Построение 2D-графиков: plot

Одна из главных причин любить MATLAB — насколько просто превратить вектор чисел в график.

Команда plot(x, y) рисует линию по точкам, заданным векторами абсцисс x и ординат y.

График за две строки

Типичный сценарий: задать ось абсцисс через linspace, вычислить функцию векторно, нарисовать. Никаких циклов — вектор точек идёт в plot целиком.

x = linspace(0, 2*pi, 100);
y = sin(x);
plot(x, y);
xlabel('x'); ylabel('sin(x)');
title('График синуса');
grid on;

Здесь x — сто точек от 0 до 2π, y = sin(x) считается сразу для всех точек, а plot соединяет их линией. Команды xlabel, ylabel, title, grid on оформляют картинку.

Стиль линий и цвет

Третий аргумент plot — строка стиля: цвет, тип линии, маркер. Например, 'r--' — красная пунктирная, 'bo' — синие кружки без линии, 'g-' — зелёная сплошная.

plot(x, y, 'r--');      % красная пунктирная линия
plot(x, y, 'bo');       % синие точки-кружки

Несколько кривых: hold on

По умолчанию каждый новый plot стирает предыдущий. Чтобы наложить кривые на одни оси, между вызовами ставят hold on. Легенда legend подписывает кривые.

x = linspace(0, 2*pi, 100);
plot(x, sin(x), 'b-');
hold on;
plot(x, cos(x), 'r--');
legend('sin', 'cos');
hold off;

Как работает под капотом

MATLAB-графика устроена иерархически: есть фигура (окно), внутри — оси (axes), внутри — графические объекты (линии, маркеры). Каждый из них имеет свойства (цвет, толщину, метки), которые можно менять и после построения через дескриптор объекта: h = plot(...), затем set(h, 'LineWidth', 2). Понимание этой иерархии «фигура → оси → объект» — ключ к тонкой настройке любого графика и к программному оформлению рисунков для статей.

Подписи, шрифты и подготовка к публикации

График для себя и график для статьи или отчёта — разные вещи. Для публикации важны читаемые подписи осей с единицами измерения, заголовок, легенда, достаточный размер шрифта и толщина линий. Всё это задаётся свойствами: xlabel('Время, с'), set(gca, 'FontSize', 12) меняет шрифт текущих осей, аргумент 'LineWidth', 1.5 в plot утолщает линию. MATLAB традиционно ценят именно за то, что доведённый таким образом график выглядит профессионально и идёт прямо в научную работу. Потратить минуту на оформление осей стоит всегда: безымянные оси превращают самый точный расчёт в нечитаемую картинку, по которой невозможно понять, что и в каких единицах изображено.

Частые ошибки

• Несовпадение длин x и y — plot выдаст ошибку размерности.
• Забыть hold on и удивляться, что осталась только последняя кривая.
• Рисовать функцию по слишком малому числу точек — линия выйдет ломаной, а не гладкой.

Графика как инструмент мышления, а не только отчёта

Лёгкость построения графиков в MATLAB меняет сам способ работы с данными. Когда нарисовать кривую стоит двух строк, вы рисуете постоянно — не только для финального отчёта, но и чтобы понять данные по ходу анализа. Увидели странный результат расчёта? Постройте промежуточную величину и посмотрите на её форму. Это называется разведочной визуализацией, и она часто выявляет ошибку быстрее любой отладки: глаз мгновенно замечает выброс, разрыв или неожиданный масштаб, которые в столбце чисел остались бы незамеченными. Привыкайте рисовать рано и часто — график дешевле размышлений над таблицей.

Другие виды графиков

Линейный plot — лишь начало. Для разных данных есть свои представления: scatter — облако точек без линий (для корреляций), bar — столбчатая диаграмма (для категорий), histogram — распределение значений, errorbar — точки с погрешностями, stem — отсчёты дискретного сигнала. Выбор правильного типа графика — половина дела: гистограмма покажет распределение, которое линия скрыла бы, а scatter обнажит зависимость, незаметную в таблице. Все они подчиняются той же логике оформления (xlabel, title, legend) и той же иерархии «фигура — оси — объект», так что, освоив plot, вы освоили и остальные.

Итоги

• plot(x, y) рисует линию; ось задают linspace, функцию считают векторно.
• Строка стиля ('r--') задаёт цвет, линию и маркеры; оформление — xlabel/title/grid.
• hold on накладывает кривые, legend их подписывает.