第四章数据及函数的可视化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四章 数据及函数可视化本章主要内容以下：4.1 可视化基本步骤4.2 二维曲线绘图4.3 三维曲线绘图4.4 图形窗功效介绍 数据可视化是数据分析、系统分析一个主要方法。MATLAB含有丰富且易于了解和使用绘图指令，数据和函数可视化是MATLAB主要组成部分。第1页4.1 可视化基本步骤1.曲线数据准备（以二维图形为例）：n选取一个参变量采样向量n计算各坐标数据向量2.选定图形窗及子图位置；3.调用曲线绘图指令；4.设置轴范围5.图形注释（图名、坐标名、图例、文字说明）。第2页例用图形表示 y=sin(t)sin(9t).t=(0:100)/100*pi;y=sin(t).*sin(9*t);subplot(2,1,1),plot(t,y,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子图1)subplot(2,1,2),plot(t,y),axis(0,pi,-1,1),title(子图2)%产生参变量采样向量%产生数据向量%确定子图、线%型、注释等第3页4.2 二维曲线绘图4.2.1 plot基本调用格式a)plot(X,s)nX为实向量时，以该向量元素下标为横坐标，元素值为纵坐标画一条连续曲线。nX为实矩阵时，则按列绘制每列元素值相对其下标曲线，图中曲线数等于X阵列数。nX为复数矩阵时，则按列绘制每列以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。ns用来指定线型、色彩等，缺省时为MATLAB默认设置。第4页【例3-1】二维曲线绘图基本指令演示一。t=(0:pi/50:2*pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(Y)%生成(101*1)时间采样列向量%生成(1*7)行向量%生成(101*7)矩阵第5页4.2 二维曲线绘图4.2.1 plot基本调用格式b)plot(X,Y,s)nX、Y是同维向量时，绘制X、Y元素为横、纵坐标曲线。nX是列向量，Y是与X等行矩阵时，以X为横坐标，按Y列数绘制多条曲线。nX是矩阵，Y是向量时，以Y为纵坐标按X列数绘制多条曲线。nX、Y是同维矩阵时，以X，Y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵列数ns意义与其在plot(X，s)中相同。第6页【例3-2】二维曲线绘图基本指令演示二：plot(t,Y)、plot(Y,t)所绘图形比较。t=(0:pi/50:2*pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(t,y)%生成(101*7)矩阵%生成(1*7)行向量%生成(101*1)列向量第7页将例3-2中绘图指令改为plot(Y,t),曲线如图3-3所表示。第8页4.2 二维曲线绘图4.2.2 曲线色彩、线型和数据点形a)色彩和线型线型符号-：-.-含义实线虚线点划线双划线色彩符号bgrcmykw含义蓝绿红青品红黄黑白n 【说明】当s缺省时，默认设置为n 曲线一律用“实线”线型。n 不一样曲线按表中所给前七种颜色次序着色,依次为蓝、绿、红等.第9页【例3-3】二维曲线绘图基本指令演示三：色彩和线型。用图形表示连续调制波形 及其包络线。t=(0:pi/100:pi);y1=sin(t)*1,-1;y2=sin(t).*sin(9*t);plot(t,y1,r:,t,y2,b)axis(0,pi,-1,1)%生成（101*1）时间采样列向量%生成（101*2）矩阵（包络线函数值）%生成（101*1）调制波列向量%用红虚线绘y1，用蓝实线绘y2第10页4.2 二维曲线绘图4.2.2 曲线色彩、线型和数据点形b)数据点形n数据点形用来标志数据点，即可单独使用也可与色彩、线型组合使用。符 号含 义符 号含 义.实心黑点d菱形符+十字符h六角星符朝上三角符o空心圆符朝右三角符s方块符v朝下三角符x叉字符第11页【例3-4】二维曲线绘图基本指令演示四：数据点形(函数与例3-3相同)。