常用的二维绘图

常用绘图包括下面的种类：

• 线图， plot
• 柱图， bar
• 梯步图，stairstep
• 误差棒图，errorbar
• 极坐标图，polarplot
• 跟图，stem
• 散点图，scatter

这些命令都可以通过help xxx来查看基本的帮助，并通过doc xxx来查看详细的帮助，帮助中通常还有海量的例子来学习如何调用，并且在高版本的Matlab里面，还能打开相应的LiveScript，修改参数查看绘图结果。

详细介绍每个函数感觉必要性不大，还不如看一些通用的概念，能够更好应对实际应用中可能出现的状况。

这是一个很无聊的例子……

function f = common2DPlots
f = uifigure(Name='Common 2D Plots', Visible='off', WindowState='minimized');
movegui(f, 'center');
g = uigridlayout(f, [1, 1]);
ax = uiaxes(g, Visible='off');
ax.Layout.Row = 1;
ax.Layout.Column = 1;menu = uimenu(f, Text="Demos");
tb = uitoolbar(f);texts = {..."Line Plots", ..."Multiple Lines Plots", ..."Bar Plots", ..."Stairstep Plots", ..."Errorbar Plots", ..."Stem Plots", ..."Scatter Plots", ..."Scatter Colorbar Plots", ...};
fcns = {...@linePlotFcn, ...@multipleLinePlotFcn, ...@barPlot,...@stairStepPlot, ...@errorBarPlot, ...@stemPlot, ...@scatterPlot, ...@scatterColorPlot, ...};
n = numel(texts);for idx = 1:nfn = matlab.lang.makeValidName(texts{idx}) + ".png";if ~exist(fn, 'file')feval(fcns{idx}, ax);exportgraphics(ax, fn, Resolution=10);endcb = makeCallback(fcns{idx}, ax, texts{idx});uimenu(menu, Text=texts{idx}, ...MenuSelectedFcn=cb);uipushtool(tb, Tooltip=texts{idx}, ...Icon=fn, ...ClickedCallback=cb)
enduimenu(menu, Text="Quit", ...Accelerator="Q", ...Separator='on', ...MenuSelectedFcn=@(~, ~)close(f));clearAll(ax);f.WindowState = "normal";
f.Visible = 'on';endfunction fh = makeCallback(func, ax_handle, textLabel)function retCb(~,  ~)clearAll(ax_handle);feval(func, ax_handle);ax_handle.Title.String = textLabel;ax_handle.Title.FontWeight = 'bold';ax_handle.Title.FontSize = 24;ax_handle.Visible = 'on';end
fh = @retCb;
endfunction clearAll(ax_handle)
colorbar(ax_handle, 'off');
cla(ax_handle);
endfunction scatterPlot(ax_handle)
load patients Height Weight Systolic
scatter(ax_handle, Height,Weight)
xlabel(ax_handle,'Height')
ylabel(ax_handle,'Weight')
endfunction scatterColorPlot(ax_handle)
load patients Height Weight Systolic
scatter(ax_handle, Height,Weight, 20,Systolic)
xlabel(ax_handle,'Height')
ylabel(ax_handle,'Weight')
colorbar(ax_handle);
endfunction stemPlot(ax_handle)
x = 0:0.1:4;
y = sin(x.^2) .* exp(-x);
stem(ax_handle, x, y);
endfunction polarPlot(ax_handle)
clearAll(ax_handle);
theta = 0:0.01:2*pi;
rho = abs(sin(2*theta) .* cos(2*theta));
polarplot(ax_handle, theta, rho);
endfunction errorBarPlot(ax_handle)
x = -2:0.1:2;
y = erf(x);
eb = rand(size(x)) / 7;
errorbar(ax_handle, x, y, eb);
endfunction stairStepPlot(ax_handle)
x = 0:0.25:10;
y = sin(x);
stairs(ax_handle, x, y);
endfunction barPlot(ax_handle)
x = -2.9:0.2:2.9;
y = exp(-x .* x);
bar(ax_handle, x, y);
endfunction linePlotFcn(ax_handle)
x = 0:0.05:5;
y = sin(x.^2);
plot(ax_handle, x, y);
endfunction multipleLinePlotFcn(ax_handle)
x = 0:0.05:5;
y1 = sin(x.^2);
y2 = cos(x.^2);
plot(ax_handle, x, y1, x, y2);
end

