MATLAB 数据可视化

一、MATLAB 数据可视化概述

MATLAB 提供了丰富的二维和三维绘图函数，支持从简单的折线图到复杂的交互式可视化。其可视化系统基于 图形对象（Graphics Objects），包括图形窗口（Figure）、坐标轴（Axes）、线条（Line）、曲面（Surface）等，用户可以灵活控制每一个细节。

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二、常用二维可视化函数

1. plot：基本线图

x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);
plot(x, y, 'r-', 'LineWidth', 2);
xlabel('x');
ylabel('sin(x)');
title('正弦函数图像');
grid on;

2. scatter：散点图

x = randn(100,1);
y = randn(100,1);
scatter(x, y, 50, y, 'filled'); % 颜色表示 y 值
colorbar;

3. bar / barh：柱状图

data = [23 45 56 78];
bar(data);
xticklabels({'A','B','C','D'});

4. histogram：直方图

data = randn(1000,1);
histogram(data, 30);
title('正态分布数据直方图');

5. pie：饼图

data = [30 25 15 30];
pie(data, {'A','B','C','D'});

6. errorbar：带误差棒的图

x = 1:5;
y = [2 4 3 5 6];
e = [0.5 0.3 0.4 0.2 0.6];
errorbar(x, y, e, 'o-');

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三、三维可视化函数

1. plot3：三维线图

t = 0:pi/50:10*pi;
plot3(sin(t), cos(t), t);
xlabel('X'); ylabel('Y'); zlabel('Z');
title('三维螺旋线');

2. surf / mesh：曲面图

[X,Y] = meshgrid(-2:0.1:2);
Z = X.*exp(-X.^2 - Y.^2);
surf(X,Y,Z);
colorbar;
title('二维高斯函数曲面');
shading interp; % 平滑着色

3. contour / contourf：等高线图

contour(X,Y,Z,20); % 20 条等高线
hold on;
plot3(sin(t), cos(t), zeros(size(t)), 'r'); % 叠加路径

4. scatter3：三维散点图

x = randn(100,1);
y = randn(100,1);
z = randn(100,1);
scatter3(x,y,z, 'filled');

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四、高级可视化功能

1. 子图（Subplots）

subplot(2,2,1); plot(sin(x)); title('sin');
subplot(2,2,2); plot(cos(x)); title('cos');
subplot(2,2,3); plot(tan(x)); title('tan');
subplot(2,2,4); plot(exp(-x)); title('exp');

2. 多坐标轴（yyaxis）

yyaxis left
plot(x, sin(x), 'b');
ylabel('sin(x)');
yyaxis right
plot(x, 10*cos(x), 'r');
ylabel('10*cos(x)');

3. 动画与动态可视化

for t = 1:100
    y = sin(x + t/10);
    plot(x, y);
    axis([0 2*pi -1 1]);
    title(sprintf('帧 %d', t));
    drawnow; % 实时刷新
end

4. 图像与地理可视化

• imagesc：显示矩阵为彩色图像
• geoplot / geoscatter：地理数据绘图（需 Mapping Toolbox）

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五、图形美化与定制

1. 线条与标记样式

plot(x, y, 'r--o', 'LineWidth', 2, 'MarkerSize', 6, 'MarkerFaceColor', 'g');

2. 字体与标签

set(gca, 'FontSize', 12, 'FontName', 'Times New Roman');
xlabel('时间 (s)', 'Interpreter', 'latex'); % 支持 LaTeX

3. 颜色映射（Colormap）

colormap jet;     % 或 parula, hot, cool, gray 等
colorbar;

4. 图例（Legend）

legend('sin', 'cos', 'Location', 'best');

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六、交互式可视化工具

• Figure 编辑模式：双击图形可进入编辑模式，直接修改属性。
• Plot Tools：使用 plottools 命令打开图形编辑面板。
• App Designer：可构建带按钮、滑块等控件的交互式可视化应用。

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七、导出与发布

saveas(gcf, 'myplot.png');      % 保存为 PNG
print(gcf, '-dpdf', 'report.pdf'); % 导出 PDF
exportgraphics(gcf, 'chart.jpg', 'Resolution', 300); % 高分辨率导出

推荐使用 exportgraphics 函数，支持更多格式和选项。

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总结

MATLAB 的数据可视化系统强大而灵活，既能快速生成标准图表，也支持深度定制和交互式应用开发。掌握这些工具，可以帮助您更有效地分析和展示数据。