編寫數(shù)學(xué)表達(dá)式

原文：Writing mathematical expressions

譯者：飛龍

協(xié)議：CC BY-NC-SA 4.0

你可以在任何 matplotlib 文本字符串中使用子 TeX 標(biāo)記，將它放在一對美元符號（$）內(nèi)睬隶。

注意术吗，你不需要安裝 TeX刃滓，因為 matplotlib 提供了自己的 TeX 表達(dá)式解析器，布局引擎和字體缺脉。 布局引擎是 Donald Knuth 的 TeX 中的布局算法的一種相當(dāng)直接的適配版肚医，所以質(zhì)量是相當(dāng)不錯的（matplotlib 還為那些想要調(diào)用 TeX 生成文本的人提供一個usetex選項（參見使用 LaTeX 渲染文本 ）。

任何文本元素都可以使用數(shù)學(xué)文本羹膳。 你應(yīng)該使用原始字符串（在引號前面加一個'r'）睡互，并用美元符號（$）包圍數(shù)學(xué)文本，如 TeX陵像。 常規(guī)文本和數(shù)學(xué)文本可以在同一個字符串內(nèi)交錯就珠。 Mathtext 可以使用 Computer Modern 字體（來自 (La)TeX），STIX 字體（為與 Times 混合使用而設(shè)計）或你提供的 Unicode 字體醒颖。 可以使用自定義變量mathtext.fontset選擇 mathtext 字體（請參閱自定義 matplotlib）

注意

在Python的 『narrow』 構(gòu)建中妻怎，如果使用 STIX 字體，你還應(yīng)該將ps.fonttype和pdf.fonttype設(shè)置為 3（默認(rèn)值）泞歉，而不是 42逼侦。否則一些字符將不可見。

下面是個簡單的例子：

# plain text
plt.title('alpha > beta')

生成alpha > beta腰耙。

但是這個：

# math text
plt.title(r'$\alpha > \beta$')

榛丢。

注意

Mathtext 應(yīng)該放在一對美元符號（$）之間。 為了易于顯示貨幣值挺庞，例如$ 100.00晰赞，如果整個字符串中存在單個美元符號，則它將被逐字顯示為美元符號选侨。 這是常規(guī) TeX 的一個小改變掖鱼，其中非數(shù)學(xué)文本中的美元符號必須被轉(zhuǎn)義（'$'）。

注意

雖然一對美元符號（$）內(nèi)的語法是 TeX 風(fēng)格的侵俗，但是外面的文本不是锨用。 特別是丰刊，字符：

# $ % & ~ _ ^ \ { } \( \) \[ \]

在 TeX 中的數(shù)學(xué)模式之外有特殊的意義隘谣。 因此，根據(jù)rcParam text.usetex標(biāo)志這些字符的表現(xiàn)有所不同啄巧。 更多信息請參閱usetex教程寻歧。

下標(biāo)和上標(biāo)

為了制作下標(biāo)和上標(biāo)，使用_或者^符號：

r'$\alpha_i > \beta_i$'

的和，你可以：

r'$\sum_{i=0}^\infty x_i$'

分?jǐn)?shù)澄耍、二項式和堆疊數(shù)

可以使用\frac{}{}噪珊，\binomial{}{}和\stackrel{}{}命令分別創(chuàng)建分?jǐn)?shù)晌缘，二項式和堆疊數(shù)字：

r'$\frac{3}{4} \binom{3}{4} \stackrel{3}{4}$'

產(chǎn)生

分?jǐn)?shù)可以任意嵌套：

r'$\frac{5 - \frac{1}{x}}{4}$'

產(chǎn)生

請注意，在分?jǐn)?shù)周圍放置圓括號和花括號需要特別注意痢站。 這種明顯的方式會產(chǎn)生太小的括號：

r'$(\frac{5 - \frac{1}{x}}{4})$'

解決方案是在括號前面加上\left和\right以通知解析器這些括號包含整個對象：

r'$\left(\frac{5 - \frac{1}{x}}{4}\right)$'

