第4章MATLAB計(jì)算的可視化和GUI設(shè)計(jì)-fanny

第4章MATLAB計(jì)算的可視化和GUI設(shè)計(jì)4.1二維曲線的繪制4.2MATLAB的特殊圖形繪制4.3MATLAB的三維圖形繪制4.4圖形繪制工具4.5對(duì)話框4.6句柄圖形4.7用戶圖形界面設(shè)計(jì)4.8圖形文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)4.1二維曲線的繪制MATLAB的二維曲線功能很強(qiáng)大，在MATLAB的界面中專門有繪制圖形的“PLOTS”面板，主要包括線型圖、柱狀圖、面積圖、方向圖、極坐標(biāo)圖和散點(diǎn)圖，單擊下拉箭頭如圖4.1所示。4.1.1基本繪圖命令plot命令是MATLAB中最簡(jiǎn)單而且使用最廣泛的1個(gè)繪圖命令，用來(lái)繪制二維曲線。語(yǔ)法：plot(x) %繪制以x為縱坐標(biāo)的二維曲線plot(x,y) %繪制以x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)的二維曲線1．用plot(x)繪制x向量曲線4.1.1基本繪圖命令【例4.1】

用plot(x)命令畫直線，如圖4.2所示。>>x1=[123]x1=123>>plot(x1)>>x2=[010]x2=010>>plot(x2)4.1.1基本繪圖命令2．用plot(x,y)命令繪制向量x和y的曲線若參數(shù)x和y都是長(zhǎng)度為n的向量，則x、y的長(zhǎng)度必須相等，用plot(x,y)命令繪制縱坐標(biāo)為向量y、橫坐標(biāo)為向量x的曲線?！纠?.2】

繪制正弦曲線y=sin(x)和方波曲線，如圖4.3所示。>>x1=0:0.1:2*pi;>>y1=sin(x1); %y1為x1的正弦函數(shù)>>plot(x1,y1)>>x2=[011223];>>y2=[110011];>>plot(x2,y2)>>axis([0402]) %將坐標(biāo)軸范圍設(shè)定為0～4和0～24.1.1基本繪圖命令圖4.3繪制正弦曲線和方波曲線4.1.1基本繪圖命令4．用plot(z)命令繪制復(fù)向量曲線plot(z)中的參數(shù)z為復(fù)向量時(shí)，plot(z)和plot(real(z)、imag(z))是等效的，以實(shí)部作為橫坐標(biāo)，以虛部作為縱坐標(biāo)。【例4.4續(xù)】

以下程序畫出如圖4.5（e）所示的曲線。>>z1=x2+i*y1z1=1.0000+1.0000i1.0000+2.0000i1.0000+3.0000i2.0000+4.0000i2.0000+5.0000i2.0000+6.0000i>>plot(z1) %以實(shí)部作為橫坐標(biāo)，以虛部作為縱坐標(biāo)X2Y1???4.1.1基本繪圖命令5．用plot(x1,y1,x2,y2,…)命令繪制多條曲線plot命令還可以同時(shí)繪制多條曲線，用多個(gè)矩陣對(duì)為參數(shù)，MATLAB自動(dòng)以不同的顏色繪制不同曲線。每一對(duì)矩陣（Xi,Yi）均按照前面的方式解釋，不同的矩陣對(duì)之間，其維數(shù)可以不同?！纠?.5】

