图为由 peaks 函数生成的一个 4949 的二维矩阵，因此产生 49 条曲线。4. plot(x,y)绘制混合式曲线绘制混合式曲线图图 4.2 (a) 正弦曲线正弦曲线 (b) 方波曲线方波曲线图图 4.3 (a) x1 曲线曲线 (b) x

4、2 曲线曲线当 plot(x,y)命令中的参数 x 和 y 是向量或矩阵时，分别有以下几种情况： 如果 x 是向量，而 y 是矩阵，则 x 的长度与矩阵 y 的行数或列数必须相等，如果 x 的长度与 y 的行数相等，则向量 x 与矩阵 y 的每列向量对应画一条曲线；如果 x 的长度与 y 的列数相等，向量 x 与 y 的每行向量画一条曲线，如果 y 是方阵，则 x 和 y 的行数和列 数都相等，将向量 x 与矩阵 y 的每列向量画一条曲线； 如果 x 是矩阵，而 y 是向量，则 y 的长度必须等于 x 的行数或列数，绘制的方法与 前一种相似； 如果 x 和 y 都是矩阵，则大小必须相同，矩阵

5、x 的每列和 y 的每列画一条曲线。 【例例 4.4】混合式图形的绘制，如图 4.4 所示。x1=1 2 3;y1=1 2 3;4 5 6 y1 =1 2 34 5 6 plot(x1,y1) %每行一条曲线每行一条曲线 y2=1 2 ;3 4; 5 6 y2 =1 23 45 6 plot(x1,y2) %每列一条曲线每列一条曲线plot(y1,x1)plot(y2,x1) x2=1 1 1;2 2 2 x2 =1 1 12 2 2 plot(x2,y1) %按列与列对应的方式按列与列对应的方式 5. plot(z)绘制复向量曲线绘制复向量曲线 【例例 4.4 续续】下面的程序画出的曲线和图

6、 4.4(e)中的相同。图图 4.4 (a) (x1,y1)曲线曲线 (b) (x2,y1)曲线曲线图图 4.4 ( c) (y1,x1)曲线曲线 (d) (y2,x1)曲线曲线图图 4.4 (e) (x2,y1)曲线曲线z1=x2+i*y1 z1 =1.0000 + 1.0000i 1.0000 + 2.0000i 1.0000 + 3.0000i2.0000 + 4.0000i 2.0000 + 5.0000i 2.0000 + 6.0000i plot(z1) %以实部为横坐标，虚部为纵坐标以实部为横坐标，虚部为纵坐标 6. plot(x1,y1,x2,y2,)绘制多条曲线绘制多条曲线

7、plot 命令还可以同时绘制多条曲线，用多个矩阵对为参数，MATLAB 自动以不同的颜 色绘制不同曲线。每一对矩阵(xi,yi)均按照前面的方式解释，不同的矩阵对之间，其维数可 以不同。 【例例 4.5】绘制三条曲线，如图 4.5 所示。x=0:0.1:2*pi;plot(x,sin(x),x,cos(x),x,sin(3*x) %画三条曲线画三条曲线 4.1.2 绘制曲线的一般步骤绘制曲线的一般步骤表 4.1 为绘制二维、三维图形一般步骤的归纳。表表 4.1 绘制二维、三维图形的一般步骤绘制二维、三维图形的一般步骤步骤步骤内容内容 1曲线数据准备： 对于二维曲线，横坐标和纵坐标数据变量； 对

8、于三维曲面，矩阵参变量和对应的函数值。2 指定图形窗口和子图位置： 默认时，打开 Figure No.1 窗口或当前窗口、当前子图； 也可以打开指定的图形窗口和子图。 3设置曲线的绘制方式： 线型、色彩、数据点形。 4 设置坐标轴： 坐标的范围、刻度和坐标分格线 5 图形注释： 图名、坐标名、图例、文字说明 6 着色、明暗、灯光、材质处理(仅对三维图形使用) 7视点、三度(横、纵、高)比(仅对三维图形使用) 8图形的精细修饰(图形句柄操作)：图图 4.5 三条曲线三条曲线利用对象属性值设置； 利用图形窗工具条进行设置。说明： 步骤 1 和 3 是最基本的绘图步骤，如果利用 MATLAB 的默认

9、设置通常只需要这两 个基本步骤就可以基本绘制出图形，而其他步骤并不完全必需。 步骤 2 一般在图形较多的情况下，需要指定图形窗口、子图时使用。 除了步骤 1、2、3 的其他步骤用户可以根据自己需要改变前后次序。4.1.3 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 如果需要多个图形窗口同时打开时，可以使用 figure 语句。 语法：语法：figure(n) %产生新图形窗口 说明：如果该窗口不存在，则产生新图形窗口并设置为当前图形窗口，该窗口名为“Figure No.n”，而不关闭其它窗口。2. 同一窗口多个子图同一窗口多个子图 如果需要在同一个图形窗口中布置几幅独立

