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数据改变生活

MATLAB作图从入门到熟练

发表时间：2022-07-14 14:21


喵姐 求知联盟 2019-12-05 10:29
有同学说，靠网络上的文章，很难学到系统的知识，还得自己看书，这话不假。主要是因为网上文章篇幅过短，难免无法概括全面，加之同学们更关心一些高效的学习方法，更倾向于接受高密集信息的学习方式，节省时间和精力。
本期推文，喵姐会介绍一下matlab作图，尽量让各位同学通过一篇推文学会matlab作图从入门到熟练。
如果你对matlab已经有所了解，可以跳过下面的入门部分。


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思想部分
为什么我们要用MATLAB作图，而不是用python作图？这个是工具选择问题，人与人之间各有偏好。那么作图的目的是什么？是为了清晰地表达数据结果。在数学建模竞赛这方面，数据结果表达与论文排版的好坏对论文得分的影响往往很大。由此，很有必要了解如何正确科研作图。

入门部分
（新手向matlab作图）

基础部分
首先输入figure打开图像界面。

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在figure palatte处你可以通过鼠标点击来决定生成多少个图像。

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注意变量区域，现在什么变量都还没有。

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输入代码x=linspace(1,10,100); 这样你会得到1到10的100个平均分布离散点，1×100的矩阵储存于x中。

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双击workspace中的x进去，你会发现x各个行列具体的值。

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让我们回到figure，左侧Variable窗口出现了x，注意右侧Plot Browser，在这里选中坐标系就是让函数图显示，取消勾选就会消失。点击底下的Add Data...，Plot Type内有很多不同类型的作图方式，我们先以plot为例，随便输入一个y的表达式吧。

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这样1-10区间的函数图便被插入到了图中，在底侧你还可以随时更改具体参数。有时你可能需要添加一条参照线，就可以使用这种方法。

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而选择Plot Type，你可以换成其他类型的图。

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如果我再次Add Data，并且设置为线形，它们都会共存于同一图像中。

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当你想要绘制3D图时，不要忘了
[x,y] = meshgrid([-2:.2:2]);
这会让x和y生成-2到2，每行隔0.2取一个值的一个二维矩阵。
让我随便输入一个z=x^2*2./y;
回到Variables窗口，按住ctrl键，选中xyz，右键，选择Plot Catalog...

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再选中3-D Surfaces，这么多种3D图，总有一个适合你。

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在生成结果的界面，可以点击旋转按钮，得到不同视角的视图。
同时，在你生成后，回到代码窗口，你会发现多了一行生成图像的代码，同学们可以保存下来过程代码，存为m文件，毕竟数模竞赛论文末尾需要附录代码。

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点击Data Cursor按钮，再点击图像中的线条，便可以得到该点的坐标数据，你还可以点住不放标记物，移动标记点或文本框的位置。

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正常而言，你对图片的很多描述都在figure中操作，一旦关闭，事后则需要重新来说。所以我们可以通过点击Generate Code...按钮，来生成m文件保存图像的描述。

当你需要多个标记点时，你可以右键点击图像，选择Create New Datatip，再次插入一个标记点。

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尽管生成了代码，大家仍需要注意此时代码还没有输入xyz值。
菜单栏上还有Insert Colorbar按钮，插入一个直观的色彩板。

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让我们回到2D图，有时你可能需要放大某个需要特别关注的区域。那么你应该选择放大镜Zoom In按钮，再于图像中间按住不放，框选理想的区域。这样会重新生成一个坐标轴。

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若想恢复，则可以右键图像，选择reset to Original View。

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你也可以生成一列的两幅图，方便对比。
而假若当你一幅坐标系上多个函数图线，喵姐建议使用不同颜色以及不同线型（虚线什么的）来区分，这样看起来会很清晰。

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有时我们在鼠标拖动函数图像时，会产生不对齐的现象，此时可以点击Tools中的Snap To Layout Grid按钮，这样拖动时，会有网格对齐。
有些同学可能在意，在局部放大图的x轴中，鼠标框选可能选不中整数原点，就会心里很难受。这种情况，应该用subplot函数，并且axis([xmin xmax ymin ymax])规定好显示范围。
在matlab中生成的函数中，xy轴的尺度不是相同的，这样可能产生一些扭曲的不符合直觉的图形，如果想要设定为xy尺度相同，则需要输入：
axis equal




让我们继续。
假如说，我们有一些离散的数据如下。

x=[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9];

y=[0 0.2 0.9 1.5 1.8 2.8 3.4 5.8 6.9 8.1];

plot(x,y)

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它看起来平平无奇。
不过我们可以点击Tools中的Basic Fitting。

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在这里，你能选择很多，比如图示选择了线性，并且勾选了Show equations，这样拟合出来直线后，会在图上显示y=ax+b这样的函数。

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有时你可能不想要线性拟合，这里有这么多分类，总有一款符合你的胃口。

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与此同时你还可以subplot拟合之后，查看新图像与原图像的数值偏差。

