Matplotlib 如何输出各种字体

matplotlib 默认输出的是无衬线字体，因此，修改无衬线字体的配置即可正确输出中文：

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams["font.sans-serif"] = ["STSong"]

一般来说， matplotlib 会将字体的配置保存在 ~/.matplotlib/fontlist.json 里，比如随便找一个 entry 是这样结构的：

{
      "fname": "fonts/afm/phvro8an.afm",
      "name": "Helvetica", 
      "style": "italic",
      "variant": "normal",
      "weight": "medium",
      "stretch": "condensed",
      "size": "scalable",
      "__class__": "FontEntry"
}

name 就表示字体的名称，fname 是该字体的目录，可以在该 json 文件里添加新字体。

在 matplotlib 中，plt.title、plt.xlabel、plt.ylabel、plt.text 和 plt.legend 这几个函数是涉及添加文字内容的。

修改字体类型或大小的方式，plt.title、plt.xlabel、plt.ylabel、plt.text 相同，使用 fontdict 参数；plt.legend 可以使用

fontdict 是一个字典，见：https://www.tutorialexample.com/understand-matplotlib-fontdict-a-beginner-guide-matplotlib-tutorial/

Key	Value
family	such as serif, fantasy, Tahoma, monospace,’Times New Roman’ et al. You should notice: you can set font-family or font in this key.
color	darkred, red, black
weight	‘light’, ‘normal’, ‘medium’, ‘semibold’, ‘bold’, ‘heavy’, ‘black’
size	10, 12, ....
style	‘normal’, ‘italic’, ‘oblique’

此外，还可以用其它关键词参数，如 fontsize、fontfamily、fontstyle 来修改字体相关参数。

例：

plt.plot([1, 2, 3, 4])
plt.title("中文字体")
plt.xlabel("English Italic", 
           fontdict={"family": "Times New Roman", "style": "italic"})
plt.ylabel("English Regular", 
           fontdict={"family": "Times New Roman", "style": "normal"})
plt.text(x=0.1, y=1.9, s="Random Text", 
         fontsize=16, fontstyle="italic", fontfamily="Times New Roman")
plt.text(x=1.9, y=2.5, s="\it{Tex Text} $a^2 + b^2$", usetex=True, fontsize=14)
plt.legend(["$\Gamma, \mathit{\Gamma}$ 中文"])

结果如图：

plt.legend 只提供了 prop 参数接受一个 matplotlib.font_manager.FontProperties 来指定字体，或者是一个类似的字典。

import matplotlib.font_manager.FontProperties as FontProperties

FontProperties(family=None, 
               style=None, 
               variant=None, 
               weight=None, 
               stretch=None, 
               size=None, 
               fname=None, 
               math_fontfamily=None)

plt.legend(["$\Gamma, \mathit{\Gamma}$ 123abc"], 
           prop={"family": "Times New Roman", "size": 16})

但这样的问题是，$$ 符号输出的时候，用的是 matplotlib 自带的对 LaTex 的支持，它支持不是特别完整，不能输出一些很专门的符号，比如 \mathit{\Gamma}、\mathbb{E}，这时候可以用 plt.rc('text', usetex=True) 设置全局 LaTex 输出，程序会调用 LaTex 来渲染这句话，甚至可以调用宏包来输出更复杂的数学公式！

默认使用 PDFLaTex，可以调整参数改成 XeLaTex 来获得对中文的支持！甚至可以添加导言区。

import matplotlib as mpl
mpl.use("pgf")
plt.rcParams.update({
    "pgf.texsystem": "xelatex",
    "pgf.preamble": "\n".join([
         r"\usepackage{amsfonts}",
         r"\usepackage{xeCJK}",
         r"\usepackage[utf8x]{inputenc}",
         r"\usepackage[T1]{fontenc}",
         r"\usepackage{fontspec}",
         r"\setmainfont{Times New Roman}",
         r"\usepackage{amsmath}",
         # r"\setCJKmainfont{STSong}",
    ]),
})

如果不是要在一句话里同时输出中文和复杂的公式，那么用 PDFLaTex 也足够了。

比如加入 url 宏包，可以生成带超链接的 pdf 图片：

plt.figure()
plt.plot([1, 2, 3, 4])
plt.title("中文标题", usetex=False, fontfamily="STSong")
plt.xlabel(r"$\mathbb{E}[X] = \frac{1}{n^2+1}$, \url{http://baidu.com}", usetex=True)
plt.ylabel("\\textrm{English Regular}, $mc^2, \mathrm{VaR}$")
plt.text(1.5,2.5, "\\textit{Tex Text}  \\texttt{monospace} $a^2 + b^2 \mathit{A} \Rightarrow + \mathscr{A}$", usetex=True)
# plt.legend(["$\Gamma, \mathit{\Gamma}$"])
plt.savefig('ex3.pdf', bbox_inches="tight")
# plt.show()

效果如下：

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