Matlab在编程方面的应用.ppt

作为一个功能强大的工具软件，Matlab具有很强的图形处理功能，提供了大量的二维、三维图形函数。由于系统采用面向对象的技术和丰富的矩阵运算，所以在图形处理方面即常方便又高效。,二维图形,一、 plot函数函数格式：plot(x,y) 其中x和y为坐标向量函数功能：以向量x、y为轴，绘制曲线。【例1】 在区间0X2内，绘制正弦曲线Y=SIN（X），其程序为：x=0:pi/100:2*pi;y=sin(x);plot(x,y),【例2】同时绘制正、余弦两条曲线Y1=SIN（X）和Y2=COS（X），其程序为：x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2)plot函数还可以为plot(x,y1,x,y2，x,y3，)形式，其功能是以公共向量x为X轴，分别以y1，y2，y3，为Y轴，在同一幅图内绘制出多条曲线。,4.1 二维图形,一、 plot函数,（一）线型与颜色格式：plot(x,y1,cs,.)其中c表示颜色， s表示线型。,4.1 二维图形,一、 plot函数,【例3】 用不同线型和颜色重新绘制例4.2图形，其程序为：x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,'go',x,y2,'b-.')其中参数'go'和'b-.'表示图形的颜色和线型。g表示绿色，o表示图形线型为圆圈；b表示蓝色，-.表示图形线型为点划线。,（二）图形标记在绘制图形的同时，可以对图形加上一些说明，如图形名称、图形某一部分的含义、坐标说明等，将这些操作称为添加图形标记。title(加图形标题'); xlabel('加X轴标记'); ylabel('加Y轴标记'); text(X,Y,'添加文本');,4.1 二维图形,一、 plot函数,（三）设定坐标轴用户若对坐标系统不满意，可利用axis命令对其重新设定。axis(xmin xmax ymin ymax) 设定最大和最小值axis （auto） 将坐标系统返回到自动缺省状态axis （square） 将当前图形设置为方形axis （equal） 两个坐标因子设成相等axis （off） 关闭坐标系统axis （on） 显示坐标系统,4.1 二维图形,一、 plot函数,【例4】 在坐标范围0X2,-2Y2内重新绘制正弦曲线，其程序为：x=linspace(0,2*pi,60);生成含有60个数据元素的向量Xy=sin(x);plot(x,y);axis (0 2*pi -2 2);设定坐标轴范围,4.1 二维图形,一、 plot函数,（四）加图例给图形加图例命令为legend。该命令把图例放置在图形空白处，用户还可以通过鼠标移动图例，将其放到希望的位置。格式:legend('图例说明','图例说明');,4.1 二维图形,一、 plot函数,【例5】 为正弦、余弦曲线增加图例，其程序为：x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2, '-');legend('sin(x)','cos(x)');,（一）subplot（m,n,p）该命令将当前图形窗口分成m×n个绘图区，即每行n个，共m行，区号按行优先编号，且选定第p个区为当前活动区。,4.1 二维图形,二、 subplot函数,【例6】 在一个图形窗口中同时绘制正弦、余弦、正切、余切曲线，程序为：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=sin(x)./(cos(x)+eps); eps为系统内部常数ct=cos(x)./(sin(x)+eps);subplot(2,2,1); 分成2×2区域且指定1号为活动区plot(x,y);title('sin(x)'); axis (0 2*pi -1 1); subplot(2,2,2);,plot(x,z);title('cos(x)');axis (0 2*pi -1 1);subplot(2,2,3);plot(x,t);title('tangent(x)');axis (0 2*pi -40 40);subplot(2,2,4);plot(x,ct);title('cotangent(x)');axis (0 2*pi -40 40);,4.1 二维图形,二、subplot函数,（二）多图形窗口需要建立多个图形窗口，绘制并保持每一个窗口的图形，可以使用figure命令。每执行一次figure命令，就创建一个新的图形窗口，该窗口自动为活动窗口，若需要还可以返回该窗口的识别号码，称该号码为句柄。句柄显示在图形窗口的标题栏中，即图形窗口标题。用户可通过句柄激活或关闭某图形窗口，而axis、xlabel、title等许多命令也只对活动窗口有效。