数学建模与数学实验 MATLAB作图

Matlab作图 二维图形 三维图形 图形处理 实例 特殊二、三维图形 作业

1.曲线图 Matlab作图是通过描点、连线来实现的，故在画一个曲线图形之前，必须先取得该图形上的一系列的点的坐标（即横坐标和纵坐标），然后将该点集的坐标传给Matlab函数画图. 命令为： PLOT(X,Y,S) y 黄色 . 点 - 连线 m 洋红 o 圈 : 短虚线 c 蓝绿色 x x-符号 -. 长短线 r 红色 + 加号 -- 长虚线 线型 X,Y是向量,分别表示点集的横坐标和纵坐标 PLOT(X,Y)--画实线 PLOT(X,Y1,S1,X,Y2,S2,……,X,Yn,Sn) --将多条线画在一起

例 在[0,2*pi]用红线画sin(x),用绿圈画cos(x). 解 x=linspace(0,2*pi,30); y=sin(x); z=cos(x); plot(x,y,'r',x,z,’g0') Matlab liti1

(1) ezplot 2.符号函数(显函数、隐函数和参数方程)画图 ezplot(‘f(x)’,[a,b]) 表示在a<x<b绘制显函数f=f(x)的函数图 ezplot(‘f(x,y)’,[xmin,xmax,ymin,ymax]) 表示在区间xmin<x<xmax和 ymin<y<ymax绘制 隐函数f(x,y)=0的函数图 ezplot(‘x(t)’,’y(t)’,[tmin,tmax]) 表示在区间tmin<t<tmax绘制参数方程 x=x(t),y=y(t)的函数图

ezplot(‘sin(x)’,[0,pi]) 例 在[0,pi]上画y=cos(x)的图形 解 输入命令 ezplot(‘sin(x)’,[0,pi]) Matlab liti25 解 输入命令 ezplot(‘cos(t)^3’,’sin(t)^3’,[0.2*pi]) Matlab liti41 解 输入命令 ezplot('exp(x)+sin(x*y)',[-2,0.5,0,2]) Matlab liti40

(2) fplot fplot(‘fun’,lims) 表示绘制字符串fun指定的函数在lims=[xmin,xmax]的图形. 注意： [1] fun必须是M文件的函数名或是独立变量为x的字符串. [2] fplot函数不能画参数方程和隐函数图形，但在一个图上可以画多个图形。

解 先建M文件myfun1.m： function Y=myfun1(x) Y=exp(2*x)+sin(3*x.^2) Matlab liti43 再输入命令： fplot(‘myfun1’,[-1,2]) 例 在[-2,2]范围内绘制函数tanh的图形 解 fplot(‘tanh’,[-2,2]) Matlab liti28 解 输入命令: fplot(‘[tanh(x),sin(x),cos(x)]’,2*pi*[-1 1 –1 1]) Matlab liti42

loglog(Y) 表示 x、y坐标都是对数坐标系 semilogx(Y) 表示 x坐标轴是对数坐标系 3. 对数坐标图 在很多工程问题中,通过对数据进行对数转换可以更清晰地看出数据的某些特征,在对数坐标系中描绘数据点的曲线,可以直接地表现对数转换.对数转换有双对数坐标转换和单轴对数坐标转换两种.用loglog函数可以实现双对数坐标转换,用semilogx和semilogy函数可以实现单轴对数坐标转换. loglog(Y) 表示 x、y坐标都是对数坐标系 semilogx(Y) 表示 x坐标轴是对数坐标系 semilogy(…) 表示y坐标轴是对数坐标系 plotyy 有两个y坐标轴，一个在左边，一个在右边

例 用方形标记创建一个简单的loglog 解 输入命令: x=logspace(-1,2); loglog(x,exp(x),’-s’) grid on %标注格栅 Matlab liti37 例 创建一个简单的半对数坐标图 解 输入命令: x=0:.1:10; semilogy(x,10.^x) Matlab liti38 例 绘制y=x3的函数图、对数坐标图、半对数坐标图 Matlab liti22 返回

三维图形 1、空间曲线 2、空间曲面 返回

PLOT3(x,y,z,s) 空 间 曲 线 1、 一条曲线 例 在区间[0，10*pi]画出参数曲线x=sin(t),y=cos(t), 空 间 曲 线 1、 一条曲线 PLOT3(x,y,z,s) n维向量，分别表示曲线上点集的横坐标、纵坐标、函数值 指定颜色、线形等 例 在区间[0，10*pi]画出参数曲线x=sin(t),y=cos(t), z=t. 解 t=0:pi/50:10*pi; plot3(sin(t),cos(t),t) rotate3d %旋转 Matlab liti8

