實驗二二維/三維資料的視覺化
一、實驗目的
熟悉掌握簡單的圖形繪製函式；掌握matlab常用的二維、三維圖形及其他圖形繪製函式的使用方法；熟悉圖形控制代碼的使用。
二、實驗環境
硬體環境：計算機一台
軟體環境：matlab 6.0
三、實驗內容
作為乙個功能強大的工具軟體，matlab具有很強的圖形處理功能，提供了大量的二維、三維圖形函式。由於系統採用物件導向的技術和豐富的矩陣運算，所以在圖形處理方面即常方便又高效。
1、二維繪圖
（1）plot函式
函式格式：plot(x,y) 其中x和y為座標向量
函式功能：以向量x、y為軸，繪製曲線。
例1 在區間0≤x≤2內，繪製正弦曲線y=sin（x），其程式為：
x=0:pi/100:2*pi;
y=sin(x);
plot(x,y)
例2同時繪製正、余弦兩條曲線y1=sin（x）和y2=cos（x），其程式為：
x=0:pi/100:2*pi;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
plot(x,y1,x,y2)
plot函式還可以為plot(x,y1,x,y2，x,y3，…)形式，其功能是以公共向量x為x軸，分別以y1，y2，y3，…為y軸，在同一幅圖內繪製出多條曲線。
例3 用不同線型和顏色重新繪製y1=sin（x）和y2=cos（x），其程式為：
x=0:pi/100:2*pi;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
plot(x,y1,'go',x,y2,'b-.')
其中引數'go'和'b-.'表示圖形的顏色和線型。g表示綠色，o表示圖形線型為圓圈；b表示藍色，-.表示圖形線型為點劃線。
在繪製圖形的同時，可以對圖形加上一些說明，如圖形名稱、圖形某一部分的含義、座標說明等，將這些操作稱為新增圖形標記。
title(『加圖形標題');
xlabel('加x軸標記');
ylabel('加y軸標記
text(x,y,'新增文字');
例4 在座標範圍0≤x≤2π,-2≤y≤2內重新繪製正弦曲線，其程式為：
x=linspace(0,2*pi,60);生成含有60個資料元素的向量x
y=sin(x);
plot(x,y);
axis ([0 2*pi -2 2]);設定座標軸範圍
2、subplot函式
（1）subplot（m,n,p）
該命令將當前圖形視窗分成m×n個繪圖區，即每行n個，共m行，區號按行優先編號，且選定第p個區為當前活動區。
例5 在乙個圖形視窗中同時繪製正弦、余弦、正切、餘切曲線，程式為：
x=linspace(0,2*pi,60);
y=sin(x);
z=cos(x);
t=sin(x)./(cos(x)+eps); eps為系統內部常數
ct=cos(x)./(sin(x)+eps);
subplot(2,2,1); 分成2×2區域且指定1號為活動區
plot(x,y);
title('sin(x
axis ([0 2*pi -1 1
subplot(2,2,2);
plot(x,z);
title('cos(x)');
axis ([0 2*pi -1 1]);
subplot(2,2,3);
plot(x,t);
title('tangent(x)');
axis ([0 2*pi -40 40]);
subplot(2,2,4);
plot(x,ct);
title('cotangent(x)');
axis ([0 2*pi -40 40]);
（2）多圖形視窗
需要建立多個圖形視窗，繪製並保持每乙個視窗的圖形，可以使用figure命令。
每執行一次figure命令，就建立乙個新的圖形視窗，該視窗自動為活動視窗，若需要還可以返回該視窗的識別號碼，稱該號碼為控制代碼。控制代碼顯示在圖形視窗的標題欄中，即圖形視窗標題。使用者可通過控制代碼啟用或關閉某圖形視窗，而axis、xlabel、title等許多命令也只對活動視窗有效。
（3）hold命令
若在已存在圖形視窗中用plot命令繼續新增新的圖形內容，可使用圖形保持命令hold。發出命令hold on後，再執行plot命令，在保持原有圖形或曲線的基礎上，新增新繪製的圖形。
閱讀如下程式：
x=linspace(0,2*pi,60);
y=sin(x);
z=cos(x);
plot(x,y,'b繪製正弦曲線
hold on設定圖形保持狀態
plot(x,z,'g保持正弦曲線同時繪製余弦曲線
axis ([0 2*pi -1 1]);
legend('cos','sin');
hold off關閉圖形保持
3、 函式f(x)曲線
fplot函式則可自適應地對函式進行取樣，能更好地反應函式的變化規律。
fplot函式格式：fplot(fname，lims，tol)
其中fname為函式名，以字串形式出現，lims為變數取值範圍，tol為相對允許誤差，其其系統預設值為2e-3。
例：fplot(『sin（x）』,[0 2*pi