,4.1 二维图形,二、subplot函数,重新绘制上例4个图形，程序变动后如下：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=sin(x)./(cos(x)+eps); ct=cos(x)./(sin(x)+eps);H1=figure; 创建新窗口并返回句柄到变量H1plot(x,y); 绘制图形并设置有关属性title('sin(x)'); axis (0 2*pi -1 1); H2=figure; 创建第二个窗口并返回句柄到变量H2plot(x,z); 绘制图形并设置有关属性title('cos(x)');,axis (0 2*pi -1 1);H3=figure; 同上plot(x,t);title('tangent(x)');axis (0 2*pi -40 40);H4=figure; 同上plot(x,ct);title('cotangent(x)');axis (0 2*pi -40 40);,4.1 二维图形,二、subplot函数,（三）hold命令若在已存在图形窗口中用plot命令继续添加新的图形内容，可使用图形保持命令hold。发出命令hold on后，再执行plot命令，在保持原有图形或曲线的基础上，添加新绘制的图形。,4.1 二维图形,二、subplot函数,阅读如下程序：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,'b'); 绘制正弦曲线hold on; 设置图形保持状态plot(x,z,'g'); 保持正弦曲线同时绘制余弦曲线axis (0 2*pi -1 1); legend('cos','sin');hold off 关闭图形保持,4.1 二维图形,二、subplot函数,三、 函数f(x)曲线fplot函数则可自适应地对函数进行采样，能更好地反应函数的变化规律。fplot函数格式：fplot(fname，lims，tol)其中fname为函数名，以字符串形式出现，lims为变量取值范围，tol为相对允许误差，其其系统默认值为2e-3。例：fplot(sin（x）,0 2*pi,-+) fplot(sin(x),cos(x),0 2*pi,1e-3,·) 同时绘制正弦、余弦曲线,4.1 二维图形,为绘制f(x)=cos(tan(x)曲线，可先建立函数文件fct.m，其内容为：function y=fct(x) y=cos(tan(pi*x);用fplot函数调用fct.m函数，其命令为：fplot(fct,0 1,1e-4),4.1 二维图形,三、 函数f(x)曲线,4.2 特殊坐标图形,一、 对数坐标图形（一）loglog(x,y) 双对数坐标【例7】 绘制y=|1000sin(4x)|+1的双对数坐标图。程序为：x=0:0.1:2*pi；y=abs(1000*sin(4*x)+1；loglog(x,y); 双对数坐标绘图命令,（二）单对数坐标以X轴为对数重新绘制上述曲线，程序为：x=0:0.01:2*piy=abs(1000*sin(4*x)+1semilogx(x,y); 单对数X轴绘图命令同样，可以以Y轴为对数重新绘制上述曲线，程序为：x=0:0.01:2*piy=abs(1000*sin(4*x)+1semilogy(x,y); 单对数Y轴绘图命令,4.2特殊坐标图形,二、 极坐标图函数polar(theta,rho)用来绘制极坐标图，theta为极坐标角度，rho为极坐标半径【例8】 绘制sin(2*)*cos(2*)的极坐标图，程序为：theta=0:0.01:2*pi;rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);polar(theta,rho); 绘制极坐标图命令title('polar plot');,4.2特殊坐标图形,4.3 其它图形函数,除plot等基本绘图命令外，Matlab系统提供了许多其它特殊绘图函数，这里举一些代表性例子，更详细的信息用户可随时查阅在线帮助，其对应的M-file文件存放在系统matlabtoolboxmatlab目录下。,4.3 其它图形函数,一、阶梯图形函数stairs(x,y)可以绘制阶梯图形，如下列程序段：x=-2.5:0.25:2.5;y=exp(-x.*x);stairs(x,y); 绘制阶梯图形命令title('stairs plot');,4. 3 其它图形函数,4.3 其它图形函数,二、条形图形函数bar(x,y)可以绘制条形图形，如下列程序段将绘制条形图形x=-2.5:0.25:2.5;y=exp(-x.*x);bar(x,y); 绘制条形图命令,4. 3 其它图形函数,4.3 其它图形函数,三、填充图形fill(x,y,c)函数用来绘制并填充二维多边图形，x和y为二维多边形顶点坐标向量。字符 c 规定填充颜色，其取值前已叙述。下述程序段绘制一正方形并以黄色填充：,4. 3 其它图形函数,x=0 1 1 0 0; 正方形顶点坐标向量y=0 0 1 1 0;fill(x,y,'y');绘制并以黄色填充正方形图再如：x=0:0.025:2*pi;y=sin(3*x);fill(x,y,0.5 0.3 0.4); 颜色向量Matlab系统可用向量表示颜色，通常称其为颜色向量。