MATLAB04:基礎繪圖

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圖線的繪製與裝飾

使用plot()函數繪製圖線

在MATLAB中,使用plot()函數繪製圖線,其語法爲:

plot(x,y,LineSpec)

各參數意義如下:

• x: 圖線上點的x座標

• y: 圖線上點的y座標

• LineSpec: 圖線的線條設定,三個指定線型,標記符號和顏色的設定符組成一個字符串,設定符不區分先後.具體細節請參考官方文檔.

  線型符號	線型設定符	標記	標記設定符	顏色	顏色設定符
  -	實線（默認）	o	圓圈	y	黃色
  --	虛線	+	加號	m	品紅色
  :	點線	*	星號	c	青藍色
  -.	點劃線	.	點	r	紅色
  		x	叉號	g	綠色
  		s	方形	b	藍色
  		d	菱形	w	白色
  		^	上三角	k	黑色
  		v	下三角
  		>	右三角
  		<	左三角
  		p	五角形
  		h	六角形

下面例子演示了繪製$(0, 2\pi)$內餘弦函數的圖像:

x = 0:pi/20:2*pi;
y = cos(x);
plot(x, y, 'r.-')

裝飾圖線

• 使用legend()函數爲圖片增加圖例

  使用legend(label1, ..., labelN)函數可以爲圖片添加圖例.

  x=0:0.5:4*pi;
  y=sin(x); h=cos(x); w=1./(1+exp(-x)); g=(1/(2*pi*2)^0.5).*exp((-1.*(x-2*pi).^2)./(2*2^2));
  plot(x,y,'bd-' ,x,h,'gp:',x,w,'ro-' ,x,g,'c^-');		% 繪製多條圖線
  legend('sin(x)','cos(x)','Sigmoid','Gauss function');	% 添加圖例
  

• 使用title()和*label()爲圖片增加標題和標籤

  x = 0:0.1:2*pi; y1 = sin(x); y2 = exp(-x);
  plot(x, y1, '--*', x, y2, ':o');
  xlabel('t = 0 to 2\pi');
  ylabel('values of sin(t) and e^{-x}')
  title('Function Plots of sin(t) and e^{-x}');
  legend('sin(t)','e^{-x}');
  

• 使用text()和annotation()爲圖片增加註解

  x = linspace(0,3); y = x.^2.*sin(x); plot(x,y);
  line([2,2],[0,2^2*sin(2)]);
  str = '$$ \int_{0}^{2} x^2\sin(x) dx $$';
  text(0.25,2.5,str,'Interpreter','latex');
  annotation('arrow','X',[0.32,0.5],'Y',[0.6,0.4]); 
  

控制座標軸,邊框與網格

使用下列命令可以控制座標軸,邊框與網格.

命令	作用
grid on/off	設置網格可見性
box on/off	設置邊框可見性
axis on/off	設置座標軸可見性
axis normal	還原默認行爲,將圖框縱橫比模式和數據縱橫比模式的屬性設置爲自動
axis square	使用相同長度的座標軸線,相應調整數據單位之間的增量
axis equal	沿每個座標軸使用相同的數據單位長度
axis tight	將座標軸範圍設置爲等同於數據範圍,使軸框緊密圍繞數據

下面的例子演示axis命令的效果:

t = 0:0.1:2*pi; x = 3*cos(t); y = sin(t);
subplot(2, 2, 1); plot(x, y); axis normal
subplot(2, 2, 2); plot(x, y); axis square
subplot(2, 2, 3); plot(x, y); axis equal
subplot(2, 2, 4); plot(x, y); axis equal tight

繪製多條圖線

在一個圖像上繪製多條圖線

默認情況下,每次執行plot()函數都會清除上一次繪圖的結果,多次執行plot()只會保留最後一次繪製的圖形.

plot(cos(0:pi/20:2*pi));
plot(sin(0:pi/20:2*pi));

我們可以使用hold on和hold off命令控制繪圖區域的刷新,使得多個繪圖結果同時保留在繪圖區域中.

hold on		% 提起畫筆,開始繪製一組圖片			
plot(cos(0:pi/20:2*pi));
plot(sin(0:pi/20:2*pi));
hold off	% 放下畫筆,該組圖片繪製完畢

在一個窗口內繪製多個圖像

使用subplot()函數可以在一個窗口內繪製多個圖像.其語法爲:

subplot(m,n,p)

該命令表示將當前圖窗劃分爲m×n個網格,並在第p個網格內繪製圖像.

示例如下:

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')

圖形對象的操作

在MATLAB中,圖形都是以對象的形式儲存在內存中,通過獲取其圖形句柄可以對其進行操作.

獲取圖形句柄

圖形句柄本質上就是一個浮點數,可以唯一確定一個圖形對象.下面幾個函數用於獲取圖形句柄.

Function	Purpose
gca()	獲取當前座標軸的句柄
gcf()	獲取當前圖像的句柄
allchild(handle_list)	獲取該對象的所有子對象的句柄
ancestor(h,type)	獲取對象最近的type類型的祖先節點
delete(h)	刪除某對象
findall(handle_list)	獲取該對象的後代對象

所有繪圖函數也會返回圖形對象的句柄.

通過圖形句柄操作圖形屬性

使用get()和set()函數可以對圖形對象的屬性進行訪問和修改.訪問官方文檔可以查看所有圖形對象的屬性.

• set(H,Name,Value)
• v = get(h,propertyName)

下面兩個例子演示使用圖形句柄操作圖形對象:

1. 改變座標軸屬性:

   % 第一張圖
   set(gca, 'FontSize', 25);
   
   % 第二張圖
   set(gca, 'XTick', 0:pi/2:2*pi);
   set(gca, 'XTickLabel', 0:90:360);
   
   % 第三張圖
   set(gca, 'FontName', 'symbol');
   set(gca, 'XTickLabel', {'0', 'p/2', 'p', '3p/2', '2p'});
   

2. 改變線型

   h = plot(x,y); 
   set(h, 'LineStyle','-.', ...
   	'LineWidth', 7.0, ...
   	'Color', 'g');
   

將圖形保存到文件

使用saveas(fig,filename)命令可以將圖形對象保存到文件中,其中fig爲圖形句柄,filname爲文件名.

saveas(gcf, 'myfigure.png')

使用saveas()函數將圖像保存成位圖時,會發生失真.要精確控制生成圖片的質量,可以使用print()函數,見官方文檔