第3章〓二维绘图

强大的绘图功能是MATLAB的特点之一，MATLAB提供了一系列的绘图函数，包括采用不同坐标系，如直角坐标、对数坐标、极坐标绘制二维图形和三维图形的绘图函数。

二维图形是MATLAB图形的基础，也是应用最广泛的图形类型之一。本章主要介绍MATLAB提供的二维图形绘制函数。

【知识要点】

本章主要内容包括MATLAB基本二维绘图指令和其他二维图形绘图函数。

【学习目标】





知识点
学习目标
了解理解掌握运用


最基本的二维绘图函数★★
绘制二维图形的其他函数★



在科学计算中，往往要处理大量的数据。如果把这些数据用图形表现出来，就能很容易地发现这些数据的内在联系，大大提高工作效率。MATLAB正是基于这种考虑，提供了强大的绘图能力，可将矩阵中的数值可视化，如图31所示。



图31矩阵可视化



视频讲解




3.1最基本的二维绘图函数◆


3.1.1绘制二维曲线的最基本的函数

二维曲线图绘制需要调用plot命令。

调用格式： plot(x,y)

说明： 以x为横坐标，y为纵坐标，按照坐标(xj,yj)的有序排列绘制曲线。

【例31】绘制0到2π的正弦曲线。在命令行窗口中键入： 



x=0:pi/100:2*pi;%构造向量

y=sin(x);%构造对应y的坐标

plot(x,y)%绘制以x为横坐标，y为纵坐标的图形






绘制的二维图形如图32所示。



图32函数plot(x,y)绘制的正弦曲线

3.1.2绘制图形的类型

可利用plot函数绘制多条曲线。

调用格式： plot(X1,Y1,X2,Y2,…,Xn,Yn)

plot自动循环地采用颜色板中的各种颜色。

【例32】绘制0到2π的正弦曲线和余弦曲线。

在命令行窗口中键入： 



x=0:pi/100:2*pi;%构造向量

y1=sin(x); %构造对应y1的坐标

y2=cos(x); %构造对应y2的坐标

plot(x,y1,x,y2) %绘制以x为横坐标，y1和y2为纵坐标的图形






绘制的二维图形如图33所示。



图33函数plot(x,y)绘制的正弦和余弦曲线


通常，为了突出图表可视化的效果，常常会对线型、标记符号和颜色进行样式的设置。

调用格式： plot(X,Y,'选项')

其中： 选项用于指定线型、标记和颜色，但线条的类型和颜色可以通过字符串来指定。表31列出了在这个字符串中允许使用的线条类型和颜色，线条默认(none)类型是实线型。


表31点类型、线类型和颜色



符号点类型符号线类型



·黑点–实线
*星号虚线
s或square正方形.点画线
d或diamond菱形：点线
p或pentagram五角星型默认(none)无线
h或hexagram六角星型

°圆圈符号颜色
+加号g绿色
×叉号m品红色
＜向左尖三角b蓝色
＞向右尖三角c灰色
∧向上尖三角w白色
∨向下尖三角r红色
默认(none)无点k黑色
y黄色


【例33】绘制函数sinx、cosx和sinx+π4在0~2π的曲线。

在命令行窗口中键入： 



x=0:pi/100:2*pi;%构造向量

y1=sin(x); %构造对应y1的坐标

y2=cos(x); %构造对应y2的坐标

y3=sin(x+pi/4);

plot(x,y1,'m-*',x,y2,'b -- p',x,y3,'g -- .') %绘制以x为横坐标，y1和y2为纵坐标的图形






绘制的二维图形如图34所示。



图34函数plot(x,y)绘制的正弦（相位0和π/4）和余弦曲线

3.1.3图形格式和注释 

绘制函数后，还应该给图形进行标注，以增强图形的可读性，如给每个图加上标题、坐标轴标记和曲线说明等。表32列出了图形标注常用函数及示例。


表32图形标注常用函数及示例



函数示例



title—添加标题

格式： title('图形名称')title ('两条相交曲线')
xlabel—为坐标轴添加标签

格式： xlabel('x轴说明')xlabel ('自变量x')

ylabel ('函数值y')
axis—设置坐标轴范围和纵横比

格式： axis(［xmin xmax ymin ymax］)axis(［0 6 -1 1］)
text—向数据点添加文本说明

格式： text(x,y, '图形说明')text (1.2, 0.8, 'x =0.989899')

text (3.2, 0.2, 'x = 3.0404')

text (1.8, 0.4, '1/sinh(x)')

text (0.3, 0.2, 'sin(x)')
grid —显示或隐藏坐标区网格线

格式： grid on

grid offgrid on
legend —在坐标区上添加图例

格式： legend('图例1')legend('cos(x) ', '1/cosh(x) ', 'Location', 'NorthEast')
hold—图形保持

