图形绘制

基本二维绘图

plot 函数

最基本的绘图函数，用于绘制二维线图：

plot(x, y)

简单示例

# 绘制简单的曲线
x = 0:0.1:2*pi
y = sin(x)

plot(x, y)

# 添加标签
xlabel('x')
ylabel('sin(x)')
title('正弦函数')
grid on

绘制多条曲线

# 方法1：多次调用 plot
x = 0:0.1:2*pi
y1 = sin(x)
y2 = cos(x)

plot(x, y1)
hold on
plot(x, y2)
hold off

legend('sin(x)', 'cos(x)')
xlabel('x')
ylabel('y')
title('三角函数')
grid on

# 方法2：一次调用传入多组数据
plot(x, y1, x, y2)

绘制矩阵数据

# 如果 Y 是矩阵，plot 会绘制每一列
x = 0:0.1:2*pi
Y = [sin(x); cos(x); sin(2*x)]'  # 每列一条曲线

plot(x, Y)
legend('sin(x)', 'cos(x)', 'sin(2x)')
grid on

LineSpec 格式

使用 LineSpec 字符串可以快速指定线条的颜色、标记和线型：

plot(x, y, LineSpec)

颜色代码

字符 颜色
'r'红色 (red)
'g'绿色 (green)
'b'蓝色 (blue)
'c'青色 (cyan)
'm'品红 (magenta)
'y'黄色 (yellow)
'k'黑色 (black)
'w'白色 (white)

标记符号

字符 标记
'o'圆圈
'+'加号
'*'星号
'.'点
'x'叉号
's'方块
'd'菱形
'^'上三角
'v'下三角

线型

字符 线型
'-'实线（默认）
'--'虚线
':'点线
'-.'点划线

组合使用

x = 0:0.5:2*pi

# 红色圆圈标记，实线
plot(x, sin(x), 'ro-')

# 蓝色星号标记，虚线
plot(x, cos(x), 'b*--')

# 绿色加号标记，点线
plot(x, sin(2*x), 'g+:')

# 品红色方块标记，点划线
plot(x, cos(2*x), 'ms-.')

# 只有标记，没有连线
plot(x, sin(x), 'ro')

Name-Value 参数对

使用 Name-Value 对可以更精细地控制图形属性：

线条属性

x = 0:0.1:2*pi
y = sin(x)

plot(x, y, 'Color', 'red', 'LineWidth', 2, 'LineStyle', '--')

# 常用属性：
# 'Color' - 颜色（RGB 或名称）
# 'LineWidth' - 线宽
# 'LineStyle' - 线型
# 'Marker' - 标记符号
# 'MarkerSize' - 标记大小
# 'MarkerFaceColor' - 标记填充颜色
# 'MarkerEdgeColor' - 标记边缘颜色

示例：自定义样式

x = 0:0.5:2*pi
y = sin(x)

plot(x, y, ...
    'Color', [0.8, 0.2, 0.2], ...      # RGB 颜色
    'LineWidth', 2.5, ...               # 线宽
    'LineStyle', '--', ...              # 虚线
    'Marker', 'o', ...                  # 圆圈标记
    'MarkerSize', 8, ...                # 标记大小
    'MarkerFaceColor', 'blue', ...      # 标记填充为蓝色
    'MarkerEdgeColor', 'black')         # 标记边缘为黑色

xlabel('x')
ylabel('sin(x)')
title('自定义样式的绘图')
grid on

三维绘图

plot3 函数

绘制三维曲线：

plot3(x, y, z)

基本示例

# 螺旋线
t = 0:0.1:10*pi
x = cos(t)
y = sin(t)
z = t

plot3(x, y, z)
xlabel('X')
ylabel('Y')
zlabel('Z')
title('三维螺旋线')
grid on

参数方程曲线

# 绘制参数方程曲线
t = 0:0.01:2*pi

# 圆环曲线
R = 3  # 大半径
r = 1  # 小半径
x = (R + r*cos(10*t)) .* cos(t)
y = (R + r*cos(10*t)) .* sin(t)
z = r * sin(10*t)

plot3(x, y, z, 'LineWidth', 2)
xlabel('X')
ylabel('Y')
zlabel('Z')
title('圆环曲线')
grid on
axis equal