繪制3條曲線，如圖4.6所示。>>x=0:pi/100:2*pi;>>y1=sin(x);>>y2=sin(x+.5);>>y3=sin(x+1);>>plot(x,y1,x,y2,x,y3); %畫3條曲線4.1.1基本繪圖命令圖4.63條曲線4.1.2繪制曲線的一般步驟在MATLAB中，無(wú)論是繪制二維還是三維圖形，如果要畫出相當(dāng)滿意的彩色圖形，就要對(duì)圖形進(jìn)行各種修飾.1．指定圖形窗口本書4.1.1節(jié)中介紹的plot命令都是在默認(rèn)的“FigureNo.1”窗口中繪制圖形的，當(dāng)?shù)?次使用plot命令時(shí)，就將第1次繪制的圖形覆蓋了。因此，如果需要多個(gè)圖形窗口同時(shí)打開時(shí)，可以使用figure語(yǔ)句。語(yǔ)法：figure(n) %產(chǎn)生新圖形窗口說(shuō)明：如果該窗口不存在，則產(chǎn)生新圖形窗口并設(shè)置為當(dāng)前圖形窗口，該窗口名為“FigureNo.n”，而不關(guān)閉其他窗口。4.1.3多個(gè)圖形繪制的方法2．同一窗口多個(gè)子圖如果需要在同一圖形窗口中布置幾幅獨(dú)立的子圖，則可以在plot命令前加上subplot命令以便將1個(gè)圖形窗口劃分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域1幅子圖。語(yǔ)法：subplot(m,n,k) %使mn幅子圖中的第k幅成為當(dāng)前圖說(shuō)明：將圖形窗口劃分為mn幅子圖，k是當(dāng)前子圖的編號(hào)，“,”可以省略。子圖的序號(hào)編排原則是：左上方為第1幅，先向右后向下依次排列，子圖彼此之間獨(dú)立。4.1.3多個(gè)圖形繪制的方法【例4.6】

用subplot命令畫4個(gè)子圖，如圖4.7所示。>>x=0:0.1:2*pi;>>subplot(2,2,1) %分割為2*2個(gè)子圖，左上方為當(dāng)前圖>>plot(x,sin(x))>>subplot(2,2,2) %右上方為當(dāng)前圖>>plot(x,cos(x))>>subplot(2,2,3) %左下方為當(dāng)前圖>>plot(x,sin(3*x))>>subplot(224) %右下方為當(dāng)前圖，省略逗號(hào)>>plot(x,cos(3*x))如果在使用繪圖命令之后，想清除圖形窗口以繪制其他圖形，應(yīng)使用“clf”命令清除圖形窗。>>clf %清除子圖4.1.3多個(gè)圖形繪制的方法圖4.74個(gè)子圖4.1.3多個(gè)圖形繪制的方法3．同一窗口多次疊繪在當(dāng)前坐標(biāo)系中繪圖時(shí)，每調(diào)用1次plot函數(shù)，會(huì)擦掉圖形窗口中已有的圖形。為了在1個(gè)坐標(biāo)系中增加新的圖形對(duì)象，可以用“hold”命令保留原圖形對(duì)象。語(yǔ)法：holdon %使當(dāng)前坐標(biāo)系和圖形保留holdoff %使當(dāng)前坐標(biāo)系和圖形不保留【例4.7】

在同一窗口畫出函數(shù)sinx在區(qū)間[0，2]的曲線和cosx在區(qū)間[，]的曲線，如圖4.8（a）所示。>>x1=0:0.1:2*pi;>>plot(x1,sin(x1))>>holdon>>x2=pi:.1:pi;>>plot(x2,cos(x2))程序分析：坐標(biāo)系的范圍由0～2轉(zhuǎn)變?yōu)椤?。4.1.3多個(gè)圖形繪制的方法4．雙縱坐標(biāo)圖在實(shí)際應(yīng)用中常常需要把同一自變量的2個(gè)不同量綱，不同數(shù)量級(jí)的函數(shù)量的變化繪制在同一張圖上。例如，在同一張圖上畫出放大器輸入、輸出電流的時(shí)間變化曲線；電壓、電流的時(shí)間變化曲線；溫度、壓力的時(shí)間響應(yīng)曲線等。MATLAB使用plotyy命令可以實(shí)現(xiàn)在同一圖形中使用左、右雙縱坐標(biāo)繪制曲線。語(yǔ)法：plotyy(x1,y1,x2,y2) %以左、右不同縱軸繪制2條曲線說(shuō)明：左縱軸用于(x1,y1)數(shù)據(jù)，右縱軸用于(x2,y2)數(shù)據(jù)以繪制2條曲線。坐標(biāo)軸的范圍、刻度都自動(dòng)產(chǎn)生。4.1.3多個(gè)圖形繪制的方法【例4.7續(xù)】用plotyy函數(shù)實(shí)現(xiàn)在同一圖形窗口繪制2條曲線，如圖4.8（b）所示。>>plotyy(x1,sin(x1),x2,cos(x2))程序分析：plotyy函數(shù)用不同顏色繪制2條曲線，縱坐標(biāo)軸在左右兩邊，橫坐標(biāo)為～2。4.1.4曲線的線形、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)形實(shí)際上，plot命令還可以設(shè)置曲線的線段類型、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)形等，如表4.2所示。

