MATLAB技巧之绘图篇

2022-05-18 09:15| 来源: 网络整理| 查看: 265

0 前言

编程方面我最早接触的是C，然后是C++、C#等，都是用于实现工程项目类的任务，但目前自己用得多的还是MATLAB。因为其数学计算方面功能相当强大，实现及验证算法非常便利，同时具有非常强的编程和结果的可视化功能。本篇就常用的绘图功能进行总结。

内容安排如下：

1、基本绘制（图画大小、图形名称、图画背景、坐标轴名称、刻度范围、曲线颜色、坐标轴字体颜色等）2、多条曲线（plot hold on；plotyy；subplot；）3、日期及时间轴绘图4、区域填充绘制5、不连续段落绘制1 基本绘制

想使用MATLAB绘制想要的图像，无非是搞懂各部分参数设置的方法，其实很多方法是通用的，图1为典型的曲线图，不妨先整理几个概念：

包含关系如下：

1）图像figure

figure就是指一个图像对话框，

gcf——get current figure，获取当前图形句柄，如果不存在图形，则创建新的图形。

用法：

①设置布画大小

set(gcf,'unit','centimeters','position',[10 5 14 7]);

②设置布画颜色

fig = gcf; % current figure handle fig.Color = [0 0.5 0.5]; fig.ToolBar = 'none';

2）坐标轴axes/axis

axes——在指定位置建立轴坐标

axis——完成axes坐标轴设置，传回坐标轴句柄。

gca——get current axis or chart，获取当前图形坐标句柄，可用于设置坐标轴标注格式。

用法示例：

①建立新的轴坐标

axes('Color',[0 0 0], 'ZColor',[0 0.5 0], 'XColor',[0 0.5 0], 'YColor',[0 0.5 0]);

②设置同一坐标内两条曲线句柄

[hAx,hLine1,hLine2] = plotyy(x,y1,x,y2); ylabel(hAx(1),'Slow Decay') % left y-axis ylabel(hAx(2),'Fast Decay') % right y-axis

③获取axis子项句柄设置属性

set(get(gca,'XLabel'),'FontSize',figure_FontSize,'Vertical','top'); ax = gca; % current axes ax.FontSize = 12; ax.TickDir = 'out'; ax.TickLength = [0.02 0.02]; ax.YLim = [-2 2];

3）数据标注

legend——为图形或坐标轴添加数据标注。

用法示例：

y1 = rand(3); ax1 = subplot(2,1,1); plot(y1) legend(ax1,'Line 1','Line 2','Line 3')

以下为一段完整的代码，供参考。

x = 0:pi/100:2*pi; y1 = sin(x); y2 = sin(x-0.25); y3 = sin(x-0.5); % 新建图画，若figure(1)即指定图画句柄1 figure; % 设置布画大小，合适的大小可防止粘贴到word文档时图片模糊 set(gcf,'unit','centimeters','position',[10 5 14 7]); % 设置布画背景色 set(gcf,'Color',[0.9 0.9 0.9]); % 绘制曲线，绘制多条曲线时可使用下列方法，也可用hold on % hold on 在曲线实时逐点更新绘制时比较好用 plot(x,y1,x,y2,'--',x,y3,':'); % 设置坐标轴范围，等效于xlim、ylim axis([0 2*pi -1.5 1.5]); % 设置坐标格 grid on; % 曲线标注，设置标注位置及排列方法，注意上标下标、及转义字符的使用 legend('曲线_1','曲线^2','曲线\_3','Location','northeast','Orientation','vertical'); % 更广泛的，matlab绘图中支持latex公式，例如 % legend('\itu_{max}','\itu','\itu_{maxt}'); % 设置坐标轴标注,设置坐标轴字体 figure_FontSize=8; xlabel('时间（s）','FontSize',figure_FontSize,'FontWeight','bold','Color','r'); ylabel('幅值'); % 有的老版本的MATLAB设置字体只能通过以下方式生效 set(get(gca,'XLabel'),'FontSize',figure_FontSize,'Vertical','top'); set(get(gca,'YLabel'),'FontSize',figure_FontSize,'Vertical','middle'); % 批量设置字体格式 set(findobj('FontSize',10),'FontSize',figure_FontSize); % 设置xy轴在图片中占的比例，可能需要自己微调。 set(gca,'Position',[.13 .17 .80 .74]); % 批量设置曲线粗细 set(findobj(get(gca,'Children'),'LineWidth',0.5),'LineWidth',2); % 设置标题 title('sin函数示例图');

2 多条曲线绘制

根据不同表达需求，多条曲线绘制大致可以分以下几类：

1）一个轴坐标里同时绘制多条曲线，适用于多条取值范围相近曲线的比对分析。

x = 0:pi/100:2*pi; y1 = sin(x); y2 = sin(x-0.25); y3 = sin(x-0.5); plot(x,y1,x,y2,'--',x,y3,':');

