Matplotlib - LaTeX

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什麼是 LaTeX？

LaTeX 是一種排版系統，廣泛用於製作科學和技術文件，尤其是在數學、物理、計算機科學、工程和學術寫作等學科中。它因其卓越的複雜數學方程、科學符號和結構化文字格式排版而備受推崇。

LaTeX 的關鍵方面

以下是 LaTeX 的關鍵方面。

• 標記語言 − LaTeX 是一種標記語言，這意味著它使用命令和標籤來格式化文字，而不是WYSIWYG（即所見即所得）編輯器。使用者編寫純文字，其中嵌入的命令指定結構和格式。
• 高質量排版 − LaTeX 擅長製作具有精確排版和印刷功能的專業文件。它能夠很好地處理複雜的結構，例如數學公式、表格、參考文獻和交叉引用。
• 包系統 − LaTeX 提供了大量包，可以擴充套件其功能以用於特定任務或文件型別，提供模板、樣式和其他功能。
• 免費和開源 − LaTeX 可免費使用，並得到強大的開源社群的支援，確保持續發展和豐富的包和資源生態系統。
• LaTeX 的組成部分 − Matplotlib 庫的 LaTeX 包含以下元件。讓我們詳細瞭解每個元件。
• 文件類 − 文件類指定正在建立的文件型別，並定義其整體結構、佈局和格式。它充當模板，設定整個文件的樣式和行為。不同的文件類可用於適應各種型別的文件，例如文章、報告、書籍、簡報等等。
• 前言 − 在 LaTeX 中，前言是在主要內容和\begin{document} 命令之前的文件部分。在這裡，我們定義文件設定、載入包、設定引數和配置應用於整個文件的全域性設定。前言充當設定區域，我們在這裡準備 LaTeX 來處理文件的主體。
• 文件主體 − LaTeX 中的文件主體是文件內容所在的主要部分。它從前言和\begin{document} 命令之後開始，一直持續到\end{document} 命令。此部分包括實際文字、章節、小節、方程、圖表、表格以及構成文件核心內容的任何其他元素。

LaTeX 的優點

以下是 LaTeX 的優點。

• 高質量排版 − 為科學和技術文件生成高質量的輸出。
• 交叉引用 − 簡化方程式、圖表、表格和章節的引用和交叉引用。
• 版本控制 − 透過基於純文字的檔案促進版本控制和協作。
• 自定義 − 允許對文件樣式、佈局和格式進行廣泛的自定義。

LaTeX 的缺點

• 學習曲線 − 需要學習其語法和命令，這對於初學者來說可能具有挑戰性。
• WYSIWYG 功能有限 − 缺乏即時視覺反饋 (WYSIWYG) 對於習慣於圖形編輯器的一些使用者來說可能具有挑戰性。

LaTeX 的用法

• 學術寫作 − 學術論文、論文、學位論文
• 科學 − 科研報告、文章和期刊
• 技術文件 − 技術文件、手冊
• 簡報 − 使用 Beamer 等工具進行簡報

LaTeX 的基本文件結構

語法

基本的 LaTeX 文件結構包括：

\documentclass{article}
\begin{document}
\section{Introduction}
This is a simple LaTeX document.
\subsection{Subsection}
Some text in a subsection.
\end{document}

以上程式碼定義了一個包含章節和小節的分層結構的基本文章文件。

編寫我們自己的 LaTeX 前言

要在 Matplotlib 中編寫我們自己的 LaTeX 前言，我們可以使用此示例作為參考。

示例 1

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True
x = np.linspace(-10, 10, 100)
y = np.exp(x)
plt.plot(x, y, color='red', label="$y=e^{x}$")
plt.legend(loc='upper right')
plt.show()

輸出

這將生成以下輸出：

示例 2

在此示例中，我們在 .py 檔案中繪圖圖例中使用了 LaTeX 公式。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True
x = np.linspace(1, 10, 1000)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, label=r'$\sin (x)$', c="red", lw=2)
plt.legend()
plt.show()

