第四章Matlab绘图

课程名称：Matlab应用

教材：Matlab应用与实验教程

讲授人：专业技术职务：讲师

学历：研究生学位：硕士

讲授题目：Matlab绘图

所属章节：第四章计划学时：4学时

教学目的和要求：

MATLAB 7语言除了有强大的矩阵处理功能之外，它的绘图功能也是相当强大的。

学习完本章之后，将学会使用MATLAB 7的图形处理功能，包括基本的绘图命令、图形的简单控制、图形窗口的编辑以及图形的高级控制等。

教学重点：

•基本的绘图命令

•各种图形注释方法

•三维图形的绘制方法

•特殊一些特殊图形的绘制

•图形的高级控制技巧

教学难点：

•基本的绘图命令

•各种图形注释方法

•三维图形的绘制方法

教学方法：

讲授、演示

使用教具：

多媒体课件

思考题：

1. 绘制正切函数tan x在0≤x≤1上的图像，并为x轴和y轴添加标签。增量设为0.1。

2. 显示同样的图像，把sin(x) 作为第二条曲线添加到第二个图形中。

3. 生成一个列向量表示-π≤x≤π、增量取0.2的数据点。分别使用linspace设置100个点和50个点再绘制图线。

4. 为一个三维图像绘制网格，取-3≤x≤2和-5≤y≤5，增量0.1。再取-5≤x≤5和-5≤y≤5，增量为0.2试试。

5. 使用plot3函数绘制曲线x = e-t cos t、y = e-t sin t和z = t的图像，不要添加坐标轴标签，但要打开网格。

参考资料：

【1】Matlab Programming for Engineers.(Second Edition).Stephen J.Champan

【2】精通Matlab 7王正林.刘明编著.电子工业出版社

第四章Matlab绘图

绘图是数学应用程序在计算机上最有用的一种应用，MATLAB当然也毫不例外。有时我们需要将使手工难以绘制的函数或实验数据的可视化。本章我们将介绍在MATLAB中完成这些任务的命令和技术。

一、2D绘图基础

我们从绘制最基本的图形开始——只有一个变量的函数图形。在MATLAB

中绘图包含下面三个步骤：

1. 定义函数

2. 指定要绘制的函数图形的值范围

3. 调用MATLAB的plot(x, y)函数

当指定函数值的范围时，我们必须告诉MATLAB函数使用的变量增量。使用较少的增量可以使得图形显示更加平滑。如果增量较小，MATLAB会计算更多的函数值，不过通常不需要取得那么小。我们用一个简单的例子来看看如何做。

我们绘制0≤x≤10之间的y = cos(x)的图形。绘制之前，我们要定义这个区间并告诉MATLAB我们所使用的增量。区间使用方括号[]括起来，以下面的形式定义：

[ start : interval : end ]

例如，如果我们要告诉MATLAB在0≤x≤10上以0.1的增量递增，我们输入：

[0:0.1:10]

我们用赋值运算符给这个范围内的变量一个名称，也用这种办法告知MATLAB相关变量和我们要绘制的函数。因此，要绘制y = cos(x)，输入的命令如下：

>> x = [0:0.1:10];

>> y = cos(x);

注意我们每行都以分号“;”结尾，记住，这会抑制MATLAB输出。你不会想让MATLAB在屏幕中间输出一大串x值，因此使用了分号。现在我们可以输入下面的命令绘图了：

>> plot(x, y)

输入绘图命令后敲回车ENTER。过一会儿，MATLAB会新开启一个标题为“Figure 1”的新窗口，窗口中含有所绘制的图形。本例中我们得到图4-1。

现在增量呢？假设我们把增量扩大10倍，即把它设置为1，此时使用输入下

面的命令即可：

>> x = [0:1:10];

此时如果尝试再次绘图，我们会得到错误信息：

>> plot(x, y);

??? Error using ==> plot Vectors must be the same lengths.

我们已经定义过y = cos(x)，因此MATLAB不能再次绘图。那怎么办？我们必须告诉MATLAB重新计算我们新定义x后的y值。换句话说，正确的行为是

我们重新输入所有的命令：

>> y = cos(x)

y = Columns 1 through 5 1.0000 0.5403 -0.4161 -0.9900

-0.6536 Columns 6 through 10 0.2837 0.9602 0.7539 -0.1455

-0.9111 Column 11 -0.8391

>> plot(x, y)

简短插入语——注意我们在重新定义y的时候去掉了末尾的分号，所以

MATLAB输出了每个x点的cos(x)值。此时如果x点的数量巨大，你会觉得这并不需要显示出来。

好了，现在回到绘图。当我们以较大增量绘图时，所绘制的图像就不那么精确了。看看图4-2中MATLAB以1为增量绘制的图像，此时变得很粗劣。让我们用另一种方法试试。我们把增量设为原来的1/10，即设为0.01。

记住我们需要重新定义y，因此我们需要输入的命令是：

>> x = [0:0.01:10];

>> y = cos(x);

>> plot(x, y)

>> plot(x, y)

这一次我们重现了非常漂亮的y = cos(x)图像，

现在我们知道如何在窗口中直接地绘图了。下一件事你可能就想要绘制一个坐标轴有标签的图像了。这可以通过xlabel和ylabel函数做到。这些函数可以带一个用单引号括起来的参数，该参数就是坐标轴的标签。把xlabel和ylabel函数用逗号分开与plot命令放在同一行。例如，下面的命令产生的图像如图3-4所示：

>> x = [0:0.01:10];

>> y = cos(x);

>> plot(x, y), xlabel('x'), ylabel('cos(x)');

二、更多2D绘图选项

到目前为止，我们知道如何输出函数的一般图像。让我们再看看在绘图时可能会考虑到的选项。如果你要在演示或作业中使用图像，你可能会想要给图像加个标题。MATLAB允许你使用title命令做到这一点，它使用单引号括起来的字符串做参数。标题就会在图像的正上方打印出来。假设现在我们需要绘制某个力的图像，这个力遵循f(t) = e-2t sin t，其中t表示时间，单位是秒，范围0≤t ≤4，每0.02秒取一个数据，另外我们还要在图像上显示“阻尼弹力”。怎样做呢？第一步定义时间间隔，以普通的方法做就行了。这里我们用t代替x。

>> t = [0:0.02:4];

现在我们定义函数，这相当简单：

>> f = exp(-2*t)*sin(t);

然而，当你这样做的时候，我们得到一条错误消息。MATLAB告诉我们：??? Error using ==> mtimes

Inner matrix dimensions must agree.

那么我们如何绕过呢？一种方法是使用fplot函数来代替，fplot函数会绕过绘图的时间间隔，而自动为我们决定绘图的点数。一般地，fplot为你产生尽可能精确的图像，同时它也帮助我们绕过像刚才这样的错误。调用fplot的形式如下

fplot('function string', [xstart, xend])

参数function string告诉fplot你所要绘制的图像函数，而xstart和xend定义了函数的区间。这就简单了，让我们看看如何来求解刚才这个例子。

我们用下面的命令可几步合一，然后敲回车即搞定：

>> fplot('exp(-2*t)*sin(t)',[0, 4]);

MATLAB很快就绘制了图像