格式： hold on/off hold on
line—绘制基本线条

格式： line (x,y) line(［0.989899 0.989899］,［-11］);

line(［3.0404 3.0404］,［-1 1］,'Color','red');


【例34】绘制0到7的正弦曲线sin(x)和双曲正弦曲线的倒数1/sinh(x)，并为图添加标题、为坐标轴添加标签、添加图例、添加文本说明等。

在命令行窗口中键入： 



x = linspace(0,7,100);

plot(x, sin (x), 'r--', x, 1./sinh(x), 'b-')

xlabel ('自变量x')%坐标轴标签

ylabel ('函数值y')

title ('两条相交曲线')

text (1.2, 0.8, 'x =0.989899') %文本说明

text (3.2, 0.2, 'x = 3.0404')

text (1.8, 0.4, '1/sinh(x)')

text (0.3, 0.2, 'sin(x)')

legend('sin(x) ', '1/sinh(x) ', 'Location', 'NorthEast') %图例

axis(［0 7 -1 1］)%坐标轴范围

grid on%显示网格线

line(［0.989899 0.989899］,［-11］); %绘制线条

line(［3.0404 3.0404］,［-1 1］,'Color','red'); %绘制线条并设置颜色






绘制的二维图形如图35所示。



图35正弦sin(x)和双曲正弦倒数1/sinh(x)曲线


也可以将plot与line命令合并，代码如下： 



plot(x, sin (x), 'r--', x, 1./sinh(x), 'b-', ［0.989899, 0.989899］, ［-1, 1］, ［3.0404,3.0404］, ［-1, 1］,'m')






绘制的二维图形如图36所示。

在图37中，可以显示鼠标所选的图形上某点的坐标值； 在图38中，通过放大镜图标可实现图形的缩放。

在显示的图像中，单击“编辑”→“图窗属性”，就可以修改图形的颜色、线型、线宽等，如图39所示。



图36plot与line命令合并绘制的正弦sin(x)和

双曲正弦倒数1/sinh(x)曲线




图37显示鼠标所选的图形上某点的坐标值




图38通过放大镜图标实现图形的缩放



图39图窗属性的编辑

3.1.4叠加图绘制

在默认情况下，多个图形的绘制在执行第二个plot语句时，将删除第一个plot。在同一坐标轴中绘制多个图形有多种方法。

一种方法是前面介绍的，调用plot(X1,Y1,X2,Y2,…,Xn,Yn)绘制多条曲线。



x=0:pi/100:2*pi;%构造向量

y1=sin(x);%构造对应y1的坐标

y2=cos(x);%构造对应y2的坐标

y3=sin(x+pi/4); %构造对应y3的坐标

plot(x,y1,'r-',x,y2,'g--',x,y3,'b :') %绘制以x为横坐标，y1、y2为纵坐标的图形






所绘制的曲线如图310所示。



图310叠加图形的绘制


另一种方法是使用hold命令。可以使用hold on命令使当前坐标轴及图形保持而不被刷新，使随后绘制的图形叠加到现有图形中。hold off命令为关闭图形保持功能，不能在当前坐标轴上再绘制图形。通常每次绘图结束就采用hold off将所画曲线清除。

【例35】在同一坐标轴中绘制-π到π的sinx、cosx、sin(x)+cos(x)三条曲线，并以不同线型进行区分。

程序如下： 



x=-pi:pi/30:pi;%构造向量

y1=sin(x);%构造对应y1的坐标

plot(x,y1,'r--') %绘制以x为横坐标，y1为纵坐标的图形

hold on 

y2=cos(x);%构造对应y2的坐标

plot(x,y2,'b:*') %绘制以x为横坐标， y2为纵坐标的图形

hold on 

y3= sin(x)+cos(x);

plot(x,y3,'g-.^') %绘制以x为横坐标，y3为纵坐标的图形

hold off 






在同一坐标轴中绘制的三条曲线如图311所示。



图311在同一坐标轴中绘制的三条曲线

3.1.5子图绘制

在图311中三条曲线挤在同一张图中，某些情况下这样的布局比较好，但在有些情况下则需要将多个曲线分开到不同的子图中绘制。如果想要在一张图中展示多个子图，单纯使用plot函数就很难解决了。