輸出

這將生成以下輸出：

在標籤中新增更復雜的方程式，例如，label=r'αiπ+1=0'。現在檢視繪圖右上角的圖例。

示例 3

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True
x = np.linspace(1, 10, 1000)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, label=r'$\sin (x)$', c="red", lw=2)
plt.legend(r'αiπ+1=0')
plt.show()

輸出

這將生成以下輸出：

渲染數學表示式

在 LaTeX 中渲染數學表示式涉及使用 LaTeX 語法來編寫數學方程式、符號和公式。LaTeX 提供了一套全面的命令和符號來精確清晰地建立複雜的數學表示式。

LaTeX 對數學的重要性

• 精確和清晰 − LaTeX 允許對數學符號和符號進行精確排版。
• 一致性 − 保持數學文件中格式的一致性。
• 出版質量 − 生成適用於學術和科學出版物的優質數學表示式。
• LaTeX 對數學排版的支援使其成為研究人員、數學家、科學家和學者在撰寫需要準確且格式良好的數學符號的技術或數學文件時的首選。

用於數學表示式的 LaTeX

以下是數學表示式中 LaTeX 的組成部分。

• 行內數學模式 − LaTeX 中的行內數學模式用於在文件文字中包含數學表示式。我們可以透過將數學表示式括在單美元符號$...$ 之間來使用行內數學模式。
• 使用行內數學模式 − 在此示例中，數學表示式`\frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}` 使用行內數學模式包含在文字中。結果是數學表示式在文字行內呈現。

示例

import matplotlib.pyplot as plt
equation = r'$x = \frac{{-b \pm \sqrt{{b^2 - 4ac}}}}{{2a}}$'
plt.text(0.5, 0.5, equation, fontsize=12, ha='center')
plt.axis('off')
plt.show()

輸出

這將生成以下輸出：

顯示數學模式

LaTeX 中的顯示數學模式用於在單獨的塊中顯示數學表示式，居中且與周圍文字區分開來。它通常用於較大或獨立的方程式，這些方程式在文件中值得突出顯示。

要在 LaTeX 中使用顯示數學模式，我們有幾種選擇，讓我們一一檢視。

雙美元符號 `$$...$$`

將數學表示式括在$$ 符號之間以顯示方程式。在以下示例中，我們使用$$..$$ 顯示給定的輸入方程式：

示例

$$
   f(x) = \int_{a}^{b} g(x) \, dx
$$

輸出

這將生成以下輸出：

“equation”環境

使用“equation”環境建立編號方程式。

示例

\begin{equation}
   f(x) = \int_{a}^{b} g(x) \, dx
   \end{equation}

輸出

這將生成以下輸出：

注意 − 以上程式碼行可以在 Jupyter Notebook 的 Markdown 模式下執行。

符號和運算子

在 LaTeX 中，我們可以使用各種符號和運算子來表示數學符號、表示式和運算。以下是一些常用的符號和運算子及其 LaTeX 命令。

• 希臘字母 − 阿爾法: `\alpha`, 貝塔: `\beta`, 伽馬: `\gamma`, 德爾塔: `\delta` 等等。
• 算術運算子 − 加號: `+`, 減號: `-`, 乘法: `\times` 或 `*`, 除法: `\div` 或 `/`
• 關係和比較 − 等於: `=`, 不等於: `\neq`, 小於: `<`, 大於: `>` 等等。
• 集合論 − 並集: `\cup`, 交集: `\cap`, 子集: `\subset`, 超集: `\supset` 等等
• 微積分和極限 − 積分: `\int`, 求和: `\sum`, 極限: `\lim`, 導數: `\frac{dy}{dx}`
• 函式 − 正弦: `\sin`, 餘弦: `\cos`, 正切: `\tan`, 對數: `\log`, 指數: `\exp`
• 根和指數 − 平方根: `\sqrt{x}`, 指數: `x^2`, 下標: `x_1`, 上標: `x^i`

其他符號

• 分數 − `\frac{numerator}{denominator}`
• 矩陣 − `bmatrix`, `pmatrix`, `vmatrix` 等，使用 `amsmath` 包
• 特殊符號 − 例如，`\infty` 表示無窮大，`\emptyset` 表示空集，等等。

