MATLAB 二维绘图基础面向 MATLAB 学习者与科研绘图用户的数据可视化教程：从 plot 基本绘图、样式定制与标

绘图是 MATLAB 最强大的功能之一，掌握 plot、bar、scatter 等绘图命令，是 MATLAB 数据可视化与工程分析中不可或缺的一步。

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🖌️ 二维曲线绘图

plot 命令是 MATLAB 最基础、最常用的二维绘图命令，本节介绍从绘制第一条曲线到多曲线叠加的完整过程。

📝 基本绘图

要绘制函数的图形，需要执行以下步骤：

📝 通过指定变量 x 的值范围来定义 x
🔧 定义函数 y = f(x)
📈 调用 plot(x, y) 命令

clear; clc;
x = 0:5:100;
y = x;
plot(x, y)

运行结果

再看一个绘制抛物线（二次函数曲线）的例子：

x = -100:1:100;
y = x.^2;
plot(x, y)

运行结果

💡 提示：当函数表达式中含有乘方、乘法、除法等运算时，必须使用点运算符（如 x.^2、.*、./）进行元素级运算，才能得到与向量 x 同维度的结果。

🏷️ 添加标题、标签、网格线和缩放

使用 xlabel、ylabel、title 可以为图形添加轴标签和标题；grid on 在图形上显示网格线；grid minor 显示更细的网格线；axis equal 生成正方形坐标轴（即横纵坐标的刻度间距相同）。

x = 0:0.01:10;
y = sin(x);
plot(x, y), xlabel('x'), ylabel('Sin(x)'), title('Sin(x) Graph'),
grid on        % 允许您将网格线放在图形上
grid minor     % 显示更细的网格线
axis equal     % 命令生成一个正方形图

运行结果

💡 提示：xlabel、ylabel、title 等命令既可以使用逗号与 plot 写在同一行（如上例），也可以分行书写，二者效果完全相同。若不再需要网格，可使用 grid off 关闭。

📊 在同一图形上绘制多个函数

plot 命令支持一次绘制多条曲线，只需将多组 (x, y) 数据依次传入即可。使用 legend 命令为各条曲线添加图例。

x = 0:0.01:10;
y = sin(x);
g = cos(x);
plot(x, y, x, g), legend('Sin(x)', 'Cos(x)')

运行结果

🔀 hold on 与 hold off

plot 命令每次调用都会清空当前图形窗口并重新绘图。若想在同一个图形上分步叠加多条曲线，需要使用 hold on 保持当前图形，绘制完成后用 hold off 结束保持。

x = 0:0.01:2*pi;
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);
y3 = sin(x) + cos(x);

plot(x, y1)         % 绘制第一条曲线
hold on             % 保持当前图形，后续曲线叠加在同一图上
plot(x, y2)         % 叠加第二条曲线
plot(x, y3)         % 叠加第三条曲线
hold off            % 结束保持
legend('sin(x)', 'cos(x)', 'sin+cos')

运行结果

💡 提示：hold on 与一次传入多组数据（如 plot(x, y1, x, y2)）效果相同，但 hold on 更适合需要分步计算、动态添加曲线或叠加不同坐标系图形的场景。

🪟 figure 多窗口绘图

figure 命令用于创建新的图形窗口。当有多个数据需要对比时，可以分别在多个窗口中绘图；使用 figure(n) 可以在已编号的窗口间切换。

x = 0:0.01:10;
y = sin(x);
figure                    % 创建图形窗口 1
plot(x, y), title('Sin(x)')

g = cos(x);
figure                    % 创建图形窗口 2
plot(x, g), title('Cos(x)')

figure(1)                 % 切换回窗口 1

运行结果

💡 提示：close all 可以一次性关闭所有图形窗口，close(1) 只关闭编号为 1 的窗口。

🪟 clf 与 close 图形窗口控制

clf 命令用于清空当前图形窗口中的所有内容（包括坐标轴、曲线、标注等），但窗口本身保持打开；close 命令则用于关闭图形窗口。两者常配合 figure 使用，用于管理多个图形窗口。

