matlab 高级绘图函数

matlab高层绘图函数即是指Matlab提供了一系列的绘图函数，这些绘图函数使得用户不需要过多的考虑绘图的细节，只需要给出一些基本参数就能得到所需图形。与高级绘图函数的相对的是，低级绘图函数，这我们放在在后面探讨，这一篇博客我们就来探讨一下matlab高级绘图函数。

plot 函数

（1）当x和y是同维矩阵时，配对的x、y按对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。例如，在同一坐标中绘制3条幅值不同的正弦曲线，命令为：

x=0:pi/10:2*pi;
y=sin(x);
plot([x;x;x]',[y;y*2;y*3]')

（2）当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制出多根曲线，曲线条数等于y矩阵的另一维数，x被作为这些曲线共同的横坐标。例如，在同一坐标中绘制3条幅值不同的正弦曲线，命令也可以写成：

x=0:pi/10:2*pi;
y=sin(x);
plot(x,[y;y*2;y*3])

（3）当plot函数只有一个输入参数时，即plot(y) 时：

若y是实型向量，则以该向量元素的下标为横坐标、元素值为纵坐标画出一条连续曲线；
若y是复数向量，则分别以向量元素实部和虚部为横、纵坐标绘制一条曲线。
若y是实矩阵，则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线， 曲线条数等于输入参数矩阵的列数；
若y是复数矩阵，则按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。
（4）当plot函数有多个输入参数，且都为向量时，即 plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn) 其中，x1和y1，x2和y2，……，xn和yn分别组成一组向量对，每一组向量对的长度可以不同。每一向量对可以绘制出一条曲线，这样可以在同一坐标内绘制出多条曲线。例如，在同一坐标中绘制3条幅值不同的正弦曲线，命令也可以写成：

x=0:pi/10:2*pi;
y=sin(x);
plot(x,y,x,y*2,x,y*3)

plotyy 函数

绘制出具有不同纵坐标标度的两个图形，可以使用plotyy 绘图函数。这种图形有利于图形数据的对比分析。 plotyy(x1,y1,x2,y2) , 其中，x1和y1对应一条曲线，x2和y2对应另一条曲线。横坐标的标度相同，纵坐标有两个，左纵坐标用于x1、y1 数据对，右纵坐标用于x2、y2数据对。

clear all;
x=0:pi/100:2*pi;
y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);
y2=1.5*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);
plotyy(x,y1,x,y2);

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fplot函数

使用plot函数绘图时，都是等间隔取点。fplot函数可自适应地对函数进行采样，调用格式为 :fplot(fname,lims,tol,optional)

fname为函数名，以字符串形式出现。它可以是由多个分量函数构成的行向量，分量函数可以是函数的直接字符串，也可以是内部函数名或函数文件名，但自变量都必须为x
lims为x、y的取值范围，以行向量形式出现，取二元向量[xmin，xmax]时，x轴的范围被人为确定，取四元向量[xmin，xmax，ymin，ymax]时，x、y轴的范围被人为确定。
tol为相对允许误差，其系统默认值为2e-3 。
optional参数与plot函数相同，即一些图形样式控制，我们后面再谈。

fplot('sin(x^2)/x',[-10,10],1e-4)

subplot函数

在实际应用中，经常需要在一个图形窗口内绘制若干个独立的图形，这就需要对图形窗口进行分割。分割后的图形窗口由若干个绘图区组成，每一个绘图区可以建立独立的坐标系并绘制图形。同一图形窗口中的不同图形称为子图。使用subplot(m,n,p)函数将当前图形窗口分成m × n个绘图区，即每行n个，共m行，区号按行优先编号，且选定第 p个区为当前活动区。在每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形。

x=-3:0.1:3;
subplot(2,2,[1 3]);
fplot('x-cos(x^3)-sin(2*x^2)',[-3,3]); 
xlabel('(a)');

subplot(2,2,2);
y2 = sin(2.*x.^2);
plot(x,y2);
xlabel('(b)');
axis([-3 3 -1.2 1.2]);

subplot(2,2,4);
y3 = cos(x.^3);
plot(x,y3);
xlabel('(c)');
axis([-3 3 -1.2 1.2]);
grid on;

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当然，值得注意的是，如果想在同一个画布上进行图形叠加，我们可以用hold on /off来进行控制。
e.g.

x=0:pi/100:2*pi;
y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);
plot(x,y1);
hold on
y2=1.5*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);
plot(x,y2);
hold off

对数坐标系绘图

semilogx（x1，y1，选项1，x2，y2，选项2，……）
semilogy（x1，y1，选项1，x2，y2，选项2，……）
loglog（x1，y1，选项1，x2，y2，选项2，……）
semilogx函数使用半对数坐标，x轴为常用对数刻度，而y轴仍保持线性刻度；semilogy函数也使用半对数坐标，y轴为常用对数刻度，而x轴仍保持线性刻度；loglog函数使用全对数坐标，x、y轴均采用常用对数刻度。

极坐标系绘图

极坐标图用一个夹角和一段相对中心点—极点的距离来表示数据。MATLAB中用polar函数来绘制极坐标图，其调用格式为： polar(theta,rho,option) 其中，theta为极坐标极角，rho为极坐标矢径，option的内容与plot函数相似，放在后面探讨。

// 阿基米德螺旋线
t=0:pi/20:6*pi;
a=2;b=3;
r=a+b*t;
polar(t,r,'-*');

