《MATLAB》课程论文基于MATLAB GUI的函数图象发生系统姓名：于XX学号：**********X专业：电气工程与自动化班级：2012级（1）班指导老师：***学院：物理电气信息学院完成日期：2103年12月13日基于MATLAB GUI 的函数图象发生系统（于XX 1201224199X 2012级电气工程与自动化1班）[摘要]强大的绘图功能是MATLAB 的特点之一。
MATLAB 提供了一系列的绘图函数，用户不需要考虑绘图细节，只需要给出一些基本参数就能得到所需图形，这一类称为高层绘图函数。
除此之外，MATLAB 还提供了直接对图形句柄进行操作的低层绘图操作。
所谓图形用户界面（Graphical User Interface,GUI ）是指由窗口、菜单、对话框等各种图形元素组成的用户界面。
在这种用户界面中，用户的操作既形象生动，又方便灵活，所以当今绝大部分开发环境与应用程序都采用图形用户界面，许多流行的开发工具都可以进行图形用户界面的设计。
MATLAB 作为功能强大的科学计算软件，同样也提供了图形用户界面的设计功能，在MATLAB 中，基本的图形用户界面对象包括3类：用户界面控件对象（uicontrol ）、下拉式菜单对象（uimenu ）和快捷菜单对象（uicontextmenu ）。
根据这些图形对象，可以设计出界面友好、操作方便的图形用户界面。
而本系统主要将低层绘图功能与可视化图形用户界面设计结合前来，从而设计出可以方便快捷的函数图象发生的系统，并且能迅速定义曲线的宽度、颜色、保持和坐标轴的颜色改变等功能，功能强大，界面友好，方便操作。
[关键词] 低层绘图 可视化 图形用户界面 函数 图象发生 简单直观 一、问题的提出 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
它具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化，友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；而MATLAB 是由一系列工具组成。
这些工具方便用户使用MATLAB 的函数和文件，其中许多工具采用的便是图形用户界面。
包括MATLAB 桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器等。
随着MATLAB 的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB 的用户界面也越来越精致，更加接近Windows 的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。
而且新版本的MATLAB 提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。
所以，对于MATLAB 的可视化图形用户界面设计的学习和开发意义非凡。
而对于数学函数图象的绘制一直以来就是数学学科的难点，因为单凭人力的绘制，计算费时费力，而且函数图象并不准确，而采用一般的函数绘图软件（比如excel ）需要不断输入函数的各个位置点的坐标，利用计算机进行拟合，本身就有一些误差。
所以我试着将MATLAB 的可视化图形用户界面设计与MATLAB 的低层绘图结合起来，同时，未了继承excel 的函数绘图功能，我使用了MATLAB 的函数传递功能，使excel 中的数据可以在MATLAB GUI 中形成函数图象。
通过这一系列手段，使之能够自由的、智能化的生成用户所需的函数图象。
二、MATLAB 是机会图中的问题例：设有函数)5,4,3,2,1)(sin(==n x y n ，试绘出其函数图象。
分析：如果采用一般算法，手段繁琐，计算麻烦，如果不采用科学计算器进行描点，基本上很难画出图象，而且，由于描点的局限性，很难画出非常精密的图象，过程非常繁琐。
我们发现如果采用matlab的绘图功能，过程会非常简单，只需要简单输入几个简单的参数及一个公式，便会轻松得出所求的函数图象，为此，我们首先介绍一下matlab中的绘图函数：（1）plot，plot函数用于绘制二维平面上的线性坐标曲线图，要提供一组x坐标和对应的y坐标，可以绘制分别以x和y为横、纵坐标的二维曲线。
p lot函数的基本调用格式为plot（x ,y），其中，x和y为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和y坐标数据。
（2）ezplot，ezplot的用法有很多，我们这里主要介绍一下其最重要的一种调用形式ezplot（fun,[xmin,xmax,ymin,ymax]）,其中fun就是所要绘制的函数，可以是定义函数的M 文件名，也可以是以x 为变量的可计算字符串,[xmin,xmax,ymin,ymax]限定了x,y 轴上的绘图空间。
下面我们来看具体操作：首先我们打开MATLAB软件，选择“GUIDE”按钮选择图中的标记部分，建立一个空白的“GUIDE”进入”GUIDE”中后，会看到如下界面下面介绍一下GUI的空白设计窗口GUI设计窗口由菜单栏、工具栏、控件工具栏以及图形对象设计区组成，GUI 设计窗口的菜单栏有File、Edit、View、Tools和Help共6个菜单项，其中的命令可以完成图形用户界面的设计操作。