示例

在這個例子中，我們使用$..$來在matplotlib庫的LaTex中顯示符號和運算子。

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
equation = r'$(\alpha + \beta = \gamma \times \delta)$'
plt.figure(figsize=(6, 3))
plt.text(0.5, 0.5, equation, fontsize=12, ha='center', va='center')
plt.axis('off')
plt.show()

輸出

這將顯示以下等式 −

透過利用這些LaTeX符號和運算子命令，我們可以在LaTeX文件中精確清晰地建立複雜的數學表示式。

分數

在LaTeX中，我們可以很容易地建立分數、下標和上標來表示數學表示式，使用特定的命令和符號。

要建立分數，我們可以使用`\frac{numerator}{denominator}`命令。在這個例子中，我們建立了分數 \frac{3}{4} ¾。

示例

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
equation = r'The fraction is $\frac{3}{4}$'
plt.figure(figsize=(6, 3))
plt.text(0.5, 0.5, equation, fontsize=12, ha='center', va='center')
plt.axis('off')
plt.show()

輸出

這將生成以下等式 −

矩陣和陣列

在LaTeX中，矩陣和陣列用於以矩陣形式表示資料或顯示方程組。array環境是建立LaTeX中矩陣和陣列的基本結構，而amsmath包提供的matrix環境為矩陣提供了附加功能和更簡單的語法。

建立矩陣和陣列

這裡我們使用各自的環境建立陣列和矩陣。

使用‘array’環境

‘array’環境允許我們在LaTeX中建立矩陣或陣列。

示例

\[
\begin{array}{ccc}
1 & 2 & 3 \\
4 & 5 & 6 \\
7 & 8 & 9 \\
\end{array}
\]

輸出

這將生成以下等式 −

注意 − 以上程式碼行可以在 Jupyter Notebook 的 Markdown 模式下執行。

使用‘amsmath’包的‘matrix’環境

amsmath包提供了方便的矩陣環境，例如matrix, pmatrix, bmatrix, Bmatrix, vmatrix, Vmatrix，簡化了矩陣的建立。

示例

\[
\begin{matrix}
1 & 2 & 3 \\
4 & 5 & 6 \\
7 & 8 & 9 \\
\end{matrix}
\]

輸出

這將生成以下等式 −

注意 − 以上程式碼行可以在 Jupyter Notebook 的 Markdown 模式下執行。

矩陣格式

這裡我們將使用LaTeX對齊矩陣的列。在矩陣或陣列中，我們可以在array環境中使用c表示居中對齊，l表示左對齊，r表示右對齊列來指定列對齊方式。

以下是應用列對齊到矩陣的示例。

示例

\[
\begin{array}{ccc}
1 & 222 & 3 \\
4 & 55555 & 6 \\
7 & 888 & 999999 \\
\end{array}
\]

輸出

這將生成以下等式 −

注意 − 以上程式碼行可以在 Jupyter Notebook 的 Markdown 模式下執行。

附加說明

• LaTeX中的矩陣和陣列包含在\[ ... \]或equation環境中，以將其顯示為獨立的方程式。
• &符號分隔一行中的元素，\\開始新的一行。

LaTeX提供了顯示矩陣和陣列的多功能工具，允許我們以各種對齊方式和配置來表示矩陣形式的數學資料或方程。LaTeX能夠建立用於數學符號的矩陣和陣列。

示例

\begin{bmatrix}
1 & 2 \\
3 & 4
\end{bmatrix}

輸出

這將生成以下等式 −

注意 − 以上程式碼行可以在 Jupyter Notebook 的 Markdown 模式下執行。

特殊函式

LaTeX支援三角函式、對數等特殊函式的符號。

示例

import matplotlib.pyplot as plt

# LaTeX code for the bold text
bold_text = r'$\sin(\theta), \log(x), \lim_{x \to \infty} f(x)$'

# Create a figure and display the bold text
plt.figure(figsize=(6, 3))
plt.text(0.5, 0.5, bold_text, fontsize=12, ha='center', va='center')
plt.axis('off')
plt.show()

