第3讲 MATLAB数据可视化

第3讲 数据可视化综述：数据可视化功能将经过数据处理、运算和分析后的结果通过图形的方式直观地进行表示，用户可以直观地观察数据间的关系，也可以方便地分析各种数据分析的结果。

数据可视化的步骤：1、准备可视化数据；2、选定作图窗口与作图区域；3、调用作图函数；4、设置图形格式；5、输出可视化图形。

3.0 图形绘制示例说明：用MATLAB 绘图时，不论是离散函数，还是连续函数，都需要计算一组离散自变量上对应的函数值，然后将这些数据点描绘成图线。

【例 3.0.1】 绘制函数54)9(11)3(122++++++=x x y 在区间（-17，3）上的图形。

MATLAB 程序：x1=-17:1:3;y1=1./((x1+3).^2+1)+1./((x1+9).^2+4)+5;x2=-17:0.02:3;y2=1./((x2+3).^2+1)+1./((x2+9).^2+4)+5;subplot(2,2,1);plot(x1, y1,’rp ’);axis([-17 3 5 6.5]);title(‘figure 1’);grid on;subplot(2,2,2);plot(x2, y2, ‘rp’);axis([-17 3 5 6.5]);title(‘figure 2’);grid on;subplot(2,2,3);plot(x1, y1, x1, y1, ‘rp’);axis([-17 3 5 6.5]);title(‘figure 3’);grid on;subplot(2,2,4);plot(x2, y2, ‘LineWidth’, 2);axis([-17 3 5 6.5]);title(‘figure 4’);grid on;运行结果：绘制图形的基本步骤：1）绘制图形的数据。

可以通过计算产生需要绘制图形的数组数据，从而能够确定图形的绘制范围；2）在需要绘制多个子图形时，设定子图形的位置；3）选择不同的绘图命令绘制图形。

在绘图命令中设定图形的参数（线型、颜色等）；4）设置坐标轴的属性；5）添加图形的注释，如坐标轴名称、图形名称等。

在实际绘图过程中，可以选择使用其中的若干步骤完成图形绘制，并不需要全部步骤，但步骤1）和3）必须使用。

3.1二维图形绘制3.1.1 plot 函数plot 函数是MATLAB绘制二维图形最常用的函数命令。

该函数能够将数组中的数据绘制在相应的坐标平面上，并通过直线将这些点连接起来，形成连续曲线图形。

命令格式：1）plot( x, ’PropertyName’, ’PropertyValue’,……)x表示绘制图表的数据，PropertyName表示图表属性，PropertyValue表示相应属性的值；当x是一维实数数组时，以数组元素的下标为横坐标、元素数值为纵坐标绘制曲线；当x是二维实数数组时，数组的每列数值元素以其下标为横坐标绘制曲线，因此，绘制的是多条曲线；2）plot( x, y, ’PropertyName’, ’PropertyValue’,……)当x，y是同维的数组时，绘制分别以x，y为横坐标和纵坐标的曲线；当x，y是同维的矩阵时，绘制分别以x，y对应元素为横坐标和纵坐标的多条曲线；3）plot(x1,y1,x2,y2,……,’PropertyName’, ’PropertyValue’,……)在窗口中同时绘制以x1和y1，x2和y2等分别为横坐标和纵坐标的多条曲线。

【例 3.1.1-1】clear;t=0:pi/50:2*pi;y1=sin(t);y2=sin(t).*exp(-t);y3=cos(t).*sin(t);plot(y1);hold on;plot(t,y2);plot(t,y1,'b:',t,y2,'gx',t,y3,'ro');hold off;axis([0 10 0 1]);axis([0 10 -1 1]);3.1.2图形的标注使用plot函数绘制曲线时，曲线的线型、标记和颜色等属性能更好地显示所绘制的曲线。

如果不指定曲线的属性，系统将采用默认的属性绘制曲线。

【例3.1.2-1】clear;t=0:pi/50:2*pi;y1=sin(t);y2=sin(t).*exp(-t);y3=cos(t).*sin(t);plot(t,y1,'g-');hold on;plot(t,y2,'b:');plot(t,y3,'rp');title('y1,y2,y3函数');xlabel('X轴');ylabel('Y轴');legend('sin(x)','sin(x)*exp(x)','sin(x).cos(x)');hold off;grid on;3.1.3图形坐标轴设置选择使用坐标轴设置，可以使绘制的曲线在合理的范围内表现出来，达到最好的效果。

