如何在MATLAB中进行数据可视化

MATLAB的数据可视化功能是其核心优势之一，凭借简洁的语法和丰富的绘图函数，能快速将数值数据转化为直观的图形，广泛应用于数据分析、结果展示、论文绘图等场景。本文从基础绘图到进阶美化，系统讲解MATLAB数据可视化的核心方法，兼顾实用性和易操作性，适配科研、工程等各类应用场景。

一、MATLAB数据可视化基础认知

1. 核心绘图逻辑

MATLAB绘图遵循"数据准备→基础绘图→样式调整→标注导出"的流程，所有绘图操作均基于"图形句柄"（Figure），可理解为"先创建画布，再绘制图形，最后美化细节"。

2. 常用绘图类型与对应函数

绘图类型	适用场景	核心函数
二维折线图	数据趋势变化（如时间序列）	plot()
散点图	变量间相关性分析	scatter()
柱状图/条形图	分类数据对比	bar()/barh()
直方图	数据分布统计	histogram()
饼图	占比分析	pie()
三维曲面图	二维数据的空间分布	surf()/mesh()

3. 基础环境准备

无需额外安装插件，打开MATLAB后，直接在命令行窗口（Command Window）或脚本文件（.m）中编写代码即可。本文基于MATLAB R2022b版本，兼容R2020及以上主流版本。

二、二维数据可视化（最常用）

二维图形是数据可视化的基础，重点掌握折线图、散点图、柱状图的绘制与美化。

1. 二维折线图（plot()）

适用于展示数据随自变量的变化趋势，是最基础也最常用的绘图函数。

示例1：基础折线图

绘制函数 y=sin⁡(x)+cos⁡(x)y = \sin(x) + \cos(x)y=sin(x)+cos(x) 在 x∈[0,2π]x \in [0, 2\pi]x∈[0,2π] 范围内的曲线：

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% 步骤1：准备数据
x = 0:0.01:2*pi;  % 生成0到2π的等间隔数据，步长0.01（步长越小曲线越平滑）
y = sin(x) + cos(x);

% 步骤2：基础绘图
figure;  % 创建新的画布（避免覆盖已有图形）
plot(x, y);  % 绘制折线图，x为横轴，y为纵轴

% 步骤3：添加标注与样式
xlabel('x (弧度)');  % 横轴标签
ylabel('y = sin(x) + cos(x)');  % 纵轴标签
title('正弦+余弦函数曲线');  % 图形标题
grid on;  % 显示网格线
legend('y = sin(x)+cos(x)');  % 图例（单条曲线可省略，多条必加）

示例2：多曲线叠加绘图

在同一张图中绘制 y1=sin⁡(x)y_1 = \sin(x)y1=sin(x) 和 y2=cos⁡(x)y_2 = \cos(x)y2=cos(x)，并区分样式：

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

figure;
% 绘制两条曲线，指定颜色、线型、标记（便于区分）
plot(x, y1, 'r-*', 'LineWidth', 1.5, 'MarkerSize', 6);  % 红色实线+星号标记，线宽1.5
hold on;  % 保留当前画布，继续绘制下一条曲线
plot(x, y2, 'b--o', 'LineWidth', 1.5, 'MarkerSize', 6);  % 蓝色虚线+圆圈标记
hold off;  % 关闭保留

% 美化标注
xlabel('x (弧度)');
ylabel('函数值');
title('sin(x)与cos(x)曲线对比');
grid on;
legend('sin(x)', 'cos(x)');  % 图例顺序与绘图顺序一致

关键参数说明：

颜色：r（红）、b（蓝）、g（绿）、k（黑）、m（品红）；
线型：-（实线）、--（虚线）、:（点线）、-.（点划线）；
标记：*（星号）、o（圆圈）、s（正方形）、^（上三角）。

2. 散点图（scatter()）

适用于展示两个变量之间的相关性，例如分析身高与体重的关系。

示例：随机生成数据绘制散点图

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% 生成模拟数据：身高（150-190cm）与体重（40-80kg）
height = 150 + 40*rand(100, 1);  % 100个样本，150-190cm
weight = 40 + 0.8*(height-150) + 5*randn(100, 1);  % 体重与身高正相关，加随机噪声

figure;
scatter(height, weight, 50, 'filled', 'MarkerFaceColor', [0.2 0.6 0.8]);  % 点大小50，填充，自定义蓝色
xlabel('身高 (cm)');
ylabel('体重 (kg)');
title('身高与体重相关性散点图');
grid on;

