Matplotlib 文字体设置

Matplotlib 可以绘制各种图形，无论是科学图形，线性图还是柱状图等。Matplotlib 能够自由控制图形的大小、标签、标题、轴坐标、图例等各种属性。但是在 Matplotlib 中，中文字体的呈现常常会遇到很多问题。例如中文字体无法正常显示、中文字体大小无法调整、中文字体乱码等等。那该如何解决这些问题呢？本文将简单介绍如何在 Matplotlib 中正确显示中文字体。

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中文字体设置

Matplotlib 中文字体的设置需要借助于 font_manager 和 rc_params 两个模块。其中，font_manager 用于管理系统字体和缓存字体文件，而 rc_params 则用于配置 Matplotlib 所需的参数。在设置中文字体之前，需要先检查系统中是否存在需要的字体文件。可以通过以下代码来检查：

import matplotlib.font_manager as fm

for f in fm.fontManager.ttflist:
    if 'SimHei' in f.name or 'Microsoft YaHei' in f.name:
        print(f.name, f.fname)

此代码会遍历系统中的所有字体文件，并输出包含“SimHei”或“Microsoft YaHei”的字体名称和字体文件路径。如果无法检查到这些字体，则需要先安装相应字体文件。

接下来，在 Matplotlib 中设置中文字体，需要使用如下代码：

import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt

# 设置rc参数，使其支持中文显示
matplotlib.rcParams['font.family'] = 'Microsoft YaHei'

# 绘图
plt.plot([1, 2, 3], [4, 5, 6])
plt.title('图像标题')
plt.xlabel('x轴标签')
plt.ylabel('y轴标签')
plt.show()

在代码中，我们首先导入了 matplotlib 和 pyplot 两个模块。然后，我们使用 rcParams 设置参数，在参数中指定字体为 Microsoft YaHei，从而支持中文的显示。接着，我们通过调用 plot 函数绘制了一条简单的曲线。在绘制完成后，我们使用 title、xlabel 和 ylabel 函数设置了图像标题、x轴标签和y轴标签。最后，我们使用 show 函数将图像显示出来。

文本尺寸调整

在 Matplotlib 中，通过 text 函数可以在图形上添加文本。例如：

plt.text(1, 5, '这是一个例子')

此代码会在坐标轴上的 (1, 5) 处添加一段文本 “这是一个例子”。在添加文本时，我们可以通过调整文本字体大小来控制文本的尺寸。例如：

plt.text(1, 5, '这是一个例子', fontsize=14)

此代码会在坐标轴上的 (1, 5) 处添加一段字体大小为 14 的文本 “这是一个例子”。

除了使用 text 函数添加文本之外，我们还可以通过 legend 函数将标签添加到图例中。例如：

plt.plot([1, 2, 3], [4, 5, 6], label='数据1')
plt.plot([1, 2, 3], [6, 5, 4], label='数据2')
plt.legend(fontsize=14)

此代码会在曲线上添加两个标签 “数据1” 和 “数据2”，并通过 legend 函数将标签添加到图例中。在设置图例时，我们同样可以通过指定字体大小来控制标签的尺寸。

字体大小计算

在 Matplotlib 中，根据文本的大小自动调整图形的大小非常困难。例如，在绘制柱状图时，如果柱子上的文本过长或字体过大，就可能会导致整个图形无法完整显示。此时，我们可以通过计算文本的大小，来自动调整图形的大小以确保文本能够完整显示。

例如，下面的代码会在每个柱子上添加一个文本标签，显示该柱子的值：

import numpy as np

x = np.arange(5)
y = [5, 7, 6, 8, 9]

fig, ax = plt.subplots()
rects = ax.bar(x, y)

for rect in rects:
    height = rect.get_height()
    ax.annotate('{:.2f}'.format(height),
        xy=(rect.get_x() + rect.get_width() / 2, height),
        xytext=(0, 3),
        textcoords="offset points",
        ha='center', va='bottom')

plt.show()

在此代码中，我们首先创建了一个包含5个柱子和对应值的数组。然后，我们创建了一个 figure 和一个 axes 对象，使用 bar 函数绘制了五个柱子。在构建完初步图形之后，我们使用循环遍历每个柱子，并通过 ax.annotate 函数在每个柱子上添加一个文本标签。其中， '{:.2f}'.format(height) 表示保留两位小数的柱子高度， xy 是标签的位置， xytext 是标签的偏移量，textcoords 是标签的坐标系，ha 和 va 分别是标签的水平对齐和垂直对齐方式。在循环结束之后，我们使用 show 函数将图形显示出来。

关于文本大小计算，我们可以构建一个自定义函数 get_text_width_height 来获取文本的大小。例如：

from matplotlib.font_manager import FontProperties

def get_text_width_height(text, font_properties):
    text_width, text_height = font_properties.get_text_width_height(text)
    return text_width, text_height

font = FontProperties()
font.set_family('Microsoft YaHei')
font.set_size(16)
width, height = get_text_width_height('这是一个例子', font)
print('文本宽度：', width)
print('文本高度：', height)

此代码中，我们定义了一个 get_text_width_height 函数（该函数需要传入文本和字体属性），用于返回文本的宽度和高度。我们设置了字体为 Microsoft YaHei，字体大小为 16，并通过 get_text_width_height 函数获取了字符串 “这是一个例子” 的宽度和高度。最终，代码会输出文本的宽度和高度。

总结

在 Matplotlib 中正确设置中文字体和调整文本大小是一个常见问题。要解决这个问题，我们需要首先确定系统中是否存在所需的字体文件，然后通过 rcParams 设置字体，以支持中文的显示。在调整文本大小时，我们可以使用 text 函数或者 legend 函数添加文本/标签，并通过指定字体大小来控制文本的尺寸。在更复杂的场景中，我们也可以通过计算文本的大小来自动调整图形大小，保证文本能够完整显示。