常用的命令：axis([xmin xmax ymin ymax]);功能：设置坐标轴的范围，包括横坐标和纵坐标。

【例 3.1.3-1】clear;t=0:pi/50:2*pi;y1=sin(t);y2=sin(t).*exp(-t);y3=cos(t).*sin(t);plot(y1);hold on;plot(t,y2);plot(t,y1,'b:',t,y2,'gx',t,y3,'ro');hold off;axis([0 10 0 1]);axis([0 10 -1 1]);3.1.4一个窗口绘制多个图形1）多个图形叠绘功能：将多个图形绘制在同一个图形内。

命令：hold on；%将新绘制的曲线添加在原来的图形上，原来的坐标轴不会被删除。

hold off；%将当前图形窗口中的图形释放，绘制新的图形。

【例3.1.4-1】x = linspace(0, 2*pi, 100);y = sin(2*x);z = cos(3*x);plot(x, y);hold on;plot(x, z, ‘m*-’);hold off;grid on;legend(‘y=sin(2*x)’, ‘z=cos(3*x)’);title(‘hold examples’);2）子图绘制在一个图形窗口中包含多套坐标轴系时，可以通过在一个图形窗口中绘制多个不同的子图达到效果。

命令：subplot(m, n, p)功能：将图形窗口分为m×n个子窗口，在第p个子窗口中绘制图形；子图按“从左到右，从上到下”的顺序编号。

命令：subplot(‘position’, [left bottom width height]);功能：在指定的位置创建新的子图，并将其设置为当前坐标轴，所设置的4个参数均采用归一化的参数设置，范围为（0，1），左下角坐标为（0，0）。

【例3.1.4-2】clear;t=0:pi/50:2*pi;y1=sin(t);y2=cos(t);y3=sin(t).*exp(-t);y4=cos(t).*sin(t);subplot(2,2,1);plot(t,y1);subplot(2,2,2);plot(t,y2);subplot(2,2,3);plot(t,y3);subplot(2,2,4);plot(t,y4);y5=sin(t)./(cos(t)+eps);subplot('position',[0.2 0.05 0.6 0.3]);plot(t, y5);grid on;axis([0 2*pi -100 100]);3.1.5多个窗口绘图当需要生成多个图形窗口，并将不同的数据以不同的方式绘制在各个窗口中时，可以使用figure命令。

【例3.1.5-1】figurex=1:0.1:30y=sin(x)plot(x,y)figurex=1:0.1:30y=cos(x)plot(x,y)3.1.6特殊图形条形图:x=[10,20,30,15,35,10,5,20,25]bar(x)饼图：x=[15 35 10 15 25]pie(x,[1 0 1 0 0])3.2三维曲线图与plot函数绘制二维曲线图一样，plot3绘制三维曲线，但在输入参数时，需要输入第三个参数数组。

命令格式：plot3(x,y,z,LineSpec);参数说明：x,y,z是同维数组，分别作为x,y,z坐标。

【例3.2-1】clear;t=0:pi/50:10*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=t;plot3(x,y,z);grid on;3.3三维曲面图1）网格图绘制三维网格图的绘制相当于在xy平面上的z坐标定义一个网格面，相邻的点通过直线连接起来，网格节点就是z的数据点。

命令：mesh(z);%以z矩阵的列和行的下标为x和y轴的自变量绘制网格。

mesh(x, y, z); % x和y为自变量矩阵，z为建立在x和y之上的函数矩阵。

【例3.3.1-1】clear;[x,y]=meshgrid(-8:0.5:8,-8:0.5:8);r=sqrt(x.^2+y.^2)+eps;z=sin(r)./r;mesh(z);figure;mesh(x,y,z);2）曲面图绘制命令：surf，与mesh函数使用方法相同。

功能：使曲面上的所有网格都填充颜色。

其他命令：surfc：绘制曲面图时，在底层绘制等值线图；surfl：绘制曲面图时，考虑到了光照效果。

【例3.3.1-2】clear;z=peaks(50);k=input('input 1-4 or otherwise:');switch kcase 1mesh(z);case 2surf(z);case 3surfc(z);otherwisesurfl(z);end。