如果希望在同一个图形窗口中同时绘制多幅相互独立的子图，每个子图也是一个独立的坐标系，需要调用subplot命令。

调用格式： subplot(m,n,k)或subplot(mnk)

说明： 将当前图形窗口分成m×n个绘图区，即共m行，每行n个，子绘图区的编号按行优先从左到右编号。该函数选定第k个子图为当前活动区。在每一个子绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。subplot本身并不绘制任何图形，但决定了如何分割图形窗口以及下一幅图将被绘制在哪个子窗口中。

【例36】将例35中的三幅图分别绘制在子窗口中。

程序如下： 



x=-pi:pi/10:pi;

subplot(2,2,1);

plot(x,sin(x),'r--');

subplot(223);

plot(x,cos(x),'b:*');

subplot(2,2,［2 4］);

plot(x,sin(x)+cos(x),'g-.^');






绘制的曲线如图312所示。



图312在同一坐标轴中绘制多图的例子


subplot(2,2,1)将原始的图像切割为4个子图，是2行2列，并将图绘制在第一个子图区域上； subplot(2,2,［2 4］)将图像绘制在第2个和第4个子图区域上。

3.1.6复制/粘贴图

在图窗菜单中选择“编辑”→“复制选项”，进入预设项界面，设置剪贴板格式和图窗背景色。选择图元文件并使用图窗颜色，如图313所示。



图313设置剪贴板格式和图窗背景色

选择“编辑”→“复制图窗”，将图窗复制到系统剪贴板，如图314所示。



图314复制/粘贴图

3.1.7保存图形

可以将图窗保存为特定的文件格式，图形可以保存为多种格式(fig、eps、jpeg、gif、png、bmp等)，常用图形保存格式如表33所示。


表33常用图形保存格式



扩展名文件生成格式



.figfig文件包含了所有信息，包括图窗和内容，可以后期修改
.bmp未压缩的图像
.eps高质量可缩放格式(用latex编辑时用)，用PostScript语言描述的一种ASCII图形文件格式，在PostScript图形打印机上能打印出高品质的图形图像，最高能表示32位图形图像
.pdf压缩的图像


使用交互式控件保存绘图，单击坐标区工具栏中的导出按钮 ，MATLAB 显示包含文件类型选项的“另存为”对话框，如图315所示。



图315图形保存及格式选择


从R2016a开始，保存的图窗大小默认情况下与屏幕上的图窗大小一致。

也可以用编程方式将绘图保存为图像或向量图形文件。

调用格式： saveas(fig,filename)

表34为图形保存位图图像格式。


表34图形保存位图图像格式



选项位图图像格式默认文件扩展名



'jpeg'JPEG 24位.jpg
'png'PNG 24位.png
'tiff'TIFF 24位(压缩).tiff
'bmp'BMP 24位.bmp
'bmpmono'BMP 黑白.bmp
'bmp256'BMP 8位(256色).bmp


表35为图形保存矢量图格式。


表35图形保存矢量图格式



文 件 格 式矢量图格式默认文件扩展名



'pdf'整页可移植文档格式(PDF)颜色.pdf
'eps'PostScript(EPS) 3级黑白.eps
'epsc'封装的PostScript(EPS) 3级彩色.eps
'meta'增强型图元文件(仅限Windows).emf
'svg'SVG指可伸缩矢量图形(Scalable Vector Graphics).svg
'ps'全页PostScript (PS) 3级黑白.ps
'psc'全页PostScript (PS) 3 级彩色.ps
'ps2'全页PostScript (PS) 2级黑白.ps
'psc2'全页PostScript (PS) 2 级彩色.ps


