通过 pgf 后端使用 XeLaTeX/LuaLaTeX 进行文本渲染

使用 pgf 后端,Matplotlib 可以将图形导出为 pgf 绘图命令,这些命令可以使用 pdflatex,xelatex 或 lualatex 进行处理.XeLaTeX 和 LuaLaTeX 具有完整的 Unicode 支持,并且可以使用安装在操作系统中的任何字体,从而利用 OpenType,AAT 和 Graphite 的高级排版功能.由 plt.savefig('figure.pgf') 创建的 Pgf 图片可以作为原始命令嵌入到 LaTeX 文档中.还可以通过切换后端,使用 plt.savefig('figure.pdf') 将图形直接编译并保存为 PDF

matplotlib.use('pgf')

或者通过显式请求使用 pgf 后端

plt.savefig('figure.pdf', backend='pgf')

或者通过注册它来处理 pdf 输出

from matplotlib.backends.backend_pgf import FigureCanvasPgf
matplotlib.backend_bases.register_backend('pdf', FigureCanvasPgf)

最后一种方法允许您继续使用常规的交互式后端,并从图形用户界面保存 xelatex,lualatex 或 pdflatex 编译的 PDF 文件.请注意,在这种情况下,交互式显示仍然会使用标准的交互式后端(例如,QtAgg),特别是会使用 latex 来编译相关的文本片段.

Matplotlib 的 pgf 支持需要最新的 LaTeX 安装,其中包含 TikZ/PGF 包(例如 TeXLive),最好安装 XeLaTeX 或 LuaLaTeX.如果您的系统上存在 pdftocairo 或 ghostscript,则可以选择将图形保存为 PNG 图像.所有应用程序的可执行文件必须位于您的 PATH 中.

控制 pgf 后端行为的 rcParams :

参数	文档
pgf.preamble	要包含在 LaTeX preamble 中的行
pgf.rcfonts	使用 fontspec 包从 rc params 设置字体
pgf.texsystem	可以是 "xelatex" (默认), "lualatex" 或 "pdflatex"

备注

TeX 定义了一组特殊字符,例如:

# $ % & ~ _ ^ \ { }

通常,这些字符必须正确转义. 为方便起见,一些字符(_,^,%)在数学环境之外会自动转义.其他字符不会被转义,因为它们通常在实际的 TeX 表达式中需要.但是,可以通过自定义 preamble 将 TeX 配置为将它们视为"普通"字符(TeX 中称为"catcode 12"),例如:

plt.rcParams["pgf.preamble"] = (
    r"\AtBeginDocument{\catcode`\&=12\catcode`\#=12}")

多页 PDF 文件

pgf 后端也支持使用 PdfPages 创建多页 pdf 文件

from matplotlib.backends.backend_pgf import PdfPages
import matplotlib.pyplot as plt

with PdfPages('multipage.pdf', metadata={'author': 'Me'}) as pdf:

    fig1, ax1 = plt.subplots()
    ax1.plot([1, 5, 3])
    pdf.savefig(fig1)

    fig2, ax2 = plt.subplots()
    ax2.plot([1, 5, 3])
    pdf.savefig(fig2)

字体规范

用于获取文本元素大小或将图形编译为 PDF 的字体通常在 rcParams 中定义.您也可以通过清除 rcParams["font.serif"] (default: ['DejaVu Serif', 'Bitstream Vera Serif', 'Computer Modern Roman', 'New Century Schoolbook', 'Century Schoolbook L', 'Utopia', 'ITC Bookman', 'Bookman', 'Nimbus Roman No9 L', 'Times New Roman', 'Times', 'Palatino', 'Charter', 'serif']) , rcParams["font.sans-serif"] (default: ['DejaVu Sans', 'Bitstream Vera Sans', 'Computer Modern Sans Serif', 'Lucida Grande', 'Verdana', 'Geneva', 'Lucid', 'Arial', 'Helvetica', 'Avant Garde', 'sans-serif']) 或 rcParams["font.monospace"] (default: ['DejaVu Sans Mono', 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Computer Modern Typewriter', 'Andale Mono', 'Nimbus Mono L', 'Courier New', 'Courier', 'Fixed', 'Terminal', 'monospace']) 的列表来使用 LaTeX 默认的 Computer Modern 字体.请注意,这些字体的字形覆盖范围非常有限.如果您想保留 Computer Modern 字体外观,但需要扩展的 Unicode 支持,请考虑安装 Computer Modern Unicode 字体 CMU Serif,CMU Sans Serif 等.

当保存为 .pgf 时,Matplotlib 用于图形布局的字体配置包含在文本文件的头部.

