MATLAB 을 사용하여 알고리즘을 개발하고 분석하면서 MATLAB 의 다양한 그래프 기능을 사용하실 것이라고 생각합니다. 10 년도 전에 MATLAB 을 학부 시절에 접하고, MATLAB 의 그래프 기능들이 정말 유용하다는 생각을 했던 기억이 있습니다.

오늘은 MATLAB 을 사용하여 그래프의 영역을 나타내는 방법에 대해서 조금 소개를 하려 합니다.

예를 들어 아래 두 그래프로 둘러싸인 영역을 표시하고 싶을 때 MATLAB으로 어떻게 표현해야 되는지에 대해서 소개를 하려 합니다.

y = x+3

y = 2*x-6

위 두개의 그래프로 둘러싸인 영역을 표시하는 간단한 코드는 아래와 같습니다. 아래 코드에서 설명할 부분은 x_, y_ 를 설정하는 부분과 fill() 이라는 함수에 대한 부분이 될 거 같은데~ fill 함수는 이름에서도 알 수 있듯이 다각형 내부의 색을 채워주는 함수입니다. fill 함수가 다각형의 좌표값을 필요로 하다 보니 x_, y_ 값을 아래와 같이 표현해서 닫힌 형태의 다각형으로 만들어 준 것이고 마지막 인자인 ‘r’ 은 red 즉 빨간색으로 표시하라는 뜻입니다.

x=linspace(-10,30,1001);

y1 = x+3;

y2 = 2*x-6;

x_=[x fliplr(x)];

y_= [y1 fliplr(y2)];

figure

fill(x_, y_, 'r')

grid on

그래프는 아래와 같이 표현됩니다.

fill 함수와 유사한 함수로 patch 함수가 있고~ patch 함수는 하나 이상의 채워진 다각형을 만들어 주는 함수입니다. 다각형 한개를 그릴때는 사실 동일하다고 볼 수도 있을 것 같네요. 위 코드에서 fill 을 patch 로 바꿔도 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

fill, patch 함수가 다각형 내부의 색을 채워주는 함수이다 보니 x_, y_ 와 같은 변수들을 만들어서 사용했는데~ 조금 더 쉽게 영역을 표시하는 함수로 area 함수를 사용할 수가 있습니다. 아래 메뉴얼에도 나와 있지만 2차원 그래프에서 그래프 선과 basevalue 로 둘러싸인 부분의 영역을 표시해주는 함수입니다. basevalue 의 디폴트 값은 0 입니다.

https://kr.mathworks.com/help/matlab/ref/area.html?searchHighlight=area&s_tid=doc_srchtitle

area 함수를 사용한 코드는 아래와 같습니다.

x=linspace(-10,30,1001);

y1 = x+3;

y2 = 2*x-6;

x=x(:);

y=[y1(:) y2(:)];

figure

h = area(x, y);

grid on

코드를 표현하는 것은 조금 더 쉬운 듯한데…. 그래프를 확인해 보면 의도와는 뭔가 조금 다른 것 같습니다. 즉 원하지 않는 파란색 영역도 나타낸 것을 확인할 수 있습니다.

파란색 영역을 없애기 위해서 조금 더 코드를 추가해야 될 것입니다. 파란색 영역을 투명하게 만들기 위해서 해당 부분의 색깔을 흰색으로 만들어 준 후에~ alpha 함수를 사용하여 투명도를 조절해 줬습니다~

h(2).FaceColor = [1 0 0];

h(1).FaceColor = [1 1 1];

alpha(h(1),0.1)

이렇게 해서 나타나는 그래프를 보면~ 아래와 같이 원하는 영역만 표시된 그래프를 얻을 수가 있습니다~



요즘은 굉장히 다양한 오픈소스 프로그램들이 있습니다. 


수치 분석에 주로 MATLAB 을 사용하곤 했지만 요즘은 MATLAB 을 꼭 써야 하는 것들이 아니라면 Python 을 주로 사용하고 있습니다.


회사에서는 차량용 MBD(Model Based Development) 개발을 위해 Simulink 환경에서 Stateflow 툴박스를 주로 활용하는데


모델링의 일부는 Stateflow API 를 사용하여 MATLAB 스크립트를 통해 자동으로 모델을 구성하는 작업을 하곤 합니다.


모델링 구성후에는 당연히 simulation 을 수행하고 simulation 을 마치면 Embedded Coder 를 사용하여 MATLAB 알고리즘/Simulink 모델에 대해 C 코드 생성후 타겟 보드에서 테스트를 진행 합니다.


위와 같은 작업들은 MATLAB/simulink 를 꼭 써야 하는 작업이므로 사용을 하지만, 제어기 로직 설계 하는 것 이외의 다른 분야들에서는 주로 Python 을 사용하고 있습니다.


Python과 같은 프로그램들은 오픈소스 프로그램이라 누구나 사용할 수 있으니 협업시에도 편한것 같네요.


Python 에서도 MATLAB 과 같이 예쁜 그래프들을 표현 할 수 있는데 matplotlib 모듈을 사용하시면 됩니다.


matplotlib 모듈의 홈페이지는 아래와 같습니다. 


https://matplotlib.org/gallery/index.html


위 주소에 들어가 보시면 다양한 그래프 예제들이 있습니다.


하니씩 실행해 보시는것도 재미 있을 겁니다. MATLAB 에 익숙하신 분들은 코드를 이해하는것도 조금더 편할 것 같네요.


matplotlib 는 Anaconda 를 설치하면 기본적으로 설치가 됩니다. 예전에 아래 포스팅에서는 각 모듈들을 하나하나 찾아가며 설치 했었는데


http://iamaman.tistory.com/377


그냥 간편하게 Anaconda 를 설치해서 사용하시는게 정신건강에 이롭더군요.


저도 그래프 하나 그려 봤는데~~ 다음과 같이 코딩을 하면 그래프를 쉽게 그릴수 있습니다.


MATLAB 에서 그래프 그리는것과 유사하죠~ savefig() 함수를 사용하면 아래와 같이 그림으로 저장도 할 수 있습니다. 

matplotlib 의 메뉴얼은 아래 주소에서 확인 할 수 있습니다. 


https://matplotlib.org/tutorials/index.html


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