MATLAB绘图总结

haidaowang

4 D. \# U( g1 t; Y( p# c/ j
; R! w( B' `9 k; `, d8 T# A( q目录

• 一些常用的MATLAB绘图方法
• 二维图像绘制
  ! k, u  W3 S8 X2 f

             plot和fplot
# ^; d# l% R# U4 ~, z  f             对数坐标图
( Z, }3 T3 e* u3 z6 A' ~% L             极坐标图
             条形图
             直方图
             面积图
3 Q& D% O. [9 q             散点图
' y8 m3 ^6 [. |) ]" `, {             矢量图
             双坐标轴
2 ~4 K" {# W) F8 w

• 三维作图
  ( _3 R# e1 h: u' T" M

             三维曲面
$ V1 q- ~  U+ l# h& O* C             热力图
& B3 ?3 W0 m* ~2 C8 v5 D

• 图形修饰
  

             基本绘图指令
$ ?5 `% F& B  A) h7 E# E2 w             图形标注
             图形窗口处理
# g: ~* a6 k0 E, X/ [' u- ]  E, Y             色彩处理

• 总结
  1 Z. U9 s; O0 v4 ]

2 ?! Q7 {6 \3 e5 u$ E
一些常用的MATLAB绘图方法
总结一下一些常用的MATLAB的绘图函数和参数设置，增强结果的可视化程度。
4 I# [7 {9 F0 l% f: E4 b

- D. }/ A$ p5 m2 Y1 M二维图像绘制

二维图像是在不同的平面坐标上将数据点连接起来的平面图像。常用的平面坐标有，直角坐标、极坐标、对数坐标等，MATLAB有很多常用的指令来绘制不同的二维图像。
. F& s7 u! g; ?. E5 F8 O
7 s7 X3 }1 N- m5 }: U9 h& d1 d, I
: G9 L+ X6 W" _* K& Lplot和fplot
% u' L, Z& {: T9 V1 v
MATLAB中最常用的两个二维函数绘制函数plot()和fplot()
4 I0 O* Y& R* i
( a8 Y6 Z& W% v% tplot - 二维线图
此 MATLAB 函数 创建 Y 中数据对 X 中对应值的二维线图。 如果 X 和 Y 都是向量，则它们的长度必须相同。plot 函数绘制 Y 对 X 的图。
8 y- i, P4 r% [6 T如果 X 和 Y 均为矩阵，则它们的大小必须相同。plot 函数绘制 Y 的列对 X 的列的图。
如果 X 或 Y中的一个是向量而另一个是矩阵，则矩阵的各维中必须有一维与向量的长度相等.
* H! y- g4 s0 E7 R' j2 \9 f; @如果矩阵的行数等于向量长度，则 plot函数绘制矩阵中的每一列对向量的图。
如果矩阵的列数等于向量长度，则该函数绘制矩阵中的每一行对向量的图。如果矩阵为方阵，则该函数绘制每一列对向量的图。 如果 X 或Y 之一为标量，而另一个为标量或向量，则 plot 函数会绘制离散点。但是，要查看这些点，您必须指定标记符号，例如 plot(X,Y,‘o’)。


fplot - 绘制表达式或函数
此 MATLAB 函数 在默认区间 [-5 5]（对于 x）绘制由函数 y = f(x) 定义的曲线。
2 U! U6 }# O% F% Q
$ D1 A% w. x/ i- w2 ^6 ~: d5 q3 {
例：绘制 y = 2 x ⋅ sin ⁡ ( x ) y = 2x·\sin(x) y=2x⋅sin(x)的函数图像，MATLAB程序如下：

& P2 L# ]% }6 j

• x=[-5:0.01:5];
• y=2*x.*sin(x);
• a=plot(x,y)%绘制函数并获得其句柄
  

" i9 U" ]! O( _

• x=[-5:0.01:5];
• y=@(x) 2*x.*sin(x);
• fplot(y)
  

7 @/ T+ h0 p5 q# o) @结果如下：
% _- ^! b, B- j! s# f, k) n% U
3 W& a9 Q' }/ B% i3 D. Y
上述只是plot()和fplot() 的简单使用。为使绘制出的图像更具有自明性，我们还需要对图像进行调整。
8 A9 N, o  n* H4 B6 }4 C; W
9 r& }3 U' w8 L, D0 K: [