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二维统计分析图

bar函数

bar函数的基本用法与plot函数相似，其调用格式为 bar(x,width,style)。当x是m × n阶的矩阵时，绘制的条形图以分组或堆积的形式表现。矩阵中每一行元素绘制在一组中，每一列元素绘制在每组中相对应的位置上。

width设置条形的相对宽度和控制在一组内条形的间距，默认值为0.8；
style指定条形的排列模式，类型有’group’（分组）和 ‘stack’（堆积），默认时采用’group’模式。

来个例子：
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x=[51,82,34,47;67,78,68,90;78,85,65,50]';
subplot(1,2,1);
bar(x,'group');
title('Group');
axis([0 5 0 100]);
subplot(1,2,2);
barh(x,'stack');
title('Stack');

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另外还有不少类似函数，如：

bar函数绘制柱形图
barh函数绘制水平条形图
stem函数绘制杆图
errorbar函数绘制误差条图

pie函数

饼图能反映每一数值相对于总数值的大小。MATLAB中绘制饼图的函数是pie，其调用格式为 pie(x,explode) pie函数使用x中的数据绘制一个饼图，x可以是向量或矩阵。explode是与x同等大小的向量或矩阵，与explode的非零值对应的部分将从饼图中心分离出来,默认explode 时，饼图是一个整体。

scatter函数

散点图是数据点在直角坐标系平面上的分布图。MATLAB 中绘制散点图的函数是scatter，其调用格式为： scatter(x,y,s,c,'filled')

x、y、s和c为同等大小的向量。x和y用于定位数据点；
s指定绘图点的大小，s也可以是一个标量，则所有数据点同等大小；
c指定绘图所使用的色彩，c也可以是一个标量，所有数据点使用同一种颜色；
‘filled’表示填充绘图点，默认时，数据点是空心的。

实心图

fill函数

实心图是将数据的起点和终点连成多边形，并填充颜色。绘制实心图的函数是fill，其调用格式为 fill(x1,y1,选项1,x2,y2,选项2,…) 。fill函数按向量元素下标渐增次序依次用直线段连接x、y 对应元素定义的数据点。假若这样连接所得折线不封闭，那么MATLAB将自动把该折线的首尾连接起来，构成封闭多边形，然后将多边形内部涂满指定的颜色。

n=6;
st=0:2*pi/n;:2*pi;
t=[st,st(1)]; %数据向量的首尾重合，使图形封闭
x=sin(t);
y=cos(t);
fill(x,y,'b');
axis([-1.5 1.5 -1.5 1.5])

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复数向量图

compass函数和 feather函数

MATLAB中除可以用plot函数绘制复数向量图外，还可用 compass和feather函数，compass函数绘制围绕原点的罗盘图，feather函数绘制围绕x轴的羽毛图，其调用格式为

 compass(z);
 compass(u,v);
 feather(z);
 feather(u,v);
 //z为复数向量，u、v分别为复数向量的实部和虚部

举个例子：

theta = (-120:10:60)*pi/180;
r = 2*ones(size(theta));
[u,v] = pol2cart(theta,r);
//把极坐标或圆柱坐标转换为笛卡儿坐标

subplot(1,2,1);
compass(u,v);
title('compass');

subplot(1,2,2);
feather(u,v);
title('feather')

图像精细控制

设置曲线样式

线型选择

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曲线颜色

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点标记符

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图形标注

在绘制图形的同时，可以对图形加上一些说明，如图形名称、坐标轴说明、图形某一部分的含义等，这些操作称为添加图形标注。

title（图形名称）
xlabel（x轴说明）
ylabel（y轴说明）
text（x，y，图形说明）//指定坐标位置添加文字
gtext(图形说明)执行该命令时，十字坐标光标自动跟随鼠标移动，单击鼠标即可将文本放置在十字光标处
legend（图例1，图例2，……)

上述函数中的说明文字，除使用标准的ASCII字符外，还可使用LaTeX（LaTeX是一种十分流行的数学排版软件）格式的控制字符，这样就可以在图形上添加希腊字母、数学符号、公式等内容。在MATLAB支持的LaTeX字符串中，用\bf、\it、\rm控制字符分别定义黑体、斜体和正体字符，受LaTeX字符串控制部分要加大括号{}括起来。
如果想在某个字符后面加一个上标，则可以在该字符后面跟一个^引导的字符串。例如e^{axt}对应的标注效果为 eaxt，而e^axt对应的效果为eaxt。类似地可以定义下标，下标是由引导的，如X{12}对应的标注效果为X12。

x=0:pi/100:2*pi;
y1=exp(-0.5*x);
y2=exp(-0.5*x).*sin(2*x);
plot(x,y1,x,y2);
title('x from 0 to 2{\pi}'); %加图形标题 
xlabel('Variable X'); %加X轴说明
ylabel('Variable Y'); %加Y轴说明
text(1.5,0.5,'曲线y1=e^{-0.5x}'); %在指定位置添加图形说明
text(3,-0.1,'曲线y2=e^{-0.5x}*sin(2x)'); 
legend('y1','y2')

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坐标控制

axis([xmin xmax ymin ymax]);

其他用法：
1. axis auto：使用默认设置
2. axis equal：纵、横坐标轴采用等长刻度
3. axis square：产生正方形坐标系（默认为矩形）
4. axis on/off：显示/取消坐标轴

说明：给坐标加网格线用grid命令来控制，加边框用box命令来控制。grid on/off命令控制是画还是不画网格线，box on/off命令控制是加还是不加边框线。