t=(0:pi/100:pi);y2=sin(t).*sin(9*t);t1=pi*(0:9)/9;y3=sin(t1).*sin(9*t1);plot(t,y2,b,t1,y3,bp)axis(0,pi,-1,1)%用蓝实线绘y2,用对y3进行标志%生成（1*10）数据标志点采样向量%生成（1*10）数据标志点数据第12页4.2 二维曲线绘图4.2.3 图形控制n在普通绘图时可采取MATLAB缺省设置，也能得到满意画面，但用户也可依据需要改变缺省设置。a)坐标控制指 令含 义指 令含 义axis auto使用缺省设置axis equal纵、横轴为等长刻度axis ij矩阵式坐标axis normal缺省矩形坐标系axis xy普通直角坐标axis square正方形坐标系axis(V)V=x1,x2,y1,y2V=x1,x2,y1,y2,z1,z2人工设定坐标范围。设定值：二维，4个；三维，6个.axis tight坐标范围为数据范围axis image纵、横轴为等长刻度,且坐标框紧贴数据范围第13页4.2.3 图形控制b)分格线和坐标框ngrid on 画出分格线ngrid off 不画分格线nbox on 使当前坐标呈封闭形式nbox off 使当前坐标呈开启形式n【说明】缺省时，不画分格线；坐标呈封闭形式。第14页n【说明】S为带单引号英文或汉字字符串。4.2.3 图形控制c)图形标识ntitle(S)书写图名nxlable(S)横坐标轴名nylable(S)纵坐标轴名ntext(xt,yt,S)在(xt,yt)处写字符注释nlegend(s1,s2,)在图右上角建立图例【例3-5】图形标识指令演示：t=0:0.01:pi;B=1,3;w=2,5;y=sin(w*t).*exp(-B*t);plot(t,y(1,:),-.,t,y(2,:)legend(w=2,B=1,w=5,B=3)%图形标识xlabel(t),ylabel(y)%图形标识title(y=sin(wt)*exp(-Bt)%图形标识第15页 利用精细指令能够对图形进行精细控制，比如在图形指定位置显示各种字符，公式等。c)图形标识n精细指令形式第16页4.2.3 图形控制c)图形标识n精细指令形式指 令字符指 令字符指 令含义arg取值举例alphaomegaarg上标任何正当字符ite-alphatbetaOmega _arg下标任何正当字符rmt_sxineqarg格调bf(黑体)it(斜体)rm(正体)inttimesfontsizearg大小正整数(缺省值为10)fontsize12sin示例结果:(1);(2)ts ;(3)sin第17页【例3-6】精细指令演示：t=0:0.01:pi;B=1,3;w=2,5;y=sin(w*t).*exp(-B*t);plot(t,y(1,:),-.,t,y(2,:)legend(rmomega=2,bfalpha=1,.omega=5,bfalpha=3)%建立图例xlabel(fontsize14bft)ylabel(fontsize14y)title(y=e-alphatsinomegat)第18页4.2.3 图形控制d)双纵坐标图 把同一自变量两个不一样量纲、不一样数量级函数绘制在同一张图上，即为双纵坐标图。nplotyy(X1,Y1,X2,Y2)以左右不一样纵轴绘制X1-Y1,X2-Y2两条曲线。nplotyy(X1,Y1,X2,Y2,FUN)以左右不一样纵轴把X1-Y1,X2-Y2绘制成FUN指定形式两条曲线。nplotyy(X1,Y1,X2,Y2,FUN1,FUN2)以左右不一样纵轴把X1-Y1,X2-Y2绘制成FUN1,FUN2指定不一样形式两条曲线。【说明】1)轴范围、刻度自动产生。2)FUN,FUN1,FUN2为MATLAB中全部接收X-Y数据正确二维绘图指令.第19页【例3-7】已知系统单位阶跃响应和单位脉冲响应分别为其中,.用双纵坐标图画出这两个函数在区间0,3上曲线.t=0:0.02:3;xi=0.5;wn=5;sxi=sqrt(1-xi2);sita=atan(sxi/xi);wd=wn*sxi;y1=1-exp(-xi*wn*t).