MATLAB 科技繪圖與學術圖表繪制從理論到實踐

 

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第1章概述

 

1.1科研繪圖概述

 

1.1.1科研繪圖的主要內容和作用

 

1.1.2科研繪圖的常見要求

 

1.1.3常見科研繪圖軟件

 

1.2用MATLAB實現科研繪圖

 

1.2.1MATLAB的主要繪圖功能

 

1.2.2用APP創建和編輯MATLAB圖表

 

1.2.3編程創建和美化MATLAB圖表

 

1.2.4用MATLAB創建新的圖表類型

 

1.3如何使用本書

 

1.3.1不懂MATLAB編程的讀者也可以使用本書

 

1.3.2使用本書源碼

 

1.3.3關於源碼的更多說明

 

第2章數據基礎

 

2.1數據分類

 

2.1.1標量、向量和矩陣

 

2.1.2數值型數據

 

2.1.3分類型數據

 

2.1.4表數據

 

2.1.5時間序列數據

 

2.2數據導入和導出

 

2.3數據整理

 

2.3.1列數據的獲取

 

2.3.2列數據的類型轉換

 

2.3.3列數據的篩選

 

2.4數據預處理

 

2.4.1缺失值的處理

 

2.4.2異常值的處理

 

2.4.3數據轉換

 

2.4.4數據平滑

 

第3章圖表基礎

 

3.1圖表分類

 

3.1.1按變量個數分類

 

3.1.2按數據類型分類

 

3.1.3按功能分類

 

3.2MATLAB圖表的創建

 

3.2.1創建MATLAB圖表的一般過程

 

3.2.2多圖佈局和組合

 

3.2.3組成圖表的基本圖形元素

 

3.3度量的表示

 

3.3.1維度

 

3.3.2形狀

 

3.3.3顏色

 

3.3.4線型

 

3.3.5標記

 

3.3.6大小

 

3.3.7分面

 

3.4坐標系

 

3.4.1創建坐標系

 

3.4.2坐標軸的設置

 

3.4.3刻度相關的設置

 

3.4.4網格相關的設置

 

3.4.5坐標系外框

 

3.4.6多軸圖

 

3.4.7對數坐標系

 

3.4.8反轉坐標軸的方向

 

3.4.9縱橫比

 

3.4.10疊加繪圖

 

3.5圖表元素

 

3.5.1標題

 

3.5.2繪圖區

 

3.5.3數據標簽

 

3.5.4圖例

 

3.5.5色條

 

第4章美化MATLAB圖表

 

4.1修改圖表中基本圖形元素的屬性

 

4.1.1獲取和修改圖表中的序列

 

4.1.2獲取和修改圖表序列中的點

 

4.1.3獲取圖元控制點的坐標

 

4.1.4修改點的屬性

 

4.1.5修改線的屬性

 

4.1.6修改面的屬性

 

4.1.7修改文本的屬性

 

4.2著色與配色

 

4.2.1顏色的表示

 

4.2.2配色理論

 

4.2.3配色工具和資源

 

4.2.4為一組對象著色

 

4.2.5曲面的索引著色

 

4.2.6曲面的真彩色著色

 

4.2.7面片著色

 

4.3更多渲染

 

4.3.1設置透明度

 

4.3.2紋理映射

 

4.3.3添加光照

 

4.3.4設置材質

 

4.4樣式和佈局

 

4.4.1MATLAB和Python默認圖表樣式的比較

 

4.4.2留白

 

4.4.3主次

 

4.4.4疏密

 

4.4.5取捨

 

4.4.6圖表樣式

 

4.5高質量圖表輸出

 

4.5.1圖表的大小

 

4.5.2字體的設置

 

4.5.3圖表的保存

 

4.5.4分辨率的設置

 

4.5.5矢量格式輸出

 

第5章創建新圖表類型

 

5.1用低級函數創建基本圖元

 

5.1.1創建點

 

5.1.2創建線段、多義線和曲線

 

5.1.3創建矩形、圓角矩形、橢圓、圓及對應的區域圖形

 

5.1.4創建面片

 

5.1.5創建曲面

 

5.1.6創建圖像

 

5.1.7添加文本

 