輸出

刪除LaTeX樣式數學中的隨機不需要的空格

LaTeX忽略您鍵入的空格，並按照數學文字中的方式使用空格。如果您想要不同的空格樣式，可以使用以下四個命令。

• \; − 厚空格
• \: − 中等空格
• \, − 薄空格
• \! − 負薄空格

為了刪除matplotlib繪圖中LaTeX樣式數學中的隨機不需要的空格，我們可以使用"\!"，這將減少額外的空格。

以下是應用列對齊到矩陣的示例。

示例

from matplotlib import pyplot as plt
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.00, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True
plt.subplot(211)
plt.text(0.4, 0.4, r'$\sum_{n=1}^{\infty}\; \frac{-e^{i\pi}}{2^n}!\left[a^2+\delta ^2- \frac{\pi}{2} \right ]$', fontsize=16, color='r')
plt.title("With thick space")
plt.subplot(212)
plt.text(0.4, 0.4, r'$\sum_{n=1}^{\infty}\! \frac{-e^{i\pi}}{2^n}!\left[a^2+\delta ^2- \frac{\pi}{2} \right ]$', fontsize=16, color='r')
plt.title("With thin space")
plt.show()

輸出

這將生成以下等式 −

注意"Σ (sigma)"符號後的空格差異。在第一種情況下，我們使用了厚空格(\;)，在第二種情況下，我們使用了薄空格(\!)來減少額外的空格。

什麼是LaTeX中的文字格式？

在LaTeX中，圖、圖或圖（例如建立的Matplotlib庫）中的註釋中的文字格式可以透過在註釋文字中使用LaTeX命令的子集來完成。註釋有助於向圖形中的元素新增解釋性標籤、描述或註釋。

當使用像Matplotlib這樣的支援LaTeX進行註釋文字渲染的工具時，我們可以使用LaTeX命令的子集來格式化這些註釋中的文字。這允許在註釋中加入樣式化的文字、數學表示式和特殊格式。

LaTeX註釋中的格式包括

以下是LaTeX註釋中的格式。讓我們逐一看看它們。

• 數學表示式 − 數學表示式以分數、希臘字母、上標和下標的形式給出，使用LaTeX數學模式。
• 文字樣式 − 文字樣式包括粗體、斜體、下劃線或不同的字型大小，使用LaTeX命令，如\textbf{}，\textit{}，\underline{}和字型大小命令。
• 特殊字元 − 使用LaTeX轉義序列轉義特殊字元，如美元符號、百分號或下劃線。
• 對齊 − 對齊控制，雖然有限，但使用

\begin{flushleft}...\end{flushleft},
\begin{center}...\end{center},
\begin{flushright}...\end{flushright}.

在上面，我們已經介紹了LaTeX中可用的不同樣式格式，現在讓我們看看使用LaTeX的註釋中的文字格式。

LaTeX註釋中的文字格式

以下是使用LaTeX的註釋中各種文字格式。

基本文字格式

LaTeX的基本文字格式命令可用於註釋。以下是一些。

粗體 − 使文字變為粗體

\textbf{Bold Text}

注意 − 以上程式碼行可以在 Jupyter Notebook 的 Markdown 模式下執行。

斜體 − 使文字變為斜體

\textit{Italic Text}

注意 − 以上程式碼行可以在 Jupyter Notebook 的 Markdown 模式下執行。

下劃線 − 為文字新增下劃線

\underline{Underlined Text}

注意 − 以上程式碼行可以在 Jupyter Notebook 的 Markdown 模式下執行。

字型大小 − LaTeX提供不同的字型大小命令，例如\tiny，\small，\large，\Large，\huge，\Huge

使用LaTeX的粗體文字註釋

在這個例子中，我們在註釋中使用LaTeX文字格式，使文字在繪圖上看起來更粗體。

示例

import matplotlib.pyplot as plt
# Create a simple plot
x = [1, 2, 3, 4]
y = [2, 5, 7, 10]
plt.plot(x, y, marker='o', linestyle='-')