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下面介绍工具栏中的Data Statistics。

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点开后，仍然是平平无奇。

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在这里勾选对应xy轴的数值，便会在函数图中生成对应的参考线。

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如果需要在图上进行其他标注，则可以利用Annotations内的各种按钮，正常来说，用好文本框和箭头就足够了。

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那么问题来了，假若你想特殊标记某个点，以文本框的形式，并且要求非常精确，这样你最好使用代码实现。
text(x点坐标,y点坐标,’\leftarrow你想说的话,’HorizontalAlignment’,’right’,’FontSize’,16)

其中左箭头leftarrow可以换成右箭头rightarrow，位置右侧right可以换成left。HorizontalAllignment表示水平放置，FontSize表示字体大小。

有时也会需要\leftarrow，\rightarrow，\bullet这些符号。

下面为例：

text(0.1,0.2,'我是加点\rightarrow\bullet','HorizontalAlignment','right','FontSize',12)

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一般而言，我们需要标记最大值或者最小值，那么我们则需要找到函数的最大值和最小值。
比如说我们有如下函数图。

x=[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9];

y=[16 8 5 2.2 7 12 16 11 15 13];

>> plot(x,y)

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输入

Imin=find(min(y)==y);

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返回的值为4，则说明y(4)为y中的最小值。当然你也可以输入imax=find(max(y)==y);来找到最大值。
此后用text(x(imin),y(imin))这样语句来标记该点就好了。
text(x(imin),y(imin),'\leftarrow这里是最小值2.2')

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在曾经的推文中，喵姐推送过一次关于mathpix的推荐，mathpix不仅可以识别标准打印的公式，也可以识别手写的公式，导出的公式代码同样，不仅用于latex，也可直接粘贴于mathtype生成可编辑代码。


下面，你可能需要学会一些代码，借此修饰你的函数图，使其更为美观或者自定义化。

输入grid on;，你会得到网格。

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选中函数图线，当你设置line为none，则线会消失，而这时设置Marker标记一下散点，你就会得到散点图。

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你若是再设置Plot Type为Stem，就会看起来挺好玩的样子。

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萌新刚刚入门matlab作图时，大概最常见的问题就是没有注意点乘和向量对齐，不过呢，当x,y其中一个为矩阵，另一个为向量，仍然可以生成图像。

比如说plot（y,x）。其中x=linspace(1,49,50);，y=peaks;，

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有时我们可能需要地形图。

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在matlabhelp信息中，发现可以用quiver语句来用小箭头表示坡度。

>> n=-4:0.2:4;

>> [x,y,z]=peaks(n);

>> contour(x,y,z,10)

>> [u,v]=gradient(z,.2);

>> hold on

>> quiver(x,y,u,v)

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除此以外，你还可以输入：
contour(x,y,z,'ShowText','on')
得到下图，更为直观。

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好了，让我们进入到下一部分。


玄学部分

在这里，喵姐会传授你如何实现传说中的“美术建模”。


axis([0 10 0 10])

hold on

xy=[];

n=0;

but=1;

while but ==1

 [xi,yi,but]=ginput(1); %在函数图上左键点击将xy传给xi,yi

 plot(xi,yi,'ro')

 n=n+1;

 xy(:,n)=[xi;yi];

end

t=1:n;

ts=1:0.1:n;

xys=spline(t,xy,ts);

plot(xys(1,:),xys(2,:),'b');

hold off

保存以上代码为m文件，然后运行后，会出现matlab画布，左键点击会以圆圈为标记作一个点，右键选定最后一个点，然后用spline函数插值形成函数图。

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喵呜~

好的，上面我们学会了如何去用鼠标画图喵姐不知道学会这个能有什么用，下面喵姐介绍一下如何“打光”。
虽然说在figure的工具栏区域就可以调整颜色，但喵姐的方法显然更“高级”一些。
喵姐说“要有3D图”，于是就有了这个：

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我们可以输入下面这行两个单词的代码先把它皮剥了。

shading interp

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接下来邀请灯光师——light和lightangle，你可以输入lightangle(-45,30)，或者light('position',[0,0,5])，借此加入光源。

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讲道理，光线有点刺眼。
输入以下两行代码，这样得到的光线则会柔和很多。

set(gcf,'Renderer','zbuffer')

set(findobj(gca,'type','surface'),'FaceLighting','phong','AmbientStrength',.6,'DiffuseStrength',.9, 'SpecularStrength',.5,'SpecularExponent',40,'BackFaceLighting','unlit')

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在这里，FaceLighting有三种选项，分别为“flat、gouraud和phong”，从左至右表面加光效果越来越精细。
AmbientStrength越高氛围越来越浓。DiffuseStrength越高颜色分布浓度。
SpecularStrength越高则反光光泽越明显。SpecularExponent越小光泽越大。
BackFaceLighting值为reverselit或者unlit，reverselit则会照明背面。

怎么样，图是不是更好看了些呢？

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到此，我想你已经具备了足够的matlab作图知识，
但在比赛时，还是经常会有需要“现学现做”的情况出现。
总之，一直保持学习就对了呀~

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