MATLAB04:基础绘图

待我称王封你为后i 2022-12-04 02:20 290阅读 0赞

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**目录**

图线的绘制与装饰

使用plot()函数绘制图线

装饰图线

控制坐标轴,边框与网格

绘制多条图线

在一个图像上绘制多条图线

在一个窗口内绘制多个图像

图形对象的操作

获取图形句柄

通过图形句柄操作图形属性

将图形保存到文件

--------------------

学习一门技术最好的方式就是阅读官方文档,可以查看[MATLAB官方文档][MATLAB]

# 图线的绘制与装饰 #

## 使用`plot()`函数绘制图线 ##

在MATLAB中,使用`plot()`函数绘制图线,其语法为:

plot(x,y,LineSpec)

各参数意义如下:

*  `x`: 图线上点的x坐标
 *  `y`: 图线上点的y坐标
 *  `LineSpec`: 图线的线条设定,三个指定**线型**,**标记符号**和**颜色**的**设定符**组成一个字符串,设定符不区分先后.具体细节请参考[官方文档][Link 1].
    
    <table style="width:634px;"> 
     <thead> 
      <tr> 
       <th style="width:89px;">线型符号</th> 
       <th style="width:127px;">线型设定符</th> 
       <th style="width:98px;">标记</th> 
       <th style="width:117px;">标记设定符</th> 
       <th style="width:92px;">颜色</th> 
       <th style="width:108px;">颜色设定符</th> 
      </tr> 
     </thead> 
     <tbody> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;"><span style="color:#f33b45;"><code>-</code></span></td> 
       <td style="width:127px;">实线（默认）</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>o</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">圆圈</td> 
       <td style="width:92px;"><span style="color:#f33b45;"><code>y</code></span></td> 
       <td style="width:108px;">黄色</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;"><span style="color:#f33b45;"><code>--</code></span></td> 
       <td style="width:127px;">虚线</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>+</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">加号</td> 
       <td style="width:92px;"><span style="color:#f33b45;"><code>m</code></span></td> 
       <td style="width:108px;">品红色</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;"><span style="color:#f33b45;"><code>:</code></span></td> 
       <td style="width:127px;">点线</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>*</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">星号</td> 
       <td style="width:92px;"><span style="color:#f33b45;"><code>c</code></span></td> 
       <td style="width:108px;">青蓝色</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;"><span style="color:#f33b45;"><code>-.</code></span></td> 
       <td style="width:127px;">点划线</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>.</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">点</td> 
       <td style="width:92px;"><span style="color:#f33b45;"><code>r</code></span></td> 
       <td style="width:108px;">红色</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>x</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">叉号</td> 
       <td style="width:92px;"><span style="color:#f33b45;"><code>g</code></span></td> 
       <td style="width:108px;">绿色</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>s</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">方形</td> 
       <td style="width:92px;"><span style="color:#f33b45;"><code>b</code></span></td> 
       <td style="width:108px;">蓝色</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>d</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">菱形</td> 
       <td style="width:92px;"><span style="color:#f33b45;"><code>w</code></span></td> 
       <td style="width:108px;">白色</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>^</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">上三角</td> 
       <td style="width:92px;"><span style="color:#f33b45;"><code>k</code></span></td> 
       <td style="width:108px;">黑色</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>v</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">下三角</td> 
       <td style="width:92px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:108px;">&nbsp;</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>&gt;</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">右三角</td> 
       <td style="width:92px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:108px;">&nbsp;</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>&lt;</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">左三角</td> 
       <td style="width:92px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:108px;">&nbsp;</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>p</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">五角形</td> 
       <td style="width:92px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:108px;">&nbsp;</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:89px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:127px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:98px;"><span style="color:#f33b45;"><code>h</code></span></td> 
       <td style="width:117px;">六角形</td> 
       <td style="width:92px;">&nbsp;</td> 
       <td style="width:108px;">&nbsp;</td> 
      </tr> 
     </tbody> 
    </table>

下面例子演示了绘制![(0, 2\\pi)][0_ 2_pi]内余弦函数的图像:

x = 0:pi/20:2*pi;
    y = cos(x);
    plot(x, y, 'r.-')

![plot的基本使用][plot]

## 装饰图线 ##

*  使用`legend()`函数为图片增加图例
    
    使用`legend(label1, ..., labelN)`函数可以为图片添加图例.
    
        x=0:0.5:4*pi;
        y=sin(x); h=cos(x); w=1./(1+exp(-x)); g=(1/(2*pi*2)^0.5).*exp((-1.*(x-2*pi).^2)./(2*2^2));
        plot(x,y,'bd-' ,x,h,'gp:',x,w,'ro-' ,x,g,'c^-');		% 绘制多条图线
        legend('sin(x)','cos(x)','Sigmoid','Gauss function');	% 添加图例
    