多条三维曲线

t = 0:0.1:10*pi

# 第一条曲线
x1 = cos(t)
y1 = sin(t)
z1 = t

# 第二条曲线
x2 = cos(t)
y2 = sin(t)
z2 = -t

plot3(x1, y1, z1, 'r-', x2, y2, z2, 'b--')
legend('向上螺旋', '向下螺旋')
grid on

散点图

scatter 函数

绘制散点图：

scatter(x, y)
scatter(x, y, size)           # 指定点的大小
scatter(x, y, size, color)    # 指定大小和颜色

基本散点图

# 随机散点
x = randn(50, 1)
y = randn(50, 1)

scatter(x, y)
xlabel('X')
ylabel('Y')
title('散点图')
grid on

自定义大小和颜色

x = randn(100, 1)
y = randn(100, 1)
sizes = randi([20, 100], 100, 1)  # 随机大小

scatter(x, y, sizes)
title('不同大小的散点')
grid on

# 根据数据着色
colors = x + y  # 颜色随 x+y 变化
scatter(x, y, 50, colors)
colorbar
title('按数值着色的散点图')

scatter3 - 三维散点图

x = randn(100, 1)
y = randn(100, 1)
z = randn(100, 1)

scatter3(x, y, z)
xlabel('X')
ylabel('Y')
zlabel('Z')
title('三维散点图')
grid on

图形控制

figure - 创建新图形窗口

# 创建新窗口
figure

# 切换到指定编号的窗口
figure(1)
plot(x, sin(x))

figure(2)
plot(x, cos(x))

# 返回窗口1
figure(1)
title('窗口1中的图形')

hold - 保持当前图形

x = 0:0.1:2*pi

# 在同一图形上绘制多条曲线
plot(x, sin(x), 'r-')
hold on
plot(x, cos(x), 'b--')
plot(x, sin(2*x), 'g-.')
hold off

legend('sin(x)', 'cos(x)', 'sin(2x)')
grid on

clf - 清除当前图形

plot(x, y)
# ... 其他操作 ...
clf  # 清除图形，准备绘制新的

grid - 网格线

plot(x, y)
grid on   # 显示网格
grid off  # 隐藏网格

图形标注

标题和坐标轴标签

x = 0:0.1:2*pi
y = sin(x)

plot(x, y)

# 标题
title('正弦函数图')

# 坐标轴标签
xlabel('时间 (秒)')
ylabel('振幅')

# 可以使用中文
title('正弦波形图')
xlabel('横坐标')
ylabel('纵坐标')

图例

x = 0:0.1:2*pi

plot(x, sin(x), 'r-')
hold on
plot(x, cos(x), 'b--')
plot(x, tan(x), 'g-.')
hold off

# 添加图例
legend('正弦', '余弦', '正切')

# 指定图例位置
legend('sin', 'cos', 'tan', 'Location', 'best')
# 可选位置: 'northeast', 'northwest', 'southeast', 'southwest', 'best'

grid on

坐标轴范围

x = 0:0.1:2*pi
y = sin(x)

plot(x, y)

# 设置 x 轴范围
xlim([0, 2*pi])

# 设置 y 轴范围
ylim([-1.5, 1.5])

# 同时设置
axis([0, 2*pi, -1.5, 1.5])

# 自动调整为相等比例
axis equal

# 紧凑布局
axis tight

主题和样式

theme 函数

设置图形主题：

# 设置为深色主题
theme('dark')

# 设置为亮色主题
theme('light')

# 设置为默认主题
theme('default')

示例

# 使用深色主题绘图
theme('dark')

x = 0:0.1:2*pi
plot(x, sin(x), 'c-', 'LineWidth', 2)
hold on
plot(x, cos(x), 'm--', 'LineWidth', 2)
hold off

xlabel('x')
ylabel('y')
title('深色主题示例')
legend('sin(x)', 'cos(x)')
grid on

动画和交互

drawnow - 更新图形

在循环中绘制动画：

# 简单动画示例
x = 0:0.1:2*pi

for phase = 0:0.1:2*pi
    y = sin(x + phase)
    plot(x, y)
    ylim([-1.5, 1.5])
    title('正弦波动画')
    grid on
    drawnow  # 立即更新显示
    pause(0.05)  # 暂停 50 毫秒
end