• hold on %保持图像
• grid on %增加网格
• xlabel('x'); %x轴
• ylabel('y'); %y轴
• title('y=2xsin(x)'); %标题
• legend('y=2xsin(x)'); %图例
• a.Color='r'; %曲线颜色设置
  ; l- _) \7 d( m

结果如下：
2 T0 W/ Z( v7 y& c


) W) l" Y! Z. a$ \可见图像的自明性有很大提升，此外下表列出了曲线线性、颜色、数据点等参数属性
5 D3 j/ m& b- t5 b



对数坐标图

& C1 D( @9 B9 e% T/ U

• semilogx(x1,y1,'参数',x2,y2,'参数'...)
• semilogy(x1,y1,'参数,x2,y2','参数'...)
• loglog(x1,y1,'参数',x2,y2,'参数'...)
  

8 e* \  y/ V4 g7 s; Nsemilogx 函数x轴为对数刻度，y轴为线性刻度；semilofy 函数 x轴为线性刻度；loglog函数x轴，y轴均为对数刻度。


极坐标图
5 h( ]; \, p' m
# U9 M0 R# j5 L9 i% |

• polar(theta,rho,'参数')
  

9 E7 J9 B( |; V( N7 T3 v4 M( e1 W

* @9 y2 @, B0 E# d! N& j! }theta为极角，rho为极径，参数内容与plot相同。


# S6 c6 |2 w- E' U  z; n9 x( y
条形图

• bar(y,style)
• bar(x,y,style)
  

4 {1 i* ^4 |( L. P7 w/ U' }: S此 MATLAB 函数 创建一个条形图，y 中的每个元素对应一个条形。如果 y 是 m×n 矩阵，则 bar 创建每组包含 n 个条形的 m 个组。
9 j1 Z* D2 i% |8 S6 x7 K6 H) S) [style 用于指定分组排列模式，模式有grouped（簇状分组）和stacked（堆积分组）两种。
+ m: }* [; @# a" i
7 s; t' g( x. k例

• x = [2018,2019,2020];
• y = [10,20,30,40,50;10,20,30,40,50;10,20,30,40,50];
• subplot(1,2,1);%图形窗口分隔，下文会讲解其使用
• bar(x,y,'grouped')
• subplot(1,2,2);
• bar(x,y,'stacked')
  

, Z+ _) v3 ]7 u1 E3 K
结果如下：

5 b- Z6 r& w/ t$ C- A: t) c
( U5 m. t9 L. V0 z' ?$ K
直方图
7 P4 r- Y# `+ j; P

• hist(y)
• hist(y,x)
  6 B% D+ X/ j" R4 P0 _

( V- ]8 d/ q9 p$ n, ]% M
% c4 }0 S- i- k7 Y6 O% B5 i5 _其中，y是要统计的数据，x用于指定区间的划分方式。若x是标量，则统计区间均分成x个小区间；若x是向量，则向量x中的每一个数指定分组中心值，元素的个数为数据分组数。x缺省时，默认按10个等分区间进行统计。

' J2 z; S# U/ x: y7 x. B/ p

• rose(theta[],x)
  

7 B  |, }5 y& P1 k) B6 }: `其中，参数theta用于确定每一区间与原点的角度，选项x用于指定区间的划分方式。
! r: H* ?/ M, d( a: E

) w/ X6 S: H6 T7 y面积图
# a% S1 }' \$ B8 @* o  T: S2 w

• score = [10,25,3,18,41];
• ex = [0,0,0,0,1];%1的位置对应的那块原理圆心
• pie(score,ex);
  & O8 `, h6 U$ c

结果如下：
3 O. P/ s4 k8 N  Y
+ S. W$ \5 w! L4 m# P
  e/ A2 i4 D9 m# d
pie(X,explode,labels)
此 MATLAB 函数使用 X 中的数据绘制饼图。饼图的每个扇区代表 X 中的一个元素。

5 {, v0 A' y0 g) l
散点图
3 i+ z5 _& D  q5 f* f
0 {  f" E% m* Cscatter(x,y,sz,‘filled’)
0 x2 U, r. h, L! t! I, K6 M% \9 \此 MATLAB 函数 在向量 x 和 y 指定的位置创建一个包含圆形的散点图。该类型的图形也称为气泡图。


sz用于指定线性、颜色、数据点标记。‘filled’用于指定数据点填充，若省略则默认是空心点。
0 L, X% t4 e$ S% w( {8 Z7 l例：画一个爱心，组成爱心的点是五角星
) W# {, i6 J0 Z+ C" V& v9 F

