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一些常用的MATLAB绘图方法

总结一下一些常用的MATLAB的绘图函数和参数设置，增强结果的可视化程度。

二维图像绘制

二维图像是在不同的平面坐标上将数据点连接起来的平面图像。常用的平面坐标有，直角坐标、极坐标、对数坐标等，MATLAB有很多常用的指令来绘制不同的二维图像。

plot和fplot

MATLAB中最常用的两个二维函数绘制函数plot()和fplot()

plot – 二维线图
此 MATLAB 函数 创建 Y 中数据对 X 中对应值的二维线图。 如果 X 和 Y 都是向量，则它们的长度必须相同。plot 函数绘制 Y 对 X 的图。
如果 X 和 Y 均为矩阵，则它们的大小必须相同。plot 函数绘制 Y 的列对 X 的列的图。
如果 X 或 Y中的一个是向量而另一个是矩阵，则矩阵的各维中必须有一维与向量的长度相等.
如果矩阵的行数等于向量长度，则 plot函数绘制矩阵中的每一列对向量的图。
如果矩阵的列数等于向量长度，则该函数绘制矩阵中的每一行对向量的图。如果矩阵为方阵，则该函数绘制每一列对向量的图。 如果 X 或Y 之一为标量，而另一个为标量或向量，则 plot 函数会绘制离散点。但是，要查看这些点，您必须指定标记符号，例如 plot(X,Y,‘o’)。

fplot – 绘制表达式或函数
此 MATLAB 函数 在默认区间 [-5 5]（对于 x）绘制由函数 y = f(x) 定义的曲线。

例：绘制$$y=2x\cdot \sin (x)$$的函数图像，MATLAB程序如下：

x=[-5:0.01:5];
y=2*x.*sin(x);
a=plot(x,y)%绘制函数并获得其句柄

x=[-5:0.01:5];
y=@(x) 2*x.*sin(x);
fplot(y)

结果如下：

上述只是plot()和fplot() 的简单使用。为使绘制出的图像更具有自明性，我们还需要对图像进行调整。

hold on %保持图像
grid on %增加网格
xlabel('x'); %x轴
ylabel('y'); %y轴
title('y=2xsin(x)'); %标题
legend('y=2xsin(x)'); %图例
a.Color='r'; %曲线颜色设置

结果如下：

可见图像的自明性有很大提升，此外下表列出了曲线线性、颜色、数据点等参数属性

对数坐标图

semilogx(x1,y1,'参数',x2,y2,'参数'...)
semilogy(x1,y1,'参数,x2,y2','参数'...)
loglog(x1,y1,'参数',x2,y2,'参数'...)

semilogx 函数x轴为对数刻度，y轴为线性刻度；semilofy 函数 x轴为线性刻度；loglog函数x轴，y轴均为对数刻度。

极坐标图

polar(theta,rho,'参数')

theta为极角，rho为极径，参数内容与plot相同。

条形图

bar(y,style)
bar(x,y,style)

此 MATLAB 函数 创建一个条形图，y 中的每个元素对应一个条形。如果 y 是 m×n 矩阵，则 bar 创建每组包含 n 个条形的 m 个组。
style 用于指定分组排列模式，模式有grouped（簇状分组）和stacked（堆积分组）两种。
例

x = [2018,2019,2020];
y = [10,20,30,40,50;10,20,30,40,50;10,20,30,40,50];
subplot(1,2,1);%图形窗口分隔，下文会讲解其使用
bar(x,y,'grouped')
subplot(1,2,2);
bar(x,y,'stacked')

结果如下：

直方图

hist(y)
hist(y,x)

其中，y是要统计的数据，x用于指定区间的划分方式。若x是标量，则统计区间均分成x个小区间；若x是向量，则向量x中的每一个数指定分组中心值，元素的个数为数据分组数。x缺省时，默认按10个等分区间进行统计。

rose(theta[],x)

其中，参数theta用于确定每一区间与原点的角度，选项x用于指定区间的划分方式。

面积图

score = [10,25,3,18,41];
ex = [0,0,0,0,1];%1的位置对应的那块原理圆心
pie(score,ex);

