MATLAB提供了非常丰富的绘图功能，不仅可以用于二维、三维的基本图形绘制，还包括特殊图形、动画制作等多种功能。在本文中，我们将详细介绍MATLAB中的常见绘图种类、特点及使用方法，并列出表格总结各类图形的特征。
一、常见二维图形绘制
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基础曲线图
- 函数：
plot(x, y) - 特点：适用于绘制简单的二维曲线，支持多条曲线、不同颜色和线型。常用于函数关系的可视化。
- 示例：
x = linspace(0, 2*pi, 100); y1 = sin(x); y2 = cos(x); plot(x, y1, '-r', x, y2, '--g'); xlabel('x'); ylabel('y'); title('Sine and Cosine functions'); legend('sin(x)', 'cos(x)'); grid on;
- 函数：
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符号函数绘图
- 函数：
ezplot - 特点：用于绘制隐函数和参数方程，适用于复杂的数学表达式。
- 示例：
ezplot('sin(x)', [0, pi]); % 在区间[0, π]上绘制sin(x)
- 函数：
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对数坐标图
- 函数：
loglog,semilogx,semilogy - 特点：对数图适用于数据跨度较大时，能够更直观地展示数据特性。
- 示例：
x = logspace(0, 2, 100); % 生成对数坐标数据 y = exp(x); loglog(x, y, '-o'); grid on;
- 函数：
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散点图
- 函数：
scatter(x, y, s, c) - 特点：用于绘制散点图，支持点的颜色和大小自定义。
- 示例：
x = rand(1, 100); y = rand(1, 100); scatter(x, y, 50, y, 'filled'); colorbar;
- 函数：
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条形图
- 函数：
bar,barh - 特点：用于显示分类数据的对比，支持横向和纵向的条形图。
- 示例：
y = [10, 20, 30]; bar(y);
- 函数：
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饼图
- 函数：
pie - 特点：用于表示分类数据的组成部分，常见于展示比例分布。
- 示例：
pie([1, 2, 3, 4]);
- 函数：
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等值线图
- 函数：
contour,contourf - 特点：用于显示二维数据的等值线，适用于表示区域中的梯度变化。
- 示例：
[X, Y] = meshgrid(-2:0.2:2, -2:0.2:2); Z = X.*exp(-X.^2 - Y.^2); contour(X, Y, Z);
- 函数：
二、常见三维图形绘制
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三维曲线
- 函数：
plot3(x, y, z) - 特点：用于绘制空间三维曲线。
- 示例：
t = 0:pi/50:10*pi; x = sin(t); y = cos(t); z = t; plot3(x, y, z); grid on;
- 函数：
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三维曲面
- 函数：
mesh,surf - 特点：用于显示三维数据的表面，支持网格图和表面图，适合于绘制复杂的空间数据。
- 示例：
[X, Y] = meshgrid(-5:0.5:5, -5:0.5:5); Z = sin(sqrt(X.^2 + Y.^2)); surf(X, Y, Z); shading interp; % 平滑着色
- 函数：
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三维散点图
- 函数：
scatter3(x, y, z, s, c) - 特点：用于绘制三维空间中的点，并可以通过颜色和大小表示数据的不同属性。
- 示例：
x = rand(1, 100); y = rand(1, 100); z = rand(1, 100); scatter3(x, y, z, 50, z, 'filled'); colorbar;
- 函数：
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瀑布图
- 函数：
waterfall - 特点：适用于绘制类似瀑布样式的三维图形。
- 示例：
[X, Y] = meshgrid(1:10, 1:10); Z = sin(X) + cos(Y); waterfall(X, Y, Z);
- 函数：
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三维柱形图
- 函数：
bar3,bar3h - 特点：用于展示三维分类数据的分布，支持柱状图的立体展示。
- 示例：
data = rand(5, 5); bar3(data);
- 函数：
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三维等值线图
- 函数：
contour3 - 特点：用于绘制三维数据的等值线图，显示等值线随高度变化的情况。
- 示例：
[X, Y, Z] = peaks; contour3(X, Y, Z);
- 函数：
三、图形修饰与处理
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视角处理
- 函数：
view - 特点：调整三维图形的观察视角，改变方位角(azimuth)和仰角(elevation)。
- 示例：
view(45, 30); % 设置方位角为45度，仰角为30度
- 函数：
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颜色与着色处理
- 函数：
colormap,shading - 特点：通过调整色图
colormap和着色方式shading来改变图形的视觉效果。 - 示例：
colormap(jet); % 设置颜色映射为'jet' shading interp; % 平滑插值着色
- 函数：
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光照效果
- 函数：
light,lighting - 特点：为三维图形增加光照效果，使其更具立体感。
- 示例：
light('Position', [1, 0, 1], 'Style', 'infinite'); lighting phong;
- 函数：
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网格控制
- 函数：
grid on,grid off - 特点：添加或移除图形中的网格线。
- 示例：
grid on; % 显示网格
- 函数：
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多图显示
- 函数：
subplot - 特点：将图形窗口分割为多个子图，用于同时展示多个图形。
- 示例：
subplot(2, 2, 1); plot(x, y1); subplot(2, 2, 2); plot(x, y2); subplot(2, 2, 3); plot(x, x.*y1); subplot(2, 2, 4); plot(x, y1./y2);
- 函数：
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保存图像
- 函数：
saveas,print - 特点：将绘制的图形保存为外部文件，如PNG、JPEG、PDF等格式。
- 示例：
saveas(gcf, 'myfigure.png');
- 函数：
四、动画制作
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逐帧动画
- 函数：
getframe,movie - 特点：通过捕捉多帧画面，制作动画并播放。
- 示例：
for k = 1:20 plot(rand(5, 1)); M(k) = getframe; end movie(M, 2); % 播放两次
- 函数：
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轨迹动画
- 函数：
comet,comet3 - 特点：用于展示二维或三维空间中的运动轨迹。
- 示例：
t = 0:pi/50:10*pi; x = sin(t); y = cos(t); comet3(x, y, t);
- 函数：
五、常见绘图种类与特点总结
| 绘图种类 | 函数 | 特点 |
|---|---|---|
| 二维曲线 | plot |
用于展示函数或数据的变化关系 |
| 对数坐标图 | loglog |
数据跨度大时更清晰 |
| 散点图 | scatter |
显示离散点，支持颜色、大小 |
| 条形图 | bar, barh |
分类数据对比 |
| 饼图 | pie |
分类数据的组成部分比例展示 |
| 等值线图 | contour |
显示区域中的梯度变化 |
| 三维曲线 | plot3 |
空间曲线的展示 |
| 三维曲面 | surf, mesh |
显示三维数据表面结构 |
| 三维散点图 | scatter3 |
可在三维空间中展示点 |
| 瀑布图 | waterfall |
用于展示类似瀑布样式的曲面 |
| 三维柱形图 | bar3 |
三维柱形数据展示 |
| 三维等值线图 | contour3 |
显示三维空间的等值线 |
| 动画 | movie |
制作逐帧动画 |
| 轨迹动画 | comet, comet3 |
展示运动轨迹 |
总结
MATLAB拥有丰富的绘图工具，从二维到三维的绘图能力，再到图形修饰和动画制作，MATLAB都能提供极大的灵活性。通过合适的函数组合，用户可以创建出复杂且美观的图形。