• t = 0:pi/50:2*pi;
• x = 16*sin(t).^3;
• y = 13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t);
• scatter(x,y,'rp','filled');
  " G, ~& \1 ^. m2 R; [& N

结果如下：
1 [8 |  |5 H4 \9 y- h- d# X  N7 ]


矢量图

% b- M- Z1 N# c" _quiver - 箭头图或速度图
quiver(x,y,u,v,LineSpec,‘filled’)
: P1 I+ k2 `* W2 \2 n9 a此 MATLAB 函数 在 x 和 y 中每个对应元素对组所指定的坐标处将向量绘制为箭头。矩阵 x、y、u 和 v必须大小相同并包含对应的位置和速度分量。但是，如下节所述，x 和 y还可以是向量。默认情况下，箭头缩放到刚好不重叠，但您可以根据需要将箭头缩放的长一些或短一些。
8 ?. @  R* X! R2 S1 d. C
1 p2 U2 L8 ^# C: d  x
6 Q3 Y7 Z8 [3 }# f% E[x,y]为起点坐标，[u,v]为重点坐标。LinSpec设置线性、颜色。
例：
% B$ N$ u( [" C1 o
! J% a$ z8 X, M$ P/ g$ o9 T2 j( E

• %已知向量A、B，求A+B，并用矢量图表示。
• A = [4,5]; B = [-10,0]; C = A+B;
• hold on
• quiver(0,0,A(1),A(2),'-b');
• quiver(0,0,B(1),B(2),'--black');
• quiver(0,0,C(1),C(2),'-.g');
• text(A(1),A(2),'A');text(B(1),B(2),'B');text(C(1),C(2),'C');
• axis([-12,6,-1,6]);
• grid on
  

结果如下：
2 ]& j% R4 q$ p- M3 D! c+ A


% E/ F/ J& a/ f- l! h. c1 d
双坐标轴
+ J* e! X: m8 G! H( E4 H! l
+ o# Y9 E. q1 ~4 I% F: o& ~' Qplotyy - 创建具有两个 y 轴的图形
. e6 e5 ?5 l$ L6 j# a' P此 MATLAB 函数 绘制 Y1 对 X1 的图，在左侧显示 y 轴标签，并同时绘制 Y2 对 X2 的图，在右侧显示 y 轴标签。
1 A( ^, T0 r, i/ |6 `plotyy(X1,Y1,X2,Y2,‘function1’,‘function2’)
  Q/ C3 \) }) Z" c+ ^
: B% g' }8 {; c6 S例：
( k, \0 ~! z1 ]

• clear;clc;
• x        =         [0:0.01:20];
• y1        =        200*exp(-0.05*x).*sin(x);
• y2        =        0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x);
• plotyy(x,y1,x,y2);
• legend('y1=200*exp(-0.05*x).*sin(x)','y2=0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x)');
  

  M: }/ l7 D8 d; O+ ]% C) ^# `: j结果如下：
2 h1 L5 z4 H# K, ~( R

) a( C7 B5 ~: \5 C
三维作图
- ]: `2 j4 ^- N
1 m. b- F% V4 o' R) }上文讲到了许多常用的二维图像绘制的函数和方法。下面我们将介绍一些常用的MATLAB三维图像绘制函数。
' U  {, R) r8 o+ c2 [2 B
/ R/ g, y- p, U4 s) ?* X## plot3和fplot3 >plot3 - 三维点或线图 >plot3(X1,Y1,Z1,LineSpec1,...,Xn,Yn,Zn,LineSpecn) >此 MATLAB 函数 绘制三维空间中的坐标。 要绘制由线段连接的一组坐标，请将 X、Y、Z 指定为相同长度的向量。 要在同一组坐标轴上绘制多组坐标，请将X、Y 或 Z 中的至少一个指定为矩阵，其他指定为向量。
例：绘制空间螺旋线图像，其参数方程为
0 O8 ~6 R/ Z2 Z* ix = sin ⁡ ( t ) + t cos ⁡ ( t ) ; y = cos ⁡ ( t ) − t sin ⁡ ( t ) ; z = t ; x=\sin(t)+t\cos(t);y=\cos(t)-t\sin(t);z=t; x=sin(t)+tcos(t);y=cos(t)−tsin(t);z=t;
/ {+ Q/ X+ S6 O" U7 }! d' A0 O+ ^
- S2 C) E/ w! I0 R4 g5 S1 B5 x