结果如下：

pie(X,explode,labels)
此 MATLAB 函数使用 X 中的数据绘制饼图。饼图的每个扇区代表 X 中的一个元素。

散点图

scatter(x,y,sz,‘filled’)
此 MATLAB 函数 在向量 x 和 y 指定的位置创建一个包含圆形的散点图。该类型的图形也称为气泡图。

sz用于指定线性、颜色、数据点标记。‘filled’用于指定数据点填充，若省略则默认是空心点。
例：画一个爱心，组成爱心的点是五角星

t = 0:pi/50:2*pi;
x = 16*sin(t).^3;
y = 13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t);
scatter(x,y,'rp','filled');

结果如下：

矢量图

quiver – 箭头图或速度图
quiver(x,y,u,v,LineSpec,‘filled’)
此 MATLAB 函数 在 x 和 y 中每个对应元素对组所指定的坐标处将向量绘制为箭头。矩阵 x、y、u 和 v必须大小相同并包含对应的位置和速度分量。但是，如下节所述，x 和 y还可以是向量。默认情况下，箭头缩放到刚好不重叠，但您可以根据需要将箭头缩放的长一些或短一些。

[x,y]为起点坐标，[u,v]为重点坐标。LinSpec设置线性、颜色。
例：

%已知向量A、B，求A+B，并用矢量图表示。
A = [4,5]; B = [-10,0]; C = A+B;
hold on 
quiver(0,0,A(1),A(2),'-b');
quiver(0,0,B(1),B(2),'--black');
quiver(0,0,C(1),C(2),'-.g');
text(A(1),A(2),'A');text(B(1),B(2),'B');text(C(1),C(2),'C');
axis([-12,6,-1,6]);
grid on

结果如下：

双坐标轴

plotyy – 创建具有两个 y 轴的图形
此 MATLAB 函数 绘制 Y1 对 X1 的图，在左侧显示 y 轴标签，并同时绘制 Y2 对 X2 的图，在右侧显示 y 轴标签。
plotyy(X1,Y1,X2,Y2,‘function1’,‘function2’)

例：

clear;clc;
x	= 	[0:0.01:20];
y1	=	200*exp(-0.05*x).*sin(x);
y2	=	0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x);
plotyy(x,y1,x,y2);
legend('y1=200*exp(-0.05*x).*sin(x)','y2=0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x)');

结果如下：

三维作图

上文讲到了许多常用的二维图像绘制的函数和方法。下面我们将介绍一些常用的MATLAB三维图像绘制函数。

例：绘制空间螺旋线图像，其参数方程为
$$x=\sin (t)+t\cos (t);y=\cos (t)-t\sin (t);z=t;$$

t = [0:0.1:10*pi];
x = sin(t)+t.*cos(t);
y = cos(t)-t.*sin(t);
z = t;
plot3(x,y,z);

结果如下：

其使用与plot很想，也可以使用plot的参数改变空间曲线的线性、颜色、点标识。同时为增加图像的自明性，也可以对图像加上轴标签，标题，图例等。

fplot3 – 三维参数化曲线绘图函数
fplot3(funx,funy,funz,tinterval,LineSpec)
此 MATLAB 函数 在默认区间 [-5,5]（对于 t）绘制由 x = funx(t)、y = funy(t) 和 z = funz(t)定义的参数化曲线。

其使用与fplot基本一致。

三维曲面

绘制三维曲面的一些函数

mesh(x,y,z,c)
surf(x,y,z,c)
mesh(z,c)
surf(z,c)

各参数的意义：x，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定不同高度下的曲面颜色，c省略时，颜色设定为正比于图形的高度。
此外还有一些其他的绘制三维图像的函数

