MATLAB零基础入门（一）

2023-11-02

大家好！我是Henry！上一期的Python爬虫实践中，Henry导入了Matplotlib库进行了新冠疫情的每日新增的绘图。其实Matplotlib的原型是另一门应用非常广泛的语言——Matlab。最近Henry也学习了一些Matlab的绘图技巧，分享给大家~

我们先放几张效果图~

y=sinx

看到这里，是不是觉得很酷炫呢！那跟着我一起来学习吧！

一、MATLAB初印象

1.什么是MATLAB？

MATLAB的实际含义是Matrix Laboratory，从名字我们知道，最初是设计出来为了更好的理解线性代数(Linear algebra)，后来逐步演化为现在的功能及其强大的MATLAB

2.如何下载MATLAB？

MATLAB的官网可以下载免费试用版（30天）.
各大高校可能为大家购买了正版，可以在学校的信息化网站上找到。
公众号关注软件安装管家，回复matlab，可以获得百度网盘的资源。

3.MATLAB界面熟悉

二、开始绘图（在实时脚本中编写并运行）

1.简单平面函数图像

我们先从最简单的线性函数开始，打卡MATLAB界面，输入如下代码

x=0:0.5:4;  % 这里表示，x变量为[0,4]，中间每隔0.5写一个坐标值，作为横轴。
y=2*x+1;    % 变量y=2x+1，作为纵轴。
plot(x,y)   % 调用plot函数，横纵轴变量作为参数，进行绘图。

点击运行(Run)，得到图像。

我们再尝试一个复杂的平面图象 $y=2e^{-0.5x}\cos 4\pi x$ ，输入如下代码

x=0:pi/100:2*pi;              %定义变量x为[0,2pi]，每隔pi/100标注一个坐标值，作为横轴
y=2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x); %定义变量y，exp(x)表示自然底数的指数函数e的x次方，.*表示点乘
plot(x,y)                     %调用plot函数，进行绘图

运行结果为

我们再尝试一个极坐标函数图像 $r=\sin t\cos t$ ，输入如下代码

t=0:pi/50:2*pi;        %定义变量t[0,2pi],每隔pi/50标注一个坐标值，作为横轴
r=sin(t).*cos(t);      %定义变量r=sint·cost, .*表示点乘（内积）
polarplot(t,r);        %这里不能直接调用plot函数，而是专门绘制极坐标图的polarplot函数。

运行结果为

2.绘制子图。

有时候，我们需要在一张纸上，绘制多个图，就需要用到subplot函数，创建多个图像。具体用法为：

subplot(m,n,i) 
% 这条语句表示，创建一个m行n列的画布（即可以画m*n个图像），现在进行第i个图像的绘制

在这里额外补充几个图的类型：条形图(bar)，阶梯图(stairs)，杆图(stem)，填充图(fill)，我们通过实际的例子来学习，顺便用一下刚学的子图，将这几个图画在同一张画布上。
我们选取的例子为简单的平面函数 $y=2\sin x$

x=0:pi/10:2*pi;          %定义x变量为[0,2pi]，每隔0.1pi标记一个点，作为横轴
y=2*sin(x);              %定义变量y=2*sinx
subplot(2,2,1);                 %创建一个2行2列的画布，现在进行第一张图的绘制
bar(x,y,'g');                   %绘制一张以x,y为横纵坐标的条形图，颜色用绿色(green)
title('bar(x,y,''g'')');        %创建第一张图的标题为“bar(x,y,''g'')”
axis([0,7,-2,2]);               %控制显示的坐标轴的长度，x为[0,7]，y为[-2,2]
subplot(2,2,2);                 %现在进行第二张图的绘制
stairs(x,y,'b');                %绘制一张以x,y为横纵坐标的阶梯图，颜色用蓝色(blue)
title('stairs(x,y,''b'')');     %创建第二张图的标题为“stairs(x,y,''b'')”
axis([0,7,-2,2]);               %控制显示的坐标轴的长度，x为[0,7]，y为[-2,2]
subplot(2,2,3);                 %现在进行第三张图的绘制
stem(x,y,'k');                  %绘制一张以x,y为横纵坐标的杆图，颜色用黑色(black)
title('stem(x,y,''k'')');       %创建第三张图的标题为“stem(x,y,''b'')”
axis([0,7,-2,2]);               %控制显示的坐标轴的长度，x为[0,7]，y为[-2,2]
subplot(2,2,4);                 %现在进行第四张图的绘制
fill(x,y,'y');                  %绘制一张以x,y为横纵坐标的填充图，颜色用黄色(yellow)
title('fill(x,y,''y'')');       %创建第四张图的标题为“fill(x,y,''y'')”
axis([0,7,-2,2]);               %控制显示的坐标轴的长度，x为[0,7]，y为[-2,2]

运行结果如下：

3.绘制三维图像

往往，我们还需要绘制三维函数图像，我们还是从例子中学习。

先举一个大家熟悉的例子：空间螺线（ $x=\sin t,y=\cos t,z=t$ ）

t=0:pi/100:20*pi;        %定义变量t[0,20pi]，每隔pi/100标注一个坐标值
x=sin(t);                %定义变量x=sint
y=cos(t);                %定义变量y=cost
z=t;                     %定义变量z=t
plot3(x,y,z);                %调用绘图函数plot3，表示绘制三维图像，三个参数分别为x,y,z轴值
title('Line in 3-D Space');  %标题为“Line in 3-D Space”
xlabel('X');
ylabel('Y');     %给x,y,z轴分别加上标签(label)，即命名
zlabel('Z'); 
grid on;         %grid on 表示打开网格，会出的图像会出现网格

运行结果为：

再给大家介绍一下更复杂的几个三维曲面图像：花瓶型(cylinder)，球形(sphere)，多峰型(peaks)

t=0:pi/20:2*pi;                   %定义参数t[0,2pi]，每隔pi/100标注一个。
[x,y,z]= cylinder(2+sin(t),30);   %将x,y,z定义为花瓶型并绘图(cylinder本身为圆柱，这里将表面调整了)
subplot(2,2,1);                   %创建一个可以画四个图的子图，这里画其中第一个
mesh(x,y,z);                      %mesh为绘制网格曲面图的函数
subplot(2,2,2);                   %画第二个图
[x,y,z]=sphere;                   %将x,y,z定义为球形并绘图
mesh(x,y,z);                       
subplot(2,1,2);                   %画第三个图
[x,y,z]=peaks(30);                %将x,y,z定义为多峰型并绘图
mesh(x,y,z);

运行结果如下：

三、总结

MATLAB是一款功能强大的软件，已经形成独立的matlab语言，本篇提到的绘图功能仅仅是它的一小部分内容

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