MATLAB 绘图大师课：创建和自定义图形的进阶指南

# 1. MATLAB 绘图基础**

MATLAB 是一款强大的科学计算和数据可视化工具，其绘图功能提供了丰富的选项，可用于创建各种类型的图形，从简单的折线图到复杂的 3D 表面图。

本章将介绍 MATLAB 绘图的基础知识，包括：

- **基本绘图函数：**plot、stem、bar、scatter 等函数用于创建不同类型的图形。
- **数据准备：**了解如何将数据组织成适合绘图的格式，包括向量、矩阵和结构体。
- **图形属性：**自定义图形的外观，例如颜色、线宽、标记样式和标签。

# 2. MATLAB 绘图高级技巧

### 2.1 图形对象和属性

#### 2.1.1 图形对象的类型和层次结构

MATLAB 中的图形对象表示绘制在图形窗口中的各种图形元素，包括线条、点、文本、图像等。这些对象按照层次结构组织，其中根对象是 `figure`，它包含所有其他对象。

#### 2.1.2 图形属性的设置和获取

每个图形对象都具有与其关联的一组属性，用于控制其外观和行为。这些属性可以通过 `get` 和 `set` 函数进行设置和获取。例如，要设置线条的线宽，可以使用以下代码：

line_width = 2;
set(line_handle, 'LineWidth', line_width);

其中，`line_handle` 是线条对象的句柄。

### 2.2 图形布局和美化

#### 2.2.1 子图和布局管理

MATLAB 提供了 `subplot` 和 `gridlayout` 函数来创建子图和管理图形布局。子图允许在单个图形窗口中绘制多个图形。

% 创建一个 2 行 3 列的子图
subplot(2, 3, 1);
plot(x, y1);
title('Subplot 1');

subplot(2, 3, 4);
plot(x, y2);
title('Subplot 4');

#### 2.2.2 图例、标题和注释

图例用于标识图形中的不同数据系列。标题和注释提供有关图形的附加信息。

% 创建一个图例
legend('Data 1', 'Data 2');

% 设置图形标题
title('MATLAB 绘图');

% 添加文本注释
text(x_value, y_value, 'This is a comment');

### 2.3 图形交互和动画

#### 2.3.1 数据选择和交互

MATLAB 提供了 `datacursor` 函数，允许用户交互式地选择和检查图形中的数据点。

datacursormode on;

#### 2.3.2 动画和动态效果

MATLAB 支持创建动画和动态效果。可以使用 `anim` 函数或 `animatedline` 对象来创建动画。

% 创建一个动画，显示正弦波
t = 0:0.01:10;
y = sin(t);

anim = animation(1, 100);
for i = 1:length(t)
    plot(t(1:i), y(1:i));
    anim.FrameRate = 10;
    drawnow;
end

# 3. MATLAB 绘图实战应用

### 3.1 科学和工程可视化

#### 3.1.1 数据可视化和分析

MATLAB 强大的绘图功能使其成为科学和工程数据可视化和分析的理想工具。通过使用各种绘图类型，如折线图、条形图和散点图，可以轻松地探索和理解复杂数据集。

例如，以下代码生成一个散点图，显示了不同温度下两种材料的电阻率：

% 导入数据
data = importdata('resistor_data.csv');

% 提取温度和电阻率数据
temperature = data(:, 1);
resistivity_material1 = data(:, 2);
resistivity_material2 = data(:, 3);

% 创建散点图
figure;
scatter(temperature, resistivity_material1, 'bo');
hold on;
scatter(temperature, resistivity_material2, 'ro');

% 添加标签和图例
xlabel('温度 (K)');
ylabel('电阻率 (Ω·m)');
legend('材料 1', '材料 2');

**代码逻辑分析：**

* `importdata` 函数导入 CSV 文件中的数据。
* `scatter` 函数创建散点图，其中 `'bo'` 和 `'ro'` 指定蓝色圆点和红色圆点分别表示材料 1 和材料 2 的数据点。
* `hold on` 命令允许在同一图形中绘制多个图。
* `xlabel` 和 `ylabel` 函数添加轴标签。
* `legend` 函数添加图例，标识不同的数据系列。

#### 3.1.2 三维绘图和表面图

MATLAB 还允许创建三维绘图和表面图，以可视化复杂的数据集。例如，以下代码生成一个表面图，显示了不同输入参数下函数 `z = f(x, y)` 的值：

% 定义函数
f = @(x, y) x.^2 + y.^2;

% 创建网格数据
[x, y] = meshgrid(-2:0.1:2, -2:0.1:2);
z = f(x, y);

% 创建表面图
figure;
surf(x, y, z);

% 添加标签和颜色条
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');
colorbar;

**代码逻辑分析：**

* `meshgrid` 函数创建网格数据，用于定义表面图的 x 和 y