# Add an annotation with LaTeX text formatting
plt.annotate(r'\textbf{Max Value}', 
   xy=(x[y.index(max(y))], max(y)), 
   xytext=(2.5, 8),
   arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),
   fontsize=12,
   color='blue',
   bbox=dict(boxstyle='round,pad=0.3', edgecolor='blue', facecolor='lightblue'))

# Set axis labels and title
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Example Plot with LaTeX Annotation')

# Show the plot
plt.show()

輸出

這將生成以下等式 −

數學符號

在LaTeX中，數學符號中的文字格式涉及在數學模式中使用命令和語法來設定文字元素的樣式，同時表達數學內容。它允許在數學表示式或方程式中整合文字格式化功能。

數學符號中的基本文字格式

數學符號中的基本文字格式如下。

粗體文字

此文字格式在數學表示式中以粗體顯示封閉的文字。

\mathbf{Bold Text}

斜體文字

斜體文字在數學表示式中以斜體顯示封閉的文字。

\textit{Italic Text}

無襯線文字

這在數學模式中以無襯線字型樣式呈現封閉的文字。

\textsf{Sans-serif Text}

打字機文字

這在數學模式中以打字機或等寬字型顯示封閉的文字。

\texttt{Typewriter Text}

重要的注意事項

• 數學符號中的文字格式可以使用\text{}或數學模式中的特定格式命令來實現。
• 某些格式命令可能並非在所有數學環境中都適用，或者可能需要附加包或配置。
• LaTeX提供了各種文字格式選項，可以應用於數學表示式中，以增強基於文字的內容的呈現。
• 透過在數學符號中使用文字格式命令，LaTeX允許在數學表示式中整合樣式化的文字元素，從而提高數學內容的清晰度和視覺吸引力。

下標和上標

在LaTeX中，下標和上標用於將文字或符號放置在數學表示式的基線以下（下標）或以上（上標）。它們通常用於表示數學符號中的索引、指數或特殊註釋。

下標

要在LaTeX中建立下標，我們可以使用下劃線`_`。

上標

要在LaTeX中建立上標，我們可以使用插入符`^`。

繪圖註釋中的下標和上標用法

在這個例子中，我們使用LaTeX在繪圖註釋中使用下標和上標。

示例

import matplotlib.pyplot as plt

# Generating some data points
x = [1, 2, 3, 4]
y = [2, 5, 7, 10]
plt.plot(x, y, 'o-', label='Data')

# Annotating a point with a subscript and a superscript
plt.annotate(r'$\mathrm{Point}_{\mathrm{max}}^{(4, 10)}$',
   xy=(x[y.index(max(y))], max(y)),
   xytext=(3, 8),
   arrowprops=dict(facecolor='black', arrowstyle='->'),
   fontsize=12,
   color='red')
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Example Plot with Annotation')
plt.legend()
plt.show()

輸出

這將生成以下等式 −

下標和上標

可以使用“_”新增下標，使用“^”新增上標。在下面的例子中，我們顯示了一個指令碼內容。

示例

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
equation = r'$x_i^2$ denotes $x$ raised to the power of $i$ squared.'
plt.figure(figsize=(6, 3))
plt.text(0.5, 0.5, equation, fontsize=12, ha='center', va='center')
plt.axis('off')
plt.show()

輸出

這將顯示以下等式 −

巢狀下標和上標

我們還可以透過將內容括在花括號{}中來巢狀下標和上標。在下面給出的示例中，我們顯示了巢狀的下標。

示例

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
equation = r'$x_{i_j}^{2k}$ represents a nested subscript and superscript.'
plt.figure(figsize=(6, 3))
plt.text(0.5, 0.5, equation, fontsize=12, ha='center', va='center')
plt.axis('off')
plt.show()