• t = [0:0.1:10*pi];
• x = sin(t)+t.*cos(t);
• y = cos(t)-t.*sin(t);
• z = t;
• plot3(x,y,z);
  

结果如下：




4 L# S$ K; G8 W- C其使用与plot很想，也可以使用plot的参数改变空间曲线的线性、颜色、点标识。同时为增加图像的自明性，也可以对图像加上轴标签，标题，图例等。

& J  A% D6 c+ `" W2 U7 c
4 c! i& x. B4 |4 B! }- n3 V/ Zfplot3 - 三维参数化曲线绘图函数
fplot3(funx,funy,funz,tinterval,LineSpec)
此 MATLAB 函数 在默认区间 [-5,5]（对于 t）绘制由 x = funx(t)、y = funy(t) 和 z = funz(t)定义的参数化曲线。


其使用与fplot基本一致。
  ], f+ k& ]; w5 O

% l5 A, j0 t# M  V1 e三维曲面

# f" j( a7 e& x, A6 d+ G3 `! y  E: Q绘制三维曲面的一些函数

2 c4 A6 a1 t; K, o- T

• mesh(x,y,z,c)
• suRF(x,y,z,c)
• mesh(z,c)
• surf(z,c)
  3 t, {; C, m; n- A

各参数的意义：x，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定不同高度下的曲面颜色，c省略时，颜色设定为正比于图形的高度。
. R0 f/ L# y) P+ ~此外还有一些其他的绘制三维图像的函数
' _$ h  |7 v  }6 y- C
7 i& s+ c9 H5 j带等高线的三维网格曲面函数meshc
+ |: t( w% _$ q, o带底座的三维网格曲面函数meshz
具有等高线的曲面函数surfc
具有光照效果的曲面函数surfl

0 W6 C3 w3 A% W; J
* b7 n  ]/ G, o/ d4 k; A$ d2 c热力图

heatmap - 创建热图 h = heatmap(tbl,xvar,yvar,‘ColorVariable’,cvar) 此
" l, o" ]( V* y  D* ?" J6 n# U% ?MATLAB 函数 基于表 tbl 创建一个热图，并返回 HeatmapChart 对象。xvar 输入参数指示沿 x
轴显示的表变量。yvar输入参数指示沿 y 轴显示的表变量。默认颜色基于计数聚合，这种方法计算每对 x 和 y
值一起出现在表中的总次数。可使用 h在创建热图之后对其进行修改。有关属性列表，请参阅 HeatmapChart 属性。

% q  E" y9 \- Y
图形修饰
- i6 F. N& T, R4 ~! N5 ?4 ^5 n
- H3 Y8 p  t4 |% {  R6 s: |基本绘图指令

+ l4 w  G; u0 I* \! a/ f" V" `

9 [, p) B" y2 g0 z8 j* u! k2 A
  a( t8 V$ d8 N% @综上介绍了一些常用的MATLAB作图函数。此外我将介绍另外一种更方便的作图方法，这样你在忘记这些函数的时候，也可以做出需要的结果图像。

在MATLAB界面的“工作区”，找到你要绘制图像的变量，双击进入“变量”界面，全部选中后，点击界面上面的“绘图”这里有MATLAB所有的绘图函数，点击即可绘制对应图像。是不是简单呢
' K+ t6 P2 V7 i. Q8 b# H. @- |
+ V5 k, s& _) ~
+ Z9 O2 ^2 j8 P7 B
! \: L. \* z0 \$ {: B
笔者的MATLAB版本为R2020a，上述办法并不一定适用于读者的MATLAB。可能需要自己去寻找变量界面。

4 A! a( b; d3 v, `! c- D2 _. r
# n4 Y/ f' q1 T. |' A4 }图形标注

• title(图形标题)
• xlabel(x轴说明)
• ylabel(y轴说明)
• text(x,y,文本说明)
• legend(图1，图2，...，参数...)
  ! N* t" ^) p9 k

& I/ r  d7 J7 `+ ]  _, \在plot函数介绍部分已经介绍了这些标注方法的使用。
. r. a' E3 g+ N" c) e
9 }, L- Q0 g  {. k% e5 Y
2 L  h, W$ ?" d0 Z
图形窗口处理

