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)。

注意，你不需要安裝 TeX，因?yàn)?matplotlib 提供了自己的 TeX 表達(dá)式解析器，布局引擎和字體。 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，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(xiàng)（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。 你應(yīng)該使用原始字符串（在引號前面加一個'r'），并用美元符號（$）包圍數(shù)學(xué)文本，如 TeX。 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。 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(jì)）或你提供的 Unicode 字體。 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，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），而不是 42。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。

但是這個：

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

生成 。

注意

Mathtext 應(yīng)該放在一對美元符號（$）之間。 為了易于顯示貨幣值，例如$ 100.00，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。 這是常規(guī) TeX 的一個小改變，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，但是外面的文本不是。 特別是，字符：

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

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

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'$\alpha_i > \beta_i$'

一些符號會自動將它們的下標(biāo)或上標(biāo)放在操作符的底部或頂部，例如，為了編寫 0 到無窮的 的和，你可以：

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

分?jǐn)?shù)、二項(xiàng)式和堆疊數(shù)

可以使用\frac{}{}，\binomial{}{}和\stackrel{}{}命令分別創(chuàng)建分?jǐn)?shù)，二項(xiàng)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。 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\(zhòng)sqrt[]{}產(chǎn)生，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，底數(shù)必須是一個簡單的表達(dá)式，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。

注意

此默認(rèn)值可以使用mathtext.default rcParam更改。 這是非常有用的，例如，通過將其設(shè)置為regular，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，例如，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，sin是羅馬字體，振幅A是書法字體。 注意在上面的例子中，A和sin之間的間距被擠壓。 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(xiàng)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，它們使用matplotlibrc中的mathtext.fontset參數(shù)進(jìn)行選擇。

cm: Computer Modern (TeX)

stix: STIX （為和 Times 混合使用而設(shè)計(jì)）

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。 這種方法有一些限制，最明顯的是，可以使用很少的符號，但可用于將數(shù)學(xué)表達(dá)式與圖中的其他文本混合。

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，應(yīng)該看做為有耐心的用戶準(zhǔn)備的試驗(yàn)特性。 通過將rcParam mathtext.fontset設(shè)置為custom，你可以設(shè)置以下參數(shù)，這些參數(shù)控制用于特定數(shù)學(xué)字符集的字體文件。

參數(shù)相當(dāng)于

mathtext.it	\mathit{} 默認(rèn)斜體
mathtext.rm	\mathrm{} 羅馬字體（upright）
mathtext.tt	\mathtt{} 打字機(jī)（monospace）
mathtext.bf	\mathbf{} 粗體
mathtext.cal	\mathcal{} 書法
mathtext.sf	\mathsf{} sans-serif

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）。

所使用的字體應(yīng)該具有 Unicode 映射，以便找到任何非拉丁字符，例如希臘語。 如果要使用未包含在自定義字體中的數(shù)學(xué)符號，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，數(shù)學(xué)文本系統(tǒng)使用默認(rèn)的 Computer Modern 字體中的字符。

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

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。 他們中的一些些擁有較長和較短的形式。

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。 注意下面的\imath用來避免i上額外的點(diǎn)：

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

符號

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

小寫希臘字母

\alpha	\beta	\chi
\epsilon	\eta	\gamma
\lambda	\mu	\nu
\pi	\psi	\rho
\theta	\upsilon	\varepsilon
\varpi	\varrho	\varsigma
\zeta

大寫希臘字母

\Delta	\Gamma	\Lambda
\Psi	\Sigma	\Theta
\nabla

希伯來文

\aleph	\beth	\daleth

分隔符

/	[	\Downarrow
\downarrow	\langle	\lceil
\rangle	\rceil	\rfloor
\vert	\{	|

大型符號

\bigcap	\bigcup	\bigodot
\biguplus	\bigvee	\bigwedge
\oint	\prod	\sum

標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)名稱

\Pr	\arccos	\arcsin
\arg	\cos	\cosh
\coth	\csc	\deg
\dim	\exp	\gcd
\inf	\ker	\lg
\liminf	\limsup	\ln
\max	\min	\sec
\sinh	\sup	\tan

二元運(yùn)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(xiàng)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），也可以使用 Unicode 字符：

ur'$\u23ce$'

示例

下面是個示例，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()

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Matplotlib 中文用户指南 4.6 编写数学表达式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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