2、多条曲线 PLOT3(x,y,z) 其中x，y，z是都是m*n矩阵，其对应的每一列表示一条曲线. [X,Y]=meshgrid(x,y); Z=(X+Y).^2; plot3(X,Y,Z) Matlab liti9 （这里meshgrid(x,y)的作用是产生一个以向量x为行、向量y为列的矩阵） 返回

空 间 曲 面 (1) surf(x,y,z) 画出数据点（x，y，z）表示的曲面 例 画函数Z=(X+Y).^2的图形. 空 间 曲 面 (1) surf(x,y,z) 画出数据点（x，y，z）表示的曲面 数据矩阵。分别表示数据点的横坐标、纵坐标、函数值 例 画函数Z=(X+Y).^2的图形. 解 x=-3:0.1:3; y=1:0.1:5; [X,Y]=meshgrid(x,y); Z=(X+Y).^2; surf(X,Y,Z) shading flat %将当前图形变得平滑 Matlab liti11

例 画出曲面Z=(X+Y).^2在不同视角的网格图. （2） Mesh(x,y,z) 画网格曲面 数据矩阵。分别表示数据点的横坐标、纵坐标、函数值 例 画出曲面Z=(X+Y).^2在不同视角的网格图. 解 x=-3:0.1:3; y=1:0.1:5; [X,Y]=meshgrid(x,y); Z=(X+Y).^2; mesh(X,Y,Z) Matlab liti24

(3)meshz(X,Y,Z) 在网格周围画一个curtain图(如,参考平面) 例 绘peaks的网格图 解 输入命令: [X,Y]=meshgrid(-3:.125:3); Z=praks(X,Y); Meshz(X,Y,Z) Matlab liti36 返回

在图形上加格栅、图例和标注 定制坐标 图形处理 图形保持 分割窗口 缩放图形 改变视角 动 画 返回

处理图形 1、在图形上加格栅、图例和标注 （1）GRID ON: 加格栅在当前图上 GRID OFF: 删除格栅 （2）hh = xlabel(string): 在当前图形的x轴上加图例string hh = ylabel(string): 在当前图形的y轴上加图例string hh = zlabel(string): 在当前图形的z轴上加图例string hh = title(string): 在当前图形的顶端上加图例string

例 在区间[0,2*pi]画sin(x)的图形，并加注图例“自变量 X”、“函数Y”、“示意图”, 并加格栅. 解 x=linspace(0,2*pi,30); y=sin(x); plot(x,y) xlabel('自变量X') ylabel('函数Y') title('示意图') grid on Matlab liti2

（3） hh = gtext(‘string’) 图形上出现一个交叉的十字，该十字随鼠标的移动移动， 当按下鼠标左键时，该标注string放在当前十交叉的位 置. 例 在区间[0,2*pi]画sin(x)，并分别标注“sin(x)” ”cos(x)”. 解 x=linspace(0,2*pi,30); y=sin(x); z=cos(x); plot(x,y,x,z) gtext(‘sin(x)’);gtext(’cos(x)’) Matlab liti3 返回

2、定制坐标 Axis([xmin xmax ymin ymax zmin zmax]) 定制图形坐标 x、y、z的最大、最小值 Axis auto 将坐标轴返回到自动缺省值 例 在区间[0.005,0.01]显示sin(1/x)的图形。 解 x=linspace(0.0001,0.01,1000); y=sin(1./x); plot(x,y) axis([0.005 0.01 –1 1]) Matlab liti4 返回

(1) hold on hold of 3、图形保持 保持当前图形, 以便继续画图到当前图上 释放当前图形窗口 例 将y=sin(x)、y=cos(x)分别用点和线画出在同一屏幕上。 解 x=linspace(0,2*pi,30); y=sin(x); z=cos(x) plot(x,z,:) hold on Plot(x,y) Matlab liti5

(2) figure(h) 新建h窗口，激活图形使其可见，并把它置于其它图形之上 例 区间[0,2*pi]新建两个窗口分别画出y=sin(x)； z=cos(x)。 解 x=linspace(0,2*pi,100); y=sin(x);z=cos(x); plot(x,y); title('sin(x)'); pause figure(2); plot(x,z); title('cos(x)'); Matlab liti6 返回

4、分割窗口 h=subplot(mrows,ncols,thisplot) 划分整个作图区域为mrows*ncols块（逐行对块访问）并激活第thisplot块，其后的作图语句将图形画在该块上。 subplot(mrows,ncols,thisplot) 激活已划分为mrows*ncols块的屏幕中的第thisplot块，其后的作图语句将图形画在该块上。 subplot(1,1,1) 命令Subplot(1,1,1)返回非分割状态。

例 将屏幕分割为四块，并分别画出y=sin(x)，z=cos(x)，a=sin(x)*cos(x),b=sin(x)/cos(x)。 解x=linspace(0,2*pi,100); y=sin(x); z=cos(x); a=sin(x).*cos(x);b=sin(x)./(cos(x)+eps) subplot(2,2,1);plot(x,y),title(‘sin(x)’) subplot(2,2,2);plot(x,z),title(‘cos(x)’) subplot(2,2,3);plot(x,a),title(‘sin(x)cos(x)’) subplot(2,2,4);plot(x,b),title(‘sin(x)/cos(x)’) Matlab liti7 返回