輸出

結果等式如下 −

使用命令

對於更復雜的表示式或確保一致的格式，我們可以使用_表示\subscript{}和^表示\superscript{}命令，這些命令由fixltx2e之類的包提供。

示例

在這個例子中，我們顯示了複雜的表示式。

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
equation = r'$x_{i}^{2}$'
plt.figure(figsize=(6, 3))
plt.text(0.5, 0.5, equation, fontsize=12, ha='center', va='center')
plt.axis('off')
plt.show()

輸出

結果等式如下 −

LaTeX提供了建立分數、下標和上標的簡單方法，使我們可以準確有效地表示數學表示式。

重要的注意事項

• 下標和上標可以在LaTeX數學符號中獨立或組合使用。
• 它們對於表示變數、索引、指數和其他相關的數學註釋至關重要。
• LaTeX會根據數學表示式中的上下文和周圍元素自動處理下標和上標的位置和大小。
• 透過在LaTeX中使用下標和上標，我們可以精確地表達數學公式和符號，從而提高數學內容的清晰度和可讀性。

組合文字和數學

使用LaTeX組合註釋中的文字和數學涉及以連貫且視覺效果良好的方式將常規文字和數學表示式嵌入註釋中。

在繪圖上使用Latex組合文字和數學

在這個例子中，我們使用LaTeX在註釋中組合文字和數學。

示例

import matplotlib.pyplot as plt

# Generating some data points
x = [1, 2, 3, 4]
y = [2, 5, 7, 10]
plt.plot(x, y, 'o-', label='Data')

# Annotating a point with combined text and math in LaTeX
plt.annotate(r'$\frac{dx}{dt} = \alpha \cdot x(t) + \beta$ is the differential equation',
   xy=(x[2], y[2]),
   xytext=(2, 6),
   arrowprops=dict(facecolor='black', arrowstyle='->'),
   fontsize=12,
   color='blue')
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Example Plot with Annotation by Latex')
plt.legend()
plt.show()

輸出

文字顏色和字型樣式

在Matplotlib中的LaTeX註釋中，我們可以使用LaTeX命令設定文字顏色和字型樣式，以增強註釋的視覺外觀。

文字顏色

要在LaTeX註釋中設定文字顏色，我們可以使用LaTeX顏色命令，例如

\textcolor{color_name}{text}

字型樣式

以下是應用於繪圖註釋的不同字型樣式。

• 粗體文字 − 使用命令\textbf{}顯示粗體文字。
• 斜體 − 要以斜體樣式顯示文字，我們可以使用\textit{}。
• 下劃線 − 要在下劃線文字下劃線，我們使用\underline{}。

在註釋中組合使用文字和字型樣式

在這個例子中，我們使用LaTeX更改文字顏色並將定義的樣式應用於繪圖的註釋。

示例

import matplotlib.pyplot as plt

# Generating some data points
x = [1, 2, 3, 4]
y = [2, 5, 7, 10]
plt.plot(x, y, 'o-', label='Data')

# Annotating a point with different text color and font style
plt.annotate(r'\mathbf{\textcolor{red}{Max value:}} \ \textit{\textcolor{blue}{y_{\text{max}} = 10}}',
   xy=(x[y.index(max(y))], max(y)),
   xytext=(3, 8),
   arrowprops=dict(facecolor='black', arrowstyle='->'),
   fontsize=12)
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Example Plot with Annotation of color and font style')
plt.legend()
plt.show()

輸出

重要的注意事項

• 透過在字串之前使用`r`字首，確保LaTeX在Matplotlib註釋中被正確解釋。
• 根據需要調整顏色、字型樣式和其他格式引數以滿足我們的視覺化需求。
• 透過利用Matplotlib註釋中LaTeX命令的文字顏色和字型樣式，我們可以在繪圖中建立視覺上吸引人和資訊豐富的註釋。調整這些屬性有助於突出重要資訊並改善視覺化的整體美感。

最後，我們可以說透過在Matplotlib的註釋中使用LaTeX，我們可以透過格式化的文字、數學符號和樣式化的標籤來豐富我們的圖形和圖表，從而實現更清晰和更資訊豐富的視覺化。