顏

色數(shù)據(jù)點(diǎn)間連線數(shù)據(jù)點(diǎn)形類

型符

號(hào)類

型符

號(hào)類

型符

號(hào)黃色品紅色（紫色）青色紅色綠色藍(lán)色白色黑色y(Yellow)m(Magenta)c(Cyan)r(Red)g(Green)b(Blue)w(White)k(Black)實(shí)線（默認(rèn)）點(diǎn)線點(diǎn)畫線虛線:.實(shí)點(diǎn)標(biāo)記圓圈標(biāo)記叉號(hào)形×十字形＋星號(hào)標(biāo)記＊方塊標(biāo)記□鉆石形標(biāo)記

向下的三角形標(biāo)記向上的三角形標(biāo)記向左的三角形標(biāo)記向右的三角形標(biāo)記五角星標(biāo)記☆六連形標(biāo)記.o×+*sdv^<

>

ph在plot命令中可以通過使用表4.2中由符號(hào)組成的字符串，控制所畫線的線段類型、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)形。語(yǔ)法：plot(x,y,s)4.1.4曲線的線形、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)形【例4.8】

用不同的線段類型、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)形在同一窗口中畫出sinx和cosx曲線，如圖4.9所示。>>x=0:0.1:2*pi;>>plot(x,sin(x),'r.') %用紅色

點(diǎn)畫線畫出曲線>>holdon>>plot(x,cos(x),'b:o') %用藍(lán)色

圓圈畫出曲線，用點(diǎn)線連接4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注1．坐標(biāo)軸的控制plot命令根據(jù)所給的坐標(biāo)點(diǎn)自動(dòng)確定坐標(biāo)軸的范圍，用坐標(biāo)控制命令axis控制坐標(biāo)軸的特性，表4.3列出了其常用的坐標(biāo)控制命令。命

令含

義命

令含

義axisauto使用默認(rèn)設(shè)置axisequal縱、橫軸采用等長(zhǎng)刻度axismanual使當(dāng)前坐標(biāo)范圍不變axisfill在manual方式下起作用，使坐標(biāo)充滿整個(gè)繪圖區(qū)axisoff取消軸背景axisimage縱、橫軸采用等長(zhǎng)刻度，且坐標(biāo)框緊貼數(shù)據(jù)范圍axison使用軸背景axisnormal默認(rèn)矩形坐標(biāo)系axisij矩陣式坐標(biāo)，原點(diǎn)在左上方axissquare產(chǎn)生正方形坐標(biāo)系axisxy普通直角坐標(biāo)，原點(diǎn)在左下方axistight把數(shù)據(jù)范圍直接設(shè)為坐標(biāo)范圍axis([xmin,xmax,ymin,ymax])設(shè)定坐標(biāo)范圍，必須滿足xmin<xmax,ymin<ymax，可以取inf或infaxisvis3d保持高、寬比不變，用于三維旋轉(zhuǎn)時(shí)避免圖形大小變化4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注2．分格線使用grid命令顯示分格線。語(yǔ)法：gridon %顯示分格線gridoff %不顯示分格線【例4.9】