10、的子图，可以在 plot 命令前加上 subplot 命 令来将一个图形窗口划分为多个区域，每个区域一幅子图。 语法：语法： subplot(m,n,k)%使(mn)幅子图中的第 k 幅成为当前图 说明：将图形窗口划分为 mn 幅子图，k 是当前子图的编号，“,”可以省略。子图 的序号编排原则是：左上方为第 1 幅，先向右后向下依次排列，子图彼此之间独立。 【例例 4.6】用 subplot 命令画四个子图，如图 4.6 所示。x=0:0.1:2*pi;subplot(2,2,1) %分割为分割为 2*2 个子图，左上方为当前图个子图，左上方为当前图plot(x,sin(x)subplot(2

11、,2,2) %右上方为当前图右上方为当前图plot(x,cos(x)subplot(2,2,3) %左下方为当前图左下方为当前图plot(x,sin(3*x)subplot(224) %右下方为当前图，省略逗号右下方为当前图，省略逗号plot(x,cos(3*x) 如果在使用绘图命令之后，想清除图形窗口画其它图形，应使用“clf”命令清图形窗。clf %清除子图3. 同一窗口多次叠绘同一窗口多次叠绘 为了在一个坐标系中增加新的图形对象，可以用“hold”命令来保留原图形对象。 语法：语法：hold on %使当前坐标系和图形保留hold off %使当前坐标系和图形不保留hold %在以上两个

12、命令中切换 说明：在设置了“hold on”后，如果画多个图形对象，则在生成新的图形时保留当前 坐标系中已存在的图形对象，MATLAB 会根据新图形的大小，重新改变坐标系的比例。 【例例 4.7】在同一窗口画出函数 sinx 在区间0 2的曲线和 cosx 在区间- 的曲线， 如图 4.7(a)所示。x1=0:0.1:2*pi;plot(x1,sin(x1)hold onx2=-pi:.1:pi;plot(x2,cos(x2) 程序分析：坐标系的范围由 02转变为-2。4. 双纵坐标图双纵坐标图 语法：语法：plotyy(x1,y1,x2,y2)%以左、右不同纵轴绘制两条曲线 说明：左纵轴用于

13、(x1,y1)数据，右纵轴用于(x2,y2)数据来绘制两条曲线。坐标轴的范 围、刻度都自动产生。 【例例 4.7 续续】用 plotyy 函数实现在同一图形窗口绘制两条曲线，如图 4.7(b)所示。plotyy(x1,sin(x1),x2,cos(x2) 图图 4.6 四个子图四个子图程序分析：plotyy 函数用不同颜色绘制两条曲线，左右两边使用两个纵坐标轴，横坐 标从-2。4.1.4 曲线的线型、颜色和数据点形曲线的线型、颜色和数据点形plot 命令还可以设置曲线的线段类型、颜色和数据点形等，如表 4.2 所示。 表表 4.2 线段、颜色与数据点形线段、颜色与数据点形颜色颜色数据点间连线数

14、据点间连线数据点形数据点形 类型类型符号符号类型类型符号符号类型类型符号符号 黄色 品红色(紫色) 青色 红色 绿色 蓝色 白色 黑色y(Yellow) m(Magenta) c(Cyan) r(Red) g(Green) b(Blue) w(White) k(Black)实线(默认) 点线 点划线 虚线- : -. -实点标记 圆圈标记 叉号形 十字形 星号标记 方块标记 钻石形标记 向下的三角形标记 向上的三角形标记 向左的三角形标记 向右的三角形标记 五角星标记 六连形标记. o x + * s d v p h语法：语法：plot(x,y,s) 说明：x 为横坐标矩阵，y 为纵坐标矩阵，

15、s 为类型说明字符串参数；s 字符串可以是 线段类型、颜色和数据点形三种类型的符号之一，也可以是三种类型符号的组合。 【例例 4.8】用不同线段类型、颜色和数据点形画出 sinx 和 cosx 曲线，如图 4.8 所示。x=0:0.1:2*pi;plot(x,sin(x),r-.) %用红色点划线画出曲线用红色点划线画出曲线hold onplot(x,cos(x),b:o) %用蓝色圆圈画出曲线，用点线连接用蓝色圆圈画出曲线，用点线连接 图图 4.7 (a) 用用 hold on 在同一窗口画出两条曲线在同一窗口画出两条曲线 (b) 用用 plotyy 在同一窗口画出两条曲线在同一窗口画出两条曲线4.1.5 设置坐标轴和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 用坐标控制命令 axis 来控制坐标轴的特性，表 4.3 列出其常用控制命令。表表 4.3 常用的坐标控制命令常用的坐标控制命