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams.update({
    "font.family": "serif",
    # Use LaTeX default serif font.
    "font.serif": [],
    # Use specific cursive fonts.
    "font.cursive": ["Comic Neue", "Comic Sans MS"],
})

fig, ax = plt.subplots(figsize=(4.5, 2.5))

ax.plot(range(5))

ax.text(0.5, 3., "serif")
ax.text(0.5, 2., "monospace", family="monospace")
ax.text(2.5, 2., "sans-serif", family="DejaVu Sans")  # Use specific sans font.
ax.text(2.5, 1., "comic", family="cursive")
ax.set_xlabel("µ is not $\\mu$")

自定义序言

通过将您自己的命令添加到序言中,可以实现完全的自定义.如果您想使用 unicode-math 等配置数学字体,或加载其他软件包,请使用 rcParams["pgf.preamble"] (default: '') .此外,如果您想自己进行字体配置,而不是使用 rc 参数中指定的字体,请确保禁用 rcParams["pgf.rcfonts"] (default: True) .

import matplotlib as mpl

mpl.use("pgf")
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams.update({
    "font.family": "serif",  # use serif/main font for text elements
    "text.usetex": True,     # use inline math for ticks
    "pgf.rcfonts": False,    # don't setup fonts from rc parameters
    "pgf.preamble": "\n".join([
         r"\usepackage{url}",            # load additional packages
         r"\usepackage{unicode-math}",   # unicode math setup
         r"\setmainfont{DejaVu Serif}",  # serif font via preamble
    ])
})

fig, ax = plt.subplots(figsize=(4.5, 2.5))

ax.plot(range(5))

ax.set_xlabel("unicode text: я, ψ, €, ü")
ax.set_ylabel(r"\url{https://matplotlib.org}")
ax.legend(["unicode math: $λ=∑_i^∞ μ_i^2$"])

选择 TeX 系统

Matplotlib 使用的 TeX 系统由 rcParams["pgf.texsystem"] (default: 'xelatex') 选择.可能的值为 'xelatex' (默认), 'lualatex' 和 'pdflatex' .请注意,当选择 pdflatex 时,必须在序言中配置字体和 Unicode 处理.

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams.update({
    "pgf.texsystem": "pdflatex",
    "pgf.preamble": "\n".join([
         r"\usepackage[utf8x]{inputenc}",
         r"\usepackage[T1]{fontenc}",
         r"\usepackage{cmbright}",
    ]),
})

fig, ax = plt.subplots(figsize=(4.5, 2.5))

ax.plot(range(5))

ax.text(0.5, 3., "serif", family="serif")
ax.text(0.5, 2., "monospace", family="monospace")
ax.text(2.5, 2., "sans-serif", family="sans-serif")
ax.set_xlabel(r"µ is not $\mu$")

疑难解答

• 在 Windows 上,可能需要修改 PATH 环境变量,以包含包含 latex,dvipng 和 ghostscript 可执行文件的目录.有关详细信息,请参见 环境变量 和 在 Windows 中设置环境变量 .

• 有时,保存为 png 图像的图形中的字体渲染非常糟糕.当 pdftocairo 工具不可用且 ghostscript 用于 pdf 到 png 的转换时,会发生这种情况.

• 确保您尝试执行的操作在 LaTeX 文档中是可行的,您的 LaTeX 语法是有效的,并且如果需要,您正在使用原始字符串以避免意外的转义序列.

• rcParams["pgf.preamble"] (default: '') 提供了很大的灵活性,也提供了很多导致问题的方法.遇到问题时,请尝试最小化或禁用自定义序言.

• 配置 unicode-math 环境可能有点棘手.例如,TeXLive 发行版提供了一组通常未在系统范围内安装的数学字体.与 LuaLaTeX 不同,XeLaTeX 无法通过其名称找到这些字体,这就是为什么您可能必须指定 \setmathfont{xits-math.otf} 而不是 \setmathfont{XITS Math} ,或者使字体可用于您的操作系统.有关更多详细信息,请参见此 tex.stackexchange.com question .

• 如果 Matplotlib 使用的字体配置与 LaTeX 文档中的字体设置不同,则导入图形中文本元素的对齐方式可能会出错.如果您不确定 Matplotlib 用于布局的字体,请检查 .pgf 文件的头部.

• 如果图中有很多对象,向量图像以及 .pgf 文件可能会变得臃肿.图像处理或非常大的散点图可能会发生这种情况.在极端情况下,这可能会导致 TeX 耗尽内存:"TeX 容量超出,抱歉".您可以配置 latex 以增加生成 .pdf 图像可用的内存量,如 tex.stackexchange.com 上所述.另一种方法是使用 rasterized=True 关键字或按照 this example 使用 .set_rasterized(True) "栅格化"引起问题的图形部分.

• 只有加载相应的字体包时,才会编译和呈现各种数学字体.具体来说,在希腊字母上使用 \mathbf{} 时,默认的计算机现代字体可能不包含它们,在这种情况下,字母不会被渲染.在这种情况下,应该加载 lmodern 包.

• 如果您仍然需要帮助,请参阅 获取帮助