图形窗口和坐标系

首先对于一个图形，最基本的两个概念就是：

1. 图形窗口
2. 坐标系

这两个前者是实体的画布，后者是概念的画布。实际的图线，都要画在图形窗口的像素上；而图线对应点的坐标数据，则映射在坐标系中。

在实际的对象层次结构中，Matlab中图形窗口对象Figre有一个属性Childeren ，是一个数组，中间有若干坐标系；而代表坐标系的Axes ，也有一个属性Children ，也是一个数组，里面放着若干图形对象。

对下面这个例子可以看到相应的关系。

x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);% 
f = gcf;  % 如果当前没有活动的窗口句柄则自动调用`gcf`创建一个图形窗口
a = gca;% l = plot(x, y); 自动调用`gca`获得默认的笛卡尔坐标系
l = plot(a, x, y);a1 = sprintf('图线对象是否在坐标系的Children中：       %d\n', ismember(l, a.Children));
a2 = sprintf('坐标系对象是否在图形窗口的Children中：%d\n', ismember(a, f.Children));title([a1 a2])

​

​

这里，我们用gcf来得到一个图窗对象，用gca来得到一个默认的笛卡尔坐标系。实际上，我们调用上述绘图函数的时候，可以把第一个参数设置为一个坐标系对象，如果省略这个参数，Matlab会自动调用gca来作为坐标系对象，并把绘图函数返回的图形对象加入（append）到对应坐标系的Children属性中。

gcf和gca两个函数都是称为lazy的函数，如果最近有一个句柄可见（Figure和Axes对象的HandleVisibility属性）的对象，就返回，如果没有，那就新建一个。这个过程是逐级向上的。例如，我们在没有图形窗口的情况下调用gca，就会触发如下的流程。

1. 通过groot的Children逐步找下来，看是否有一个句柄可见的Axes对象
2. 没有的话需要新建一个Axes
   3. gcf一个y图窗Figure对象
   4. 试图从groot的Children逐步找下来，没有找到一个句柄可见的Figure对象
   5. 新建一个Figure对象，添加到groot的Children中
   6. 把新建的坐标系添加到图窗的Children中
3. 返回坐标系对象

我们可以自己在groot开始，翻找Children构成的树结构，也可以调用函数findobj来看看组合条件查看对象，当然直接调用不带任何参数返回所有的图形对象。

help findobj

 findobj - 查找具有特定属性的图形对象此 MATLAB 函数 返回图形根对象及其所有后代。语法h = findobjh = findobj(prop,value)h = findobj('-not',prop,value)h = findobj(prop1,value1,oper,prop2,value2)h = findobj('-regexp',prop,expr)h = findobj('-property',prop)h = findobj(prop1,value1,...,propN,valueN)h = findobj(objhandles,___)h = findobj(objhandles,'-depth',d,___)h = findobj(objhandles,'flat',___)输入参数prop - 属性名称字符向量 | 字符串标量value - 属性值标量 | 数组oper - 逻辑运算符'-and' (默认值) | '-or' | '-xor'expr - 正则表达式字符串数组 | 字符向量 | 字符向量元胞数组objhandles - 要从中搜索的对象图形对象数组d - 搜索深度非负整数示例openExample('graphics/ReturnAllGraphicsObjectsExample')openExample('graphics/FindAllLineObjectsExample')openExample('graphics/FindObjectsWithSpecifiedPropertyValuesExample')openExample('graphics/FindObjectsWithoutSpecificPropertyValuesExample')openExample('graphics/FindObjectsUsingRegularExpressionExample')openExample('graphics/FindAllObjectsWithSpecifiedPropertyExample')openExample('graphics/FindAllLineObjectsInCurrentAxesExample')openExample('graphics/ReturnAllObjectsInCurrentFigureExample')openExample('graphics/RestrictSearchDepthExample')另请参阅 copyobj, findall, findobj, gcf, gca, gcbo, gco, get, regexp,set, groot已在 R2006a 之前的 MATLAB 中引入findobj 的文档doc findobjfindobj 的其他用法handle/findobj    qrandstream/findobj