在2個(gè)子圖中使用坐標(biāo)軸、分格線和坐標(biāo)框控制，如圖4.10所示。>>x=0:0.1:2*pi;>>subplot(2,1,1)>>plot(sin(x),cos(x))>>axisequal %縱、橫軸采用等長(zhǎng)刻度>>gridon %加分格線>>subplot(2,1,2)>>plot(x,exp(x))>>axis([0,3,0,2]) %改變坐標(biāo)軸范圍4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注【例4.9】

>>x=0:0.1:2*pi;>>subplot(2,1,1)>>plot(sin(x),cos(x))>>axisequal %縱、橫軸采用等長(zhǎng)刻度>>gridon %加分格線>>subplot(2,1,2)>>plot(x,exp(x))>>axis([0,3,0,2])%改變坐標(biāo)軸范圍4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注圖4.10用坐標(biāo)軸、分格線和坐標(biāo)框控制4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注3．文字標(biāo)注圖形的文字標(biāo)注是指在圖形中添加標(biāo)志性的注釋，文字標(biāo)注包括：圖名（Title）、坐標(biāo)軸名（Label）、文字注釋（Text）和圖例（Legend）。（1）添加圖名。title(s) %書寫圖名說(shuō)明：s為圖名，類型為字符串，可以是英文或中文。（2）添加坐標(biāo)軸名。xlabel(s) %橫坐標(biāo)軸名ylabel(s) %縱坐標(biāo)軸名（3）添加圖例。legend(s,pos) %在指定位置建立圖例legendoff %擦除當(dāng)前圖中的圖例說(shuō)明：參數(shù)s是圖例中的文字注釋，如果有多個(gè)注釋則可以用's1','s2',…的方式；參數(shù)pos是圖例在圖上位置的指定符，它的取值如表4.4所示。pos取值01234－1圖例位置自動(dòng)取最佳位置右上角（默認(rèn)）左上角左下角右下角圖右側(cè)4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注（4）添加文字注釋。語(yǔ)法：text(xt,yt,s) %在圖形的(xt,yt)坐標(biāo)處書寫文字注釋【例4.10】

在圖形窗口中添加文字注釋，如圖4.11所示。>>x=0:0.1:2*pi;>>plot(x,sin(x))>>holdon>>plot(x,cos(x),'ro')>>title('y1=sin(x),y2=cos(x)') %添加標(biāo)題>>xlabel('x') %添加橫坐標(biāo)名>>legend('sin(x)','cos(x)',4) %在右下角添加圖例>>text(pi,sin(pi),'x=\pi') %在pi,sin(pi)處添加文字注釋4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注圖4.11添加圖形文字注釋4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注4．坐標(biāo)刻度在坐標(biāo)軸上默認(rèn)的刻度是自動(dòng)等距離分隔的，但有些刻度需要特別標(biāo)注出來(lái)，因此需要使用坐標(biāo)刻度專門標(biāo)注。通過設(shè)置xtick和ytick屬性可以劃分坐標(biāo)刻度。通過設(shè)置xticklabel和yticklabel屬性可以標(biāo)注坐標(biāo)刻度?！纠?.10續(xù)】

在圖4.11中將橫坐標(biāo)按照每隔/2進(jìn)行標(biāo)識(shí)，則圖形顯示如圖4.12所示。>>axis([0,2*pi,-2,2])>>set(gca,'XTick',0:pi/2:2*pi) %橫坐標(biāo)刻度>>set(gca,'XTickLabel',{'0','pi/2','pi','pi3/2','2pi'}) %橫坐標(biāo)標(biāo)識(shí)4.1.5設(shè)置坐標(biāo)軸和文字標(biāo)注圖4.12修改橫坐標(biāo)刻度練習(xí)1P29712344.2MATLAB的特殊圖形繪制在MATLAB界面中的Workspace窗口中，選擇某個(gè)向量或矩陣，然后選擇工具欄中的“Plot”按鈕，則會(huì)出現(xiàn)如圖4.14所示的plot下拉菜單，菜單中列出了可以繪制的各種特殊圖形。4.2.1條形圖條形圖常用于對(duì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖，特別適用于少量且離散的數(shù)據(jù)。繪制條形圖的函數(shù)如表4.7所示。函