💡 提示：三者的区别——clf 清空不关闭窗口，close 关闭当前窗口，close all 关闭所有窗口。

📈 双 y 轴绘图

当两条曲线的量纲差异较大时（如一条取值范围在 0~~1，另一条在 0~~1000），如果画在同一个坐标轴上，较小量纲的曲线会被压扁。此时可以使用 yyaxis 命令在图形左右两侧分别显示两个 y 轴。

x = 0:0.01:10;
y1 = sin(x);              % 第一条曲线，取值范围约 [-1, 1]
y2 = 100*exp(-x);         % 第二条曲线，取值范围约 [0, 100]

yyaxis left               % 激活左侧 y 轴
plot(x, y1), ylabel('sin(x)')

yyaxis right              % 激活右侧 y 轴
plot(x, y2), ylabel('100*exp(-x)')

运行结果

💡 提示：yyaxis left 与 yyaxis right 分别激活左右两个 y 轴；使用 yyaxis left 切换回左侧后，可以继续添加左侧曲线。双 y 轴非常适合温度与压力、销量与增长率等不同量纲数据的对比展示。

🎨 图形样式与标注

绘制完基本曲线后，可以通过颜色、线型、标记、字体等参数美化图形，并通过坐标轴控制和文字标注让图形信息更清晰。

🎨 设置颜色、线型与标记

MATLAB 提供了八种基本的颜色选项来绘制图形：

代码	颜色
w	白色
k	黑色
b	蓝色
r	红色
c	青色
g	绿色
m	洋红色
y	黄色

在 plot 命令中，可以在每组数据后添加颜色字符来指定该曲线的颜色。

x = -10:0.01:10;
y = 3*x.^4 + 2*x.^3 + 7*x.^2 + 2*x + 9;
g = 5*x.^3 + 9*x + 2;
plot(x, y, 'r', x, g, 'g')

运行结果

除了颜色，plot 还支持通过**线型（LineStyle）和标记（Marker）**来定制曲线样式：

线型	说明	标记	说明
`-`	实线（默认）	`o`	圆圈
`--`	虚线	`*`	星号
`:`	点线	`+`	加号
`-.`	点划线	`s`	方形
		`d`	菱形
		`^`	上三角标记

x = 0:0.1:2*pi;
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);
plot(x, y1, 'r--o', x, y2, 'b:^')   % 红色虚线+圆圈，蓝色点线+上三角

运行结果

💡 提示：颜色、线型和标记可以任意组合成一行字符串，如 'r--o' 表示红色虚线加圆形标记；'b:' 表示蓝色点线。不指定颜色时，MATLAB 会自动为每条曲线分配不同颜色。

🎨 自定义颜色（RGB）

除了 8 种基本颜色字符，MATLAB 还支持使用 RGB 三元组 [r g b] 自定义任意颜色，其中 r、g、b 分别代表红、绿、蓝三通道的强度，取值范围均为 0 ~ 1。

颜色	RGB 三元组
橙色	`[1 0.5 0]`
紫色	`[0.5 0 0.5]`
棕色	`[0.4 0.2 0]`
天蓝	`[0 0.6 1]`
粉色	`[1 0.7 0.8]`

x = 0:0.01:2*pi;
y = sin(x);
plot(x, y, 'Color', [1 0.5 0], 'LineWidth', 2)   % 橙色曲线

运行结果

💡 提示：RGB 三元组必须配合名称-值对 'Color' 使用（如 'Color', [r g b]），不能像颜色字符那样直接写在样式字符串中。常用颜色的 RGB 值可以通过 colors 命令查看。