【例37】创建一个条形图并获取当前图窗，然后将该图窗另存为 PNG 文件。

程序如下： 



x = ［2 4 7 2 4 5 2 5 1 4］;

bar(x);

saveas(gcf,'Barchart.png')% gcf当前图窗的句柄






如果希望清晰度很高的话，saveas就无法处理了，因为分辨率太高，此时就需要函数print。

从R2020a开始，可以使用 exportgraphics 函数保存下列任一项的内容： 坐标区、图窗、可作为图窗子级的图、分块图布局或容器(如面板)。exportgraphics 函数支持三种图像格式(PNG、JPEG和TIFF)和三种同时支持向量和图像内容的格式(PDF、EPS和EMF)。PDF格式支持嵌入字体。

当需要执行以下操作时，exportgraphics函数比 saveas 函数更合适： 

保存在App或 MATLAB Online 中显示的图形； 最小化内容周围的空白； 用可嵌入的字体保存PDF片段； 保存图窗中内容的一部分； 控制背景颜色，而不必修改图窗的属性。

【例38】创建一个条形图并获取当前图窗，然后将该图窗另存为 PNG 文件。在本例中，指定每英寸 300点(DPI)的输出分辨率。

程序如下： 



bar(［1 11 7 8 2 2 9 3 6］)

f = gcf;








% Requires R2020a or later

exportgraphics(f,'barchart.png','Resolution',300)








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3.2线性直角坐标系其他二维图形绘制函数◆


除了绘制二维曲线的基本函数plot外，在线性直角坐标系中，其他形式的图形还有火柴杆图、条形图、阶梯图和填充图等。

3.2.1双纵轴坐标

plotyy函数能把具有不同量纲、不同数量级的两个函数绘制在同一坐标中。

调用格式： plotyy(x1,y1,x2,y2)

其中： 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，左纵坐标用于x1y1数据对，右纵坐标用于x2y2数据对。

【例39】在同一坐标中绘制y1=200e-0.05x·sinx和y2=0.8e-0.5x·sin(10x)。

程序如下： 



%% 使用plotyy画两条曲线

clear; clc; close all;

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);% 两条曲线

title('双纵轴坐标曲线');% 显示标题






绘制的曲线如图316所示。



图316双纵轴坐标曲线图


3.2.2火柴杆图 

stem函数常用于绘制离散数据的图形，画出的图形是火柴杆图或戴着“帽子”的“棒棒糖图”，在数字信号处理中应用较多。


调用格式： stem(x,y,'选项')

【例310】绘制正弦函数sinx的火柴杆图。

程序如下： 



%% 杆状图

clear; clc; close all;

x = linspace(0, 4*pi, 40); 

y = sin(x);

subplot(1,2,1); 

stem(y);% 杆状图

subplot(1,2,2); 

stem(y,'fill','r');% 杆状图






绘制的正弦曲线火柴杆图如图317所示。



图317正弦曲线火柴杆图


3.2.3条形图

bar函数用于绘制二维垂直条形图，用垂直条形显示向量或矩阵中的值。

调用格式： bar(x,y,'选项') 

其中“选项”默认条形图为堆栈(垂直)的。

【例311】分别绘制向量x=［1 2 5 4 8］和y=［x；1：5］的一维矢量x条形图和二维矢量x,y条形图。

程序如下： 



clear; clc; close all;

x = ［1 2 5 4 8］;% 矢量x

y = ［x;1:5］;% 矢量y

subplot(1,2,1); 

bar(x); % 一维条形图

title('一维矢量x条形图');

 subplot(1,2,2); 

bar(y); % 二维条形图

title('二维矢量x,y条形图');






绘制的条形图如图318所示。



图318条形图



若将条形图变成水平的，则在bar后面加一个horizontal的首字母。

调用格式： barh(y,'选项') 

【例312】分别绘制向量x = ［1 2 5 4 8］和y = ［x； 1： 5］的堆栈式的条形图和水平式的条形图。

程序如下： 



x=［1 2 5 4 8］;

y=［x;1:5］;

subplot(1,2,1);

bar(y,'stacked');%堆栈式的bar

title('堆栈式的条形图');

subplot(1,2,2);

barh(y);%水平式的bar

title('水平式的条形图');






绘制的条形图如图319所示。



图319条形图

3.2.4阶梯图

stairs函数有助于理解数据阶梯形的变化趋势，主要用于绘制数字信号处理中的采样信号。另外，stairs函数在图像处理中的直方图均衡化技术中有很大的意义。

调用格式： stairs(x,y,'选项') 