pause - 暂停执行

# 暂停指定秒数
pause(1)      # 暂停 1 秒
pause(0.5)    # 暂停 0.5 秒

# 等待用户按键
pause  # 按任意键继续

动画示例：移动的点

# 在圆周上移动的点
theta = 0:0.1:2*pi
x_circle = cos(theta)
y_circle = sin(theta)

for t = 0:0.1:2*pi
    # 绘制圆
    plot(x_circle, y_circle, 'b-')
    hold on
    
    # 绘制移动的点
    x_point = cos(t)
    y_point = sin(t)
    plot(x_point, y_point, 'ro', 'MarkerSize', 15, 'MarkerFaceColor', 'r')
    
    hold off
    axis equal
    xlim([-1.5, 1.5])
    ylim([-1.5, 1.5])
    title('圆周运动')
    grid on
    
    drawnow
    pause(0.05)
end

综合示例

示例1：李萨如图形

# 李萨如曲线（两个正交简谐运动的合成）
t = 0:0.01:2*pi
a = 3  # x 方向频率
b = 2  # y 方向频率
delta = pi/2  # 相位差

x = sin(a*t)
y = sin(b*t + delta)

plot(x, y, 'LineWidth', 2)
axis equal
grid on
xlabel('x')
ylabel('y')
title('李萨如图形 (a=' + num2str(a) + ', b=' + num2str(b) + ')')

示例2：多子图对比

# 如果支持子图，可以这样：
x = 0:0.1:2*pi

# 子图1
subplot(2, 2, 1)
plot(x, sin(x))
title('sin(x)')
grid on

# 子图2
subplot(2, 2, 2)
plot(x, cos(x))
title('cos(x)')
grid on

# 子图3
subplot(2, 2, 3)
plot(x, tan(x))
title('tan(x)')
ylim([-5, 5])
grid on

# 子图4
subplot(2, 2, 4)
plot(x, exp(-x))
title('exp(-x)')
grid on

示例3：数据可视化

# 绘制实验数据和拟合曲线
x_data = [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]
y_data = [2.1 3.9 6.2 7.8 10.1 11.9 14.2 15.8 18.1 19.9]

# 线性拟合
A = [x_data', ones(length(x_data), 1)]
coeffs = A \ y_data'
y_fit = A * coeffs

# 绘制数据点和拟合线
scatter(x_data, y_data, 50, 'filled')
hold on
plot(x_data, y_fit, 'r-', 'LineWidth', 2)
hold off

xlabel('X')
ylabel('Y')
title('实验数据与线性拟合')
legend('实验数据', '拟合直线')
grid on

# 显示拟合方程
slope = coeffs(1)
intercept = coeffs(2)
text(2, 15, "y = " + num2str(slope, '%.2f') + "x + " + num2str(intercept, '%.2f'))

示例4：极坐标图

# 玫瑰线（如果支持极坐标）
theta = 0:0.01:2*pi
r = sin(3*theta)

# 转换为直角坐标
x = r .* cos(theta)
y = r .* sin(theta)

plot(x, y, 'LineWidth', 2)
axis equal
grid on
title('玫瑰线 r = sin(3θ)')

示例5：矢量场

# 如果支持 quiver 函数
[X, Y] = meshgrid(-2:0.3:2, -2:0.3:2)
U = -Y
V = X

quiver(X, Y, U, V)
axis equal
xlabel('x')
ylabel('y')
title('旋转矢量场')
grid on

绘图最佳实践

1. 始终添加标签

# 好的做法
plot(x, y)
xlabel('时间 (s)')
ylabel('速度 (m/s)')
title('速度随时间变化')
grid on

# 避免没有任何标注的图

2. 使用合适的颜色和线型

# 多条曲线时使用不同的样式
plot(x, y1, 'r-', x, y2, 'b--', x, y3, 'g-.')
legend('数据1', '数据2', '数据3')

# 确保在黑白打印时也能区分

3. 控制坐标轴范围

# 确保重要部分可见
plot(x, y)
xlim([x_min, x_max])
ylim([y_min, y_max])

# 或使用 axis tight 自动调整
axis tight

4. 使用网格线

# 网格线帮助读取数值
plot(x, y)
grid on

恭喜！您已完成 TianYuan 核心教程的学习。接下来可以查阅函数参考手册深入了解各个函数的详细用法。