📏 设置线宽、标记大小与字体

plot 命令还支持通过 名称-值对（Name-Value Pair） 参数对图形细节进行美化，例如线宽 'LineWidth'、标记大小 'MarkerSize'、标记样式 'Marker' 等；xlabel、title 等命令同样支持 'FontSize' 参数。

参数	说明	示例
`'LineWidth'`	线宽（磅）	`'LineWidth', 2`
`'MarkerSize'`	标记大小（磅）	`'MarkerSize', 8`
`'Marker'`	标记样式	`'Marker', 'o'`
`'FontSize'`	字体大小（磅）	`'FontSize', 14`

x = 0:0.1:2*pi;
y = sin(x);
plot(x, y, 'LineWidth', 2, 'MarkerSize', 8, 'Marker', 'o')
xlabel('x', 'FontSize', 14)
title('正弦曲线', 'FontSize', 16)

运行结果

💡 提示：'LineWidth' 的默认值为 0.5，取值范围一般取 0.5 ~ 3 即可获得清晰美观的显示效果。

📐 设定轴比例

使用 axis 命令可以控制坐标轴的显示范围：

axis equal —— 生成正方形坐标轴，使横纵刻度间距相同；
axis([xmin xmax ymin ymax]) —— 指定坐标轴的最小值与最大值。

x = 0:0.01:10;
y = exp(-x).* sin(2*x + 3);
plot(x, y), axis([0 10 -1 1])

运行结果

💡 提示：除了 axis equal 和 axis([...])，还常用 axis tight 让坐标轴范围贴合数据范围、axis on/off 显示/隐藏坐标轴。

📐 坐标轴刻度自定义

从 MATLAB R2016b 开始，推荐使用 xticks、yticks、xticklabels、yticklabels 等命令来设置坐标轴刻度，比传统的 set(gca, ...) 写法更简洁直观。

命令	说明	示例
`xticks([...])`	设置 x 轴刻度位置	`xticks(0:2:10)`
`yticks([...])`	设置 y 轴刻度位置	`yticks(-1:0.5:1)`
`xticklabels({...})`	自定义 x 轴刻度标签	`xticklabels({'a','b','c'})`
`yticklabels({...})`	自定义 y 轴刻度标签	`yticklabels({'低','中','高'})`

x = 0:0.01:2*pi;
y = sin(x);
plot(x, y)

xticks(0:pi/2:2*pi)                             % 设置 x 轴刻度位置
xticklabels({'0', 'π/2', 'π', '3π/2', '2π'})   % 自定义 x 轴刻度标签
grid on

💻 运行结果

💡 提示：xticks 与 yticks 设置刻度位置，xticklabels 与 yticklabels 设置刻度上的文字标签，两者通常配合使用。这也比 set(gca, 'XTick', ...) 的写法更加直观易读。

📝 text 文字标注

text(x, y, '字符串') 命令可以在图形指定坐标位置 (x, y) 处添加文字标注，常用于标记曲线的关键点（最大值、最小值、交点等）。

x = 0:0.01:2*pi;
y = sin(x);
plot(x, y)
text(pi/2, 1, '最大值点 (π/2, 1)', 'FontSize', 12)   % 在最大值点处添加标注

运行结果

💡 提示：annotation 命令可以创建相对于整个图形窗口的箭头、文本框等注释对象，配合 text 使用可以制作出效果更好的标注。

🔑 legend 进阶用法

legend 命令除了基础用法，还可以通过名称-值对参数控制图例的位置与样式。

参数	说明	示例
`'Location'`	图例显示位置	`'Location', 'northwest'`
`'FontSize'`	字体大小	`'FontSize', 12`
`'Box'`	是否显示边框	`'Box', 'off'`

x = 0:0.01:2*pi;
plot(x, sin(x), x, cos(x))
legend({'sin(x)', 'cos(x)'}, 'Location', 'northwest', 'FontSize', 12)