等同于：

plot(x,y1);hold on; plot(x,y2,'--');hold on; plot(x,y3,':');hold on;

这里有个小技巧，若只想比对y1、y2、y3，不在意x轴，则可用多维数据方式绘图：

plot([y1' y2' y3']);

注意，数组需按列排列n*3

2）一个图形里同时绘制两个轴坐标，适用于取值范围差异较大曲线的趋势比对分析。这里其实也是可以绘制三条以上曲线的，但纵坐标轴只有左右两个，多的曲线只能看趋势了。

x = 0:0.01:20; y1 = 200*exp(-0.05*x).*sin(x); y2 = 0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x); figure % new figure [hAx,hLine1,hLine2] = plotyy(x,y1,x,y2); title('Multiple Decay Rates') xlabel('Time (\musec)') % 设置曲线样式 hLine1.LineStyle = '--'; hLine2.LineStyle = ':'; % 设置左右坐标轴 ylabel(hAx(1),'Slow Decay') % left y-axis ylabel(hAx(2),'Fast Decay') % right y-axis

3）一个图画figure里多个轴坐标，适用于一个系列的分图显示，写报告时可用，但写论文时大多要求子图也要有题注，具体使用的话自己取舍啦。

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')

3 日期及时间轴绘制

日期及时间轴的绘制很多场合下会遇到，这里主要用到两个函数：datenum和dateaxis。

1）datenum——将指定格式的日期或时间转换为时间序列数据。

datenum可将字符串转为double

DateString = {'09/16/2007';'05/14/1996';'11/29/2010'}; formatIn = 'mm/dd/yyyy'; datenum(DateString,formatIn)

也可将数组类数据转换为时间序列

DateNumber = datenum(Y,M,D) DateNumber = datenum(Y,M,D,H,MN,S) mData = load('datedata.txt'); tDate = datenum(mData(:,1:6)); plot(tDate,mData(:,7)); dateaxis('x',13);

2）dateaxis——将坐标轴刻度显示为指定格式

dateaxis(Tickaxis,DateForm,StartDate)

以下为从文件中读取当天绝对秒，绘制时间轴图形示例：

% 读取数据文件，第一列为当天绝对秒，第二列为数值 mData = load('exampleTime.txt'); % 设置一个其实日期点 dt0 = datenum('2019-11-16'); % 计算当天时间 mT = dt0 + mData(:,1)/3600; % 绘图 plot(mT,mData(:,2)); dateaxis('x',13); ylabel('幅值'); % 防止横坐标过于密集，调整标注角度 set(gca,'XTickLabelRotation',-45); % 设置背景和曲线风格 set(gca,'Color',[0 0 0],'XColor',[0 0.5 0],'YColor',[0 0.5 0]);

4 区域填充绘制

区域填充图可以表达更形象丰富的数据，绘制函数为fill。

fill(X,Y,ColorSpec)

这里只需理解一下fill的工作方式，即沿着描述路径填充中间闭合区间，路径的描述通过（X,Y）指定的一系列点来标识，一下给出一个误差范围的绘图示例：

x = 0:0.01:40; y = x.^2.*sin(x)+cos(x); % 某序列值 stdY = std(y); % y的标准差 y_up = y+3*stdY; % y的上限值 y_low = y-3*stdY; % y的下限值 figure; % 先绘制曲线 plot(x,y,'r-','LineWidth',2);hold on; % 设置绘制路线 yForFill=[y_up,fliplr(y_low)]; xForFill=[x,fliplr(x)]; % 填充并设置图形格式 fill(xForFill,yForFill,'c','FaceAlpha',0.5,'EdgeAlpha',1,'EdgeColor','c');

5 不连续段落绘制

遇到不连续段落时，绘图通常会因为中断而出现不想要的连线，此时可将X轴补充完整，y轴缺失段落值设为NaN，绘图时中断数据自然跳过了。以下为示例代码：

x = 0:pi/100:2*pi; y = sin(x); % 产生缺失数据 omX = x; omY = y; NaNY = y; % 剔除50至100的数据 omX(50:100) = []; omY(50:100) = []; % 将50至100至为无意义数据 NaNY(50:100) = NaN; % 画出比对效果图 figure; subplot(2,1,1);plot(omX,omY); subplot(2,1,2);plot(x,NaNY);

参考文献

[1] word字号对应表https://wenku.baidu.com/view/fb0ff1297375a417866f8f38.html[2] MATLAB中MATLAB中输入LateX公式https://blog.csdn.net/XSTX1996/article/details/81627219[3]MATLAB帮助文件

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