如何使用北太天元的绘图功能

数据可视化（Data Visualization）是关于数据视觉表现形式的科学技术研究，指利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，成为对人类视觉更为友好的图形图像的过程。

本文使用的北太天元版本为 Baltamatica 2.1.3.2 Windows版

1. 首先需要确保北太天元已经加载了 绘图插件 graph， 可以在 帮助 》 插件 中查看，软件安装完成后会默认加载绘图插件。

2. 在绘图插件加载后，如何查看绘图插件提供哪些函数呢？有两个方法，一个是直接在命令行窗口输入 plugin_help(‘graph’) 就可以查看目前绘图插件提供的全部函数，或者在命令行窗口输入 help , 这个命令会返回北太天元里提供的所有内核提供的命令、脚本提供的命令和 插件 [graph(已授权)] 提供的命令。

如下图所示

3. 如何查看某个绘图函数的具体用法呢？

在命令行窗口直接输入 help 函数名，例如help plot3

使用 plot3 绘制三维螺旋线。

t=0:pi/50:10*pi;

plot3(sin(t),cos(t),t);

axis square;

以上代码运行的结果如下图所示。

下面介绍一下北太天元提供的二维图形

特殊二维图形

1.  条形图

bar(X,Y)：X是坐标，Y是高度，条形的跨度是x坐标的最小间距

 bar(Y)：对Y绘制条形图。如果Y为矩阵，Y的每一行聚集在一起。横

2.  区域图

区域图用于显示向量或者矩阵中的元素在对应的x下，在所有元素中所占的比例。默认情况下，函数area将矩阵中各行的元素集中，将这些值绘成曲线，并填充曲线和x轴之间的空间。其调用语法如下。

area(Y)：绘制向量Y。

area(X,Y)：绘制 Y 中的值对 x 坐标 X 的图。然后，该函数根据 Y 的形状填充曲线之间的区域：如果 Y 是向量，则该图包含一条曲线。area 填充该曲线和水平轴之间的区域。如果 Y 是矩阵，则该图对 Y 中的每列都包含一条曲线。area 填充这些曲线之间的区域并堆叠它们，从而显示在每个 x 坐标处每个行元素在总高度中的相对量。

3.  饼形图

在统计学中，经常要使用饼形图来表示各个统计量占总量的份额，饼形图可以显示向量或矩阵中的元素占总体的百分比。在北太天元中可以使用pie函数来绘制二维饼形图，其调用语法如下。

pie(X)：使用 X 中的数据绘制饼图。饼图的每个扇区代表 X 中的一个元素。如果 sum(X) ≤ 1，X 中的值直接指定饼图扇区的面积。如果 sum(X) < 1，pie 仅绘制部分饼图。如果 sum(X) > 1，则 pie 通过 X/sum(X) 对值进行归一化，以确定饼图的每个扇区的面积。

4.  直方图

直方图用于直观地显示数据的分布情况。在北太天元中提供了两个函数用于直方图的绘制：hist和polarhistogram。hist主要是用于直角坐标系直方图的绘制；polarhistogram主要用于极坐标系下直方图的绘制。下文主要介绍hist函数的用法。hist函数的调用语法如下。

