MATLAB | 这些各种各样的花里胡哨的折线填充图咋画

编程语言 2023-05-07 19:07:17 阅读次数: 0

这些各种各样的花里胡哨的折线填充图咋画？

折线下面填充纯色的话area函数很容易做到，但上面那些各种花里胡哨的填充图就没那么容易做到了，本期就来讲讲这些玩意都是咋画的：

事先说明，为了绘图好看本文绝大多数图像都使用如下函数进行修饰：

function defualtAxes
ax=gca;hold on;box on
ax.XGrid='on';
ax.YGrid='on';
ax.XMinorTick='on';
ax.YMinorTick='on';
ax.LineWidth=.8;
ax.GridLineStyle='-.';
ax.FontName='Cambria';
ax.FontSize=12;
ax.GridAlpha=.03;
end

1 二维特殊填充

二维填充所用到的数据是由以下函数生成的：

function [X,Y1,Y2,Y3]=demoData()
X0=1:40;
Y01=[0,1,3,2,4,5,7,6,21,15,...
    19,23,27,14,10,5,4,7,...
    5,8,3,9,11,22,29,31,...
    34,27,40,52,33,20,19,...
    16,14,60,55,54,66,70];
Y02=[35,34,38,32,26,17,25,8,15,2,...
    7,9,17,14,10,15,24,17,...
    25,28,33,49,31,42,29,31,...
    34,27,40,52,33,20,19,...
    26,24,10,15,14,6,0];

X=linspace(1,40,500);
Y1=interp1(X0,Y01,X,'cubic');
Y2=interp1(X0,Y02,X,'cubic');
Y3=X+3;
end

三条折线大概长这样：

我们需要数据点尽可能的密集，因此可以适当插插值。

1.1 悬挂填充折线图

这个很简单就是两次fill即可：

% 悬挂填充折线图

% 获取数据
[X,Y1,Y2,Y3]=demoData();

hold on
% Uy：上面的辅助线y值，Ly：下面的辅助线y值
Uy=40;Ly=20;
yline(Uy,'LineWidth',.8,'LineStyle','--')
yline(Ly,'LineWidth',.8,'LineStyle','--')

% 填充颜色
UY=Y1;UY(UY<Uy)=Uy;
fill([X(1),X,X(end)],[Uy,UY,Uy],[255,153,154]./255,'EdgeColor','none','FaceAlpha',.9)
LY=Y1;LY(LY>Ly)=Ly;
fill([X(1),X,X(end)],[Ly,LY,Ly],[153,153,253]./255,'EdgeColor','none','FaceAlpha',.9)

% 绘制折线图
plot(X,Y1,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])

% 坐标区域修饰
defualtAxes()

1.2 双关系填充

就是看两条折线关系，根据大小关系赋予不同颜色：

% 双关系填充

% 获取数据
[X,Y1,Y2,Y3]=demoData();

hold on
% 获取Y轴数据范围
YY=[Y1,Y3];
YLim=[min(YY),max(YY)];

% 构造并绘制网格
[XMesh,YMesh]=meshgrid(X,linspace(YLim(1),YLim(2),1000));
YMeshA=repmat(Y1,[1000,1]);
YMeshB=repmat(Y3,[1000,1]);
CMesh=nan.*XMesh;
CMesh(YMesh>=YMeshB&YMesh<=YMeshA)=1;
CMesh(YMesh>=YMeshA&YMesh<=YMeshB)=2;
surf(XMesh,YMesh,XMesh.*0,'EdgeColor','none','CData',CMesh,'FaceColor','flat','FaceAlpha',.8)

% 设置配色
ColorList=[255,153,154;153,153,253]./255;
colormap(ColorList)

% 绘制折线图
plot(X,Y1,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])
plot(X,Y3,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])

% 坐标区域修饰
defualtAxes()