在GUI设计窗口的工具栏上，有Align Objects（位置调整器）、Menu Editor （菜单编辑器）、Tab Order Editor（Tab顺序编辑器）、M-file Editor（M文件编辑器）、Property（属性查看器）、Object Browser（对象浏览器）和Run（运行）等15个命令按钮，通过它们可以方便的调用需要使用的GUI设计工具和实现有关操作。
在GUI设计窗口左边是控件工具栏，包括Push Button、Slider、Radio Button、Check Box、Edit Text、Popup Menu、Listbox、Toggle Button、Axes 等控件对象，他们是构成GUI的基本元素。
下面来介绍一下GUI设计的基本操作，为了添加控件，可以从GUI设计窗口的控件工具栏中选择一个对象，然后以拖拽的方式在对象设计区建立该对象，其对象创建方式方便简单。
在GUI设计窗口创建对象后，通过双击该对象，就会显示该对象的属性查看器，通过它可以设置该对象的属性值。
（在选中对象的前提下，单击鼠标右键，会弹出一个快捷菜单，可以从中选择某个子菜单进行相应操作。
在对象设计区右击鼠标，会显示与图形窗口有关的快捷菜单。
）可视化设计工具MATLAB的用户界面设计工具共有5个，它们是：1）对象属性查看器（Property Inspector）：可查看每个对象的属性值，也可修改设置对象的属性值。
2）菜单编辑器（Menu Editor ）：创建、设计、修改下拉式菜单和快捷菜单。
3）位置调整工具（Alignment Tool ）：可利用该工具左右、上下对多个对象的位置进行调整。
4）对象浏览器（Object Browser ）：可观察当前设计阶段的各个句柄图形对象。
5）Tab 顺序编辑器（Tab Order Editor ）：通过该工具，设置当按下键盘上的Tab 键时，对象被选中的先后顺序。
备注：具体使用方法与介绍后文将结合本文所述程序进行详细解说。
三、系统设计思路例：设有函数)5,4,3,2,1)(sin(==n x y n ，试绘出其函数图象 按照一般MATLAB 作图思路，写出如下程序：x=linspace(-pi,pi,20); %限定x 的取值范围为-pi 到pi 之间，且取20个点for n=1:1:5 %循环结构，完成对x 的多次幂y=sin(x.^n); %所需绘制图形的函数plot(x,y); %绘图函数hold on; %保持n 每次取值绘图后，上一次所绘图象保留在坐标轴上 end %for 循环体到此结束运行结果如下：图1 MATLAB 一般作图思路通过以上程序运行结果可知，传统绘图方法所绘制的图形结果并不理想，所有的图象叠加在一起，并没有加以区分，并且由于取点的原因，导致绘图并不是太精准，不直观，也不够智能。
那么，如何才能解决这个问题呢，我们来看一个新的绘图函数“ezplot”，我们先看运行程序与结果：syms x;%定义x为符号变量for n=1:1:5 %循环结构，完成对x的多次幂y=sin(x.^n);%所需绘制图形的函数ezplot(y);%绘图函数hold on;%保持n每次取值绘图后，上一次所绘图象保留在坐标轴上end %for循环体到此结束图2 运用ezplot绘图函数绘图结果通过上述方法绘制的函数图象结果可知，图形圆滑，绘图比一般方法更加精准，我们取图象中间位置观察，图象效果明显，直观，因此，此绘图函数更加由于plot绘图函数。
ezplot函数：Easy to use function plotter。
它是一个易用的一元函数绘图函数。
特别是在绘制含有符号变量的函数的图像时，ezplot要比plot更方便。
因为plot绘制图形时要指定自变量的范围，而ezplot无需数据准备，直接绘出图形。
ezplot的调用格式：1、ezplot(fun)2、ezplot(fun,[min,max])3、ezplot(fun2)4、ezplot(fun2,[xmin,xmax,ymin,ymax])5、ezplot(fun2,[min,max])6、ezplot(funx,funy)7、ezplot(funx,funy,[tmin,tmax])8、ezplot(...,figure_handle)9、ezplot(axes_handle,...)10、h = ezplot(...)四、例题绘图问题的圆满解决我们看过并了解了ezplot的函数使用方法和使用环境，但是我们仍然会对上述结果并不满意，因为各个曲线特征还是不够明显，所以，我下面来具体详细的我本人所编写的函数图象发生系统：本系统主界面包括“其他选项”、“清除函数曲线”、“退出”菜单栏，函数公式输入窗口、颜色选择窗口、线宽选择窗口、X轴Y轴范围输入窗口，以及颜色选择图例和“绘图”、“曲线保持开关”、“网格线开关”“自定义开关”按钮以及一个外设excel文件组成，界面简单，操作简便易行，同时功能强大，具有多重功能，下面，我先就本报告例题进行举例：图象中红、绿、黄、蓝、品红分别代表了n=1、2、3、4、5的5种情况，通过实际运行可以看出，图形完美且精度很高，不同的线用不同的颜色进行区分，可以清楚地辨识，可以说实用度很高!下面着重介绍建立上面系统的方法、原理以及运用到的函数：首先，在GUI设计窗口构建基本架构，如图所示，利用控件工具栏所供给的一系列控件绘制出系统的基本外部架构，具体用到的控件有：Edit text、Panel、Static Text、Push Button、Toggle Button、Axes等。
