使用amsmath和sfmath进行绘图标记时的LaTeX字体样式问题

Question

我有一个关于在Python中使用TeX的问题。

我启用了以下这些包：

import numpy
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt

matplotlib.rc('text', usetex = True)
matplotlib.rc('font', **{'family' : "sans-serif"})
params = {'text.latex.preamble' : [r'\usepackage{siunitx}', r'\usepackage{sfmath}']}
plt.rcParams.update(params)

你可以在我之前的一个问题中找到这个的原因。

不过，现在我也想使用amsmath包的字体。当我把它加到参数中时，它没有反应。我只需要amsmath来给图的x轴标记一个“a”。

所以我想给你看看我现在的样子：

还有我想要的样子（关于x轴标签）：

请注意，为了生成第二张图片，我把sfmath换成了amsmath。这立刻搞乱了x轴和y轴的刻度。我不想要这种情况。

有没有可能只把一个字母或单词的字体样式改成amsmath的？这样我就可以在图的x轴标签上只使用那种字体样式。

另一种方法是把sfmath替换成amsmath，然后确保刻度看起来像第一张图片那样。

谢谢

顺便说一下，这些图是用以下方式创建的：

fig = plt.figure()

ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)
ax1.set_xlabel(r"$a$", fontsize = 14)

plt.show()

Answer 1

我原以为，所有没有放在 $ ... $ 里的内容都会被当作普通文本来处理。这样的话，我们就可以单独定义一种文本字体和一种数学字体。然而，正如你提到的，刻度标签却受到了 LaTeX 数学字体的影响。这就有点奇怪了，因为 matplotlib 似乎把所有的刻度标签都放在了一个数学环境里。因此，根本的问题在于，刻度标签和坐标轴标签使用的是同一种字体。我们可以通过使用多种数学字母来解决这个问题，但这样的话，你就得到处使用 \mathrm{}。

不过，我猜测你最初的问题是你不喜欢 Computer Modern 字体的刻度标签。所以我建议你把整体字体换成一种看起来不错的字体，这样刻度标签和坐标轴标签都能好看。我发现 Linux Libertine 字体就挺不错的。我对 matplotlib 是如何处理文本的不是特别确定，所以我建议同时定义文本和数学字体，并确保它们搭配得当。可以通过 newtx 这个 LaTeX 包来实现。使用 lualatex 时，前言部分可以保持得很简洁，这样就能达到我们想要的效果，而且我们使用的是一个现代的工具。根据 http://matplotlib.org/users/pgf.html，LuaLaTeX 是官方支持的，可以通过 PGF 后端生成 PDF 图形。所以，我建议使用以下代码：

import matplotlib as mpl
mpl.use('pgf')
import matplotlib.pyplot as plt

pgf_with_lualatex = {
    "text.usetex": True,
    "pgf.rcfonts": False,   # Do not set up fonts from rc parameters.
    "pgf.texsystem": "lualatex",
    "pgf.preamble": [
        r'\usepackage[libertine]{newtxmath}',
        r'\usepackage[no-math]{fontspec}',
        r'\usepackage{libertine}',
        ]
}
mpl.rcParams.update(pgf_with_lualatex)

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)
ax1.set_xlabel("$a b c$", fontsize = 14)
plt.savefig('figure.pdf')

我们通过将 rcfonts 设置为 False 来完全控制字体，并在 LaTeX 前言中设置文本和数学字体。为了让 newtxmath 设置数学字体，需要给 fontspec 包加上 no-math 选项。

生成的 PDF 看起来不错，这里有一张截图：

Answer 2

sfmath这个包有一个选项叫mathitOrig，它可以保持原来的斜体数学字体（在LaTeX中，大部分数学公式都是用斜体的）。如果你使用这个选项，再加上$\mathit{a}$，你得到的效果就接近你想要的了，虽然不是完全一样，因为这个数学字体和amsmath的字体还是有点区别。

import numpy
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt

matplotlib.rc('text', usetex = True)
matplotlib.rc('font', **{'family' : "sans-serif"})
params = {'text.latex.preamble' : [r'\usepackage{siunitx}', r'\usepackage[mathitOrig]{sfmath}']}
plt.rcParams.update(params)

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)
ax1.set_xlabel(r"$\mathit{a}$", fontsize = 14)

Answer 3

我们可以通过你提到的第二种方法来实现你想要的效果：使用 amsmath，然后把刻度标签的字体换成不同的。这种方法有点像小技巧，虽然不是这里其他答案的常规做法，但它最接近你想要的效果。

诀窍在于使用 amsmath，让 Matplotlib 按照正常方式渲染所有内容，然后在最后，把刻度标签重置为原来的无衬线字体。我不确定这是否完全绕过了 usetex，但如果是的话，你就会得到一个奇怪的组合：TeX 渲染的标签和 Matplotlib 渲染的标签混在一起。看起来效果很不错！

关键的代码是

fontProperties = {'family':'sans-serif', 'weight': 'normal', 'size': 12}
ax1.set_xticklabels(ax1.get_xticks(), fontProperties)
ax1.set_yticklabels(ax1.get_yticks(), fontProperties)

把这个添加到你脚本的末尾，并且加上 amsmath，就会得到以下效果：

import numpy
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt

matplotlib.rc('text', usetex = True)
matplotlib.rc('font', **{'family' : "sans-serif"})
params = {'text.latex.preamble' : [r'\usepackage{siunitx}', r'\usepackage{amsmath}']}
plt.rcParams.update(params)

fig = plt.figure(figsize=(8,6))
ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1)
ax1.set_xlabel(r"$a$", fontsize = 14)

fontProperties = {'family':'sans-serif', 'weight': 'normal', 'size': 12}
ax1.set_xticklabels(ax1.get_xticks(), fontProperties)
ax1.set_yticklabels(ax1.get_yticks(), fontProperties)