5.2用基本圖元創建新圖表

 

5.2.1用球面創建三維散點圖

 

5.2.2創建三元散點圖

 

5.2.3創建三元色譜圖

 

5.3修改已有圖表創建新圖表

 

5.3.1顏色漸變填充柱狀圖中的柱形

 

5.3.2用圖片填充柱狀圖中的柱形

 

5.3.3修改柱狀圖中的矩形為三角形

 

5.3.4用高度數據漸變填充柱狀圖中的柱形

 

5.3.5替換三維柱狀圖的長方柱體

 

5.3.6為線形圖添加背景

 

5.3.7三維圖添加坐標軸面板背景

 

5.4組合已有類型的圖表創建新圖表

 

5.4.1創建帶誤差條的柱狀圖

 

5.4.2自行創建帕累托圖

 

5.5標註

 

5.5.1標註對象

 

5.5.2創建標註對象

 

5.6圖形幾何變換

 

5.6.1幾何變換的基本原理

 

5.6.2實現圖形變換

 

5.7圖形塊

 

第6章分類數據可視化

 

6.1線形圖

 

6.1.1簡單線形圖

 

6.1.2復合線形圖

 

6.1.3三維線形圖

 

6.1.4極坐標線形圖

 

6.1.5點圖

 

6.1.6帶形圖

 

6.2柱狀圖

 

6.2.1簡單柱狀圖

 

6.2.2復合柱狀圖

 

6.2.3堆疊柱狀圖

 

6.2.4百分比堆疊柱狀圖

 

6.2.5重疊柱狀圖

 

6.2.6二維半柱狀圖

 

6.2.7三維柱狀圖

 

6.2.8三維柱狀圖漸變著色

 

6.3條形圖

 

6.3.1二維條形圖

 

6.3.2二維半條形圖

 

6.3.3三維條形圖

 

6.4面積圖

 

6.4.1簡單面積圖

 

6.4.2堆疊面積圖

 

6.4.3百分比堆疊面積圖

 

6.4.4漸變色填充面積圖

 

6.5餅圖

 

6.5.1二維餅圖

 

6.5.2三維餅圖

 

6.6環形圖

 

6.7誤差條圖

 

第7章數值數據可視化

 

7.1直方圖

 

7.1.1一元直方圖

 

7.1.2二元直方圖

 

7.1.3極坐標直方圖

 

7.2核密度估計圖

 

7.2.1一元核密度估計圖

 

7.2.2用顏色填充核密度估計圖

 

7.2.3核函數

 

7.2.4帶寬

 

7.2.5分面核密度估計圖

 

7.2.6山脊圖

 

7.2.7二元核密度估計圖

 

7.3散點圖

 

7.3.1二維散點圖

 

7.3.2三維散點圖

 

7.3.3極坐標散點圖

 

7.3.4邊際圖

 

7.3.5抖動散點圖和蜂巢散點圖

 

7.4氣泡圖

 

7.4.1二維氣泡圖

 

7.4.2三維氣泡圖

 

7.4.3極坐標氣泡圖

 

7.5火柴桿圖

 

7.6階梯圖

 

7.7矩陣數據可視化

 

7.7.1熱力圖

 

7.7.2探查稀疏矩陣的結構

 

7.8曲面數據繪圖

 

7.8.1規則網格曲面

 

7.8.2不規則網格曲面

 

7.9體數據繪圖

 

第8章統計數據可視化

 

8.1數據探查和預處理

 

8.1.1描述性統計

 

8.1.2頻數分析

 

8.1.3數據分佈形狀

 

8.1.4核密度估計

 

8.1.5異常值檢驗： 箱形圖

 

8.2概率分析圖表

 

8.2.1分佈的圖形

 

8.2.2QQ圖

 

8.2.3不同分佈形狀數據的QQ圖

 

8.2.4經驗累加分佈函數圖

 

8.2.5KS檢驗

 

8.2.6威布爾分佈檢驗

 

8.3均值比較

 

8.3.1兩個總體的均值比較

 

8.3.2方差分析表和箱形圖

 

8.3.3多重比較圖

 

8.3.4散點誤差柱狀圖

 