根式

根式可以有\sqrt[]{}產(chǎn)生磷箕，例如：

r'$\sqrt{2}$'

方括號內(nèi)可以（可選地）設(shè)置任何底數(shù)。 請注意阵难，底數(shù)必須是一個簡單的表達(dá)式岳枷，并且不能包含布局命令，如分?jǐn)?shù)或上下標(biāo)：

r'$\sqrt[3]{x}$'

字體

用于數(shù)學(xué)符號的默認(rèn)字體是斜體呜叫。

注意

此默認(rèn)值可以使用mathtext.default rcParam更改空繁。 這是非常有用的，例如朱庆，通過將其設(shè)置為regular盛泡，使用與常規(guī)非數(shù)學(xué)文本相同的字體作為數(shù)學(xué)文本。

為了修改字體娱颊，例如饭于，以羅馬字體編寫sin，使用字體命令來閉合文本：

r'$s(t) = \mathcal{A}\mathrm{sin}(2 \omega t)$'

這里s和t是斜體（默認(rèn)）的變量维蒙，sin是羅馬字體掰吕，振幅A是書法字體。 注意在上面的例子中颅痊，A和sin之間的間距被擠壓殖熟。 你可以使用間距命令在它們之間添加一些空格：

s(t) = \mathcal{A}\/\sin(2 \omega t)

所有字體的可用選項為：

命令	結(jié)果
\mathrm{Roman}
\mathit{Italic}
\mathtt{Typewriter}
\mathcal{CALLIGRAPHY}

使用 STIX 字體時，你也可以選擇：

命令	結(jié)果
\mathbb{blackboard}
\mathrm{\mathbb{blackboard}}
\mathfrak{Fraktur}
\mathsf{sansserif}
\mathrm{\mathsf{sansserif}}
\mathcircled{circled}

還有三個全局『字體集』可供選擇斑响，它們使用matplotlibrc中的mathtext.fontset參數(shù)進(jìn)行選擇菱属。

cm: Computer Modern (TeX)

stix: STIX （為和 Times 混合使用而設(shè)計）

stixsans: STIX sans-serif

此外，你可以使用\mathdefault{...}或其別名\mathregular{...}來使用用于 mathtext 之外的常規(guī)文本的字體舰罚。 這種方法有一些限制纽门，最明顯的是，可以使用很少的符號营罢，但可用于將數(shù)學(xué)表達(dá)式與圖中的其他文本混合赏陵。

自定義字體

mathtext 還提供了一種對數(shù)學(xué)公式使用自定義字體的方法。 這種方法使用起來相當(dāng)棘手饲漾，應(yīng)該看做為有耐心的用戶準(zhǔn)備的試驗特性蝙搔。 通過將rcParam mathtext.fontset設(shè)置為custom荆秦，你可以設(shè)置以下參數(shù)茅特，這些參數(shù)控制用于特定數(shù)學(xué)字符集的字體文件樊卓。

每個參數(shù)應(yīng)該設(shè)置為fontconfig字體描述符（在尚未編寫的字體章節(jié)中定義）鹅颊。

所使用的字體應(yīng)該具有 Unicode 映射氯质，以便找到任何非拉丁字符岸裙，例如希臘語饰序。 如果要使用未包含在自定義字體中的數(shù)學(xué)符號啸臀，可以將rcParam mathtext.fallback_to_cm設(shè)置為True，這將導(dǎo)致自定義字體中找不到特定字符時赐写，數(shù)學(xué)文本系統(tǒng)使用默認(rèn)的 Computer Modern 字體中的字符返干。

請注意，Unicode 中規(guī)定的數(shù)學(xué)字形隨時間而演進(jìn)血淌，許多字體的字形對于 mathtext 可能不在正確位置矩欠。

重音符號

重音命令可以位于任何符號之前，在其上添加重音悠夯。 他們中的一些些擁有較長和較短的形式癌淮。

命令	結(jié)果
\acute a 或 \'a
\bar a
\breve a
\ddot a 或 \"a
\dot a 或 \.a
\grave a 或 \a`
\hat a 或 \^a
\tilde a 或 \~a
\vec a
\overline{abc}