基本颜色向量用r g b表示，即RGB颜色组合；以RGB为基本色，通过 r,g,b在01范围内的不同取值可以组合出各种颜色。,4. 3 其它图形函数,二维绘图函数小结,plot 二维图形基本函数fplot f(x)函数曲线绘制fill 填充二维多边图形polar 极坐标图bar 条形图loglog 双对数坐标图semilogx X轴为对数的坐标图semilogy Y轴为对数的坐标图stairs 阶梯形图axis 设置坐标轴clf 清除图形窗口内容close 关闭图形窗口,figure 创建图形窗口grid 放置坐标网格线gtext 用鼠标放置文本hold 保持当前图形窗口内容subplot 创建子图text 放置文本title 放置图形标题xlabel 放置X轴坐标标记ylabel 放置Y轴坐标标记,4. 3 其它图形函数,4.4 三维图形,一、 plot3函数最基本的三维图形函数为plot3，它是将二维函数plot的有关功能扩展到三维空间，用来绘制三维图形。函数格式：plot3(x1,y1,z1,c1,x2,y2,z2,c2,) 其中x1,y1,z1表示三维坐标向量，c1，c2表示线形或颜色。函数功能：以向量x，y，z为坐标，绘制三维曲线。,【例9】 绘制三维螺旋曲线，其程序为：t=0:pi/50:10*pi;y1=sin(t),y2=cos(t);plot3(y1,y2,t);title('helix'),text(0,0,0,'origin');xlabel('sin(t)'),ylabel('cos(t)'),zlabel('t');grid;,4.4 三维图形,二、mesh函数mesh函数用于绘制三维网格图。在不需要绘制特别精细的三维曲面结构图时，可以通过绘制三维网格图来表示三维曲面。三维曲面的网格图最突出的优点是：它较好地解决了实验数据在三维空间的可视化问题。函数格式：mesh(x,y,z,c)其中x，y控制X和Y轴坐标，矩阵z是由(x，y)求得Z轴坐标，(x,y,z)组成了三维空间的网格点；c用于控制网格点颜色。,4.4 三维图形,【例10】 下列程序绘制三维网格曲面图x=0:0.15:2*pi;y=0:0.15:2*pi;z=sin(y')*cos(x); 矩阵相乘mesh(x,y,z);,三、surf函数surf用于绘制三维曲面图，各线条之间的补面用颜色填充。surf函数和mesh函数的调用格式一致。函数格式: surf (x,y,z)其中x，y控制X和Y轴坐标，矩阵z是由x，y求得的曲面上Z轴坐标。,4.4 三维图形,【例11】 下列程序绘制三维曲面图形x=0:0.15:2*pi;y=0:0.15:2*pi;z=sin(y')*cos(x); 矩阵相乘surf(x,y,z);xlabel('x-axis'),ylabel('y-axis'),zlabel('z-label');title('3-D surf');,四、视点视点位置可由方位角和仰角表示。方位角又称旋转角为视点位置在XY平面上的投影与X轴形成的角度，正值表示逆时针，负值表示顺时针。仰角又称视角为XY平面的上仰或下俯角，正值表示视点在XY平面上方，负值表示视点在XY平面下方。从不同视点绘制三维图形的函数为view。 view(az,el)中的az为方位角，el为仰角。通过系统提供的多峰函数peaks的绘制例子，可进一步说明视点对图形的影响，以及view(az,el)函数的使用。,4.4 三维图形,【例12】 不同视角图形p=peaks; 系统提供的多峰函数subplot(2,2,1);mesh(peaks,p);view(-37.5,30); 指定子图1的视点title('azimuth=-37.5,elevation=30')subplot(2,2,2);mesh(peaks,p);view(-17,60); 指定子图2的视点title('azimuth=-17,elevation=60'),subplot(2,2,3);mesh(peaks,p);view(-90,0); 指定子图3的视点title('azimuth=-90,elevation=0')subplot(2,2,4);mesh(peaks,p);view(-7,-10);指定子图4的视点title('azimuth=-7,elevation=-10'),4.4 三维图形,五、等高线图等高线图可通过函数contour3绘制。【例13】 多峰函数peaks的等高线图x,y,z=peaks(30);contour3(x,y,z,16);xlabel('x-axis'),ylabel('y-axis'),zlabel('z-axis');title('contour3 of peaks'),4.4 三维图形,4.5 图形句柄,一、句柄在Matlab系统中，绘图命令产生的每一个部分称为图形对象，系统在创建每一个对象时，都为该对象分配唯一的一个值，称其为句柄，因此句柄就是图形对象标识符。