fplot(『[sin(x),cos(x)]』,[0 2*pi],1e-3,』·』) 同時繪製正弦、余弦曲線
4、特殊座標圖形
1）對數座標圖形
（1）loglog(x,y) 雙對數座標
例6 繪製y=|1000sin(4x)|+1的雙對數座標圖。程式為：
x=[0:0.1:2*pi]；
y=abs(1000*sin(4*x))+1；
loglog(x,y); 雙對數座標繪圖命令
（2）單對數座標
以x軸為對數重新繪製上述曲線，程式為：
x=[0:0.01:2*pi]
y=abs(1000*sin(4*x))+1
semilogx(x,y); 單對數x軸繪圖命令
同樣，可以以y軸為對數重新繪製上述曲線，程式為：
x=[0:0.01:2*pi]
y=abs(1000*sin(4*x))+1
semilogy(x,y); 單對數y軸繪圖命令
(3)極座標圖
函式polar(theta,rho)用來繪製極座標圖，theta為極座標角度，rho為極座標半徑
例7 繪製sin(2*θ)*cos(2*θ)的極座標圖，程式為：
theta=[0:0.01:2*pi];
rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);
polar(theta,rho); 繪製極座標圖命令
title('polar plot');
5、其它圖形函式
除plot等基本繪圖命令外，matlab系統提供了許多其它特殊繪圖函式，這裡舉一些代表性例子，更詳細的資訊使用者可隨時查閱**幫助，其對應的m-file檔案存放在系統\matlab\toolbox\matlab目錄下。
（1）、階梯圖形
函式stairs(x,y)可以繪製階梯圖形，如下列程式段：
x=[-2.5:0.25:2.5];
y=exp(-x.*x);
stairs(x,y); 繪製階梯圖形命令
title('stairs plot');
（2）、條形圖形
函式bar(x,y)可以繪製條形圖形，如下列程式段將繪製條形圖形
x=[-2.5:0.25:2.5];
y=exp(-x.*x);
bar(x,y); 繪製條形圖命令
（3）、填充圖形
fill(x,y,』c』)函式用來繪製並填充二維多邊圖形，x和y為二維多邊形頂點座標向量。字元 』c』 規定填充顏色，其取值前已敘述。
下述程式段繪製一正方形並以黃色填充：
x=[0 1 1 0 0]; 正方形頂點座標向量
y=[0 0 1 1 0];
fill(x,y,'y');繪製並以黃色填充正方形圖
再如：x=[0:0.025:2*pi];
y=sin(3*x);
fill(x,y,[0.5 0.3 0.4]); 顏色向量
matlab系統可用向量表示顏色，通常稱其為顏色向量。基本顏色向量用[r g b]表示，即rgb顏色組合；以rgb為基本色，通過 r,g,b在0~1範圍內的不同取值可以組合出各種顏色。
6、三維繪圖
1、 plot3函式
最基本的三維圖形函式為plot3，它是將二維函式plot的有關功能擴充套件到三維空間，用來繪製三維圖形。
函式格式：plot3(x1,y1,z1,c1,x2,y2,z2,c2,…)
其中x1,y1,z1…表示三維座標向量，c1，c2…表示線形或顏色。
函式功能：以向量x，y，z為座標，繪製三維曲線。
例8 繪製三維螺旋曲線，其程式為：
t=0:pi/50:10*pi;
y1=sin(t),y2=cos(t);
plot3(y1,y2,t);
title('helix'),text(0,0,0,'origin');
xlabel('sin(t)'),ylabel('cos(t)'),zlabel('t');
grid;
2、mesh函式
mesh函式用於繪製三維網格圖。在不需要繪製特別精細的三維曲面結構圖時，可以通過繪製三維網格圖來表示三維曲面。三維曲面的網格圖最突出的優點是：
它較好地解決了實驗資料在三維空間的視覺化問題。
函式格式：mesh(x,y,z,c)
其中x，y控制x和y軸座標，矩陣z是由(x，y)求得z軸座標，(x,y,z)組成了三維空間的網格點；c用於控制網格點顏色。
例9 下列程式繪製三維網格曲面圖
x=[0:0.15:2*pi];
y=[0:0.15:2*pi];
z=sin(y')*cos(x); 矩陣相乘
mesh(x,y,z);
3、surf函式
surf用於繪製三維曲面圖，各線條之間的補面用顏色填充。surf函式和mesh函式的呼叫格式一致。
函式格式: surf (x,y,z)
其中x，y控制x和y軸座標，矩陣z是由x，y求得的曲面上z軸座標。
例10 下列程式繪製三維曲面圖形
x=[0:0.15:2*pi];
y=[0:0.15:2*pi];
z=sin(y')*cos(x); 矩陣相乘
surf(x,y,z);
xlabel('x-axis'),ylabel('y-axis'),zlabel('z-label');
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