9 J. @* w$ \7 [" B3 x4 K( G. {! `: x窗口分隔

( p  @3 K5 m2 Y4 _% Z# psubplot - 在平铺位置创建坐标区
) s; n# ^% M$ u6 y. N5 fsubplot(m,n,p)
" J: f8 s6 k, C; o此 MATLAB 函数 将当前图窗划分为 m×n 网格，并在 p 指定的位置创建坐标区。
MATLAB按行号对子图位置进行编号。第一个子图是第一行的第一列，第二个子图是第一行的第二列，依此类推。如果指定的位置已存在坐标区，则此命令会将该坐标区设为当前坐标区。

/ g6 S/ s. Z/ e

6 M* K+ R( ^1 [2 @: ~! j窗口视角
! R% }+ |; ^6 B# H, D/ n+ e" r

• 方位角：视点与原点连线在xy平面上的投影与y轴负方向形成的角度，正值表示逆时针，负值表示顺时针。
    E$ w. _2 z, `4 O) o" b. ]5 o2 m

• 仰角：视点与原点连线与xy平面的夹角，正值表示视点在xy平面上方，负值表示视点在xy平面下方。
  7 Z' S8 V2 @% n. p

7 }3 p& `0 K( a' Q' Y" L
2 p' U9 r7 b1 {: T/ A) {8 t

view - 照相机视线
view(az,el)
3 i2 }4 k: Y5 i此 MATLAB 函数 为当前坐标区设置照相机视线的方位角和仰角。
其中az为方向角，el为仰角。系统默认的视点方向角为-37.5°，仰角为30°

" [7 R9 ~8 _/ {1 z$ z
$ o% o  f1 B. }+ B. Y9 _  e
色彩处理
( v' H( _; Q: S$ L; m$ l% t5 @0 U$ b

• Colormap
  : j& x( o9 R7 Y

创建色图矩阵
6 p$ i: T& [/ g, V$ y; _, r/ u5 C
, X1 h# r3 b2 {! v

• camp=colormap(parula(5));
  4 ]7 t/ s4 w  T

# H. W) M5 C* sparula是内置的色图种类之一。MATLAB所有内置色图如下：

0 g7 {( b) `- G+ }! i! b& \$ [! O

4 o* p/ c* G8 N; I6 o( i
指定当前图形使用的色图

+ T2 ?( E3 k! k2 H

•         %以peaks为例，先渲染图形，后紧跟色图种类即可
•         surf(peaks);
•         colormap cool
•         colorbar%显示颜色条
  ' W3 f7 U) |* P) ^

% ~2 [& N0 [+ W
3 |- u4 u. c" ~, t$ ?' q& W  D& b% m结果如下：
- M( H  N6 E* F# w8 [

" O8 r: p! |% C( p9 P* D

• 用shading函数改变染色方式
  

shading - 设置颜色着色属性
此 MATLAB 函数 每个网格线段和面具有恒定颜色，该颜色由该线段的端点或该面的角边处具有最小索引的颜色值确定。
shading flat —网格片和网格线都是对应颜色
/ f* Y6 q9 S. a; f! K7 cshading faceted —网格片是对应颜色，网格线是黑色
shading interp —网格片内采用颜色插值


4 `, L8 P4 {8 Y% v0 q- s1 t% T例：对同一色图用不同的染色方式

  x0 p! g# ]! s+ I

• [x,y] = meshgrid(-5:1:5,-5:1:5);
• z = x.^2 + y.^2 - 10*cos(2*pi*x) - 10*cos(2*pi*y) + 20;
• colormap(cool)
• subplot(1,3,1)
• surf(x,y,z);
• shading flat
• subplot(1,3,2)
• surf(x,y,z);
• shading interp
• subplot(1,3,3)
• surf(x,y,z)
  

4 X2 u- R- i6 j5 L$ G9 s结果如下：

; R' _8 w/ b) A5 g3 ~9 r


3 L/ q3 @1 _; b5 p0 h% d总结

. J( I- t5 K3 m3 Z/ d7 ]全文讲到了许多MATLAB绘图的常用函数以及图像修饰方法，希望对各位有所帮助。
此外如果忘记了这些函数，也可以在生成初始图像时在figure窗口的插入部分对图像进行标注。或打开属性检查器，进行更详细的属性设置和图像标注。希望大家能多研究这个属性检查器对修改图形有非常大的帮助。

CCxiaom

MATLAB绘图总结