*sin(wd*t+sita)/sxi;y2=wn*exp(-xi*wn*t).*sin(wd*t)/sxi;plotyy(t,y1,t,y2)第20页plotyy(t,y1,t,y2,stem,plot)将上例中绘图指令改写为所绘曲线以下列图所表示:第21页AX,H1,H2=plotyy(t,y1,t,y2,plot);set(get(AX(1),Ylabel),String,Left Y-axis)set(get(AX(2),Ylabel),String,Right Y-axis)set(H1,LineStyle,-)set(H2,LineStyle,:)将上例中绘图指令再改写为则可对两条曲线线型及纵轴分别进行设置:第22页4.2 二维曲线绘图4.2.3 图形控制e)多子图 MATLAB允许用户在同一个图形窗里布置几幅独立子图。nsubplot(m,n,k)使(mn)幅子图中第k幅成为当前图.nsubplot(position,left bottom widt hight)在指定位置开辟子图，并成为当前图.【说明】1)subplot(m,n,k)表示图形窗有(mn)幅子图,k是子图编号。序号编排标准是:左上方为第一幅,向右向下依次排号。2)subplot(position,left bottom widt hight)产生子图位置由人工指定，指定位置四元组采取归一化标称单位，即认为图形窗高、宽取值范围都是0，1。第23页【例3-8】二维曲线绘图基本指令演示：多子图多子图t=(pi*(0:1000)/1000);y1=sin(t);y2=sin(10*t);y12=sin(t).*sin(10*t);subplot(2,2,1),plot(t,y1);axis(0,pi,-1,1)subplot(2,2,2),plot(t,y2);axis(0,pi,-1,1)subplot(position,0.2,0.05,0.6,0.45)plot(t,y12,b-,t,y1,-y1,r:);axis(0,pi,-1,1)子图一子图二子图三第24页4.3 三维曲线绘图4.3.1 plot3基本调用格式nplot3在三维曲线绘图指令中是最易了解，其使用格式与plot十分相同。详细以下：nplot3(X,Y,Z,s)nplot3(X1,Y1,Z1,s1,X2,Y2,Z2,s2,)【说明】1)X,Y,Z为同维向量时,绘制以X,Y,Z元素为x,y,z坐标三维曲线。2)X,Y,Z为同维矩阵时，以X,Y,Z对应列元素为x,y,z坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵列数。3)s,s1,s2意义与二维情况完全相同，能够缺省。4)(X1,Y1,Z1,s1),(X2,Y2,Z2,s2)结构和作用与(X,Y,Z,s)相同。第25页【例3-13】三维曲线绘图基本指令演示一：plot3t=(0:0.02:2)*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,b-,x,y,z,bd)box onlegend(链,宝石)三维曲线绘图（蓝实线和蓝菱形）在右上角建立图例第26页4.3 三维曲线绘图4.3.2 三维网线图和曲面图nplot3只能绘制单参数三维曲线图，而三维网线图和曲面图则比较复杂，主要表现于绘图数据准备，图形色彩、明暗、光照和视点处理。1.数据准备 画函数 z=f(x,y)所代表三维空间曲面，需要做以下数据准备：a)确定自变量x,y取值范围和取值间隔 x=x1:dx:x2;y=y1:dy:y2;第27页4.3.2 三维网线图和曲面图b)组成xy平面上自变量“格点”阵。X,Y=meshgrid(x,y)c)计算在自变量采样“格点”上函数值，即 Z=f(X,Y)n【说明】X由x按行复制而成，其行数为y元素个数；Y由y按列复制而成，其列数为x元素个数。x=-4:4y=0:4第28页4.3 三维曲线绘图4.3.2 三维网线图和曲面图2.网线、曲面图基本指令格式a)网线图nmesh(Z)以Z矩阵列、行下标为x,y轴自变量，画网线图。nmesh(X,Y,Z)最惯用网线图调用格式。