带等高线的三维网格曲面函数meshc
带底座的三维网格曲面函数meshz
具有等高线的曲面函数surfc
具有光照效果的曲面函数surfl

热力图

heatmap – 创建热图 h = heatmap(tbl,xvar,yvar,‘ColorVariable’,cvar) 此
MATLAB 函数 基于表 tbl 创建一个热图，并返回 HeatmapChart 对象。xvar 输入参数指示沿 x
轴显示的表变量。yvar输入参数指示沿 y 轴显示的表变量。默认颜色基于计数聚合，这种方法计算每对 x 和 y
值一起出现在表中的总次数。可使用 h在创建热图之后对其进行修改。有关属性列表，请参阅 HeatmapChart 属性。

图形修饰

基本绘图指令

综上介绍了一些常用的MATLAB作图函数。此外我将介绍另外一种更方便的作图方法，这样你在忘记这些函数的时候，也可以做出需要的结果图像。

在MATLAB界面的“工作区”，找到你要绘制图像的变量，双击进入“变量”界面，全部选中后，点击界面上面的“绘图”这里有MATLAB所有的绘图函数，点击即可绘制对应图像。是不是简单呢

笔者的MATLAB版本为R2020a，上述办法并不一定适用于读者的MATLAB。可能需要自己去寻找变量界面。

图形标注

title(图形标题)
xlabel(x轴说明)
ylabel(y轴说明)
text(x,y,文本说明)
legend(图1，图2，...，参数...)

在plot函数介绍部分已经介绍了这些标注方法的使用。

图形窗口处理

窗口分隔

subplot – 在平铺位置创建坐标区
subplot(m,n,p)
此 MATLAB 函数 将当前图窗划分为 m×n 网格，并在 p 指定的位置创建坐标区。
MATLAB按行号对子图位置进行编号。第一个子图是第一行的第一列，第二个子图是第一行的第二列，依此类推。如果指定的位置已存在坐标区，则此命令会将该坐标区设为当前坐标区。

窗口视角

• 方位角：视点与原点连线在xy平面上的投影与y轴负方向形成的角度，正值表示逆时针，负值表示顺时针。

• 仰角：视点与原点连线与xy平面的夹角，正值表示视点在xy平面上方，负值表示视点在xy平面下方。
  

view – 照相机视线
view(az,el)
此 MATLAB 函数 为当前坐标区设置照相机视线的方位角和仰角。
其中az为方向角，el为仰角。系统默认的视点方向角为-37.5°，仰角为30°

色彩处理

• Colormap
  创建色图矩阵

camp=colormap(parula(5));

parula是内置的色图种类之一。MATLAB所有内置色图如下：

指定当前图形使用的色图

	%以peaks为例，先渲染图形，后紧跟色图种类即可
	surf(peaks);
	colormap cool
	colorbar%显示颜色条

结果如下：

• 用shading函数改变染色方式

shading – 设置颜色着色属性
此 MATLAB 函数 每个网格线段和面具有恒定颜色，该颜色由该线段的端点或该面的角边处具有最小索引的颜色值确定。
shading flat —网格片和网格线都是对应颜色
shading faceted —网格片是对应颜色，网格线是黑色
shading interp —网格片内采用颜色插值

例：对同一色图用不同的染色方式

[x,y] = meshgrid(-5:1:5,-5:1:5);
z = x.^2 + y.^2 - 10*cos(2*pi*x) - 10*cos(2*pi*y) + 20;
colormap(cool)
subplot(1,3,1)
surf(x,y,z);
shading flat
subplot(1,3,2)
surf(x,y,z);
shading interp
subplot(1,3,3)
surf(x,y,z)

结果如下：

总结

全文讲到了许多MATLAB绘图的常用函数以及图像修饰方法，希望对各位有所帮助。
此外如果忘记了这些函数，也可以在生成初始图像时在figure窗口的插入部分对图像进行标注。或打开属性检查器，进行更详细的属性设置和图像标注。希望大家能多研究这个属性检查器对修改图形有非常大的帮助。

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本文借鉴了其他很多博主的文章，在此表示对这些大佬的感谢。
https://blog.csdn.net/weixin_45634606/article/details/104422695
https://blog.csdn.net/woaiyyt/article/details/112983849