MATLAB文本处理与绘图基础

1. 字符与字符串

MATLAB 提供两种存储文本的方式：

1. 字符数组（char array）：使用单引号 ' ' 声明。

   matlab

   c = 'foo bar'   % c 是一个 1×7 的字符数组

   • 可以直接用数组下标访问其中的字符，例如 c(5) 即可取出第 5 个字符。
   • 可使用 double() 将字符转化为其对应的 Unicode 码值。

2. 字符串（string scalar/array）：使用双引号 " 声明。

   matlab

   s = "foo bar"   % s 为一个字符串标量

   • 无法 使用下标提取其中的字符，除非先用 char(s) 转化为字符数组。
   • 使用 double("200") 时，会将可解析数字的字符串转换为对应的数值，否则返回 NaN。

1.1 常见字符串操作

• char(s)：将字符串转为字符数组，以便字符级操作。

• num2str(x)：将数值转为字符串，以便与其他文本拼接。

• 拼接字符串：使用 + 运算符（针对 string 类型）

  matlab

  deg = char(176);   % 176 代表 ‘°’ 符号  
  example = "The temp is " + num2str(21) + deg + "C."

• Unicode 码值：double('foo') 返回 [102 111 111]，依次表示 'f' 'o' 'o' 的码值。

2. 文本格式化：compose

• 基本用法：

  matlab

  s = compose("The value of x is %d.", 500);

• 常见格式说明符：

  • %d / %i: 整数
  • %f: 浮点数（定点表示法）
  • %e: 科学计数法表示
  • %g: %e 与 %f 中更紧凑的一种

• 精度指定：

  • %.4f 表示保留 4 位小数
  • %.4e 表示科学计数法并保留 4 位小数
  • %.4g 表示保留 4 位有效数字

示例：

s = compose("The value of x is %.4f.", pi);  % => "The value of x is 3.1416."

3. MATLAB 绘图基础：plot 函数

3.1 基本用法

• plot(x, y)：当 x 和 y 长度一致时，绘制 (x,y) 之间的折线。
• plot(y)：若只提供 y，则 x 轴默认为 1:length(y)。
• 增加更多数据点 可使曲线更平滑。
• 数据顺序 影响连接顺序，MATLAB 将按数据下标顺序逐点连接。

3.2 线型、颜色、标记（LineSpec）

• 在 plot 函数中可以通过第三个参数（或者 Name-Value 对）指定 颜色、线型、标记样式：

  matlab

  plot(x, y, "r--o") 

  其中：

  • 颜色："r"(红), "g"(绿), "b"(蓝), "m"(洋红), "c"(青), "y"(黄), "k"(黑) 等
  • 线型："-"(实线), "--"(虚线), ":"(点线), "-."(点划线)
  • 标记："o"(圆点), "+", "*", "x", "square" 等

3.2.1 Name-Value 参数

• "Color"：可用 RGB 三元组或预定义名称/十六进制来指定线色
• "LineStyle"：同上面介绍
• "LineWidth"：线宽(默认0.5)
• "Marker"：标记类型，如 "o", "*", "square", 等
• "MarkerIndices"：指定在哪些点显示标记
• "MarkerSize"：标记大小
• "MarkerEdgeColor"：标记外框颜色
• "MarkerFaceColor"：标记填充颜色

示例：

plot(x, y, "-o", "Color", [0 0.5 0.8], ...
     "MarkerIndices", 1:5:length(x), ...
     "LineWidth", 2, "MarkerSize", 8)

3.3 同一坐标轴绘制多条曲线

• 直接写多个 (x, y) 对：

  matlab

  plot(x, y1, x, y2, x, y3)