参数说明 ：50为点的大小，filled表示填充标记，MarkerFaceColor指定填充颜色（可传RGB值或预定义颜色）。

3. 柱状图（bar()/barh()）

适用于对比不同分类的数据，例如不同月份的销售额、不同实验组的测试结果。

示例：分类数据柱状图

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% 准备数据：4个季度的销售额（万元）
quarters = {'Q1', 'Q2', 'Q3', 'Q4'};  % 分类标签
sales = [85, 120, 98, 150];  % 对应销售额

figure;
bar(quarters, sales, 'FaceColor', [0.1 0.7 0.3]);  % 绿色柱状图
xlabel('季度');
ylabel('销售额 (万元)');
title('2024年各季度销售额');
% 给每个柱子添加数值标签
for i = 1:length(sales)
    text(i, sales(i)+5, num2str(sales(i)), 'HorizontalAlignment', 'center');
end
grid on;

% 如需绘制横向柱状图，替换为barh()：
% barh(quarters, sales);

4. 直方图（histogram()）

用于展示数据的分布特征，例如学生成绩分布、产品尺寸误差分布。

示例：正态分布数据直方图

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% 生成1000个符合正态分布的随机数（均值50，标准差10）
data = 50 + 10*randn(1000, 1);

figure;
histogram(data, 20, 'Normalization', 'probability');  % 20个区间，归一化为概率
xlabel('数值');
ylabel('概率');
title('正态分布数据直方图');
grid on;

参数说明 ：20为直方图的区间数，Normalization指定归一化方式（probability为概率，count为计数，density为密度）。

三、三维数据可视化

当数据涉及三个维度时（如空间坐标、二维网格的数值分布），需使用三维绘图函数，核心是plot3()（三维折线）、surf()（三维曲面）。

1. 三维折线图（plot3()）

适用于展示三维空间中数据的轨迹，例如无人机飞行路径、三维曲线。

示例：三维螺旋线

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% 生成三维螺旋线数据
t = 0:0.1:10*pi;
x = sin(t);
y = cos(t);
z = t/2;

figure;
plot3(x, y, z, 'm-', 'LineWidth', 2);  % 品红色实线，线宽2
xlabel('X轴');
ylabel('Y轴');
zlabel('Z轴');
title('三维螺旋线');
grid on;
view(45, 30);  % 调整视角（方位角45°，仰角30°）

2. 三维曲面图（surf()）

适用于展示二维网格上的数值分布，例如地形高度、温度场分布。

示例：二维高斯分布曲面

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% 生成二维网格
[X, Y] = meshgrid(-2:0.1:2, -2:0.1:2);  % 生成X、Y网格矩阵
% 计算高斯分布数值
Z = exp(-(X.^2 + Y.^2)/2) / (2*pi);

figure;
surf(X, Y, Z);  % 绘制曲面
shading interp;  % 平滑着色（默认是网格状，interp为插值平滑）
colorbar;  % 显示颜色条（对应Z值大小）
xlabel('X轴');
ylabel('Y轴');
zlabel('Z轴');
title('二维高斯分布曲面图');
view(30, 40);
grid on;

四、图形美化与导出

1. 通用美化技巧

调整画布大小 ：figure('Position', [100, 100, 800, 600])（[左下角X, 左下角Y, 宽度, 高度]，单位像素）；
自定义颜色 ：除预定义颜色外，可使用RGB值（如[0.2 0.4 0.8]表示浅蓝色），或MATLAB的配色方案colormap(parula)（parula/jet/hsv等）；
修改字体与字号 ：xlabel('X轴', 'FontSize', 12, 'FontName', 'SimHei')（SimHei为黑体，支持中文）；
图例位置调整 ：legend('Location', 'best')（自动选最优位置）、'northwest'（西北方向）等。

2. 中文显示问题解决

MATLAB默认可能出现中文乱码，需提前设置字体：

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% 全局设置中文显示
set(0, 'DefaultAxesFontName', 'SimHei');  % 坐标轴字体
set(0, 'DefaultTextFontName', 'SimHei');  % 文本字体
set(0, 'DefaultFigureFontName', 'SimHei');  % 画布字体

3. 图形导出（高质量）

绘制完成后，需导出为高清格式（如PNG、PDF、EPS）用于论文/报告：

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% 方法1：代码导出（推荐，可控性高）
print(gcf, 'sales_plot.png', '-dpng', '-r300');  % gcf为当前画布，-r300为分辨率300DPI
% 方法2：手动导出：点击画布菜单栏"File→Save As"，选择格式并设置分辨率。

导出建议：

论文配图：优先选PDF（矢量图，无失真）或EPS；
演示文稿：选PNG（分辨率300DPI以上）；
大幅面展示：选TIFF格式。