【例313】绘制正弦函数sinx的阶梯图。

程序如下： 



%% 阶梯图

clear; clc; close all;

x = linspace(0, 4*pi, 40); 

y = sin(x);

stairs(y);% 阶梯图






绘制的阶梯图如图320所示。



图320阶梯图

3.2.5填充图

fill函数按向量元素下标渐增次序用直线段连接x,y对应元素定义的数据点。假如这样连接所得折线不封闭，那么MATLAB将自动把该折线的首尾连接起来，构成封闭多边形，然后将多边形内部涂满指定的颜色。

调用格式： fill(x1,y1,'选项1',x2,y2,'选项2',…)

【例314】绘制y=2e-0.5x的填充图。

程序如下： 



x=0:0.35:7;

y=2*exp(-0.5*x);

fill(x,y,'r');

title('填充图');

axis(［0,7,0,2］);

xlabel ('自变量x')

ylabel ('函数值y')






绘制的填充图如图321所示。



图321填充图


【例315】绘制一个红底白字的八边形STOP标识。

程序如下： 



t=(1:2:15)'*pi/8;%画八边形的八个角

y=sin(t);

x=cos(t);

fill(x,y,'r');%填充

axis square off;

text(0,0,'STOP','color','w','fontsize',80,'fontweight','bold','horizontalalignment','center');






绘制的红底白字八边形STOP标识如图322所示。 



彩色图片






图322红底白字八边形STOP标识




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3.3特殊坐标系二维图形绘制函数◆

在使用基本的绘图函数时，坐标轴刻度为线性刻度。当自变量的少许变化引起因变量极大变化时，即当实际的数据呈指数变化时，使用对数坐标系可使曲线最大变化范围伸长，图形轮廓更加清楚，起到压缩坐标、扩大视野的作用。 

在平面直角坐标系中表示两点间的关系只能使用三角函数来表示，而在极坐标系中用夹角和距离则很容易表示，甚至对于某些曲线来说，只有极坐标方程能够表示。极坐标系的应用领域十分广泛，包括数学、物理、工程、航海以及机器人等领域。

3.3.1极坐标绘图

polar函数用来绘制极坐标图。

调用格式： polar(theta,rho,'选项')

其中： theta为极坐标极角，rho为极坐标矢径，“选项”的内容与plot函数相似。

【例316】 绘制ρ=2sin(4θ)·cos(2θ)的极坐标图。

程序如下： 



theta=0:0.01:2*pi;

rho=2*sin(4*theta).*cos(2*theta);

polar(theta,rho,'r');






绘制的极坐标图如图323所示。



图323极坐标图

3.3.2半对数和双对数坐标系绘图

MATLAB提供了绘制半对数和双对数坐标曲线的函数，半对数semilogx表示x轴以对数尺度绘图，半对数semilogy表示y轴以对数尺度绘图，loglog表示x轴和y轴都以对数尺度绘图。

调用格式： 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',...)

【例317】绘制y=5x2的自然对数和对数坐标(半对数和双对数坐标)曲线图。

程序如下： 



clear ;clc; close all;

x=0:0.1:100;

y=5*x.*x;

subplot(2,2,1);

plot(x,log(y));

title('自然对数曲线');

grid on;

subplot(2,2,2);

semilogx(x,y);

title('半对数曲线(x轴刻度)');

grid on; 

subplot(2,2,3);

semilogy(x,y);

title('半对数曲线(y轴刻度)');

grid on;

subplot(2,2,4);

loglog(x,y);

title('双对数曲线');

grid on;






绘制的对数坐标曲线如图324所示。



图324对数坐标曲线

3.4其他形式二维特殊图形绘制函数◆

在MATLAB中，除了可以通过最基本的二维绘图函数plot、直角坐标系其他二维图形绘制函数、常见的特殊二维图形函数等绘制图形外，还可以通过一些特殊函数绘饼图、直方图、散点图等特殊图形。

3.4.1饼图

pie函数用于绘制饼图。

调用格式： pie(x)

【例318】某次考试优秀、良好、中等、及格、不及格的人数分别为： 7，17，23，19，5，试用饼图进行成绩统计分析。

程序如下： 



pie(［7,17,23,19,5］);

title('饼图');

legend('优秀','良好','中等','及格','不及格');






绘制的饼图如图325所示。



图325饼图


【例319】某统计数据所占百分比分为10%、15%、20%、30%。试绘制该统计数据的饼图。绘制饼图并将第四个饼图提取出来。试绘制该统计数据的三维饼图，并且将最后一个提取出来。

