编写数学表达式

原文：Writing mathematical expressions

译者：飞龙

协议：CC BY-NC-SA 4.0

你可以在任何 matplotlib 文本字符串中使用子 TeX 标记，将它放在一对美元符号（$）内。

注意，你不需要安装 TeX，因为 matplotlib 提供了自己的 TeX 表达式解析器，布局引擎和字体。布局引擎是 Donald Knuth 的 TeX 中的布局算法的一种相当直接的适配版，所以质量是相当不错的（matplotlib 还为那些想要调用 TeX 生成文本的人提供一个usetex选项（参见使用 LaTeX 渲染文本）。

任何文本元素都可以使用数学文本。你应该使用原始字符串（在引号前面加一个'r'），并用美元符号（$）包围数学文本，如 TeX。常规文本和数学文本可以在同一个字符串内交错。 Mathtext 可以使用 Computer Modern 字体（来自 (La)TeX），STIX 字体（为与 Times 混合使用而设计）或你提供的 Unicode 字体。可以使用自定义变量mathtext.fontset选择 mathtext 字体（请参阅自定义 matplotlib）

注意

在Python的『narrow』构建中，如果使用 STIX 字体，你还应该将ps.fonttype和pdf.fonttype设置为 3（默认值），而不是 42。否则一些字符将不可见。

下面是个简单的例子：

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

生成alpha > beta。

但是这个：

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

生成

。

注意

Mathtext 应该放在一对美元符号（$）之间。为了易于显示货币值，例如$ 100.00，如果整个字符串中存在单个美元符号，则它将被逐字显示为美元符号。这是常规 TeX 的一个小改变，其中非数学文本中的美元符号必须被转义（'$'）。

注意

虽然一对美元符号（$）内的语法是 TeX 风格的，但是外面的文本不是。特别是，字符：
# $ % & ~ _ ^ \ { }  \[ \]
在 TeX 中的数学模式之外有特殊的意义。因此，根据rcParam text.usetex标志这些字符的表现有所不同。更多信息请参阅usetex教程。

下标和上标

为了制作下标和上标，使用_或者^符号：

r'$\alpha_i > \beta_i$'

一些符号会自动将它们的下标或上标放在操作符的底部或顶部，例如，为了编写 0 到无穷的

的和，你可以：

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

分数、二项式和堆叠数

可以使用\frac{}{}，\binomial{}{}和\stackrel{}{}命令分别创建分数，二项式和堆叠数字：

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

产生

分数可以任意嵌套：

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

产生

请注意，在分数周围放置圆括号和花括号需要特别注意。这种明显的方式会产生太小的括号：

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

解决方案是在括号前面加上\left和\right以通知解析器这些括号包含整个对象：

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

根式

根式可以有\sqrt[]{}产生，例如：

r'$\sqrt{2}$'

方括号内可以（可选地）设置任何底数。请注意，底数必须是一个简单的表达式，并且不能包含布局命令，如分数或上下标：

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

字体

用于数学符号的默认字体是斜体。

注意

此默认值可以使用mathtext.default rcParam更改。这是非常有用的，例如，通过将其设置为regular，使用与常规非数学文本相同的字体作为数学文本。

为了修改字体，例如，以罗马字体编写sin，使用字体命令来闭合文本：

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

这里s和t是斜体（默认）的变量，sin是罗马字体，振幅A是书法字体。注意在上面的例子中，A和sin之间的间距被挤压。你可以使用间距命令在它们之间添加一些空格：

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

所有字体的可用选项为：

命令	结果
`\mathrm{Roman}`
`\mathit{Italic}`
`\mathtt{Typewriter}`
`\mathcal{CALLIGRAPHY}`

使用 STIX 字体时，你也可以选择：

命令	结果
`\mathbb{blackboard}`
`\mathrm{\mathbb{blackboard}}`
`\mathfrak{Fraktur}`
`\mathsf{sansserif}`
`\mathrm{\mathsf{sansserif}}`
`\mathcircled{circled}`

还有三个全局『字体集』可供选择，它们使用matplotlibrc中的mathtext.fontset参数进行选择。

cm: Computer Modern (TeX)

stix: STIX （为和 Times 混合使用而设计）

stixsans: STIX sans-serif

此外，你可以使用\mathdefault{...}或其别名\mathregular{...}来使用用于 mathtext 之外的常规文本的字体。这种方法有一些限制，最明显的是，可以使用很少的符号，但可用于将数学表达式与图中的其他文本混合。

自定义字体

mathtext 还提供了一种对数学公式使用自定义字体的方法。这种方法使用起来相当棘手，应该看做为有耐心的用户准备的试验特性。通过将rcParam mathtext.fontset设置为custom，你可以设置以下参数，这些参数控制用于特定数学字符集的字体文件。

参数	相当于
`mathtext.it`	`\mathit{}` 默认斜体
`mathtext.rm`	`\mathrm{}` 罗马字体（upright）
`mathtext.tt`	`\mathtt{}` 打字机（monospace）
`mathtext.bf`	`\mathbf{}` 粗体
`mathtext.cal`	`\mathcal{}` 书法
`mathtext.sf`	`\mathsf{}` sans-serif

每个参数应该设置为fontconfig字体描述符（在尚未编写的字体章节中定义）。

所使用的字体应该具有 Unicode 映射，以便找到任何非拉丁字符，例如希腊语。如果要使用未包含在自定义字体中的数学符号，可以将rcParam mathtext.fallback_to_cm设置为True，这将导致自定义字体中找不到特定字符时，数学文本系统使用默认的 Computer Modern 字体中的字符。

请注意，Unicode 中规定的数学字形随时间而演进，许多字体的字形对于 mathtext 可能不在正确位置。

重音符号

重音命令可以位于任何符号之前，在其上添加重音。他们中的一些些拥有较长和较短的形式。

命令	结果
`\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}`

另外有两个特殊的重音符号，可以自动调整为符号的宽度：

命令	结果
`\widehat{xyz}`
`\widetilde{xyz}`

当把重音放在小写的i和j上时应该小心。注意下面的\imath用来避免i上额外的点：

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

符号

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

小写希腊字母
`\alpha`	`\beta`	`\chi`
`\epsilon`	`\eta`	`\gamma`
`\lambda`	`\mu`	`\nu`
`\pi`	`\psi`	`\rho`
`\theta`	`\upsilon`	`\varepsilon`
`\varpi`	`\varrho`	`\varsigma`
`\zeta`

大写希腊字母
`\Delta`	`\Gamma`	`\Lambda`
`\Psi`	`\Sigma`	`\Theta`
`\nabla`

希伯来文
`\aleph`	`\beth`	`\daleth`

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

大型符号
`\bigcap`	`\bigcup`	`\bigodot`
`\biguplus`	`\bigvee`	`\bigwedge`
`\oint`	`\prod`	`\sum`

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

二元运算符和关系符号
`\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`

箭头符号	所有向上箭头前面都要有两个`\`
`\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`

杂项符号
`\$`	`\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`

如果特定符号没有名称（对于 STIX 字体中的许多较为模糊的符号也是如此），也可以使用 Unicode 字符：

ur'$\u23ce$'

示例

下面是个示例，在上下文中展示了许多这些特性。

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()

matplotlib转义字符全集,编写数学表达式

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下标和上标

分数、二项式和堆叠数

根式

字体

自定义字体

重音符号

符号

示例

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