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Matlab建模画图程序 使用数学软件Matlab建模画图程序汇总

乐清sss   2021-12-15 我要评论
想了解使用数学软件Matlab建模画图程序汇总的相关内容吗,乐清sss在本文为您仔细讲解Matlab建模画图程序的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:Matlab建模画图程序汇总,Matlab建模画图程序,下面大家一起来学习吧。

1. 二维数据曲线图

1.1 绘制二维曲线的基本函数

1.plot()函数

plot函数用于绘制二维平面上的线性坐标曲线图,要提供一组x坐标和对应的y坐标,可以绘制分别以x和y为横、纵坐标的二维曲线。

例:

t=0:0.1:2*pi; 
x=2 * t; 
y=t.*sin(t).*sin(t); 
plot(x, y);

2.含多个输入参数的plot函数

plot函数可以包含若干组向量对,每一组可以绘制出一条曲线。含多个输入参数的plot函数调用格式为:plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)

例:

x=linspace(0,2*pi,100);
plot(x,sin(x),x,2*sin(x),x,3*sin(x))

3.含选项的plot函数

Matlab提供了一些绘图选项,用于确定所绘曲线的线型、颜色和数据点标记符号。这些选项如表所示:

线型 颜色 标记符号
-实线 b蓝色 .点 s方块
:虚线 g绿色 o圆圈 d菱形
.-点划线 r红色 x叉 v朝下三角符号
–双划线 c青色 +加号 ^朝上三角符号
m品红 *星号 <朝左三角符号
y黄色 > > 朝右三角符号 p 五角星
k黑色 h 六角星
w白色

例: 用不同的线型和颜色在同一坐标内绘制曲线 及其包络线。

x=(0:pi/100:2*pi)';
y1=2*exp(-0.5*x)*[1,-1];
y2=2*exp(-0.5*x).*sin(2*pi*x);
x1=(0:12)/2;
y3=2*exp(-0.5*x1).*sin(2*pi*x1);
plot(x,y1,'k:',x,y2,'b--',x1,y3,'rp');

在该plot函数中包含了3组绘图参数,第一组用黑色虚线画出两条包络线,第二组用蓝色双划线画出曲线y,第三组用红色五角星离散标出数据点。

例: 设置正弦曲线的线宽为 3,设置上三角形进行数据点的标记,并设置标记 点边缘为黑色,设置标记点填充颜色为红色,设置标记点的尺寸为 10,则 MATLAB 代码 如下:

% 横坐标轴 
x = linspace(0, 2*pi, 50); 
% 生成数据点,纵坐标轴 
y = 2 * sin(pi * x); 
% 绘图 
figure 
% 设置线的宽带为3 
plot(x, y, 'k--^', 'LineWidth', 3, ...     
    'MarkerEdgeColor', 'k', ...  %设置标记点的边缘颜色为黑色     
    'MarkerFaceColor', 'r', ...  %设置标记点的填充颜色为红色     
    'MarkerSize', 10)    %设置标记点的尺寸为10 

例: 利用五角星标记例两曲线的交叉点

% 横坐标轴 
x = linspace(0, 2*pi, 1000); 
% 生成数据点,纵坐标轴 
y1 = 0.2 * exp(-0.5 * x).* cos(4 * pi * x); 
y2 = 2 * exp(-0.5 * x) .* cos(pi * x); 
% 查找y1与y2相等点(近似相等)的下标 
k = find( abs(y1-y2) < 1e-2 );  
%取y1与y2相等点的x坐标 
x1 = x(k);  
% 求y1与y2值相等点的y坐标 
y3 = 0.2 * exp(-0.5 * x1) .* cos(4 * pi * x1);  
% 绘图 
figure 
plot(x, y1, 'r-.', x, y2, 'k:', x1, y3, 'bp','LineWidth',2); 

4.双纵坐标函数plotyy

在Matlab中,如果需要绘制出具有不同纵坐标标度的两个图形,可以使用plotyy函数,它能把具有不同量纲,不同数量级的两个函数绘制在同一个坐标中,有利于图形数据的对比分析。使用格式为:plotyy(x1,y1,x2,y2)

x1,y1对应一条曲线,x2,y2对应另一条曲线。横坐标的标度相同,纵坐标有两个,左边的对应x1,y1数据对,右边的对应x2,y2。

x=0:pi/100:2*pi; 
% 生成曲线 
y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x); 
y2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x); 
% 绘图 
figure 
plotyy(x,y1,x,y2); 
plot(x, y1, 'k-', x, y2, 'k-', 'LineWidth', 3) 

