第 2 章：让数据说话¶
场景： 你的实验数据已经算好了，但导师说"光有数字不够，画张图看看趋势"。MATLAB 的可视化能力正是它的王牌——让我们把枯燥的数据变成直观的图表。
2.1 绘制弹簧实验数据图¶
继续上一章的弹簧实验，把数据画出来：
% 实验数据
F = [0, 1, 2, 3, 4, 5];
x = [0, 1.2, 2.3, 3.5, 4.6, 5.8];
% 绘制散点图
figure; % 创建新图窗
plot(F, x, 'ro', ... % 红色圆圈标记
'MarkerSize', 8, ... % 标记大小
'MarkerFaceColor', 'r'); % 填充颜色
hold on; % 保持图形，叠加新内容
% 线性拟合
p = polyfit(F, x, 1); % 一次多项式拟合
F_fit = linspace(0, 5, 100);
x_fit = polyval(p, F_fit);
plot(F_fit, x_fit, 'b-', 'LineWidth', 2);
% 标注
xlabel('拉力 F (N)');
ylabel('伸长量 x (cm)');
title('弹簧伸长量与拉力的关系');
legend('实验数据', '线性拟合', 'Location', 'northwest');
grid on;
% 显示拟合方程
fprintf('拟合方程：x = %.4f F + %.4f\n', p(1), p(2));
渲染效果： 生成一个图形窗口，红色实心圆点表示实验数据，蓝色实线表示拟合直线。坐标轴带标签，标题在顶部，图例在左上角，背景有网格线。拟合方程显示在命令窗口。
2.2 绘图基础：plot 函数¶
x = linspace(0, 2*pi, 100);
plot(x, sin(x)); % 默认蓝色实线
plot(x, sin(x), 'r--'); % 红色虚线
plot(x, sin(x), 'g:'); % 绿色点线
plot(x, sin(x), 'k-.'); % 黑色点划线
plot(x, sin(x), 'mo'); % 品红色圆圈（无连线）
渲染效果： 不同颜色和线型组合产生不同视觉效果。颜色字符：r红 g绿 b蓝 k黑 m品红 c青 y黄。线型字符：-实线 --虚线 :点线 -.点划线 o圆圈。
2.3 多图布局：subplot¶
x = linspace(0, 2*pi, 100);
figure;
subplot(2, 2, 1); % 2行2列，第1个
plot(x, sin(x));
title('sin(x)');
grid on;
subplot(2, 2, 2); % 第2个
plot(x, cos(x));
title('cos(x)');
grid on;
subplot(2, 2, 3); % 第3个
plot(x, tan(x));
title('tan(x)');
ylim([-5, 5]); % 限制 y 轴范围
grid on;
subplot(2, 2, 4); % 第4个
plot(x, sin(x), 'b-', x, cos(x), 'r--');
title('sin 与 cos 对比');
legend('sin', 'cos');
grid on;
渲染效果： 一个图窗中排列 2×2 共 4 个子图，每个子图独立设置标题、坐标轴和图例。tan(x) 的 y 轴被限制在 [-5, 5] 避免无穷大。
2.4 更多图表类型¶
柱状图¶
methods = {'方法A', '方法B', '方法C', '方法D'};
accuracy = [92.1, 94.5, 96.8, 91.3];
figure;
bar(accuracy);
set(gca, 'XTickLabel', methods);
xlabel('方法');
ylabel('准确率 (%)');
title('不同方法的分类准确率对比');
grid on;
渲染效果： 蓝色柱状图，x 轴显示方法名称，y 轴显示准确率百分比，柱高直观反映性能差异。
饼图¶
categories = {'房租', '餐饮', '交通', '娱乐', '其他'};
expenses = [2500, 1800, 500, 800, 400];
figure;
pie(expenses, categories);
title('月度支出分布');
渲染效果： 彩色饼图，每个扇区标注类别名称和百分比，直观展示支出结构。
三维曲面图¶
[X, Y] = meshgrid(-2:0.1:2, -2:0.1:2);
Z = X .* exp(-X.^2 - Y.^2);
figure;
surf(X, Y, Z);
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Z');
title('三维曲面：z = x·e^{-x^2-y^2}');
colorbar; % 添加颜色条
渲染效果： 彩色三维曲面，颜色表示 Z 值高度，右侧有颜色条映射数值到颜色，可旋转视角观察。
2.5 图形美化¶
x = linspace(0, 10, 100);
y = sin(x) .* exp(-0.2 * x);
figure;
plot(x, y, 'LineWidth', 2, 'Color', [0.2, 0.6, 0.8]);
% 标题和标签
title('阻尼振荡', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'bold');
xlabel('时间 t (s)', 'FontSize', 12);
ylabel('振幅', 'FontSize', 12);
% 坐标轴设置
xlim([0, 10]);
ylim([-1, 1]);
grid on;
% 添加文本注释
text(5, 0.5, '\leftarrow 峰值', 'FontSize', 10);
% 保存图片
saveas(gcf, 'damped_oscillation.png');
渲染效果： 图形具有自定义颜色（RGB 三元组）、加粗标题、坐标轴范围限制、文本注释和网格线。saveas 将图形保存为 PNG 文件。
2.6 完善弹簧实验报告¶
把数据分析和可视化整合到一个脚本中：
% spring_report.m —— 弹簧实验完整分析
clear; clc; close all;
% 实验数据
F = [0, 1, 2, 3, 4, 5];
x = [0, 1.2, 2.3, 3.5, 4.6, 5.8];
% 线性拟合
p = polyfit(F, x, 1);
F_fit = linspace(0, 5, 100);
x_fit = polyval(p, F_fit);
% 计算弹性系数
k = F(2:end) ./ x(2:end);
k_mean = mean(k);
k_std = std(k);
% 绘制结果
figure('Position', [100, 100, 800, 400]);
subplot(1, 2, 1);
plot(F, x, 'ro', 'MarkerSize', 8, 'MarkerFaceColor', 'r');
hold on;
plot(F_fit, x_fit, 'b-', 'LineWidth', 2);
xlabel('拉力 F (N)');
ylabel('伸长量 x (cm)');
title('胡克定律验证');
legend('实验数据', sprintf('拟合: x = %.3fF + %.3f', p(1), p(2)), ...
'Location', 'northwest');
grid on;
subplot(1, 2, 2);
bar(k);
hold on;
yline(k_mean, 'r--', 'LineWidth', 1.5);
xlabel('数据点');
ylabel('弹性系数 k (N/cm)');
title(sprintf('弹性系数分布 (均值=%.3f, 标准差=%.3f)', k_mean, k_std));
grid on;
% 输出结论
fprintf('========== 实验结论 ==========\n');
fprintf('弹性系数 k = %.3f ± %.3f N/cm\n', k_mean, k_std);
fprintf('拟合优度 R^2 = %.4f\n', 1 - sum((x - polyval(p, F)).^2) / sum((x - mean(x)).^2));
渲染效果： 一个图窗包含两个子图：左侧是散点图+拟合线，右侧是弹性系数柱状图+均值线。命令窗口输出实验结论。
本章回顾¶
你的实验数据现在有了直观的可视化呈现！回顾掌握的技能：
- 用
plot绘制二维曲线，控制颜色、线型和标记 - 用
subplot创建多图布局 - 用
bar、pie、surf创建柱状图、饼图和三维曲面 - 添加标题、标签、图例和网格线
- 用
xlim/ylim控制坐标轴范围 - 用
saveas导出图片