这个函数的功能非常强大，可以通过各种条件来查找对象，例如查找所有的Line对象，查找所有的Axes对象，查找所有的Figure对象等等。还能通过设置逻辑条件，正则表达式等等来查找对象。
​

图像窗口

图像窗口的创建，可以用下面的函数来实现：

• gcf
• figure
• figure('Name', 'xxx')

这些函数返回一个Figure对象，可以通过get和set来查看和修改属性。属性的修改，也能够用过f.Name = 'xxx'这样的方式来实现。此外，调用操作坐标系的函数以及绘图函数（自动调用坐标系创建），也会自动修改图形窗口的属性。

f = gcf;get(f)

得到所有属性的列表如下，可以自己查看。

                 Alphamap: [0 0.0159 0.0317 0.0476 0.0635 0.0794 0.0952 0.1111 0.1270 0.1429 0.1587 0.1746 0.1905 ... ] (1x64 double)BeingDeleted: offBusyAction: 'queue'ButtonDownFcn: ''Children: [0x0 GraphicsPlaceholder]Clipping: onCloseRequestFcn: 'closereq'Color: [0.9400 0.9400 0.9400]Colormap: [256x3 double]ContextMenu: [0x0 GraphicsPlaceholder]CreateFcn: ''CurrentAxes: [0x0 GraphicsPlaceholder]CurrentCharacter: ''CurrentObject: [0x0 GraphicsPlaceholder]CurrentPoint: [0 0]DeleteFcn: ''DockControls: onFileName: ''GraphicsSmoothing: onHandleVisibility: 'on'Icon: ''InnerPosition: [680 458 560 420]IntegerHandle: onInterruptible: onInvertHardcopy: onKeyPressFcn: ''KeyReleaseFcn: ''MenuBar: 'figure'Name: ''NextPlot: 'add'Number: 1NumberTitle: onOuterPosition: [676 454 568 454]PaperOrientation: 'portrait'PaperPosition: [0 0 5.8333 4.3750]PaperPositionMode: 'manual'PaperSize: [8.2677 11.6929]PaperType: 'A4'PaperUnits: 'inches'Parent: [1x1 Root]Pointer: 'arrow'PointerShapeCData: [16x16 double]PointerShapeHotSpot: [1 1]Position: [680 458 560 420]Renderer: 'opengl'RendererMode: 'auto'Resize: onScrollable: offSelectionType: 'normal'SizeChangedFcn: ''Tag: ''ToolBar: 'auto'Type: 'figure'Units: 'pixels'UserData: []Visible: offWindowButtonDownFcn: ''WindowButtonMotionFcn: ''WindowButtonUpFcn: ''WindowKeyPressFcn: ''WindowKeyReleaseFcn: ''WindowScrollWheelFcn: ''WindowState: 'normal'WindowStyle: 'normal'

​ 同时，可以通过help来查看这个函数的帮助。

help figure

 figure - 创建图窗窗口此 MATLAB 函数 使用默认属性值创建一个新的图窗窗口。生成的图窗为当前图窗。语法figurefigure(Name,Value)f = figure(___)figure(f)figure(n)输入参数f - 目标图窗Figure 对象n - 目标图窗编号整数标量值名称-值参数Name - 名称'' (默认值) | 字符向量 | 字符串标量Color - 背景色RGB 三元组 | 十六进制颜色代码 | 'r' | 'g' | 'b'Position - 可绘制区域的位置和大小[left bottom width height]Units - 测量单位'pixels' (默认值) | 'normalized' | 'inches' | 'centimeters' |'points' | 'characters'另请参阅 axes, gcf, gca, clf, cla, shg, Figure 属性已在 R2006a 之前的 MATLAB 中引入figure 的文档doc figure