                             ![使用legend增加图例][legend]
 *  使用`title()`和`*label()`为图片增加标题和标签
    
        x = 0:0.1:2*pi; y1 = sin(x); y2 = exp(-x);
        plot(x, y1, '--*', x, y2, ':o');
        xlabel('t = 0 to 2\pi');
        ylabel('values of sin(t) and e^{-x}')
        title('Function Plots of sin(t) and e^{-x}');
        legend('sin(t)','e^{-x}');
    
                              ![使用title()和\*label()为图片增加标题和标签][title_label]
 *  使用`text()`和`annotation()`为图片增加注解
    
        x = linspace(0,3); y = x.^2.*sin(x); plot(x,y);
        line([2,2],[0,2^2*sin(2)]);
        str = '$$ \int_{0}^{2} x^2\sin(x) dx $$';
        text(0.25,2.5,str,'Interpreter','latex');
        annotation('arrow','X',[0.32,0.5],'Y',[0.6,0.4]);
    
                                  ![使用text()和annotation()为图片增加注解][text_annotation]

## 控制坐标轴,边框与网格 ##

使用下列命令可以控制坐标轴,边框与网格.

<table style="width:596px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="width:114px;">命令</th> 
   <th style="width:479px;">作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:114px;"><span style="color:#f33b45;"><code>grid on/off</code></span></td> 
   <td style="width:479px;">设置网格可见性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:114px;"><span style="color:#f33b45;"><code>box on/off</code></span></td> 
   <td style="width:479px;">设置边框可见性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:114px;"><span style="color:#f33b45;"><code>axis on/off</code></span></td> 
   <td style="width:479px;">设置坐标轴可见性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:114px;"><span style="color:#f33b45;"><code>axis normal</code></span></td> 
   <td style="width:479px;">还原默认行为,将图框纵横比模式和数据纵横比模式的属性设置为自动</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:114px;"><span style="color:#f33b45;"><code>axis square</code></span></td> 
   <td style="width:479px;">使用相同长度的坐标轴线,相应调整数据单位之间的增量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:114px;"><span style="color:#f33b45;"><code>axis equal</code></span></td> 
   <td style="width:479px;">沿每个坐标轴使用相同的数据单位长度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:114px;"><span style="color:#f33b45;"><code>axis tight</code></span></td> 
   <td style="width:479px;">将坐标轴范围设置为等同于数据范围,使轴框紧密围绕数据</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

下面的例子演示`axis`命令的效果:

t = 0:0.1:2*pi; x = 3*cos(t); y = sin(t);
    subplot(2, 2, 1); plot(x, y); axis normal
    subplot(2, 2, 2); plot(x, y); axis square
    subplot(2, 2, 3); plot(x, y); axis equal
    subplot(2, 2, 4); plot(x, y); axis equal tight

![axis命令的效果][axis]

# 绘制多条图线 #

## 在一个图像上绘制多条图线 ##

默认情况下,每次执行`plot()`函数都会清除上一次绘图的结果,多次执行`plot()`只会保留最后一次绘制的图形.

plot(cos(0:pi/20:2*pi));
    plot(sin(0:pi/20:2*pi));

![多次执行plot只会保留最后一次绘制的图形][plot 1]

我们可以使用`hold on`和`hold off`命令控制绘图区域的刷新,使得多个绘图结果同时保留在绘图区域中.

hold on		% 提起画笔,开始绘制一组图片			
    plot(cos(0:pi/20:2*pi));
    plot(sin(0:pi/20:2*pi));
    hold off	% 放下画笔,该组图片绘制完毕

![使用hold命令控制绘图区域的刷新][hold]

## 在一个窗口内绘制多个图像 ##

使用`subplot()`函数可以在一个窗口内绘制多个图像.其语法为:

subplot(m,n,p)

该命令表示将当前图窗划分为`m`×`n`个网格,并在第`p`个网格内绘制图像.

示例如下:

subplot(2,2,1);
    x = linspace(-3.8,3.8);
    y_cos = cos(x);
    plot(x,y_cos);
    title('Subplot 1: Cosine')
    
    subplot(2,2,2);
    y_poly = 1 - x.^2./2 + x.^4./24;
    plot(x,y_poly,'g');
    title('Subplot 2: Polynomial')
    
    subplot(2,2,[3,4]);
    plot(x,y_cos,'b',x,y_poly,'g');
    title('Subplot 3 and 4: Both')

![在一个窗口内绘制多个图像][20191116131252799.jpg]

# 图形对象的操作 #

在MATLAB中,图形都是以对象的形式储存在内存中,通过获取其图形句柄可以对其进行操作.