• 也可用一次 plot + hold on/off：

  matlab

  plot(x, y1)
  hold on
  plot(x, y2)
  hold off

4. 图例：legend

• 基本用法：legend("label1", "label2", ...) 为当前坐标轴各曲线添加图例。

• 可以只写 legend 而不带标签，则自动使用 data1, data2…… 或 DisplayName 作为标签：

  matlab

  plot(x, x.^2, "DisplayName","y = x^2");
  legend

• 位置与布局：

  • "Location"：如 "north", "southoutside", "eastoutside", 等等
  • "Orientation"："vertical"(默认) 或 "horizontal"
  • "NumColumns"：设置图例中列数

• 图例外观：

  • legend("boxoff") 可去掉图例外框
  • 可通过 Name-Value 对如 "FontSize", "TextColor" 等进一步设置。

5. 标题、坐标轴名称和刻度

5.1 标题与副标题

• title("主标题")

• title("主标题","副标题")

• 设置字体与颜色：

  matlab

  title("My Title", "FontSize", 14, "Color", "blue")

• Interpreter 可以指定 'latex', 'tex', 或 'none' 以控制文本解释方式。

5.2 坐标轴标签

• xlabel("x-axis"), ylabel("y-axis")
• 同样可通过 FontSize 等进行设置。

5.3 坐标轴范围与刻度

• xlim([xmin xmax])，ylim([ymin ymax])

• 若只想自动选一边，可设为 -inf 或 inf：

  matlab

  xlim([-inf 10])

• xticks() / yticks()：显式指定刻度位置。

• xticklabels() / yticklabels()：指定对应刻度标签文本。

5.4 网格与次网格

• grid on / grid off：打开或关闭主网格线。
• grid minor：添加细分网格线。

6. 坐标轴与图窗控制

6.1 获取/设置当前坐标轴：gca

• ax = gca; 将当前坐标轴句柄赋给 ax，可以 ax.XAxisLocation = 'origin' 等进行更多设置：
  • XAxisLocation/YAxisLocation: 'bottom' / 'top' / 'left' / 'right' / 'origin'
  • Box = 'off' 可隐藏坐标轴边框

6.2 坐标轴比例与其它功能

• axis equal：让坐标轴单位比例相同（圆看起来是圆）。
• axis square：坐标轴区域绘制为正方形。
• axis off：隐藏坐标轴。
• cla：清除当前坐标轴的图形内容。
• cla reset：在清除图形的同时重置坐标轴属性为默认值。

6.3 图窗管理

• figure：新建一个空白图窗。也可通过 figure(n)/figure(f) 指定编号或句柄。
• clf：清空当前图窗内容。
• clf('reset')：重置当前图窗为默认属性。

7. 保存图像

• 使用 图窗工具栏 的 “导出” 按钮，可选择 PNG/JPEG/TIFF/PDF 等格式。
• 命令行方式：
  • saveas(gcf, "filename.png")：保存当前图窗为指定图像格式；若不写扩展名则默认 .fig
  • exportgraphics(gca, "filename.png", "Resolution", 300)：导出当前坐标轴，带有紧凑边距并可设置分辨率。

示例：

x = linspace(-10,10);
plot(x, x.^2);

saveas(gcf, "myplot.png")           % 直接保存为 png
exportgraphics(gca, "myplot2.png"); % 以较紧凑的边界保存当前坐标轴

8. 小结

本次 Lecture 2 的内容涵盖了：

1. 文本数据类型：字符与字符串的区别及常见操作。
2. 文本格式化：使用 compose、格式说明符以及 num2str。
3. MATLAB 绘图：plot 基础用法、线型与标记、同一图中绘制多条曲线、legend 图例配置、以及对坐标轴(xlim/ylim/grid/ticks 等)的灵活设置。
4. 图窗与坐标轴：如何管理多个图窗、获取并修改当前坐标轴的属性等。
5. 保存图像：可视化结果的导出方法。

通过学习这些知识，既能更好地掌握 MATLAB 中的文本与字符串处理方式，又能灵活地完成绘图、标注和图表美化操作，为后续更高级的可视化与数据处理打下基础。

以上即为 Lecture 2 的核心笔记与要点整理。