​
​

坐标系对象

同样，坐标系对象的创建，可以用下面的函数来实现：

• gca
• axes

这些函数返回一个Axes对象，可以通过get和set来查看和修改属性。属性的修改，也能够用过a.XLim = [0, 1]这样的方式来实现。此外，调用绘图函数，也会自动修改坐标系的属性。

a = gca;get(a)

                        ALim: [0 1]ALimMode: 'auto'AlphaScale: 'linear'Alphamap: [0 0.0159 0.0317 0.0476 0.0635 0.0794 0.0952 0.1111 0.1270 0.1429 0.1587 0.1746 0.1905 ... ] (1x64 double)AmbientLightColor: [1 1 1]BeingDeleted: offBox: offBoxStyle: 'back'BusyAction: 'queue'ButtonDownFcn: ''CLim: [0 1]CLimMode: 'auto'CameraPosition: [0.5000 0.5000 9.1603]CameraPositionMode: 'auto'CameraTarget: [0.5000 0.5000 0.5000]CameraTargetMode: 'auto'CameraUpVector: [0 1 0]CameraUpVectorMode: 'auto'CameraViewAngle: 6.6086CameraViewAngleMode: 'auto'Children: [0x0 GraphicsPlaceholder]Clipping: onClippingStyle: '3dbox'Color: [1 1 1]ColorOrder: [7x3 double]ColorOrderIndex: 1ColorScale: 'linear'Colormap: [256x3 double]ContextMenu: [0x0 GraphicsPlaceholder]CreateFcn: ''CurrentPoint: [2x3 double]DataAspectRatio: [1 1 1]DataAspectRatioMode: 'auto'DeleteFcn: ''FontAngle: 'normal'FontName: 'Helvetica'FontSize: 10FontSizeMode: 'auto'FontSmoothing: onFontUnits: 'points'FontWeight: 'normal'GridAlpha: 0.1500GridAlphaMode: 'auto'GridColor: [0.1500 0.1500 0.1500]GridColorMode: 'auto'GridLineStyle: '-'GridLineWidth: 0.5000GridLineWidthMode: 'auto'HandleVisibility: 'on'HitTest: onInnerPosition: [0.1300 0.1100 0.7750 0.8150]InteractionOptions: [1x1 matlab.graphics.interaction.interactionoptions.InteractionOptions]Interactions: [1x1 matlab.graphics.interaction.interface.DefaultAxesInteractionSet]Interruptible: onLabelFontSizeMultiplier: 1.1000Layer: 'bottom'Layout: [0x0 matlab.ui.layout.LayoutOptions]Legend: [0x0 GraphicsPlaceholder]LineStyleCyclingMethod: 'aftercolor'LineStyleOrder: '-'LineStyleOrderIndex: 1LineWidth: 0.5000MinorGridAlpha: 0.2500MinorGridAlphaMode: 'auto'MinorGridColor: [0.1000 0.1000 0.1000]MinorGridColorMode: 'auto'MinorGridLineStyle: ':'MinorGridLineWidth: 0.5000MinorGridLineWidthMode: 'auto'NextPlot: 'replace'NextSeriesIndex: 1OuterPosition: [0 0 1 1]Parent: [1x1 Figure]PickableParts: 'visible'PlotBoxAspectRatio: [1 0.7903 0.7903]PlotBoxAspectRatioMode: 'auto'Position: [0.1300 0.1100 0.7750 0.8150]PositionConstraint: 'outerposition'Projection: 'orthographic'Selected: offSelectionHighlight: onSortMethod: 'childorder'Subtitle: [1x1 Text]SubtitleFontWeight: 'normal'Tag: ''TickDir: 'in'TickDirMode: 'auto'TickLabelInterpreter: 'tex'TickLength: [0.0100 0.0250]TightInset: [0.0435 0.0532 0.0170 0.0202]Title: [1x1 Text]TitleFontSizeMultiplier: 1.1000TitleFontWeight: 'normal'TitleHorizontalAlignment: 'center'Toolbar: [1x1 AxesToolbar]Type: 'axes'Units: 'normalized'UserData: []View: [0 90]Visible: onXAxis: [1x1 NumericRuler]XAxisLocation: 'bottom'XColor: [0.1500 0.1500 0.1500]XColorMode: 'auto'XDir: 'normal'XGrid: offXLabel: [1x1 Text]XLim: [0 1]XLimMode: 'auto'XLimitMethod: 'tickaligned'XMinorGrid: offXMinorTick: offXScale: 'linear'XTick: [0 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 1]XTickLabel: {11x1 cell}XTickLabelMode: 'auto'XTickLabelRotation: 0XTickLabelRotationMode: 'auto'XTickMode: 'auto'YAxis: [1x1 NumericRuler]YAxisLocation: 'left'YColor: [0.1500 0.1500 0.1500]YColorMode: 'auto'YDir: 'normal'YGrid: offYLabel: [1x1 Text]YLim: [0 1]YLimMode: 'auto'YLimitMethod: 'tickaligned'YMinorGrid: offYMinorTick: offYScale: 'linear'YTick: [0 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 1]YTickLabel: {11x1 cell}YTickLabelMode: 'auto'YTickLabelRotation: 0YTickLabelRotationMode: 'auto'YTickMode: 'auto'ZAxis: [1x1 NumericRuler]ZColor: [0.1500 0.1500 0.1500]ZColorMode: 'auto'ZDir: 'normal'ZGrid: offZLabel: [1x1 Text]ZLim: [0 1]ZLimMode: 'auto'ZLimitMethod: 'tickaligned'ZMinorGrid: offZMinorTick: offZScale: 'linear'ZTick: [0 0.5000 1]ZTickLabel: ''ZTickLabelMode: 'auto'ZTickLabelRotation: 0ZTickLabelRotationMode: 'auto'ZTickMode: 'auto'