1.2 绘制图形的辅助操作

1.图形标注

title('图形名称')
xlabel('x轴说明')
ylabel('y轴说明')
text(x,y,'图形说明')
legend('图例1','图例2',…)
  • title、xlabel和ylabel函数分别用于说明图形和坐标轴的名称。
  • text函数是在坐标点(x,y)处添加图形说明。
  • legend函数用于绘制曲线所用线型、颜色或数据点标记图例,图例放置在空白处,用户还可以通过鼠标移动图例,将其放到所希望的位置。

除legend函数外,其他函数同样适用于三维图形,在三维中z坐标轴说明用zlabel函数。

例:绘制正弦和余弦曲线,设置图形的标题、x 轴和 y 轴的标注,设置曲线标准。

% 横轴 
x=0:pi/50:2*pi; 
% 曲线数据 
y1=sin(x);  
y2=cos(x); 
% 绘图 
figure 
plot(x, y1, 'k-', x, y2, 'k-.') 
% 文本标注 
text(pi, 0.05, '\leftarrow sin(\alpha)') 
text(pi/4-0.05, 0.05, 'cos(\alpha)\rightarrow') 
% 标题标注 
title('sin(\alpha) and cos(\alpha)') 
% 坐标轴标注 
xlabel('\alpha') 
ylabel('sin(\alpha) and cos(\alpha)') 

2. 坐标控制

axis([xmin xmax ymin ymax zmin zmax])

如果只给出前四个参数,则按照给出的x、y轴的最小值和最大值选择坐标系范围,绘制出合适的二维曲线。如果给出了全部参数,则绘制出三维图形。

axis函数的功能丰富,其常用的用法有:

axis equal:纵横坐标轴采用等长刻度

axis square:产生正方形坐标系(默认为矩形)

axis auto:使用默认设置

axis off:取消坐标轴

axis on:显示坐标轴

axis tight:按紧凑方式显示坐标轴范围,即坐标轴范围为绘图数据的范围

grid on/off:命令控制画还是不画网格线

例:观察曲线 y=cos(tan(πx))在 x=0.5 附近的图形曲线

% x轴 
x = 0:1/3000:1; 
% 生成误差曲线 
y = cos(tan(pi*x)); 
% 绘图 
figure 
% 分裂窗口为2*1个子窗口 
subplot(2,1,1) 
plot(x,y) 
title('\itcos(tan(\pix))') 
% 坐标轴调整 
subplot(2,1,2) 
plot(x,y) 
axis([0.4 0.6 -1 1]); 
title('复杂函数的局部透视') 

subplot(m,n,p)

该函数把当前窗口分成m×n个绘图区,m行,每行n个绘图区,区号按行优先编号。其中第p个区为当前活动区。每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。

1.3 绘制二维图形的其他函数

1.对数坐标图

在实际应用中,经常用到对数坐标,Matlab提供了绘制对数和半对数坐标曲线的函数,其调用格式为:

semilogx(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)
semilogy(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)
loglog(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…)

这些函数中选项的定义和plot函数完全一样,所不同的是坐标轴的选取。

semilogx函数使用半对数坐标,x轴为常用对数刻度,而y轴仍保持线性刻度。semilogy恰好和semilogx相反。

loglog函数使用全对数坐标,x、y轴均采用对数刻度。

例:绘制函数 y=ex

% x轴 
x=0:0.5:5; 
% y轴 
y = exp(x); 
% 绘图 
figure 
% 笛卡尔坐标系 
subplot(4, 1, 1) 
plot(x, y, 'r-.') 
title('笛卡尔坐标系') 
% 半对数坐标系 
subplot(4, 1, 2) 
semilogx(x, y, 'g:') 
title('x轴为对数坐标系') 
subplot(4, 1, 3) 
semilogy(x, y, 'b-') 
title('y轴为对数坐标系') 
% 对数坐标系 
subplot(4, 1, 4) 
loglog(x, y, 'k:','LineWidth',4) 
title('对数坐标系')

2. 饼图

- pie(x):绘制数据 x 的饼图,x 可以是向量或者矩阵,x 中的每一个元素将代表饼图的一个扇区,同时饼图中显示各元素总和的比例。

- pie(x, explode):绘制数据 x 的饼图,其中参数 explode 可以用来设置饼图中某个重要的扇区进行抽取式重点显示,这里需要注意的是,explode 向量的长度与 x 中的元素个数相等,并与 x 中的元素意义对应,explode 元素为非零值,对应的元素扇区将从饼图中分离显示,通常非零值都设置为 1。

- pie(x, labels):绘制数据 x 的饼图,其中参数 labels 可以用来设置饼图中各个扇区的显示标注,注意参数 labels 应该为字符串或者数字利用向量 X中的数据描绘饼图

例:有一位研究生,在一年中平均每月的费用为生活费 190 元,资料费 33 元, 电话费 45 元,购买衣服 42 元,其他费用 45 元。请以饼图表示出他每月的消费比例,并在 饼图中分离出使用最多的费用和使用最少的费用的切片。