數(shù)功

能函

數(shù)功

能bar垂直條形圖bar3三維垂直條形圖barh水平條形圖bar3h三維水平條形圖語(yǔ)法：bar(x,y,width,'參數(shù)'） %畫條形圖bar3(y,z,width,'參數(shù)'）

%畫三維條形圖說(shuō)明：x是橫坐標(biāo)向量，省略時(shí)默認(rèn)值是1∶m，m為y的向量長(zhǎng)度；y是縱坐標(biāo)，可以是向量或矩陣，當(dāng)y是向量時(shí)每個(gè)元素對(duì)應(yīng)1個(gè)豎條，當(dāng)y是mn的矩陣時(shí)，將畫出m組豎條，每組包含n條；

width是豎條的寬度，省略時(shí)默認(rèn)寬度是0.8，如果寬度大于1，則條與條之間將重疊；'參數(shù)'可以為grouped（分組式）或stacked（累加式），省略時(shí)默認(rèn)為grouped。bar3命令的格式也相同，y必須是單調(diào)增加或減小，省略時(shí)為1∶m；'參數(shù)'除了grouped和stacked外還有detached（分離式）。4.2.1條形圖【例4.13】用條形圖表示某年1月份中3日至6日連續(xù)4天的溫度數(shù)據(jù)，Y矩陣的各列分別表示平均溫度、最高溫度和最低溫度，如圖4.15所示，用條形圖和三維條形圖分別表示。>>x=3:6;>>y=[5.300013.00000.4000 5.100011.80001.7000 3.70008.10000.6000 1.50007.70004.5000]>>bar(x,y) %畫條形圖>>bar3(x,y) %畫三維條形圖4.2.1條形圖圖4.15條形圖和三維條形圖4.2.4餅形圖餅形圖用于顯示向量中的每個(gè)元素占向量元素總和的百分比，可以用pie和pie3命令分別繪制二維和三維餅形圖。語(yǔ)法：pie(x,explode,'label') %畫二維餅形圖pie3(x,explode,'label') %畫三維餅形圖說(shuō)明：x是向量；explode是與x同長(zhǎng)度的向量，用來(lái)決定是否從餅形圖中分離對(duì)應(yīng)的一部分塊，非零元素表示該部分需要分離；'label'是用來(lái)標(biāo)注餅形圖的字符串?dāng)?shù)組。4.2.4餅形圖【例4.15】

繪制4個(gè)季度支出額的餅形圖，如圖4.18所示。>>y=[200100250400]; %4個(gè)季度支出額>>explode=[0010];>>pie(y,explode,{'第1季度','第2季度','第3季度','第4季度'})explode=[0000];缺省explode=[0100];4.2.5離散數(shù)據(jù)圖stem和stem3命令繪制的方法和plot命令相似，但繪制的是離散點(diǎn)的火柴桿圖；stairs命令用于繪制階梯圖；scatter命令用于繪制點(diǎn)圖，與plot命令相似，但只有數(shù)據(jù)點(diǎn)?！纠?.16】