程序如下： 



%% 饼图

clear; clc; close all;

a = ［10 15 20 30］;% 数据的占比

subplot(1,3,1); 

pie(a);% 画出饼图，并且自动计算出百分比

subplot(1,3,2); 

pie(a, ［0,0,0,1］); % 将第四个饼图提取出来

subplot(1,3,3); 

pie3(a, ［0,0,0,1］);% 画三维饼图，并且最后一个提取出来






绘制的饼图如图326所示。



图326统计数据的饼图


3.4.2直方图

在旧版本中hist函数用于绘制二维条形直方图，可以显示出数据的分布情况，但由于该函数适用于某些常规用途，总体能力有限，故新版本中用histogram函数替换了旧的hist函数。

调用格式： histogram(x)

【例320】绘制1000个随机数的直方图。

程序如下： 



y=randn(1,1000);%由randn函数产生1000个随机数

subplot(2,1,1);

histogram(y,10);%包含10个长矩形

title('长矩形数 Bins = 10');

subplot(2,1,2);

histogram(y,50);%包含50个长矩形

title('长矩形数 Bins = 50');






绘制的随机数直方图如图327所示。



图327随机数直方图

3.4.3填充区二维图

area函数用来绘制填充区二维图。

调用格式： area(x,Y)

说明： 绘制Y中的值对x坐标的图。然后，该函数根据Y的形状填充曲线之间的区域： ①如果Y是向量，则该图包含一条曲线，area填充该曲线和水平轴之间的区域。②如果Y是矩阵，则该图对Y中的每列都包含一条曲线，area填充这些曲线之间的区域并堆叠它们，从而显示在每个x坐标处每个行元素在总高度中的相对量。

【例321】绘制向量x=［10 11 12］，矩阵Y=［21.6 25.4；  70.8 66.1；  58.0 43.6］的填充区二维图。假设 x 为一个包含三个汽车经销商 ID的向量，Y 表示每个车型售出的汽车数量。

程序如下： 



x = ［10 11 12］;

Y = ［21.6 25.4; 70.8 66.1; 58.0 43.6］;

area(x,Y)

xlabel('汽车经销商 ID')

ylabel('汽车销售量')

legend({'模型 A','模型 B'})






绘制的每个车型售出的汽车数量填充区二维图如图328所示。



图328每个车型售出的汽车数量填充区二维图

3.4.4散点图

scatter函数用于绘制散点图。

调用格式： scatter(x,y,s,c)

说明： 以x的值为横坐标，以y的值为纵坐标，绘制散点。参数s设置散点的大小,参数c设置散点的颜色。

【例322】绘制余弦加均匀分布随机数的散点图。

程序如下： 



x=linspace(0,3*pi,200);

y=cos(x)+rand(1,200);%余弦加均匀分布随机数

sc=25;

c=linspace(1,10,length(x));

scatter(x,y,sc,c,'filled')

title('余弦加均匀分布随机数的散点图');






绘制的余弦加均匀分布随机数的散点图如图329所示。



图329余弦加均匀分布随机数的散点图

3.4.5散点图矩阵

plotmatrix函数可用来绘制散点图矩阵。

调用格式： plotmatrix(x)

说明： 该函数相当于plotmatrix(x,x)，当参数x为p×n的矩阵时，绘制出的是n×n个散点图。该图的对角块画出的是矩阵x的每列数据的频数直方图。

【例323】产生正态分布随机数，并绘制散点图矩阵。

程序如下： 



X = randn(50,3);%正态分布随机数，产生50x3矩阵

plotmatrix(X);

title('正态分布随机数散点图矩阵');






绘制的正态分布随机数散点图矩阵如图330所示。



图330正态分布随机数散点图矩阵


3.4.6箱形图或盒图

boxplot函数用来绘制箱形图，即用箱形图可视化汇总统计量。

调用格式： boxplot(x) 

如果x是向量，boxplot 绘制一个箱子。如果x是矩阵，boxplot为 x 的每列绘制一个箱子。

在每个箱子上，中心标记表示中位数，箱子的底边和顶边分别表示第25个和第75个百分位数。虚线会延伸到不是离群值的最远端数据点，离群值会以“+”符号单独绘制。


【例324】已知一组测量数据，其矩阵形式为： 
x=0.75820.98090.90890.94810.95290.93650.83070.82700.92540.76010.97080.88590.84750.94490.91000.91980.85990.95390.77210.7754
绘制该矩阵的箱形图。