% 数据准备 
x=[190 33 45 42 45]; 
% 分离显示设置 
explode=[1 1 0 0 0]; 
% 绘图 
figure() 
colormap hsv 
pie(x,explode,{'生活费','资料费','电话费','购买衣服','其他费用'}) 
title('饼图') 

3. 条形图

看例子:

%随机函数产生5*3的数组,对产生的数据取整 
Y = round(rand(5,3)*10);  
% 绘图 
subplot(2,2,1) 
bar(Y,'group') 
title 'Group' 
%堆型二维垂直条形图 
subplot(2,2,2) 
bar(Y,'stack') 
title('Stack') 
%堆型二维水平条形图 
subplot(2,2,3) 
barh(Y,'stack') 
title('Stack') 
%设定条形的宽度为1.5 
subplot(2,2,4) 
bar(Y,1.5) 
title('Width = 1.5') 

例:有一位研究生,在一年中平均每月的费用为生活费 190 元,资料费 33 元, 电话费 45 元,购买衣服 42 元,其他费用 45 元。请以柱状图表示出他每月的消费比例。 MATLAB 代码如下:

% 数据准备 
y=[190 33 45 42 45]; 
x=1:5 ;
% 绘图 
figure 
bar(x,y) 
title('柱状图'); 
set(gca,'xTicklabel',{'生活费','资料费','电话费','购买衣服','其他费用'}) 

4. 排列图

排列图又称累托(Pareto)图,由一 个横坐标、两个纵坐标、多个按高低顺序 排列的条形和一条折线组成。其中,横坐 标表示各因素,左纵坐标表示频数,右纵 坐标表示频率,折线表示累积的频率。该 图能较好地分析各因素的重要性,可用于 寻找主要问题或主要原因。在MATLAB 中 pareto()函数用于绘制排列图,其调用格式如下:

pareto(y):绘制数据y的排列图。y值的大小用排列图条形的高度表示。pareto(y,x):绘制数据y的排列图。当x为数值时,用于指定数值型的横坐标。当 x 为字符串时,用于指定字符串型的横坐标。

Y=[100 98 97 90 90]; 
names={'第1名' '第2名' '第3名' '第4名' '第5名'}; 
pareto(Y,names) 

2. 三维图形

2.1 绘制三维曲线

1.用plot3()函数画三维曲线

最基本的三维图形函数为plot3,它将二维绘图函数plot的有关功能扩展到三维空间,可以用来绘制三维曲线。其调用格式为:

plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,…)

其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数,选项的定义和plot的选项一样。当x,y,z是同维向量时,则x,y,z对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时,则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线,曲线条数等于矩阵的列数。

例:

t=0:pi/50:2*pi;
x=8*cos(t);
y=4*sqrt(2)*sin(t);
z=-4*sqrt(2)*sin(t);
plot3(x,y,z,'p');
title('Line in 3-D Space');
text(0,0,0,'origin');
xlabel('X');ylabel('Y');zlabel('Z');grid;

2. 三维网格图的绘制

在 MATLAB 中,进行三维图形绘制时,常常需要首先创建三维网格,也就是先创建 平面图的坐标系。在 MATLAB 中,常用 meshgrid()函数生成网格数据,其调用格式如下。

[X,Y]=meshgrid(x,y):用于生成向量 x 和 y 的网格数据,即变换为矩阵数据 X 和 Y, 矩阵 X 中的行向量为向量 x,矩阵 Y 的列向量为向量 y。[X,Y]=meshgrid(x):生成向量 x 的网格数据,函数等同[X,Y]=meshgrid(x,x)

[X,Y,Z]=meshgrid(x,y,z) :生成向量 x、y、z 的三维网格数据,生成的数据 X 和 Y 可分别表示三维绘图中的 x 和 y 坐标。

三维网格图形是指在三维空间内连接相邻的数据点,形成网格。在MATLAB中绘制三维网格图的函数主要有mesh()函数、meshc()函数和meshz()函数。其中,mesh()函数最常 用,其调用格式如下:

mesh(x,y,z):绘制三维网格图,x、y、z 分别表示三维网格图形在 x 轴、y 轴和 z 轴 的坐标,图形的颜色由矩阵 z 决定。

mesh(Z):绘制三维网格图,分别以矩阵 Z 的列下标、行下标作为三维网格图的 x 轴、y 轴的坐标,图形的颜色由矩阵 Z 决定。

mesh(...,C):输入参数C用于控制绘制的三维网格图的颜色。mesh(...,'PropertyName',PropertyValue,...):设置三维网格图的指定属性的属性值。

