Matlab快速入门之二维图和三维图

之前，我们已经分享了很多Matlab绘图函数的文章。今天这篇，属于Matlab入门篇，简单介绍下Matlab中二维图、三维图的创建方法，以及如何在一张图里绘制多张图。这里，主要以plot函数为例绘制二维图，以surf函数为例绘制三维图，以subplot、tiledlayout创建多个绘图。

二维绘图

要创建二维线图，请使用plot函数。例如，绘制在从0到2π的值组成的线性间距向量上的正弦函数：

x = linspace(0,2*pi);
y = sin(x);
plot(x,y)

可以标记轴并添加标题。需要注意的是，Matlab R2017a之前的版本需要用单引号代替双引号。

xlabel("x")
ylabel("sin(x)")
title("Plot of the Sine Function")

通过向 plot 函数添加第三个输入参数，您可以使用红色虚线绘制相同的变量。同样的，Matlab R2017a之前的版本请用单引号代替双引号：

plot(x,y,"r--")

"r--"（MatlabR2017a）、'r--'（MatlabR2016a）为线条设定。每个设定可包含表示线条颜色、样式和标记的字符。标记是在绘制的每个数据点上显示的符号，例如，+、o 或 *。例如，g:*" 请求绘制使用 * 标记的绿色点线。

请注意，为第一幅绘图定义的标题和标签不再被用于当前的图窗窗口中。默认情况下，每次调用绘图函数、重置坐标区及其他元素以准备新绘图时，MATLAB® 都会清空图窗。

要将绘图添加到现有图窗中，请使用hold on。在使用 hold off 或关闭窗口之前，当前图窗窗口中会显示所有绘图。参考如下例子：当然，需要注意旧版本只能用单引号，而不是双引号，结果没有区别。

x = linspace(0,2*pi);
y = sin(x);
plot(x,y)

hold on

y2 = cos(x);
plot(x,y2,":")
legend("sin","cos")

hold off

三维绘图

三维图通常显示一个由带两个变量的函数 z=f(x,y) 定义的曲面图。例如，对于给定的行向量和列向量 x 和 y，每个向量包含 [-2,2] 范围内的 20 个点，计算 z=xe^{−x^2−y^2} 。

x = linspace(-2,2,20);
y = x';
z = x .* exp(-x.^2 - y.^2);

以上这种z值的写法，涉及了矩阵维度不一致，需要Matlab R2021b才可以支持；

老版本，我们可以使用如下方法来实现：两种方法，很明显写起来更方便，所以还是抓紧升级自己的Matlab吧。下面的meshgrid函数只能通过设定间隔来设定x、y值。

即，上面的linspace为-2到2平均取20个数字；下面的meshgrid为从-2到2，每隔0.15取一个值。其实，仔细考虑一下，没啥太大影响。

[x,y] = meshgrid(-2:0.15:2,-2:0.15:2);
z = x .* exp(-x.^2 - y.^2);

然后，创建曲面图。

surf(x,y,z)

surf 函数及其伴随函数 mesh 以三维形式显示曲面图。surf 使用颜色显示曲面图的连接线和面。mesh 生成仅以颜色标记连接线条的线框曲面图。

多个绘图

您可以使用 tiledlayout 或 subplot 在同一窗口的不同部分显示多个绘图。

tiledlayout 函数是在 R2019b 中引入的，该函数比 subplot 提供更多对标签和间距的控制。例如，在图窗窗口中创建 2×2 布局。然后，每当您要某个绘图出现在下一区域中时，请调用 nexttile。

t = tiledlayout(2,2);
title(t,"Trigonometric Functions")
x = linspace(0,30);

nexttile
plot(x,sin(x))
title("Sine")

nexttile
plot(x,cos(x))
title("Cosine")

nexttile
plot(x,tan(x))
title("Tangent")

nexttile
plot(x,sec(x))
title("Secant")

关于R2019b之前的版本，请使用如下subplot的写法，创建多个绘图：这里，我用的Matlab R2016a，因此把标题命名中的双引号一并换成了单引号。

x = linspace(0,30);

subplot(2,2,1)
plot(x,sin(x))
title('1Sine1')

subplot(2,2,2)
plot(x,cos(x))
title('Cosine')

subplot(2,2,3)
plot(x,tan(x))
title('Tangent')

subplot(2,2,4)
plot(x,sec(x))
title('Secant')

需要注意的是，subplot方式无法为这四张图一起写一个共同的标题。