LaTeX軸標籤的粗體字重

在這個例子中，我們將LaTeX軸標籤設定為粗體字重。

示例

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt, font_manager as fm
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True
plt.rcParams["font.fantasy"] = "Comic Sans MS"
x = np.array([1, 2, 3, 4])
y = np.exp(x)
ax1 = plt.subplot()
ax1.set_xticks(x)
ax1.set_yticks(y)
ax1.plot(x, y, c="red")
ax1.set_xticklabels([r"$\bf{one}$", r"$\bf{two}$", r"$\bf{three}$",
   r"$\bf{four}$"], rotation=45)
ax1.set_yticklabels([r"$\bf{:.2f}$".format(y[0]), r"$\bf{:.2f}$".format(y[1]),
   r"$\bf{:.2f}$".format(y[2]), r"$\bf{:.2f}$".format(y[3])], rotation=45)
plt.tight_layout()
plt.show()

輸出

上面的程式碼將生成以下輸出 −

使用matplotlib的LaTeX格式化程式格式化浮點數

在這個例子中，我們使用matplotlib的Latex格式化程式格式化浮點數。

示例

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

# Set the figures size
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

# x and y data points
x = np.linspace(-5, 5, 100)
y = x**3/3

# Plot the data points
plt.plot(x, y)

# Fill the area between the curve
plt.fill_between(x, y)

# LaTex representation
plt.title("$area=\int_a^b{x^2dx}$=83.3")

# Display the plot
plt.show()

輸出

這將生成以下等式 −

在Matplotlib輸出中獲得與LaTex輸出相同的字型

在這個例子中，我們使用matplotlib的Latex格式化程式格式化浮點數。

示例

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

# Set the figures size
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

# x and y data points
x = np.linspace(-5, 5, 100)
y = x**3/3

# Plot the data points
plt.plot(x, y)

# Fill the area between the curve
plt.fill_between(x, y)

# LaTex representation
plt.title("$area=\int_a^b{x^2dx}$=83.3")

# Display the plot
plt.show()

輸出

這將生成以下等式 −

什麼是LaTex渲染？

LaTeX渲染是指將包含排版指令和命令的LaTeX標記語言轉換為格式化輸出的過程。此輸出通常是高質量的文件、數學公式、科學論文或技術報告，具有精確且一致的排版。

LaTeX渲染在學術界、科學研究、技術文件和出版領域得到廣泛應用，因為它具有強大的排版功能，能夠生成專業外觀的文件。

LaTeX渲染的關鍵方面

• 排版 − LaTeX以其卓越的排版能力而聞名，確保學術和技術內容的專業級文件格式。
• 數學公式 − LaTeX因其在排版複雜數學公式方面的出色支援而被廣泛使用，使其成為學術和科學出版物的首選。
• 標記語言 − LaTeX使用一種標記語言，使用者可以用純文字編寫文件，幷包含命令來指定格式、結構和內容。
• 編譯 − LaTeX原始碼需要使用LaTeX編譯器（例如pdflatex、xelatex、lualatex）進行編譯。在編譯過程中，編譯器解釋LaTeX命令並生成各種格式的最終輸出，例如PDF、DVI或PostScript。
• 自定義 − LaTeX允許使用者建立自定義樣式、模板和包，從而能夠精確控制文件格式和佈局。

LaTeX渲染的優勢

• 質量和一致性 − LaTeX確保在各種平臺和裝置上具有高質量和一致的文件格式。
• 數學排版 − 它擅長處理複雜的數學符號，使其成為科學和數學內容必不可少的工具。
• 跨平臺相容性 − LaTeX文件可以輕鬆地在不同的作業系統上編譯和檢視。
• 版本控制 − 基於純文字的原始檔方便版本控制系統，使協作和文件歷史管理更加容易。