1.3 双关系渐变填充

根据俩折线差值大小和正负填充不同颜色，这里使用了含nan的surf函数绘制填充形状：

% 双关系渐变填充

% 获取数据
[X,Y1,Y2,Y3]=demoData();

hold on
% 获取Y轴数据范围
YY=[Y1,Y3];
YLim=[min(YY),max(YY)];

% 构造并绘制网格
[XMesh,YMesh]=meshgrid(X,linspace(YLim(1),YLim(2),1000));
YMeshA=repmat(Y1,[1000,1]);
YMeshB=repmat(Y3,[1000,1]);
CMesh=nan.*XMesh;
YMeshD=YMeshA-YMeshB;
CMesh(YMesh>=YMeshB&YMesh<=YMeshA)=YMeshD(YMesh>=YMeshB&YMesh<=YMeshA);
CMesh(YMesh>=YMeshA&YMesh<=YMeshB)=YMeshD(YMesh>=YMeshA&YMesh<=YMeshB);
surf(XMesh,YMesh,XMesh.*0,'EdgeColor','none','CData',CMesh,'FaceColor','flat','FaceAlpha',.8)

% 设置配色
colormap(turbo(32))
% colormap(slanCM(100,32))
colorbar

% 绘制折线图
plot(X,Y1,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])
plot(X,Y3,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])

% 坐标区域修饰
defualtAxes()

想要更丰富配色可以使用slanCM工具：https://slandarer.blog.csdn.net/article/details/127719784

1.4 单变量渐变填充

这个就简单很多，就是和自己的最小值作比较。

% 单变量渐变填充

% 获取数据
[X,Y1,Y2,Y3]=demoData();

hold on
% 获取Y轴数据范围
YY=Y1;
YLim=[min(YY),max(YY)];

% 构造并绘制网格
[XMesh,YMesh]=meshgrid(X,linspace(YLim(1),YLim(2),1000));
YMeshA=repmat(YY,[1000,1]);
CMesh=nan.*XMesh;
YMeshD=YMeshA-YLim(1);
CMesh(YMesh>=YLim(1)&YMesh<=YMeshA)=YMeshD(YMesh>=YLim(1)&YMesh<=YMeshA);
surf(XMesh,YMesh,XMesh.*0,'EdgeColor','none','CData',CMesh,'FaceColor','flat','FaceAlpha',.8)

% 设置配色
colormap(turbo(32))
colormap(slanCM(136,32))
colorbar

% 绘制折线图
plot(X,YY,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])

% 坐标区域修饰
defualtAxes()

1.5 单变量横向渐变填充

横向条纹填充，和旁边colorbar完全对的上：

% 单变量横向渐变填充

% 获取数据
[X,Y1,Y2,Y3]=demoData();

hold on
% 获取Y轴数据范围
YY=Y1;
YLim=[min(YY),max(YY)];

% 构造并绘制网格
[XMesh,YMesh]=meshgrid(X,linspace(YLim(1),YLim(2),1000));
YMeshA=repmat(YY,[1000,1]);
CMesh=nan.*XMesh;
CMesh(YMesh>=YLim(1)&YMesh<=YMeshA)=YMesh(YMesh>=YLim(1)&YMesh<=YMeshA);
surf(XMesh,YMesh,XMesh.*0,'EdgeColor','none','CData',CMesh,'FaceColor','flat','FaceAlpha',.8)

% 设置配色
colormap(turbo(32))
colormap(slanCM(141,32))
colorbar

% 绘制折线图
plot(X,YY,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])

% 坐标区域修饰
defualtAxes()

1.6 区域填充

% 区域填充

% 获取数据
[X,Y1,Y2,Y3]=demoData();

hold on
% 设置填充区域范围
UXLim=[20,30];
xline(UXLim(1),'LineWidth',.8,'LineStyle','--')
xline(UXLim(2),'LineWidth',.8,'LineStyle','--')

% 填充颜色
YY=Y1;
UY=YY(X<=UXLim(2)&X>=UXLim(1));
UX=X(X<=UXLim(2)&X>=UXLim(1));
fill([UXLim(1),UX,UXLim(end)],[min(YY),UY,min(YY)],[255,153,154]./255,'EdgeColor','none','FaceAlpha',.9)