8.3.5散點箱形圖

 

8.3.6為誤差柱狀圖標註檢驗顯著性

 

8.4回歸分析

 

8.4.1一元線性回歸

 

8.4.2置信區間

 

8.4.3殘差圖

 

8.4.4可進行線性轉換的曲線模型

 

第9章多元統計數據可視化

 

9.1多元數據的探查和描述

 

9.1.1二元直方圖和分箱散點圖

 

9.1.2二元核密度估計圖

 

9.1.3二元數據的邊際圖

 

9.1.4二元正態分佈的圖形

 

9.1.5平行坐標圖

 

9.1.6調和曲線圖

 

9.2假設檢驗

 

9.2.1等概橢圓

 

9.2.2等概橢球

 

9.3相關分析

 

9.3.1熱力圖

 

9.3.2矩陣散點圖

 

9.4多元線性回歸

 

9.4.1回歸模型

 

9.4.2回歸診斷

 

9.4.3逐步回歸

 

9.5分類

 

9.5.1系統聚類： 聚類樹

 

9.5.2K均值聚類

 

9.6降維

 

第10章時間序列數據可視化

 

10.1時間序列數據可視化概述

 

10.1.1時間序列數據

 

10.1.2時間序列數據可視化

 

10.2線形圖

 

10.3面積圖

 

10.4堆疊圖

 

10.5數據重採樣

 

第11章科學計算可視化

 

11.1曲面數據

 

11.1.1用規則數據繪曲面圖

 

11.1.2用不規則數據繪曲面圖

 

11.2表現曲面數據的標量特徵

 

11.2.1等值線圖

 

11.2.2填充等值線圖

 

11.2.3三維等值線圖

 

11.3表現曲面數據的向量特徵

 

11.3.1向量圖

 

11.3.2三維向量圖

 

11.3.3流線圖

 

11.4體數據

 

11.4.1規則體數據和散亂體數據

 

11.4.2散亂體數據的插值

 

11.4.3散亂體數據的Delaunay剖分

 

11.5表現體數據的標量特徵

 

11.5.1切片圖

 

11.5.2等值面圖

 

11.5.3等帽蓋圖

 

11.6表現體數據的向量特徵

 

11.6.1流線圖

 

11.6.2流錐圖

 

11.6.3流沙圖

 

11.6.4流帶圖

 

11.6.5流管圖

 

11.7偏微分方程數值解工具箱提供的功能

 

11.7.1前處理

 

11.7.2後處理

 

第12章數學可視化

 

12.1數學可視化概述

 

12.1.1數學坐標系

 

12.1.2特殊字符

 

12.2函數的圖形

 

12.2.1二維顯函數

 

12.2.2二維參數函數

 

12.2.3二維分段函數

 

12.2.4二維隱函數

 

12.2.5二維極坐標函數

 

12.2.6函數定義的三維曲線

 

12.2.7函數曲面： 顯函數

 

12.2.8函數曲面： 直角坐標系參數函數

 

12.2.9函數曲面： 柱面坐標函數

 

12.2.10函數曲面： 球面坐標函數

 

12.2.11函數曲面： 隱函數

 

12.3微積分

 

12.3.1漸近線

 

12.3.2極值和拐點

 

12.3.3定積分的圖形

 

12.4復變函數

 

12.4.1二維圖形

 

12.4.2三維圖形

 

12.5曲線擬合

 

12.5.1與誤差有關的基本假設

 

12.5.2最小二乘擬合方法

 

12.5.3庫模型

 

12.5.4自定義模型

 

12.5.5評價擬合優度

 

12.5.6實例1： 有理模型擬合

 

12.5.7實例2： 用傅裏葉級數擬合

 

12.5.8實例3： 曲面擬合

 

第13章其他數據可視化

 

13.1文本數據可視化

 

13.1.1詞雲圖

 

13.1.2氣泡雲圖

 

13.2計算幾何

 

13.2.1凸包

 

13.2.2Delaunay剖分

 

13.2.3Voronoi圖

 

13.3三維動畫模擬

 

13.3.1創建虛擬世界

 

13.3.2在MATLAB中操作虛擬世界

 

參考文獻