啟用LaTeX渲染

要啟用LaTeX渲染以建立文件、方程式或註釋，我們通常需要以下內容。

• LaTeX安裝 − 安裝LaTeX發行版，例如TeX Live、MiKTeX或MacTeX，其中包含必要的LaTeX編譯器和包。
• 文字編輯器 − 選擇一個支援LaTeX的文字編輯器或整合開發環境（IDE），例如TeXstudio、TeXworks、Overleaf或帶有LaTeX外掛/擴充套件的編輯器，例如Sublime Text、VS Code或Atom。
• 編寫LaTeX程式碼 − 建立一個.tex檔案，並使用適當的命令和語法編寫LaTeX程式碼來構建我們的文件，其中包括方程式或格式化文字。
• 編譯 − 使用LaTeX編譯器將.tex檔案編譯成所需的輸出格式，例如PDF、DVI、PS。在終端執行相應的命令，或使用我們選擇的編輯器/IDE的整合功能。

示例

例如，在終端中，我們可能會執行以下程式碼。

pdflatex your_file.tex

或者在編輯器/IDE中，通常會有一個構建或編譯按鈕來啟動編譯過程。

Matplotlib中用於註釋的LaTeX渲染

對於Matplotlib註釋，在繪圖中使用LaTeX進行文字格式化，我們必須確保以下幾點：

• Matplotlib支援 − Matplotlib透過在plt.annotate()或類似函式中使用LaTeX語法來支援LaTeX註釋。
• LaTeX安裝 − 確保我們的系統上安裝了可供Matplotlib訪問的LaTeX，以便在註釋中渲染LaTeX文字。
• 正確的語法 − 在Matplotlib註釋函式中使用正確的LaTeX語法r'$...$'來渲染所需的LaTeX格式文字。
• 透過遵循上述步驟，我們可以啟用LaTeX渲染用於各種目的，例如文件建立、數學符號或視覺化庫（如Matplotlib）中的註釋。

示例

在這個例子中，我們將使用LaTeX渲染在繪圖的註釋中。

import matplotlib.pyplot as plt

# Sample data
x = [1, 2, 3, 4]
y = [2, 5, 7, 10]
plt.plot(x, y, 'o-', label='Data')

# Annotating a point with LaTeX-rendered text
plt.annotate(r'$\sum_{i=1}^{4} y_i$',   # LaTeX expression within the annotation
   xy=(x[2], y[2]),           # Coordinates of the annotation point
   xytext=(2.5, 6),           # Text position
   arrowprops=dict(facecolor='black', arrowstyle='->'),
   fontsize=12,
   color='green')

# Labeling axes and title
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Plot with LaTeX rendering in Annotation')
plt.legend()
plt.show()

輸出

這將生成以下輸出：

示例

這是另一個在繪圖註釋中使用LaTeX渲染的示例。

import matplotlib.pyplot as plt

# Generating some data points
x = [1, 2, 3, 4]
y = [2, 5, 7, 10]
plt.plot(x, y, 'o-', label='Data')

# Annotating a point with LaTeX rendering
plt.annotate(r'\textbf{Max Value}', 
   xy=(x[y.index(max(y))], max(y)), 
   xytext=(2.5, 8),
   arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),
   fontsize=12,
   color='white',
   bbox=dict(boxstyle='round,pad=0.3', edgecolor='red', facecolor='green'))
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Example Plot with LaTeX Annotation')
plt.legend()
plt.show()

輸出

這將生成以下等式 −

使用LaTeX的Matplotlib繪圖中的座標軸刻度字型

這是一個在使用LaTeX渲染時更改matplotlib中座標軸刻度字型的示例

示例

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.00, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True
x = np.array([1, 2, 3, 4])
y = np.exp(x)
ax1 = plt.subplot()
ax1.set_xticks(x)
ax1.set_yticks(y)
ax1.plot(x, y, c="red")
ax1.set_xticklabels([r"$\bf{one}$", r"$\bf{two}$", r"$\bf{three}$", r"$\bf{four}$"], rotation=45)
ax1.set_yticklabels([r"$\bf{:.2f}$".format(y[0]), r"$\bf{:.2f}$".format(y[1]),
   r"$\bf{:.2f}$".format(y[2]), r"$\bf{:.2f}$".format(y[3])], rotation=45)
plt.tight_layout()
plt.show()

輸出

這將生成以下輸出：