程序如下： 



x=［0.7582 0.9809 0.9089 0.9841

0.9529 0.9365 0.8307 0.8270

0.9254 0.7601 0.9708 0.8859

0.8475 0.9449 0.9100 0.9198 

0.8599 0.9539 0.7721 0.7754］;

boxplot(x) 

title('测量数据的箱形图')






绘制的测量数据的箱形图如图331所示。



图331测量数据的箱形图

3.4.7误差条

errorbar函数可以绘制误差条图，它是统计学中常用的图形，涉及数据的“平均值”和“标准差”。

调用函数： errorbar(x,y,err)

说明： 绘制y对x的图，并在每个数据点处绘制一个垂直误差条，总误差条长度是误差err值的两倍。

【例325】绘制正弦函数sinx在0到2π范围内带垂直误差条的线图、带水平误差条的线图和带垂直和水平误差条的线图。误差值已给定。

程序如下： 



x=0:pi/10:2*pi;

y=sin(x);

err = 0.3*ones(size(y));%给定误差值

subplot(311)

errorbar(x,y,err)%创建带垂直误差条的线图

title('带垂直误差条的线图');

subplot(312)

errorbar(x,y,err,'horizontal')%创建带水平误差条的线图

title('带水平误差条的线图');

subplot(313)

errorbar(x,y,err,'both','-s','MarkerSize',10,...

'MarkerEdgeColor','red','MarkerFaceColor','red')%创建带垂直和水平误差条的线图

title('带垂直和水平误差条的线图');






绘制的误差条线图如图332所示。



图332误差条线图

3.4.8罗盘图

compass函数用来绘制一个从原点出发、由(x,y)组成的向量箭头图形，也称罗盘图。

调用格式： compass(x,y)


【例326】绘制向量x=［1 -3 5 -6 8 9］，y=［5 7 -9 12 15 -9］的罗盘图。

程序如下： 



%%绘制罗盘图

clear ;clc; close all;

x=［1 -3 5 -6 8 9］;

y=［5 7 -9 12 15 -9］;

figure;

compass(x,y,'r');






绘制的罗盘图如图333所示。



图333罗盘图



【例327】绘制复数3+2i,5.5-i和-1.5+5i的相量图。

程序如下： 



compass(［3+2i,5.5-i,-1.5+5i］);

title('相量图');






绘制的复数相量图如图334所示。



图334复数相量图

3.4.9羽毛图

feather函数用来绘制羽毛图(速度向量图)，创建以x轴为起点的箭头。

调用格式： feather(x,y)

【例328】绘制向量x=［1 3 5 6 8 9］ 和y=［5 7 -9 3 -5 2］的羽毛图。

程序如下： 



%% 绘制羽毛图

clear;clc; 

close all;

x=［1 3 5 6 8 9］;

y=［5 7 -9 3 -5 2］;

figure;

feather(x,y);






绘制的向量羽毛图如图335所示。



图335向量羽毛图

3.4.10箭头图或向量场图

quiver函数用来绘制箭头图或向量场图。

调用格式： quiver(x,y,u,v)

说明： quiver(x,y,u,v)函数可在坐标(x,y)处绘制向量场图，其中(u,v)为速度分量。quiver(u,v)函数用来绘制向量场图。

【例329】绘制速度分量(u,v)的向量场图，其中u=sinx,v=cosx。

程序如下： 



clear; clc; 

close all;

［X,Y］ = meshgrid(-pi:pi/8:pi,-pi:pi/8:pi);% meshgrid创建x和y形成的二维网格

U = sin(Y);

V = cos(X);








quiver(X,Y,U,V,'r')

title('向量场图');






绘制的速度分量的向量场图如图336所示。



图336速度分量的向量场图

3.4.11彗星图

函数comet用来绘制彗星图，可产生质点动画。

调用格式：  comet(x,y)

说明： 该函数绘制由向量x和y确定的路线的慧星图； comet(x,y,p)函数设置彗星体的长度为p×length(y)，参数p的默认值为0.1。

【例330】绘制y=sinx在0到2π范围内的彗星图。

程序如下： 



%% 绘制彗星图，动态图

clear ;clc; close all;

x = 0:pi/50:2*pi;

y = sin(x);

comet(x,y);% 画动态图






绘制的彗星图(动态)如图337所示。



图337彗星图(动态)

