Matplotlib mathtext：刻度标签中的字形错误

Question

在 matplotlib 2.0.2 中使用默认的 mathtext 而不是 LaTeX 数学渲染引擎时，我观察到了错误。似乎mathtext无法识别某些字形（在我的情况下是减号和乘号）。真正奇怪的是，仅当这些特定字形出现在刻度标签中时才会发生错误。当我故意输入一些数学表达式时，例如图标题，效果很好。

考虑以下示例和生成的图像：

import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt

# Customize matplotlib
matplotlib.rcParams.update({# Use mathtext, not LaTeX
                            'text.usetex': False,
                            # Use the Computer modern font
                            'font.family': 'serif',
                            'font.serif': 'cmr10',
                            'mathtext.fontset': 'cm',
                            })

# Plot
plt.semilogy([-0.03, 0.05], [0.3, 0.05])
plt.title(r'$-6\times 10^{-2}$')
plt.savefig('test.png')

如图所示，刻度标签中的乘法和一些减号已被其他字符替换。如果我使用 LaTeX（通过将 'text.usetex' 设置为 True），一切都会很好地呈现。为什么会发生这种情况，更重要的是，如何在不从 mathtext 更改为 LaTeX 的情况下修复它？

附加信息

这是运行示例代码时打印的警告：

mathtext.py:866: MathTextWarning: Font 'default' does not have a glyph for '\times' [U+d7]
  MathTextWarning)
mathtext.py:867: MathTextWarning: Substituting with a dummy symbol.
  warn("Substituting with a dummy symbol.", MathTextWarning)

请注意，出现在指数中的减号会正确呈现。如果我忽略'mathtext.fontset': 'cm'，这些也可能不会呈现，产生另一个类似的警告：

mathtext.py:866: MathTextWarning: Font 'default' does not have a glyph for '-' [U+2212]
  MathTextWarning)
mathtext.py:867: MathTextWarning: Substituting with a dummy symbol.
  warn("Substituting with a dummy symbol.", MathTextWarning)

另外，如果我在rcParams 中包含'axes.unicode_minus': False（并保留'mathtext.fontset': 'cm'），所有减号都会正确呈现，但乘号仍然存在问题。

在旧版本的 matplotlib 上，乘号错误似乎不是问题（我测试过 1.5.1、1.4.3 和 1.3.1）。但是，这些 matplotib 坚持只在 10⁻²、10⁻¹、1、10、10² 等处生成刻度标签，因此不需要乘号。

错误报告

这已作为 bug report 提交给 Matplotlib。

Answer 1

我发现 STIX 字体可以替代现代计算机。

import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt

# Customize matplotlib
matplotlib.rcParams.update(
    {
        'text.usetex': False,
        'font.family': 'stixgeneral',
        'mathtext.fontset': 'stix',
    }
)

# Plot
plt.semilogy([-0.03, 0.05], [0.3, 0.05])
plt.title(r'$-6\times 10^{-2}$')
plt.savefig('test.png')

这会在我的笔记本电脑上产生以下输出：

Answer 2

问题原因

我现在明白发生了什么。 yticklabels 的格式都类似于

r'$\mathdefault{6\times10^{-2}}$'

这适用于主要刻度标签，其中\times10^{-2} 部分不存在。我相信这对于小刻度标签会失败，因为\times 在\mathdefault{} 内部不起作用。如here 所述，\mathdefault{} 用于生成具有与 mathtext 相同字体的常规（非数学）文本，其限制是可用的符号要少得多。由于\mathdefault{} 中的所有内容都是数学，\mathdefault{} 的使用完全是多余的，因此可以安全地删除它。这样就解决了问题。

解决方案

可以使用 matplotlib 的 tick formatters 解决这个问题。但是，我想保留默认（次要）刻度标签位置和（预期）格式，因此更简单的解决方案是简单地撕掉刻度标签的 \mathdefault 部分：

import warnings
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.mathtext import MathTextWarning

# Customize matplotlib
matplotlib.rcParams.update({# Use mathtext, not LaTeX
                            'text.usetex': False,
                            # Use the Computer modern font
                            'font.family': 'serif',
                            'font.serif': 'cmr10',
                            'mathtext.fontset': 'cm',
                            # Use ASCII minus
                            'axes.unicode_minus': False,
                            })
# Function implementing the fix
def fix(ax=None):
    if ax is None:
        ax = plt.gca()
    fig = ax.get_figure()
    # Force the figure to be drawn
    with warnings.catch_warnings():
        warnings.simplefilter('ignore', category=MathTextWarning)
        fig.canvas.draw()
    # Remove '\mathdefault' from all minor tick labels
    labels = [label.get_text().replace('\mathdefault', '')
              for label in ax.get_xminorticklabels()]
    ax.set_xticklabels(labels, minor=True)
    labels = [label.get_text().replace('\mathdefault', '')
              for label in ax.get_yminorticklabels()]
    ax.set_yticklabels(labels, minor=True)
# Plot
plt.semilogy([-0.03, 0.05], [0.3, 0.05])
plt.title(r'$-6\times 10^{-2}$')
fix()
plt.savefig('test.png')

编写此修复程序的棘手部分是您无法在绘制图形之前获取刻度标签。因此我们需要先调用fig.canvas.draw()。这将引发警告，我已经压制了。这也意味着您应该尽可能晚地调用fix()，以便所有轴都按照最终的方式绘制。最后（如问题中所述），'axes.unicode_minus' 已设置为 False 以解决带有减号的类似问题。

生成的图像： 敏锐的 LaTeX 眼睛可能会发现 xticklabels 中的缺点仍然有些偏差。这与问题无关，但发生是因为 xticklabels 中的数字未包含在 $...$ 中。

matplotlib 3.1.0 更新

从 matplotlib 版本 3.1.0 开始，警告是通过 logging 模块发出的，而不是 warnings。要使警告静音，请替换

    # Force the figure to be drawn
    with warnings.catch_warnings():
        warnings.simplefilter('ignore', category=MathTextWarning)
        fig.canvas.draw()

与

    # Force the figure to be drawn
    import logging
    logger = logging.getLogger('matplotlib.mathtext')
    original_level = logger.getEffectiveLevel()
    logger.setLevel(logging.ERROR)
    with warnings.catch_warnings():
        warnings.simplefilter('ignore', category=MathTextWarning)
        fig.canvas.draw()
    logger.setLevel(original_level)

现在无论是通过logging 还是warnings 发出的警告都会忽略。

Answer 3

为了掩盖我在消息中使用filterwarnings() 的警告。

import warnings

warnings.filterwarnings("ignore", message="Glyph 146 missing from current font.")

所以替换“当前字体中缺少 Glyph 146”。由您自己的错误消息。