​
​默认创建的笛卡尔坐标系，两个坐标轴的范围都是[0, 1]，可以通过a.XLim和a.YLim来查看和修改。

​

​

help axes

 axes - 创建笛卡尔坐标区此 MATLAB 函数 在当前图窗中创建默认的笛卡尔坐标区，并将其设置为当前坐标区。通常情况下，您不需要在绘图之前创建坐标区，因为如果不存在坐标区，图形函数会在绘图时自动创建坐标区。语法axesaxes(Name,Value)axes(parent,Name,Value)ax = axes(___)axes(cax)输入参数parent - 父容器Figure 对象 | Panel 对象 | Tab 对象 | TiledChartLayout 对象 |GridLayout 对象cax - 要设置为当前坐标区的坐标区Axes 对象 | PolarAxes 对象 | GeographicAxes 对象 | 独立可视化名称-值参数Position - 大小和位置，不包括标签边距[0.1300 0.1100 0.7750 0.8150] (默认值) | 四元素向量OuterPosition - 大小和位置，包括标签和边距[0 0 1 1] (默认值) | 四元素向量Units - 位置单位"normalized" (默认值) | "inches" | "centimeters" | "points" |"pixels" | "characters"示例openExample('graphics/DefineMultipleAxesInFigureWindowExample')openExample('graphics/MakeSpecificAxesTheCurrentAxesExample')openExample('graphics/CreateAxesInUITabsExample')另请参阅 Axes 属性, axis, cla, gca, figure, clf, tiledlayout, nexttile,polaraxes已在 R2006a 之前的 MATLAB 中引入axes 的文档doc axes