使用幾種繪制離散數(shù)據(jù)的命令顯示

的離散數(shù)據(jù)，如圖4.19所示。>>x=0:0.1:2*pi;>>y=sin(x).*exp(2*x);>>subplot(3,1,1)>>stem(x,y,'filled') %畫火柴桿圖>>subplot(3,1,2)>>stairs(x,y) %畫階梯圖>>subplot(3,1,3)>>scatter(x,y) %畫點(diǎn)圖4.2.5離散數(shù)據(jù)圖圖4.19離散數(shù)據(jù)圖4.3MATLAB的三維圖形繪制4.3.1繪制三維線圖命令在MATLAB的三維圖形命令中plot3最易于理解。plot3是用來(lái)繪制三維曲線的，它的使用格式與二維繪圖的plot命令很相似。語(yǔ)法：plot3(x,y,z,'s') %繪制三維曲線plot3(x1,y1,z1,'s1',x2,y2,z2,'s2',…) %繪制多條三維曲線說(shuō)明：若x、y、z是同維向量，則繪制以x、y、z元素為坐標(biāo)的三維曲線；若X、Y、Z是同維矩陣，則繪制三維曲線的條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。s是指定線型、色彩或數(shù)據(jù)點(diǎn)形的字符串。4.3.1繪制三維線圖命令【例4.20】

三維曲線繪圖，如圖4.24所示。>>x=0:0.1:20*pi;>>plot3(x,sin(x),cos(x)) %按系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置繪圖4.3.2繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖1.meshgrid命令為了繪制三維立體圖形，MATLAB的方法是將x方向劃分為m份，將y方向劃分為n份，由各劃分點(diǎn)分別繪制出平行于坐標(biāo)軸的直線，則劃分出mn個(gè)柵格，然后計(jì)算出各柵格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的f(x,y)，繪制出立體曲面和網(wǎng)線圖。如果不清楚meshgrid命令產(chǎn)生的輸出，則可以用mesh命令查看。

meshgrid命令以x、y向量為基準(zhǔn)，產(chǎn)生在xy平面的各柵格點(diǎn)坐標(biāo)值的矩陣。語(yǔ)法：[X,Y]＝meshgrid(x,y)4.3.2繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖例如，將x(1m)向量和y(1n)向量轉(zhuǎn)換為(nm)的矩陣：>>x=[1234];>>y=[567];>>[xx,yy]=meshgrid(x,y)xx=123412341234yy=5555666677774.3.2繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖2．三維網(wǎng)線圖語(yǔ)法：mesh(z) %畫三維網(wǎng)線圖mesh(x,y,z,c)說(shuō)明：若只有參數(shù)z，則以Z矩陣的行下標(biāo)作為x坐標(biāo)軸，以Z的列下標(biāo)當(dāng)做y坐標(biāo)軸；x、y分別為x、y坐標(biāo)軸的自變量；當(dāng)有x、y、z參數(shù)時(shí)，C是指定各點(diǎn)的用色矩陣，當(dāng)C省略時(shí)默認(rèn)用色矩陣是z的數(shù)據(jù)。如果x、y、z、c4個(gè)參數(shù)都存在，則這四個(gè)參數(shù)應(yīng)都是維數(shù)相同的矩陣。4.3.2繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖【例4.20續(xù)】

用mesh查看peaks函數(shù)的三維網(wǎng)線圖，如圖4.25所示。>>zz=peaks(29)>>mesh(zz)4.3.2繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖3．三維曲面圖語(yǔ)法：surf(z) %畫三維曲面圖surf(x,y,z,c)說(shuō)明：參數(shù)設(shè)置與mesh命令相同，c也可以省略。

【例4.20續(xù)】

用surf查看peaks函數(shù)的三維曲面圖，如圖4.26所示。>>surf(zz)4.3.2繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖4．其他立體網(wǎng)線圖和曲面圖立體網(wǎng)線圖mesh命令還有幾種格式，如meshc命令為立體網(wǎng)狀圖加等高線；meshz為立體網(wǎng)狀圖加“圍裙”?！纠?.20續(xù)】

用meshz和meshc觀察peaks函數(shù)的三維曲面圖，如圖4.27所示。>>meshz(zz)>>meshc(zz)幾種三維畫圖函數(shù)的對(duì)比繪制三維線圖命令：Plot3三維網(wǎng)線圖：MeshMeshzMeshc三維曲面圖：Surfsurfl繪制三維曲面圖，帶陰影surfc繪制三維曲面圖，帶等高線4.3.3立體圖形與圖軸的控制1．網(wǎng)格的隱藏