nmesh(X,Y,Z,C)最完整调用格式，画由C指定用色网线图。【说明】a)在最完整调用格式中，四个输入宗量都是维数相同矩阵。X、Y是自变量“格点”矩阵，Z是格点上函数矩阵；C是指定各点用色矩阵。C缺省时，默认用色矩阵为Z。b)单输入宗量格式时，Z矩阵列下标为x轴“自变量”；Z行下标为y轴“自变量”。第29页【例3-14a】三维网线绘图指令演示：meshclf,x=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y)Z=X.2+Y.2;mesh(X,Y,Z);colormap(cool)xlabel(X),ylabel(y),zlabel(z)将将 mesh(X,Y,Z)改改 为为mesh(Z)，其其网网线线图图如如左左图图所所表表示示（注注意意X、Y）坐坐标标改变。改变。第30页4.3.2 三维网线图和曲面图2.网线、曲面图基本指令格式b)曲面图nsurf(Z)以Z矩阵列、行下标为x,y轴自变量，画曲面图。nsurf(X,Y,Z)最惯用曲面图调用格式。nsurf(X,Y,Z,C)最完整调用格式，画由C指定用色曲面图。相关调用说明同mesh指令。【例3-14b】三维曲面绘图指令演示：surfx=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2;surf(X,Y,Z);画三维曲面图第31页x=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2;subplot(1,3,1),surf(X,Y,Z);subplot(1,3,2),mesh(X,Y,Z);subplot(1,3,3),plot3(x,y,x.2+y.2),box on绘曲面图绘网线图绘曲线图【例3-14】网线、曲面、曲线图比较网线、曲面、曲线图比较:第32页4.3 三维曲线绘图4.3.2 三维网线图和曲面图3.图形透视n曲面图MATLAB在采取缺省设置画mesh图形时，对叠压在后面图形采取了消隐办法。采取以下指令可控制消隐：nhidden off透视被叠压图形nhidden on消隐被叠压图形%【例3-15】透视演示clf,x,y=meshgrid(-3:0.1:3,-2:0.1:2);z=(x.2+2*x).*exp(-x.2-y.2-x.*y);subplot(1,2,1),mesh(x,y,z),axis(-3,3,-2,2,-0.5,1.0)hidden offsubplot(1,2,2),mesh(x,y,z)hidden onaxis(-3,3,-2,2,-0.5,1.0)%透视%不透视第33页透视透视不透视不透视第34页【例3-22】零开口四通滑阀流量方程为 ，其中K为阀系数，xv为阀开口量，pl为阀负载压力，ps为阀供油压力。设K=0.01m3.N-1/2.s-1，ps=14MPa,xv和pl改变范围分别为0，2mm 和 0，14MPa，试绘制Ql曲面图。%调整视点,以符合绘制二维流量-压力曲线习惯表示。clfK=0.01;Ps=14;xv=0:0.05:2;pl=0:1:14;Pl,Xv=meshgrid(pl,xv);Ql=K*Xv.*sqrt(Ps-Pl)/1000;surf(Pl,Xv,Ql)view(43.5,42)%视点调整xlabel(pl/MPa)ylabel(xv/mm)zlabel(Ql/L/min)第35页4.4 图形窗功效介绍图形窗功效介绍 图形窗除了用于显示图形，还可对所显示图形进行编辑。下列图为图形窗工具条上MATLAB所特有七个按键，它们用来对图形进行交互操作。图形对象编辑添加直线添加文字添加箭头放大缩小三维图形旋转第36页下列图中左图是图形窗里原始图形，右图是经过图形窗编辑后图形。第37页练 习1.命令窗口中，键入：demo，出现MATLABdemo演示窗口，然后选择：MATLAB下Graphics，依次选取其中Overview of Features(playback)、2-D Plots、3-D Plots两个示例，了解MATLAB相关绘图操作。2.教材第3章(64-65页):1、2*、3*题。第38页