另外有兩個特殊的重音符號，可以自動調(diào)整為符號的寬度：

命令	結(jié)果
\widehat{xyz}
\widetilde{xyz}

當(dāng)把重音放在小寫的i和j上時應(yīng)該小心沦补。 注意下面的\imath用來避免i上額外的點：

r"$\hat i\ \ \hat \imath$"

符號

你也可以使用更大量的 TeX 符號乳蓄，比如\infty，\leftarrow夕膀，\sum虚倒，\int。

小寫希臘字母
\alpha	\beta	\chi	\delta	\digamma
\epsilon	\eta	\gamma	\iota	\kappa
\lambda	\mu	\nu	\omega	\phi
\pi	\psi	\rho	\sigma	\tau
\theta	\upsilon	\varepsilon	\varkappa	\varphi
\varpi	\varrho	\varsigma	\vartheta	\xi
\zeta

大寫希臘字母
\Delta	\Gamma	\Lambda	\Omega	\Phi	\Pi
\Psi	\Sigma	\Theta	\Upsilon	\Xi	\mho
\nabla

希伯來文
\aleph	\beth	\daleth	\gimel

分隔符
/	[	\Downarrow	\Uparrow	\Vert	\backslash
\downarrow	\langle	\lceil	\lfloor	\llcorner	\lrcorner
\rangle	\rceil	\rfloor	\ulcorner	\uparrow	\urcorner
\vert	\{	|	\}	]	`	`

大型符號
\bigcap	\bigcup	\bigodot	\bigoplus	\bigotimes
\biguplus	\bigvee	\bigwedge	\coprod	\int
\oint	\prod	\sum

標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)名稱
\Pr	\arccos	\arcsin	\arctan
\arg	\cos	\cosh	\cot
\coth	\csc	\deg	\det
\dim	\exp	\gcd	\hom
\inf	\ker	\lg	\lim
\liminf	\limsup	\ln	\log
\max	\min	\sec	\sin
\sinh	\sup	\tan	\tanh

二元運算符和關(guān)系符號
\Bumpeq	\Cap	\Cup
\Doteq	\Join	\Subset
\Supset	\Vdash	\Vvdash
\approx	\approxeq	\ast
\asymp	\backepsilon	\backsim
\backsimeq	\barwedge	\because
\between	\bigcirc	\bigtriangledown
\bigtriangleup	\blacktriangleleft	\blacktriangleright
\bot	\bowtie	\boxdot
\boxminus	\boxplus	\boxtimes
\bullet	\bumpeq	\cap
\cdot	\circ	\circeq
\coloneq	\cong	\cup
\curlyeqprec	\curlyeqsucc	\curlyvee
\curlywedge	\dag	\dashv
\ddag	\diamond	\div
\divideontimes	\doteq	\doteqdot
\dotplus	\doublebarwedge	\eqcirc
\eqcolon	\eqsim	\eqslantgtr
\eqslantless	\equiv	\fallingdotseq
\frown	\geq	\geqq
\geqslant	\gg	\ggg
\gnapprox	\gneqq	\gnsim
\gtrapprox	\gtrdot	\gtreqless
\gtreqqless	\gtrless	\gtrsim
\in	\intercal	\leftthreetimes
\leq	\leqq	\leqslant
\lessapprox	\lessdot	\lesseqgtr
\lesseqqgtr	\lessgtr	\lesssim
\ll	\lll	\lnapprox
\lneqq	\lnsim	\ltimes
\mid	\models	\mp
\nVDash	\nVdash	\napprox
\ncong	\ne	\neq
\neq	\nequiv	\ngeq
\ngtr	\ni	\nleq
\nless	\nmid	\notin
\nparallel	\nprec	\nsim
\nsubset	\nsubseteq	\nsucc
\nsupset	\nsupseteq	\ntriangleleft
\ntrianglelefteq	\ntriangleright	\ntrianglerighteq
\nvDash	\nvdash	\odot
\ominus	\oplus	\oslash
\otimes	\parallel	\perp
\pitchfork	\pm	\prec
\precapprox	\preccurlyeq	\preceq
\precnapprox	\precnsim	\precsim
\propto	\rightthreetimes	\risingdotseq
\rtimes	\sim	\simeq
\slash	\smile	\sqcap
\sqcup	\sqsubset	\sqsubset
\sqsubseteq	\sqsupset	\sqsupset
\sqsupseteq	\star	\subset
\subseteq	\subseteqq	\subsetneq
\subsetneqq	\succ	\succapprox
\succcurlyeq	\succeq	\succnapprox
\succnsim	\succsim	\supset
\supseteq	\supseteqq	\supsetneq
\supsetneqq	\therefore	\times
\top	\triangleleft	\trianglelefteq
\triangleq	\triangleright	\trianglerighteq
\uplus	\vDash	\varpropto
\vartriangleleft	\vartriangleright	\vdash
\vee	\veebar	\wedge
\wr