5、缩放图形 zoom on 为当前图形打开缩放模式 单击鼠标左键，则在当前图形窗口中，以鼠标点中的点为中心的图形放大2倍；单击鼠标右键，则缩小2倍 zoom off 关闭缩放模式 例 缩放y=sin(x)的图形 解 x=linspace(0,2*pi,30); y=sin(x); Plot(x,y) zoom on Matlab liti13 返回

6. 改变视角view （1）view(a,b) 命令view(a,b)改变视角到(a,b),a是方位角,b为仰角。缺省视角为（-37.5，30）。 （2）view（[x，y，z]） view用空间矢量表示的，三个量只关心它们的比例，与数值的大小无关，x轴view（[1，0，0]），y轴view（[0，1，0]），z轴view（[0，0，1]）。 例 画出曲面Z=(X+Y).^2在不同视角的网格图. 解 x=-3:0.1:3; y=1:0.1:5; [X,Y]=meshgrid(x,y); Z=(X+Y).^2; subplot(2,2,1)， mesh(X,Y,Z) subplot(2,2,2)， mesh(X,Y,Z)，view(50,-34) subplot(2,2,3)， mesh(X,Y,Z)，view(-60,70) subplot(2,2,4)， mesh(X,Y,Z)，view(0，1，1) Matlab liti10 返回

7. 动画 Moviein(),getframe,movie() 函数Moviein()产生一个帧矩阵来存放动画中的帧；函数getframe对当前的图象进行快照；函数movie()按顺序回放各帧。 例 将曲面peaks做成动画。 解 [x,y,z]=peaks(30); surf(x,y,z) axis([-3 3 -3 3 -10 10]) m=moviein(15); for i=1:15 view(-37.5+24*(i-1),30) m(:,i)=getframe; end movie(m) Matlab liti14 返回

特殊二、三维图形 1、特殊的二维图形函数 2、特殊的三维图形函数 返回

特殊的二维图形函数 1、极坐标图：polar (theta,rho,s) 例 解：theta=linspace(0,2*pi), rho=sin(2*theta).*cos(2*theta); polar(theta,rho,’g’) title(‘Polar plot of sin(2*theta).*cos(2*theta)’); Matlab liti15

2、 散点图: scatter（X,Y,S,C） 在向量X和Y的指定位置显示彩色圈．X和Y必须大小相同． 例 绘制seamount散点图 解 输入命令： load seamount scatter(x,y,5,z) Matlab liti29 3、平面等值线图： contour (x,y,z,n) 绘制n个等值线的二维等值线图 解 输入命令： ［X,Y］=meshgeid(-2:.2:2,-2:.2:3); Z=X.*exp(-X.^2-Y.^2); [C,h]=contour(X,Y,Z); clabel(C,h) colormap cool Matlab liti34 返回

特殊的三维图形函数 1、空间等值线图： contour 3(x,y,z,n) 其中n表示等值线数。 例 山峰的三维和二维等值线图。 解 [x,y,z]=peaks; subplot(1,2,1) contour3(x,y,z,16,'s') grid, xlabel('x-axis'),ylabel('y-axis') zlabel('z-axis') title('contour3 of peaks'); subplot(1,2,2) contour(x,y,z,16,'s') grid, xlabel('x-axis'), ylabel('y-axis') title('contour of peaks'); Matlab liti18

3、三维散点图 scatter3（X,Y,Z,S,C） 例 绘制三维散点图。 解 输入命令: [x,y,z]=sphere(16); X=[x(:)*.5 x(:)*.75 x(:)]; Y=[y(:)*.5 y(:)*.75 y(:)]; Z=[z(:)*.5 z(:)*.75 z(:)]; S=repmat([1 .75 .5]*10,prod(size(x)),1); C=repmat([1 2 3],prod(size(x)),1); scatter3(X(:),Y(:),Z(:),S(:),C(:),'filled'),view(-60,60) Matlab liti32 返回

绘制山区地貌图 要在某山区方圆大约27平方公里范围内修建一条公路，从山脚出发经过一个居民区，再到达一个矿区。横向纵向分别每隔400米测量一次，得到一些地点的高程：(平面区域0<=x<=5600,0<=y<=4800)，需作出该山区的地貌图和等高线图。 Matlab shanqu 返回

实验作业 1、在同一平面中的两个窗口分别画出心形线和马鞍面。 要求： 1、在图形上加格栅、图例和标注 2、定制坐标 3、以不同角度观察马鞍面 2、以不同的视角观察球面 和 圆柱面 所围区域。 返回