n=hist(Y)：绘制Y的直方图。

n=hist(Y,nbins)：指定分格的数目。

5.  针状图

在北太天元中，可以使用函数stem生成二维离散图形。stem函数调用语法如下：

stem(Y)：绘制Y的数据序列，图形起始于X轴，并在每个数据点处绘制一个小圆圈。

strm(X,Y)：按照指定的X绘制数据序列Y。

6.  方向矢量图和速度矢量图

在北太天元中可以绘制方向矢量图和速度矢量图。quiver函数用来绘制箭状图或者速度矢量图，其调用语法如下。

quiver(x,y,u,v)：绘制矢量图，参数x和y用于指定矢量的位置，u和v用于指定要绘制的矢量。

quiver(u,v)：绘制矢量图，矢量的位置为默认值。

梯度方向也就是速度方向，本例使用quiver函数即可达到目的。

7.  等高线的绘制

等高线用于创建、显示并标注由一个或多个矩阵确定的等值线。北太天元中提供有一些函数用于绘制等高线：

contour 显示矩阵Z的二维等高线图

meshc 创建一个匹配有二维等高线图的网格图

contourf 显示矩阵Z的二维等高线图，并在各等高线之间用实体颜色填充

surfc 创建一个匹配有二维等高线图的曲面图

这里只介绍最常用的函数contour，其他函数请读者自行查阅帮助文档。contour函数用于绘制二维等高线图，其调用语法如下。

contour(Z)：绘制矩阵Z的等高线，绘制时将Z在x-y平面插值，等高线数量和数值由系统根据Z自动确定。

contour(X,Y,Z)：绘制矩阵Z的等高线，坐标值由矩阵X和Y指定，矩阵X、Y、Z的维数必须相同。

contour(X,Y,Z,“ShowText”,“on”)：绘制矩阵Z的等高线，坐标值由矩阵X和Y指定三维图形,通过ShowText后的参数为“on”或者“off”,设置图像是否显示标注。

三维图形

除了绘制二维图形，北太天元还提供一系列三维图形绘制函数，下文将对这些函数进行详细说明。

绘制三维曲线图

在北太天元中，plot3函数用于绘制三维曲线图。该函数的用法和plot类似，其调用语法如下。

plot3(X,Y,Z)： 绘制三维空间中的坐标。要绘制由线段连接的一组坐标，请将 X、Y、Z 指定为相同长度的向量。要在同一组坐标轴上绘制多组坐标，请将 X、Y 或 Z 中的至少一个指定为矩阵，其他指定为向量。

plot3(X,Y,Z,LineSpec)： 使用指定的线型、标记和颜色创建绘图。

plot3(X1,Y1,Z1,...,Xn,Yn,Zn)： 在同一组坐标轴上绘制多组坐标。使用此语法作为将多组坐标指定为矩阵的替代方法。

plot3(X1,Y1,Z1,LineSpec1,...,Xn,Yn,Zn,LineSpecn)： 可为每个 XYZ 三元组指定特定的线型、标记和颜色。您可以对某些三元组指定 LineSpec，而对其他三元组省略它。

plot3(...,Name,Value)： 使用一个或多个名称-值对组参数指定 Line 属性。

绘制三维曲面图

在北太天元中，除了plot3函数可用于绘制三维图形外，还有一些函数可以用来绘制三维网格图和曲面图。下面分别介绍这些函数。

1.  三维网格图

mesh函数用于绘制三维网格图，其调用语法如下。

mesh(X,Y,Z)： 创建一个网格图，该网格图为三维曲面，有实色边颜色，无面颜色。该函数将矩阵 Z 中的值绘制为由 X 和 Y 定义的 x-y 平面中的网格上方的高度。边颜色因 Z 指定的高度而异。

mesh(Z)： 创建一个网格图，并将 Z 中元素的列索引和行索引用作 x 坐标和 y坐标。

mesh(Z,C)： 进一步指定边的颜色。

mesh(___,C)： 进一步指定边的颜色。

mesh(ax,___)： 将图形绘制到 ax 指定的坐标区中，而不是当前坐标区中。指定坐标区作为第一个输入参数。

mesh(___,Name,Value)： 使用一个或多个名称-值对组参数指定曲面属性。例如，'FaceAlpha',0.5 创建半透明网格图。

2.  三维曲面图

函数surf用来绘制三维表面图形，其调用语法如下。

surf(X,Y,Z) 创建一个三维曲面图，它是一个具有实色边和实色面的三维曲面。该函数将矩阵 Z 中的值绘制为由 X 和 Y 定义的 x-y 平面中的网格上方的高度。曲面的颜色根据 Z 指定的高度而变化。

surf(Z) 创建一个曲面图，并将 Z 中元素的列索引和行索引用作 x 坐标和 y 坐标。