箭頭符號
\Downarrow	\Leftarrow
\Leftrightarrow	\Lleftarrow
\Longleftarrow	\Longleftrightarrow
\Longrightarrow	\Lsh
\Nearrow	\Nwarrow
\Rightarrow	\Rrightarrow
\Rsh	\Searrow
\Swarrow	\Uparrow
\Updownarrow	\circlearrowleft
\circlearrowright	\curvearrowleft
\curvearrowright	\dashleftarrow
\dashrightarrow	\downarrow
\downdownarrows	\downharpoonleft
\downharpoonright	\hookleftarrow
\hookrightarrow	\leadsto
\leftarrow	\leftarrowtail
\leftharpoondown	\leftharpoonup
\leftleftarrows	\leftrightarrow
\leftrightarrows	\leftrightharpoons
\leftrightsquigarrow	\leftsquigarrow
\longleftarrow	\longleftrightarrow
\longmapsto	\longrightarrow
\looparrowleft	\looparrowright
\mapsto	\multimap
\nLeftarrow	\nLeftrightarrow
\nRightarrow	\nearrow
\nleftarrow	\nleftrightarrow
\nrightarrow	\nwarrow
\rightarrow	\rightarrowtail
\rightharpoondown	\rightharpoonup
\rightleftarrows	\rightleftarrows
\rightleftharpoons	\rightleftharpoons
\rightrightarrows	\rightrightarrows
\rightsquigarrow	\searrow
\swarrow	\to
\twoheadleftarrow	\twoheadrightarrow
\uparrow	\updownarrow
\updownarrow	\upharpoonleft
\upharpoonright	\upuparrows

雜項符號
\$	\AA	\Finv
\Game	\Im	\P
\Re	\S	\angle
\backprime	\bigstar	\blacksquare
\blacktriangle	\blacktriangledown	\cdots
\checkmark	\circledR	\circledS
\clubsuit	\complement	\copyright
\ddots	\diamondsuit	\ell
\emptyset	\eth	\exists
\flat	\forall	\hbar
\heartsuit	\hslash	\iiint
\iint	\iint	\imath
\infty	\jmath	\ldots
\measuredangle	\natural	\neg
\nexists	\oiiint	\partial
\prime	\sharp	\spadesuit
\sphericalangle	\ss	\triangledown
\varnothing	\vartriangle	\vdots
\wp	\yen

如果特定符號沒有名稱（對于 STIX 字體中的許多較為模糊的符號也是如此）产舞，也可以使用 Unicode 字符：

ur'$\u23ce$'

示例

下面是個示例魂奥，在上下文中展示了許多這些特性。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
t = np.arange(0.0, 2.0, 0.01)
s = np.sin(2*np.pi*t)

plt.plot(t,s)
plt.title(r'$\alpha_i > \beta_i$', fontsize=20)
plt.text(1, -0.6, r'$\sum_{i=0}^\infty x_i$', fontsize=20)
plt.text(0.6, 0.6, r'$\mathcal{A}\mathrm{sin}(2 \omega t)$',
         fontsize=20)
plt.xlabel('time (s)')
plt.ylabel('volts (mV)')
plt.show()