MATLAB中如何在同一个图形窗口显示多个波形？

Question

在MATLAB中如何实现多个波形在同一图形窗口的叠加显示？很多初学者会遇到波形被覆盖或图形属性冲突的问题。关键在于使用`hold on`命令。例如，绘制正弦和余弦波形时，先用`plot(x,sin(x))`绘制第一条曲线，接着输入`hold on`以保留当前图形，再用`plot(x,cos(x))`添加第二条曲线。需要注意的是，最后要用`hold off`关闭保持状态，避免影响后续绘图。此外，如何设置不同曲线的颜色、线型和图例也是常见疑问。通过参数如`'r--'`（红色虚线）自定义样式，并用`legend('Sine','Cosine')`添加图例，可使多波形图更清晰易懂。这种技术广泛应用于信号处理和数据分析中。

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1. MATLAB中多波形叠加显示的基础概念

在MATLAB中，绘制多个波形时，初学者经常会遇到波形被覆盖的问题。这是因为默认情况下，每次调用plot函数会清除之前的图形内容。为了解决这个问题，MATLAB提供了hold on命令。

• hold on：保留当前图形窗口的内容，允许在同一窗口中添加新曲线。
• hold off：关闭保持状态，恢复默认行为。

例如，绘制正弦和余弦波形：

x = linspace(0, 2*pi, 100);
plot(x, sin(x));
hold on;
plot(x, cos(x));
hold off;

2. 曲线样式与图例的自定义

为了使多波形图更清晰易懂，可以设置不同曲线的颜色、线型和标记，并添加图例。以下是一些常用的参数：

参数	描述	示例
颜色	指定曲线颜色，如'r'（红色）、'b'（蓝色）等。	'r'
线型	指定线条样式，如'-'（实线）、'--'（虚线）等。	'--'
标记	指定数据点标记，如'o'（圆圈）、'*'（星号）等。	'o'

代码示例：

plot(x, sin(x), 'r--', 'LineWidth', 1.5);
plot(x, cos(x), 'b:', 'Marker', 'o', 'MarkerSize', 4);
legend('Sine', 'Cosine');

3. 高级应用：信号处理中的多波形叠加

在信号处理领域，多波形叠加显示技术非常常见。例如，分析一个复杂信号由哪些基础频率组成时，可以通过叠加正弦波来重建原始信号。以下是具体步骤：

1. 定义时间轴和基础频率。
2. 计算每个频率对应的正弦波。
3. 使用hold on将所有波形叠加到同一窗口。
4. 通过图例区分不同频率的波形。

流程图如下：

graph TD;
    A[定义时间轴] --> B[生成基础正弦波];
    B --> C[使用 hold on 叠加波形];
    C --> D[添加图例];
    D --> E[完成信号重建];

4. 常见问题与解决方案

在实际操作中，可能会遇到一些问题，例如：

• 波形颜色重复导致区分困难：可以通过增加颜色种类或使用线型区分。
• 图例位置不合适：使用legend('Location', 'northwest')调整图例位置。
• 图形属性冲突：确保每次绘图前调用hold off以避免影响后续绘图。

完整代码示例：

x = linspace(0, 2*pi, 100);
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);
plot(x, y1, 'r--', 'LineWidth', 1.5);
hold on;
plot(x, y2, 'b:', 'Marker', 'o', 'MarkerSize', 4);
legend('Sine', 'Cosine', 'Location', 'northwest');
hold off;