% 绘制折线图
plot(X,Y1,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])

% 坐标区域修饰
defualtAxes()

1.7 分段x轴区域填充

就多分几段多填几种颜色：

% 分段X轴区域填充


% 获取数据
[X,Y1,Y2,Y3]=demoData();

hold on
% 设置间断点和颜色
pwPnt=[10,20,30];
ColorList=[0.8275    0.7294    0.4078
    0.8353    0.4118    0.3647
    0.3647    0.5490    0.6588
    0.3961    0.6431    0.4745];
colormap(ColorList)
% 获取Y轴数据范围
YY=Y1;
YLim=[min(YY),max(YY)];
% 构造并绘制网格
[XMesh,YMesh]=meshgrid(X,linspace(YLim(1),YLim(2),1000));
YMeshA=repmat(YY,[1000,1]);
CMesh=nan.*XMesh;
pwPnt=[min(X),pwPnt,max(X)];
for i=1:length(pwPnt)-1
    CMesh(YMesh<=YMeshA&XMesh>=pwPnt(i)&XMesh<=pwPnt(i+1))=i;
end
surf(XMesh,YMesh,XMesh.*0,'EdgeColor','none','CData',CMesh,'FaceColor','flat','FaceAlpha',.7)
% 绘制分界线
for i=1:length(pwPnt)
    plot(pwPnt([i,i]),[min(YY),interp1(X,YY,pwPnt(i),'linear')],'Color',[0,0,0],'LineWidth',1);
end

% 绘制折线图
plot(X,Y1,'LineWidth',1,'Color',[0,0,0])

% 坐标区域修饰
defualtAxes()

2 三维特殊填充

三维填充所用到的数据是由以下函数生成的：

function [X,Y]=demoDataN()
X1=normrnd(2,2,1,50);
X2=[normrnd(4,4,1,50),normrnd(5,2,1,50)];
X3=[normrnd(6,2,1,50),normrnd(8,4,1,50)];
X4=[normrnd(12,1,1,50),normrnd(12,4,1,50)];
X5=[normrnd(10,2,1,50),normrnd(10,4,1,50)];
X6=[normrnd(7,2,1,50),normrnd(7,4,1,50)];
X7=[normrnd(4,2,1,50),normrnd(4,4,1,50)];
Data={
    
    X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7};
Y=zeros(7,500);
for i=1:length(Data)
    tX=Data{
    
    i};tX=tX(:)';
    [F,Xi]=ksdensity(tX,linspace(-5,10,500));
    Y(i,:)=F;
end
X=Xi;
end

X是1xn向量，Y是7xn向量:

2.1 3D单色填充折线

fill3函数简简单单。

% 3D填充折线

% 获取数据
[X,Y]=demoDataN();

% 设置颜色
colorList=[0.2549    0.2784    0.4196
    0.4039    0.3294    0.4706
    0.6196    0.3882    0.4549
    0.7765    0.4824    0.4353
    0.8706    0.6078    0.4431
    0.9373    0.7373    0.5098
    0.9843    0.8745    0.6353];

hold on
% 绘制填充
for i=1:size(Y,1)
    fill3([X(1),X,X(end)],[i,X.*0+i,i],[min(Y(i,:)),Y(i,:),min(Y(i,:))],...
        colorList(i,:),'FaceAlpha',.7,'EdgeColor','none')
end

% 绘制折线图
for i=1:size(Y,1)
    plot3(X,X.*0+i,Y(i,:),'LineWidth',1,'Color',colorList(i,:))
end

% 坐标区域修饰
defualtAxes();
set(gca,'Projection','perspective','GridAlpha',.05)
view(39,45)

2.2 3D高度渐变填充折线

就把surf函数转一下然后绘制多次即可：

% 3D高度渐变填充折线

% 获取数据
[X,Y]=demoDataN();