运行结果

💡 提示：'Location' 常用取值还有 'north'（顶部居中）、'southeast'（右下角）、'best'（自动选择最佳位置）等。

📊 常用数据图

除了 plot 曲线图，MATLAB 还提供了条形图、散点图、茎叶图、饼图等多种常用图形，适用于不同类型的数据展示。

📊 绘制条形图

bar 命令用于绘制条形图（柱状图），常用于展示离散数据的对比。

clear; clc; close all;
x = 1:10;
y = [75, 58, 90, 87, 50, 85, 92, 75, 60, 95];
bar(x, y), xlabel('Student'), ylabel('Score'), title('First Sem:')

运行结果

💡 提示：close all 用于关闭所有已打开的图形窗口，避免多个图窗口叠加影响观察。barh 可以绘制水平条形图。

🔵 scatter 散点图

scatter 命令用于绘制散点图，适用于展示大量数据点的分布规律，是数据统计分析中的常用图形。

x = randn(1, 100);          % 生成 100 个标准正态分布随机数
y = randn(1, 100);
scatter(x, y, 'filled')

运行结果

💡 提示：scatter(x, y, sz, c) 可以通过 sz 控制点的大小、c 控制点的颜色，从而在散点图中编码第三维信息。

🌱 stem 茎叶图

stem 命令绘制茎叶图，以垂直短线连接基线与数据点，非常适合展示离散信号或采样序列。

n = 0:10;
y = exp(-0.2*n) .* sin(2*n);
stem(n, y), xlabel('n'), ylabel('y'), title('Stem Plot')

运行结果

💡 提示：stem 与 plot 的用法类似，也支持颜色、线型、标记等样式设置。

🍕 饼图

pie 命令用于绘制饼图，适合展示各部分占总体的比例。

pie([30, 40, 20, 10])       % 饼图（按占比绘图）

运行结果

💡 提示：pie([30, 40, 20, 10]) 的输入无需归一化，MATLAB 会自动按总和计算各扇区占比。

📊 直方图

histogram 命令用于绘制直方图，将数据的取值范围划分为若干区间，统计每个区间内的数据个数，是最常用的数据分布分析工具。

data = randn(1, 1000);          % 生成 1000 个标准正态分布随机数
histogram(data, 30)             % 将数据分成 30 个区间
xlabel('数值'), ylabel('频数'), title('正态分布直方图')

运行结果

💡 提示：histogram(data, 30) 的第二个参数指定区间个数；也可以传入向量指定区间边界，如 histogram(data, -4:0.5:4)。默认情况下直方图显示的是频数，添加 'Normalization', 'probability' 可以改为显示概率。

📏 误差棒图

errorbar 命令在数据点上绘制误差棒（Error Bar），用来展示数据的均值与误差范围，是科研论文中非常常见的图形。

x = 1:5;
y = [2.1, 3.4, 4.6, 5.2, 6.8];      % 数据的均值
e = [0.3, 0.5, 0.4, 0.6, 0.5];      % 误差范围
errorbar(x, y, e), xlabel('x'), ylabel('y'), title('Error Bar Plot')

运行结果

💡 提示：errorbar(x, y, e) 中 e 表示对称误差；errorbar(x, y, neg, pos) 可以指定不对称误差（下方与上方分别不同）。误差棒图常用于展示多次实验的均值±标准差。

📦 箱线图

boxplot 命令绘制箱线图（盒须图），用最小值、下四分位数、中位数、上四分位数、最大值五个统计量概括一组数据的分布，同时可以直观地发现离群点。

data = randn(100, 3);               % 生成 3 组各 100 个正态分布随机数
boxplot(data), xlabel('组别'), ylabel('数值'), title('Box Plot')

运行结果

💡 提示：箱线图中，箱体的上边界是上四分位数（75%）、下边界是下四分位数（25%）、中间红线是中位数，须的长度通常为四分位距的 1.5 倍，超出须的孤立点即为离群点。