函数 meshc()可绘制带有等值线的三维网格图,其调用格式与函数 mesh()基本相同, 但函数 meshc()不支持对图形网格线或等高线指定属性的设置。

函数 meshz()可绘制带有图形底边的三维网格图,其调用格式与函数 mesh()基本相同, 但函数 meshz()不支持对图形网格线指定属性的设置。

另外,函数ezmesh()ezmeshc()ezmeshz()可根据函数表达式直接绘制相应的三维网格图。

由于网格线是不透明的,绘制的三维网格图有时只能显示前面的图形部分,而后面的 部分可能被网格线遮住了,没有显示出来。 MATLAB中提供了命令 hidden 用于观察图形后面隐藏的网格,hidden 命令的调用格式如下:

hidden on:设置网格隐藏部分不可见,默认情况下为此状态。

hidden off:设置网格的隐藏部分可见。

hidden:该命令用于切换网格的隐藏部分是否可见。

例:绘制简单的三维网格图

% 数据准备 
t=0:pi/10:pi; 
x=sin(t); 
y=cos(t);  
[X,Y]=meshgrid(x,y); 
z =X + Y;    
% 绘图 
figure 
mesh (z,'FaceColor','W','EdgeColor','K')
grid 
title('三维网格图'); 

2.2 三维表面图的绘制

三维表面图也可以用来表示三维空间内数据的变化规律,与之前讲述的三维网络图的 不同之处在于对网格的区域填充了不同的色彩。在 MATLAB 中绘制三维表面图的函数为 surf()函数,其调用格式如下:

surf(Z):绘制数据 Z 的三维表面图,分别以矩阵 Z 的列下标、行下标作为三维网格图的 x 轴、y 轴的坐标,图形的颜色由矩阵 Z 决定。

surf(X, Y, Z):绘制三维表面图,X、Y、Z 分别表示三维网格图形在 x 轴、y 轴和 z 轴的坐标,图形的颜色由矩阵 Z 决定。

surf(X, Y, Z, C):绘制三维表面图,输入参数 C 用于控制绘制的三维表面图的颜色。

surf(..., 'PropertyName', PropertyValue):绘制三维表面图,设置相应属性的属性值。

函数 surfc()用于绘制带等值线的三维表面图,其调用格式同函数 surf()基本相同,函数 surfl()可用于绘制带光照模式的三维表面图,与函数 surf()surfc()不同的调用格式如下:

surfl(...,'light'):以光照对象 light 生成一个带颜色、带光照的曲面。surfl(...,'cdata'):输入参数 cdata 设置曲面颜色数据,使曲面成为可反光的曲面。

surfl(...,s):输入参数 s 为一个二维向量[azimuth,elevation],或者三维向量[x,y,z],用于指定光源方向,默认情况下光源方位从当前视角开始,逆时针 45°。

例:简单对 surf()函数进行举例

% 数据准备 
xi=-10:0.5:10; 
yi=-10:0.5:10; 
[x,y]=meshgrid(xi,yi); 
z=sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2); 
% 绘图 
surf(x,y,z) 

2.3 三维切片图的绘制

在MATLAB中slice()函数用于绘制三维切片图。三维切片图可形象地称为“四维图”,可以在三维空间内表达第四维的信息,用颜色来标识第四维数据的大小。slice()函数的调用格式如下:

slice(v, sx, sy, sz):输入参数 v 为三维矩阵(阶数为 m x n x p),x、y、z 轴默认状态下分别为 1:m、1:n、1:p,数据 v 用于指定第四维的大小,在切片图上显示为不同的颜色,输入参数 sx、sy、sz 分别用于指定切片图在 x、y、z 轴所切的位置。

slice(x ,y, z, v, sx, sy, sz):输入参数 x、y、z用于指定绘制的三维切片图的 x、y、z轴。

slice(...,'method'):输入参数method用于指定切片图绘制时的内插值法,'method' 可以设置的参数有:'linear'(三次线性内插值法,默认)、'cubic'(三次立方内插 值法)、'nearest'(最近点内插值法)。

例:观察函数在-2≤x≤2、-2≤y≤2、-2≤z≤2 上的体积情况

% 数据准备 
xi=-10:0.5:10; 
yi=-10:0.5:10; 
[x,y]=meshgrid(xi,yi); 
z=sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2); 
[x,y,z] = meshgrid(-2:.2:2, -2:.25:2, -2:.16:2); 
v = x.*exp(-x.^2-y.^2-z.^2); 
xslice = [-1.2,.8,2]; 
yslice = 2; 
zslice = [-2,0]; 
% 绘图 
slice(x,y,z,v,xslice,yslice,zslice) 

以上所述是小编给大家介绍的使用数学软件Matlab建模画图程序汇总,希望对大家有所帮助。在此也非常感谢大家对网站的支持!


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