YLim=[min(min(Y)),max(max(Y))];
% 构造并绘制网格
[XMesh,YMesh]=meshgrid(X,linspace(YLim(1),YLim(2),1000));
hold on
for i=1:size(Y,1)
    YMeshA=repmat(Y(i,:),[1000,1]);
    CMesh=nan.*XMesh;
    YMeshD=YMeshA-YLim(1);
    CMesh(YMesh>=YLim(1)&YMesh<=YMeshA)=YMeshD(YMesh>=YLim(1)&YMesh<=YMeshA);
    surf(XMesh,XMesh.*0+i,YMesh,'EdgeColor','none','CData',CMesh,'FaceColor','flat','FaceAlpha',.8)
end

% 绘制折线图
for i=1:size(Y,1)
    plot3(X,X.*0+i,Y(i,:),'LineWidth',1,'Color',[0,0,0,.8])
end

% 设置配色
colorList=turbo(64);
% colorList=slanCM(110,64);
colormap(colorList)
colorbar

% 坐标区域修饰
defualtAxes();
set(gca,'Projection','perspective','GridAlpha',.05)
view(16,36)

3 其他填充

3.1 单色渐变填充

写了个工具函数：

function areah(varargin)
% @author : slandarer
if isa(varargin{
    
    1},'matlab.graphics.axis.Axes')
    ax=varargin{
    
    1};varargin(1)=[];
else
    ax=gca;
end
hold on
X=varargin{
    
    1};Y=varargin{
    
    2};
XList=linspace(min(X(:)),max(X(:)),1000);
YList=linspace(min(Y(:)),max(Y(:)),1000);
[~,YMesh]=meshgrid(XList,YList);
YY=interp1(X(:),Y(:),XList);

coe.Color=lines(ax.ColorOrderIndex);
coe.LineWidth=2;
for i=3:2:length(varargin)
    coe.(varargin{
    
    i})=varargin{
    
    i+1};
end
CMesh=zeros(1000,1000,3);
CMesh(:,:,1)=ones(1000,1000).*coe.Color(1);
CMesh(:,:,2)=ones(1000,1000).*coe.Color(2);
CMesh(:,:,3)=ones(1000,1000).*coe.Color(3);
AMesh=linspace(0,.5,1000)'.*ones(1,1000);
AMesh(YMesh>YY)=0;

image(ax,[min(X(:)),max(X(:))],[min(Y(:)),max(Y(:))],CMesh,'AlphaData',AMesh)
plot(ax,X(:),Y(:),'Color',coe.Color,'LineWidth',coe.LineWidth)
ax.ColorOrderIndex=ax.ColorOrderIndex+1;
end

和area函数使用方法几乎一模一样，给出一组使用效果：

% areahDemo
% 生成数据
x=linspace(-8,12,100);
y1=normpdf(x,4,6);
y2=normpdf(x,0,1).*0.5+normpdf(x,4,2).*0.5;
y3=normpdf(x,-3,2);
y4=normpdf(x,-2,2)+normpdf(x,-3,2);
y5=normpdf(x,4,6)+normpdf(x,-3,2);

% 简单修饰坐标区域1
ax1=axes(gcf,'Position',[0.1,0.54,0.44,0.44]);hold on
ax1.XLim=[-8,12];
ax1.YLim=[-.1,.5];
ax1.YTick=0:.1:.4;
ax1.XTickLabel='';
ax1.Box='on';
ax1.LineWidth=.8;
ax1.FontName='Cambria';
ax1.YLabel.String='YYYYY1';
% 绘制渐变面积图
areah(x,y2,'Color',[150,60,59]./255,'LineWidth',1);
areah(x,y4,'Color',[74,156,167]./255,'LineWidth',1);
text(-7,.45,'(a)','FontSize',12,'FontName','Cambria')
text(0,.4,{
    
    'made by MATLAB';'follow slandarer'},'FontSize',12,'FontName','Cambria')