对象、句柄以及图形对象等概念其实质是统一的，系统将每一个对象按树型层次结构组织起来，这些对象包括根对象，通常为计算机屏幕、图形窗口、坐标系统、线条、曲面、文本串、用户界面控制等。,根对象可包含一个或多个图形窗口对象，而一个图形窗口对象又可包含一组或多组坐标系子对象，线条、文本等其它对象都是坐标系的子对象。所有创建对象的函数当父对象不存在时，都会自动创建它。计算机屏幕作为根对象自动建立，其句柄值为0。而Hf_f=figure命令则建立图形窗口对象，并返回它的句柄值给变量Hf_f。图形窗口的句柄为一整数，并显示在该窗口的标题栏，其它图形对象的句柄为浮点数，Matlab提供了一系列与句柄操作有关的函数，如gcf 、gca等。为便于识别，用大写字母开头的变量表示句柄，如Hf_f等。,4.5 图形句柄,二、对象属性所有图形对象都具有控制对象显示的属性。这些属性既包括对象的一般信息，如对象类型、对象的父对象及子对象等，也包括对象的一些特定信息，如坐标系对象的刻度等。用户可以获取、设置对象属性，以达到控制对象的目的。当创建一个对象时，系统用一组默认属性值定制对象，用户梢酝üget命令获取这些属性值，同时也可通过set命令重新设置对象属性。set命令格式为：set(H,name,value，) 将图形对象H的name属性设置为value其中H为句柄，name为属性名，value为name的属性值。,4.5 图形句柄,4.5 图形句柄,用set命令可以方便地设置图形对象属性，如下列程序段就是通过属性来定制图形。x=0:0.1:4*pi;H=plot(x,sin(x); 返回正弦曲线句柄Hset(H,'LineStyle','*','LineWidth',0.1);设置正弦曲线线型与线宽其中'LineStyle'为线型属性，'LineWidth'为线宽属性。,4.5 图形句柄,4.5 图形句柄,利用get(H)命令可以返回当前句柄H对象的属性。键入命令：get(H) 系统返回当前图形对象的有关属性：象H=get(0,CurrentFigure)则返回根对象的CurrentFigure的属性值，即当前图形窗口的句柄，相当于函数gcf。get(gcf,Children)则返回当前坐标系对象的句柄；类似的操作用户可在使用Matlab的过程中不断积累。,4.5 图形句柄,4.5 图形句柄,三、句柄应用利用句柄操作的有关函数，用户可以查找、访问图形对象，以达到定制对象属性，改变对象显示效果的目的。x=-pi:pi/20:pi;y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,'r',x,z,'g');Hl_lines=get(gca,'Children'); 获取正、余曲线句柄向量Hl_linesfor k=1:size(Hl_lines) if get(Hl_lines(k),Color)=0 1 0 0 1 0为绿颜色向 Hl_green=Hl_lines(k) 返回绿色线条句柄 endend,4.5 图形句柄,4.6 动画设计,如果将Matlab产生的多幅图形保存起来，并利用系统提供的函数进行播放，就可产生动画效果。系统所提供的动画功能函数有getframe、moviein和movie。,getframe函数getframe函数可将当前图形窗口作为一个画面取下并保存，格式为：m=getframe它将每一帧画面信息数据截取下来整理成列向量。该函数截取图形的点阵信息，图形窗口的大小，对数据向量的大小影响较大，窗口越大，所需存储容量越大。而图形的复杂性对数据容量要求没有直接的关系。,4.6 动画设计,4.6 动画设计,moviein函数函数m=moviein(n)用来建立一个足够大的n列的矩阵m，用来保存n幅画面的数据，以备播放。movie函数movie(m,n)以每秒n幅图形的速度播放由矩阵m的列向量所组成的画面。,4.6 动画设计,4.6 动画设计,【例14】 播放一个不断变化的眼球程序段。m=moviein(20); 建立一个20个列向量组成的矩阵for j=1:20 plot(fft(eye(j+10) 绘制出每一幅眼球图并保存到m矩阵中 m(:,j)=getframe;endmovie(m,10);以每秒10幅的速度播放画面,4.6 动画设计,4.6 动画设计,再如下述程序段播放一个直径不断变化的球体。n=30x,y,z=spherem=moviein(n);for j=1:n surf(i*x,i*y,i*z) m(:,j)=getframe;endmovie(m,30);,4.6 动画设计,习题四,1在0 2范围内绘制二维曲线图y=sin(x)*cos(5x)。2在0 2范围内绘制以Y轴为对数的二维曲线图。 y=|1000sin(4x)|+13. 在6 2范围内用plot和fplot函数分别绘制二维曲线图。4绘制z=sin(x)*cos(y)的三维网格和三维曲面图，x,y变化范围均为 0 2。,