3.4.12伪彩图

pcolor函数可以绘制伪彩图。

调用格式： pcolor(X,Y,C)

说明： 采用参数X确定横坐标，参数Y确定纵坐标，绘制矩阵C的伪彩图。pcolor(C)为绘制矩阵C的伪彩图。

【例331】若横坐标X=［1 2 3；  1 2 3；  1 2 3］，纵坐标Y=X'，绘制矩阵C=［3 4 5；  1 2 5；  5 5 5］的伪彩图。

程序如下： 



X = ［1 2 3; 1 2 3; 1 2 3］;

Y = X';

C = ［3 4 5; 1 2 5; 5 5 5］;

pcolor(X,Y,C)%采用参数X确定横坐标,参数Y确定纵坐标，绘制伪彩图

title('矩阵C的伪彩图');






绘制的由参数X确定横坐标，参数Y确定纵坐标，矩阵C的伪彩图如图338所示。



彩色图片






图338矩阵C的伪彩图

3.4.13图形对象句柄

一个图形由很多对象组成，包括图形对象(figure object)、线条对象(line object)和坐标轴对象(axes object)，如图339所示。



图339图形对象示意图



图340中h=plot(x,y) 表示返回由图形线条对象组成的列向量。在创建特定的图形线条后，可以使用 h 修改其属性。

h可以是一个或多个图形线条对象，以标量或向量的形式返回。



图340h=plot(x,y)表示返回由图形线条对象组成的列向量


在MATLAB中，通过gca函数获得当前图形中坐标轴的句柄，常用函数如表36所示。


表36常用函数




函数用途



gca返回当前图窗中的当前坐标轴
gcf返回当前图窗的句柄
allchild查找指定对象的所有子级
ancestor图形对象的前代
delete删除对象
findall查找所有图形对象


利用get函数获取图形句柄的属性值。

调用格式：  get(h,'属性')

该函数获取句柄为“属性”(PropertyName)的图形对象的属性值。

利用set函数设置图形句柄的属性值。

调用格式： set(h,'属性',属性值)

该函数将句柄为“属性”的图形对象的属性值设置为“属性值”(PropertyValue)。

通过坐标轴句柄，可以利用函数get获取坐标轴的属性值，也可以通过函数set对坐标轴的属性值进行设置。

【例332】获取例39的双纵轴坐标曲线的坐标轴句柄和两条线条的句柄，并对坐标轴和线条线型属性进行设置。

程序如下： 



%% 使用plotyy画两条曲线，修改曲线的属性

clear; clc; close all;

x = 0:0.01:20;

y1 = 200*exp(-0.05*x).*sin(x);

y2 = 0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x);

［AX,H1,H2］ = plotyy(x,y1,x,y2);% 获取axes句柄和两条线条的句柄

set(get(AX(1),'Ylabel'),'String','左边 Y-轴');% 设置线段1的label

set(get(AX(2),'Ylabel'),'String','右边 Y-轴');% 设置线段2的label

title('双纵轴坐标曲线');% 显示标题

set(H1,'LineStyle','--');% 设置两条线的风格 

set(H2,'LineStyle',':');






获取例39的双纵轴坐标曲线的坐标轴句柄和两条线条的句柄如图341所示。



图341获取例39的双纵轴坐标曲线的坐标轴句柄和两条线条的句柄

本章小结◆

本章重点介绍MATLAB二维图形的绘制方法，包括最基本而且应用最为广泛的绘制二维图形的函数plot、叠加图绘制、子图绘制等。此外，还介绍了其他二维图形绘制函数，包括火柴杆图、极坐标绘图、对数和半对数坐标系绘图、双纵轴坐标等。

【思政元素融入】

所谓一图胜千言，图形化的信息表示更加形象直观，使抽象数据的数量比较关系或变化趋势变得一目了然。掌握MATLAB最基本而且应用最广泛的二维绘图方法，可以将复杂的数据转变为直观的甚至动态可视化的图像，加深对事物本质的领悟和理解，通过抽象思维与形象思维的结合，提高学习的兴趣和积极性，有利于逻辑思维、辩证思维和创新思维能力的培养。