% 简单修饰坐标区域2
ax2=axes(gcf,'Position',[0.54,0.54,0.44,0.44]);hold on
ax2.XLim=[-8,12];
ax2.YLim=[-.1,.5];
ax2.XTickLabel='';
ax2.YTickLabel='';
ax2.Box='on';
ax2.LineWidth=.8;
ax2.FontName='Cambria';
% 绘制渐变面积图
areah(x,y2,'Color',[132,158,119]./255,'LineWidth',1);
areah(x,y4,'Color',[150,60,59]./255,'LineWidth',1);
areah(x,y5,'Color',[242,199,60]./255,'LineWidth',1);
text(-7,.45,'(b)','FontSize',12,'FontName','Cambria')

% 简单修饰坐标区域3
ax3=axes(gcf,'Position',[0.1,0.1,0.44,0.44]);hold on
ax3.XLim=[-8,12];
ax3.YLim=[-.05,.3];
ax3.Box='on';
ax3.LineWidth=.8;
ax3.FontName='Cambria';
ax3.XLabel.String='XXXXX1';
ax3.YLabel.String='YYYYY2';
% 绘制渐变面积图
areah(x,y1,'Color',[150,60,59]./255,'LineWidth',1);
areah(x,y2,'Color',[74,156,167]./255,'LineWidth',1);
areah(x,y3,'Color',[132,158,119]./255,'LineWidth',1);
text(-7,.25,'(c)','FontSize',12,'FontName','Cambria')
annotation('textarrow',[.35,.3],[.4,.35],'String','noting to write','FontSize',12,'FontName','Cambria')

% 简单修饰坐标区域4
ax4=axes(gcf,'Position',[0.54,0.1,0.44,0.44]);hold on
ax4.XLim=[-8,12];
ax4.YLim=[-.05,.3];
ax4.YTickLabel='';
ax4.Box='on';
ax4.LineWidth=.8;
ax4.FontName='Cambria';
ax4.XLabel.String='XXXXX2';
% 绘制渐变面积图
areah(x,y2,'Color',[132,158,119]./255,'LineWidth',1);
areah(x,y5,'Color',[242,199,60]./255,'LineWidth',1);
text(-7,.25,'(d)','FontSize',12,'FontName','Cambria')

3.2 一个area函数使用实例

官网上其实咋用已经写的很清楚了(详见官网https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/area.html)，这里给个画的比较好看的Pi可视化的案例：

% 获取pi前500位小数
Pi=getPi(500); 
% 计算比例变化
Ratio=cumsum(Pi==(0:9)',2);
Ratio=Ratio./sum(Ratio);
% 配色列表
CM=[231,98,84;239,138,71;247,170,88;255,208,111;255,230,183;
    170,220,224;114,188,213;82,143,173;55,103,149;30,70,110]./255;
% 绘制堆叠面积图
hold on
areaHdl=area(Ratio');
for i=1:10
    areaHdl(i).FaceColor=CM(i,:);
    areaHdl(i).FaceAlpha=.9;
end
% 图窗和坐标区域修饰
set(gcf,'Position',[200,100,720,420]);
ax=gca;
ax.YLim=[0,1];
ax.XMinorTick='on';
ax.YMinorTick='on';
ax.LineWidth=.8;
ax.FontName='Cambria';
ax.FontSize=11;
ax.TickDir='out';
ax.XLabel.String='Decimals';
ax.YLabel.String='Proportion';
ax.XLabel.FontSize=13;
ax.YLabel.FontSize=13;
ax.Title.String='Area Chart of Proportion — 500 digits';
ax.Title.FontSize=14;
% 绘制图例并修饰
lgdHdl=legend(num2cell('0123456789'));
lgdHdl.NumColumns=5;
lgdHdl.FontSize=11;
lgdHdl.Location='southeast';

function Pi=getPi(n)
if nargin<1,n=3;end
Pi=char(vpa(sym(pi),n+10));
Pi=abs(Pi)-48;
Pi=Pi(3:n+2);
end

完

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转载自blog.csdn.net/slandarer/article/details/130172840
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