MATLAB使用指导Part 3——软件绘图基础

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MATLAB使用指导

Part THREE

软件绘图基础

在各高等学校，MATLAB软件成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等诸多课程的基本教学工具，成为本科生、硕士生和博士生的必须掌握的基本技能，当然MATLAB在数学建模中的作用也不容小觑。本期将介绍MATLAB的入门知识的第三部分——软件绘图，希望会对正在学习MATLAB的你有一定的辅助作用。

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二维高层绘图操作

1.1 plot 函数

基本用法：

plot(x,y)

一般要求：x和y为相同尺度的向量。

特殊用法：

（1）x为向量，y为矩阵，其中一维与x长度相同，则绘制多条不同色彩的曲线；

（2）x和y为同维的矩阵，以对应列绘制不同色彩的曲线；

（3）plot有一个参数，若x为实数向量，则绘制折线图，若x为复数向量，则以实部和虚部为横坐标绘图；

（4）多个输入参数；

（5）曲线选项：

plot(x,y1,'k:',x,y2,'b-')

每条曲线的线型和颜色由字符串'cs'指定，其中 c 表示颜色 s 表示线型。

1.2 图形标注

基本标注函数：

title(' ')标题

xlabel(' ')横坐标标题

ylabel(' ')纵坐标标题

text(x1,y1,' ' )定位文字信息

legend(' ',)图例

特殊字符的显示：

LaTeX字符简介

'x^2'显示 x 2 ；'x_2'显示 x 2

1.3 坐标轴控制

（1）基本控制命令：

axis equal 矩形的坐标轴

axis square 正方形的坐标轴

axis auto 自动坐标轴显示

axis off 关闭坐标轴

axis on 打开坐标轴

axis([xmin xmax ymin ymax]) 设置坐标轴的显示范围

xlim([xmin xmax]) 设置x坐标的显示范围

ylim([ymin ymax]) 设置x坐标的显示范围

（2）图形保持命令：

hold on

hold off

（3）窗口分割：

subplot(2,2,1)将图形绘制成 2×2 的小格，这是第一格。

1.4 二维底层绘图修饰

1.4.1 对象和句柄

MATLAB把构成图形的各个基本要素称为图形对象，产生每一个图形对象时，MATLAB 会自动分配一个唯一的值用于表示这个对象，称为句柄。

对象之间的基本关系：

计算机屏幕->图形窗口->（用户菜单，用户控件，坐标轴）

坐标轴->曲线，曲面，文字，图形，光源，区域，方框

1.4.2 基本底层绘图函数

（1）line对象和 line函数：

示例：h = line([-pi:0.01:pi],sin([-pi:0.01:pi]))

产生 line 对象，h 为 line 对象的句柄

line 对象的修饰：

Color属性；

LineWidth属性；

LineStyle属性；

Marker属性；

MarkerSize属性；

plot 绘制的图形也是line对象，可以通过line对象的修饰方法后期修饰。

h = line('XDate',[-pi:0.1:pi],'YDate',sin([-pi:0.1:pi]),…

'LineWidth',1,'LineStyle',':','Color','r')

set(h,'LineWidth',2,'Marker','p','MarkerSize','3')修改对象

（2）底层标注：

text对象和text函数

常用修饰：

Color属性；

String属性；修改标注的内容

FontSize属性；

Rotation属性；

（3）底层坐标轴的控制：

axes对象和 axes函数

修饰：

Box属性；

GridLineStyle属性；网格线型

Position属性；

Units属性；可以设置单位为归一化 normalized，便于图形缩放

XLabel、YLabel和 ZLabel属性；

Xlim、Ylim和Zlim属性；

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特殊用法简介

2.1 Notebook 使用方法

2.1.1 安装和启动

必须装有任意一款 Word 软件，在 MATLAB 中输入安装命令即可：notebook-setup

（注意：老版本的MATLAB在安装Notebook时会提示用户选择本机中所安装的Word版本。）

启动 Notebook

从 MATLAB 中启动Notebook，直接输入 notebook（新建）或者notebook文件名；

从Word中启动Notebook，新建M-book模板文档，如果MATLAB未运行，则MATLAB跟随M-book自动启动。

2.1.2 代码的运行和结果

在Word加载项里多出了Notebook的功能选项；

在Notebook中，需要运行代码部分要设置为“输入单元”，使用绿色加粗Courier New字体显示；

定义输入单元，可以使用Notebook菜单或者组合键“Alt+D”；

定义输入单元之后，选择Notebook菜单中的“Evaluate Cell”或者组合键“Ctrl+Enter”执行单元，输出结果直接在相应输入单元后显示，使用蓝色 Courier New字体显示。

（注意：可以不提前设置输入单元而直接运行。）

自动初始化单元可以在打开Notebook时自动执行，这样可以快速恢复所需要的工作空间。

定义方式：选择需要定义的单元，选择Notebook菜单中的“Define AutoInit Cell”。定义为自动初始化的单元使用蓝色加粗Courier New字体显示。

输入单元组定义：每一个输入单元之间是相互独立的，只能一行一行的运行，在执行for语句时就会出现错误。

定义方式：选择需要定义的单元，选择Notebook菜单中的“Group Cells”。

输出的格式设置：选择菜单“Notebook Option”，可弹出相应的选项：数值类型、松散or紧密和输出图形格式（默认嵌入）。

2.2 符号运算操作

（1）符号常量和符号变量

语法：

->>a = sym('a')

->>c = sym('3')符号常量 c=3

（2）符号表达式

语法：

->>f = '3*x + 6' 字符串也能参与符号运算

->>f = sym('3*x + 6')

->>syms x; f = 3*x + 6

（3）符号四则运算

+ - * / ^

（4）符号表达式化简

simplify 使用多项式规则进行化简

simple 使用很多规则进行化简

（5）符号表达式与数值的转化

sym 创建符号数字、符号变量、符号对象

eval 将符号变量转化为数值

（6）符号表达式的因式分解和展开

factor 因式分解

expand 展开为这个变量级数和的形式

collect 合并同类项

（7）符号矩阵

构建方式和数值矩阵一致

转置和行列式

transpose

determ

其他使用在数值矩阵中的函数也可以直接用于符号矩阵

（8）符号计算

subs(f1,n)求解

limit 极限

diff 微分

int 积分

symsum 级数求和

taylor 泰勒级数展开

solve 代数方程求解

dsolve 常微分方程求解

以上主要学习和笔记内容参考了大学生自学网的

《Matlab基础视频教程全集》课程，链接为

http://v.dxsbb.com/ruanjian/matlab/424/

数模小贴士的板块在本期就要和大家Say Goodbye啦，感谢大家寒假的一路相伴。

最后的最后，在这里唠叨几句～

首先，数学建模并不是完全靠运气，必须得有前期准备。机会是留给有准备的人的。

还有，数学建模比较重要的是队友之间的合作。在比赛时，没有那么多时间给你磨蹭，觉得某种方法大概可行，那就做吧，信任你的队友。某种程度上，这需要大家有足够的魄力和底气。

国赛也好，美赛也罢，都只是建模历程中很小的一部分。国赛有一句口号：一次参赛，终身受益！如何在比赛中、学习中找到自己想要的，并锻炼能力，看到自己的不足和进步，才是参加比赛真正的意义吧。

最后，祝大家在数学建模的海洋里找到属于自己的乐趣。

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