🧩 子图与布局

当需要在一张图中对比多个子图时，可以使用 subplot 或 tiledlayout 对图形窗口进行分割布局。

🧩 生成子图（subplot）

subplot(m, n, p) 命令将图形窗口划分为 m×n 个子图区域，并激活第 p 个区域作为当前绘图区域。

x = 0:0.01:5;
y = exp(-1.5*x).*sin(10*x);
subplot(1, 2, 1)
plot(x, y), xlabel('x'), ylabel('exp(–1.5x)*sin(10x)'), axis([0 5 -1 1])

y = exp(-2*x).*sin(10*x);
subplot(1, 2, 2)
plot(x, y), xlabel('x'), ylabel('exp(–2x)*sin(10x)'), axis([0 5 -1 1])

运行结果

💡 提示：subplot(1, 2, 1) 表示创建 1 行 2 列的子图布局，并激活第 1 个子图；subplot(1, 2, 2) 则激活第 2 个子图。

🧱 tiledlayout 布局子图

从 MATLAB R2019b 开始，推荐使用 tiledlayout 进行子图布局。它比 subplot 更灵活：子图间距自动对齐、可以共享坐标轴、支持跨行跨列的子图。

x = 0:0.01:5;
tiledlayout(1, 2)          % 创建 1 行 2 列的子图布局

nexttile                   % 激活第 1 个子图
plot(x, sin(x)), title('sin(x)')

nexttile                   % 激活第 2 个子图
plot(x, cos(x)), title('cos(x)')

运行结果

💡 提示：tiledlayout 配合 nexttile 比 subplot 更适合需要共享轴标签或统一坐标范围的场合。

💾 保存与进阶技巧

绘图完成后，可以将图形导出为图片文件用于论文与报告，也可以通过 set(gca) 精细控制坐标轴的显示效果。

💾 图形保存与导出

绘图完成后，可以将图形保存为图片文件，用于论文、报告或演示。MATLAB 提供了 saveas、print 和 exportgraphics 三种常用方式。

命令	说明	示例
`saveas`	保存图形为多种格式	`saveas(gcf, 'myplot.png')`
`print`	灵活控制分辨率与格式	`print('myplot', '-dpng', '-r300')`
`exportgraphics`	导出高质量矢量图（R2020a+）	`exportgraphics(gcf, 'myplot.pdf')`

x = 0:0.01:2*pi;
plot(x, sin(x))

saveas(gcf, 'myplot.png')          % 保存为 PNG 图片
saveas(gcf, 'myplot.fig')          % 保存为 .fig 源文件（可再次编辑）
print('myplot', '-dpng', '-r300')  % 以 300 dpi 分辨率保存 PNG
exportgraphics(gcf, 'myplot.pdf')  % 导出为 PDF 矢量图

💻 运行结果

在当前目录生成 myplot.png、myplot.fig 与 myplot.pdf 等图形文件。

💡 提示：gcf 表示当前图形窗口（Get Current Figure）。.fig 是 MATLAB 专属源文件格式，双击可以重新打开继续编辑。

⚙️ set(gca) 坐标轴属性设置

gca 表示当前坐标轴（Get Current Axes），set(gca, ...) 可以通过名称-值对精细控制坐标轴的字体、刻度、边框等属性。

x = 0:0.01:10;
y = exp(-x) .* sin(10*x);
plot(x, y)

set(gca, 'FontSize', 12)               % 设置坐标轴字体大小
set(gca, 'XTick', 0:2:10)              % 设置 x 轴刻度为 0,2,4,...,10
set(gca, 'XGrid', 'on', 'YGrid', 'on') % 分别打开 x、y 方向网格线

运行结果

💡 提示：set(gca, 'XTick', ...) 设置刻度位置，set(gca, 'XTickLabel', ...) 可以自定义刻度上的文字标签。

作者： majorArcs 原文链接 :k-hengzhou.github.io/posts/MATLA…