对于Axes所有属性和设置的例子，文档同样列写得非常齐全。​
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一个坐标系绘制多个图形

当我们调用plot函数时，可以直接提供多组数据，此时，Matlab会自动绘制多个图形，每个图形对应一组数据。返回的也是对应的图形对象的句柄。

可以通过对句柄的操作，来修改图形的属性，例如颜色，线型，线宽等等。

x = 0:0.1:2*pi;
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);h = plot(x, y1, x, y2);h(1).Color = 'r';
h(2).Color = 'b';h(1).LineWidth = 1;
h(2).LineWidth = 4;

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另外，我们也能通过hold('off')和hold('on')来控制是否保留原有的图形，这样也可以实现在一个坐标系中绘制多个图形。

绘制完毕图像，或者导入通过savefig保存的图像之后，还能通过findobj来查找图形对象，然后对其进行操作。

x = 0:0.1:2*pi;
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);plot(x, y1)
hold('on');plot(x, y2);% savefig('test.fig')
% close('all')% openfig('test.fig')h = findobj(gca, 'Type', 'line');h(1).Color = 'r';
h(2).Color = 'b';h(1).LineWidth = 4;
h(2).LineWidth = 1;

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多坐标系绘图

把多个坐标系放在一个图形中，在发表论文的过程中是很常规的操作。以前Matlab采用的是subplot函数，现在推荐使用tiledlayout和nexttile函数。

% subplot examplef = figure;a1 = subplot(2, 1, 1);
x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);
plot(a1, x, y);a2 = subplot(2, 1, 2);
y = cos(x);
plot(a2, x, y);

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用新的工具，可以更加方便的控制坐标系的位置和大小，以及坐标系之间的间距。这个工具的使用方法，可以参考doc tiledlayout和doc nexttile。

下面是一个非常简单的例子，展示了如何使用这个工具。

tiledlayout(2,2);
[X,Y,Z] = peaks(20);% Tile 1
nexttile
surf(X,Y,Z)% Tile 2
nexttile
contour(X,Y,Z)% Tile 3
nexttile
imagesc(Z)% Tile 4
nexttile
plot3(X,Y,Z)

可以看到，每个Axes都是一个独立可以进行二维乃至三维绘图的区域。从这一点上来看，Matlab的绘图功能的确比Python的matplotlib要强不少。

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更加复杂的布局方式，还可以通过，nexttile([2, 2])这样的方式来实现多行多列的子图。

scores = [444 460 380 387 366 500 365 451 611 548 412 452];strikes = [9  6  5  6  4  8 4  7  16  10 9  8];t = tiledlayout('flow');% Team 1
nexttile
plot([1 2 3 4],strikes(:,1),'-o')
title('Team 1 Strikes')% Team 2
nexttile
plot([1 2 3 4],strikes(:,2),'-o')
title('Team 2 Strikes')% Team 3
nexttile
plot([1 2 3 4],strikes(:,3),'-o')
title('Team 3 Strikes')% 设置两行三列的子图
nexttile([2 3]);
bar([1 2 3 4],scores)
legend('Team 1','Team 2','Team 3','Location','northwest')% Configure ticks and axis labels
xticks([1 2 3 4])
xlabel('Game')
ylabel('Score')% Add layout title
title(t,'April Bowling League Data')

tiledlayout可以通过参数设置横向、纵向、流式布局等等，具体的参数可以参考doc tiledlayout。最后那个nexttile([2 3])的参数，可以设置子图的大小，这个参数是一个二维数组，第一个元素是行数，第二个元素是列数。

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同样，我们也能通过help和doc来查看这些函数的帮助。

• doc tiledlayout
• doc nexttile
• doc tilenum
• doc tilerowcol

这四个函数全部需要R2022b以后的版本。

实际上，这个话题值得单独开一个帖子来讨论。