MATLAB 数据可视化教程：从基础到进阶

以下是一个全面的 MATLAB 数据可视化教程，涵盖从基础绘图到进阶技巧的内容：

1. 基础绘图函数

MATLAB 提供了多种基础绘图函数，适用于不同类型的数据展示。

1.1 二维线图 (plot)

% 创建数据
x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);% 绘制基本线图
figure;  % 创建新的图形窗口
plot(x, y, 'b-', 'LineWidth', 2);  % 蓝色实线，线宽2
title('正弦函数图像');
xlabel('x');
ylabel('sin(x)');
grid on;  % 添加网格线

1.2 散点图 (scatter)

% 创建随机数据
x = randn(100, 1);
y = randn(100, 1);% 绘制散点图
figure;
scatter(x, y, 50, 'filled', 'MarkerFaceColor', [0.2 0.6 0.8]);  % 填充标记，自定义颜色
title('随机数据散点图');
xlabel('X 值');
ylabel('Y 值');

1.3 柱状图 (bar)

% 创建数据
categories = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E'};
values = [34, 56, 23, 78, 45];% 绘制柱状图
figure;
bar(categories, values, 'FaceColor', [0.3 0.7 0.4]);
title('类别数据柱状图');
xlabel('类别');
ylabel('数值');

2. 三维绘图

MATLAB 支持丰富的三维可视化功能。

2.1 三维线图 (plot3)

% 创建螺旋线数据
t = 0:0.1:10*pi;
x = cos(t);
y = sin(t);
z = t/10;% 绘制三维线图
figure;
plot3(x, y, z, 'r-', 'LineWidth', 2);
title('三维螺旋线');
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Z');
grid on;

2.2 曲面图 (surf)

% 创建网格数据
[X, Y] = meshgrid(-2:0.1:2, -2:0.1:2);
Z = X.^2 + Y.^2;  % 抛物面% 绘制曲面图
figure;
surf(X, Y, Z);
title('抛物面');
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Z');
colorbar;  % 添加颜色条

3. 高级绘图技巧

3.1 多图布局 (subplot)

% 创建数据
x = 0:0.1:2*pi;
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);
y3 = tan(x);
y4 = exp(x);% 创建2×2子图
figure;
subplot(2, 2, 1);
plot(x, y1, 'b-');
title('正弦函数');subplot(2, 2, 2);
plot(x, y2, 'r-');
title('余弦函数');subplot(2, 2, 3);
plot(x, y3, 'g-');
title('正切函数');
ylim([-10, 10]);  % 设置y轴范围subplot(2, 2, 4);
plot(x, y4, 'm-');
title('指数函数');

3.2 自定义图例与标注

% 创建数据
x = 0:0.1:2*pi;
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);% 绘制多条曲线
figure;
plot(x, y1, 'b-', 'LineWidth', 2);
hold on;  % 保持当前图形
plot(x, y2, 'r--', 'LineWidth', 2);
hold off;% 添加图例、标题和标注
legend('sin(x)', 'cos(x)');
title('正弦和余弦函数');
xlabel('x');
ylabel('y');% 添加文本标注
text(pi/2, 1, '\leftarrow sin(\pi/2)=1', 'HorizontalAlignment', 'left');
text(pi, -1, '\leftarrow cos(\pi)=-1', 'HorizontalAlignment', 'left');

4. 特殊图表类型

4.1 等高线图 (contour)

% 创建网格数据
[X, Y] = meshgrid(-3:0.1:3, -3:0.1:3);
Z = X.^2 - Y.^2;  % 双曲抛物面% 绘制等高线图
figure;
contour(X, Y, Z, 20, 'LineWidth', 1.5);  % 20条等高线
title('双曲抛物面等高线');
xlabel('X');
ylabel('Y');
colorbar;

4.2 极坐标图 (polarplot)

% 创建极坐标数据
theta = 0:0.01:2*pi;
rho = sin(2*theta).*cos(2*theta);% 绘制极坐标图
figure;
polarplot(theta, rho, 'LineWidth', 2);
title('四瓣玫瑰线');

5. 数据可视化进阶

5.1 交互式绘图

% 创建数据
x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);% 绘制可交互图表
figure;
h = plot(x, y, 'b-', 'LineWidth', 2);
title('交互式绘图示例');
xlabel('x');
ylabel('y');% 添加交互功能
set(gca, 'ButtonDownFcn', @(src,event) plot_click_callback(src, event, h));% 定义回调函数
function plot_click_callback(src, event, h)% 获取鼠标点击位置click_point = get(gca, 'CurrentPoint');x_click = click_point(1, 1);y_click = click_point(1, 2);% 在点击位置添加标记hold on;plot(x_click, y_click, 'ro', 'MarkerSize', 10, 'MarkerFaceColor', 'r');text(x_click, y_click, [num2str(x_click), ', ', num2str(y_click)], ...'VerticalAlignment', 'bottom', 'HorizontalAlignment', 'left');hold off;
end

5.2 保存和导出图形

% 创建图形
x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);
figure;
plot(x, y, 'b-', 'LineWidth', 2);
title('正弦函数');
xlabel('x');
ylabel('sin(x)');% 保存为不同格式
print('sin_wave.png', '-dpng', '-r300');  % 保存为300 DPI的PNG图像
print('sin_wave.eps', '-depsc');          % 保存为EPS矢量图
saveas(gcf, 'sin_wave.fig');              % 保存为MATLAB图形文件

6. 实用技巧

6.1 批量生成图表

% 批量生成不同频率的正弦波
figure;
for i = 1:5x = 0:0.1:2*pi;y = sin(i*x);subplot(5, 1, i);plot(x, y, 'LineWidth', 2);title(['频率为', num2str(i), '的正弦波']);ylim([-1.1, 1.1]);
end
sgtitle('批量生成正弦波');  % 添加总标题（R2019b及以上版本）

6.2 自定义绘图样式

% 设置自定义绘图样式
set(0, 'DefaultAxesFontSize', 14);
set(0, 'DefaultLineLineWidth', 2);
set(0, 'DefaultLineMarkerSize', 8);% 创建图形
x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);
figure;
plot(x, y, 'o-', 'MarkerFaceColor', 'r');
title('自定义样式的正弦波');
xlabel('x');
ylabel('sin(x)');
grid on;

通过上述示例，你可以掌握 MATLAB 中从基础到进阶的数据可视化技巧。根据具体需求，你可以进一步探索 MATLAB 的官方文档以获取更多高级功能和自定义选项。