![在MATLAB中图形都是以对象的形式储存的][MATLAB 1]

## 获取图形句柄 ##

图形句柄本质上就是一个浮点数,可以唯一确定一个图形对象.下面几个函数用于获取图形句柄.

<table style="width:467px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="width:195px;">Function</th> 
   <th style="width:269px;">Purpose</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:195px;"><span style="color:#f33b45;"><code>gca()</code></span></td> 
   <td style="width:269px;">获取当前坐标轴的句柄</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:195px;"><span style="color:#f33b45;"><code>gcf()</code></span></td> 
   <td style="width:269px;">获取当前图像的句柄</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:195px;"><span style="color:#f33b45;"><code>allchild(handle_list)</code></span></td> 
   <td style="width:269px;">获取该对象的所有子对象的句柄</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:195px;"><span style="color:#f33b45;"><code>ancestor(h,type)</code></span></td> 
   <td style="width:269px;">获取对象最近的<span style="color:#f33b45;"><code>type</code></span>类型的祖先节点</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:195px;"><span style="color:#f33b45;"><code>delete(h)</code></span></td> 
   <td style="width:269px;">删除某对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:195px;"><span style="color:#f33b45;"><code>findall(handle_list)</code></span></td> 
   <td style="width:269px;">获取该对象的后代对象</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

所有绘图函数也会返回图形对象的句柄.

![绘图函数也会返回图形对象的句柄][20191116125018489.png]

## 通过图形句柄操作图形属性 ##

使用`get()`和`set()`函数可以对图形对象的属性进行访问和修改.访问[官方文档][Link 2]可以查看所有图形对象的属性.

*  `set(H,Name,Value)`
 *  `v = get(h,propertyName)`

![图形对象的属性][2019111612505459.png]

下面两个例子演示使用图形句柄操作图形对象:

1.  改变坐标轴属性:
    
        % 第一张图
        set(gca, 'FontSize', 25);
        
        % 第二张图
        set(gca, 'XTick', 0:pi/2:2*pi);
        set(gca, 'XTickLabel', 0:90:360);
        
        % 第三张图
        set(gca, 'FontName', 'symbol');
        set(gca, 'XTickLabel', {'0', 'p/2', 'p', '3p/2', '2p'});
    
    ![句柄操作实例1][1]
2.  改变线型
    
        h = plot(x,y); 
        set(h, 'LineStyle','-.', ...
        	'LineWidth', 7.0, ...
        	'Color', 'g');
    
                         ![句柄操作实例2][2]

# 将图形保存到文件 #

使用`saveas(fig,filename)`命令可以将图形对象保存到文件中,其中`fig`为图形句柄,`filname`为文件名.

saveas(gcf, 'myfigure.png')

使用`saveas()`函数将图像保存成位图时,会发生失真.要精确控制生成图片的质量,可以使用`print()`函数,见[官方文档][Link 3]

[https_blog.csdn.net_ncepu_Chen_article_details_103097452]: https://blog.csdn.net/ncepu_Chen/article/details/103097452
[MATLAB]: https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/getting-started-with-matlab.html?lang=en
[Link 1]: https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/linespec.html
[0_ 2_pi]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%280%2C%202%5Cpi%29
[plot]: /images/20221123/7d350f7b0a75460799c024117f479615.png
[legend]: /images/20221123/050d886f5f8242e08e6865584a465a64.png
[title_label]: /images/20221123/d0cc862090c547c59380e1fa4b64b6f7.png
[text_annotation]: /images/20221123/f0e93fe2f2fd4366b7ba6bbf0d7e38cd.png
[axis]: /images/20221123/26d1fd575bd948a2a823018bec5f253a.png
[plot 1]: /images/20221123/25a176f455674b8b910556f7628c2c18.png
[hold]: /images/20221123/5cf6d3e8109f42ae86296c058c8457b4.png
[20191116131252799.jpg]: /images/20221123/afe841ef80cd40fb8def65e306de0607.png
[MATLAB 1]: /images/20221123/923b6bea85be4878b04173af1f9fc723.png
[20191116125018489.png]: /images/20221123/cf321e62869c4ad49258ebc64d7b2f25.png
[Link 2]: http://www.mathworks.com/help/matlab/ref/figure-properties.html
[2019111612505459.png]: /images/20221123/ac33f28c8d6c434294bad6e02e31ca1b.png
[1]: /images/20221123/b074c71861a94a29be29a41ceee66338.png
[2]: /images/20221123/872a540400da4d8f9768892171a1f5cf.png
[Link 3]: https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/print.html