Matplotlib 中的字体#

Matplotlib 需要字体来配合其文本引擎工作，其中一些字体随安装一同提供。默认字体是 DejaVu Sans，它涵盖了大多数欧洲书写系统。但是，用户可以配置默认字体，并提供自己的自定义字体。有关详细信息，请参阅自定义文本属性，对于 DejaVu Sans 不支持的字形，请特别参阅非拉丁字形的文本。

Matplotlib 还提供了一个选项，可以将文本渲染卸载到 TeX 引擎（usetex=True），详情请参阅使用 LaTeX 渲染文本。

PDF 和 PostScript 中的字体#

字体在计算领域有着悠久（有时互不兼容）的历史，导致不同平台支持不同类型的字体。实际上，Matplotlib 支持三种字体规范（除了本指南稍后解释的 PDF“核心字体”）。

字体类型#
Type 1 (PDF)	Type 3 (PDF/PS)	TrueType (PDF)
最古老的类型之一，由 Adobe 引入	引入时间与 Type 1 类似	比前述类型新，目前常用，由 Apple 引入
PostScript 的受限子集，字符描述串以字节码形式存在	完整的 PostScript 语言，允许嵌入任意代码（理论上，甚至可以在栅格化时渲染分形！）	包含一个可以执行代码的虚拟机！
这些字体支持字体微调	不支持字体微调	支持微调（虚拟机处理“提示”）
通过 Matplotlib 不进行子集化	通过外部模块 ttconv 进行子集化	通过外部模块 fontTools 进行子集化

注意

Adobe 于 2023 年 1 月停止了对 Type 1 字体创作的支持。

Matplotlib 支持的其他字体规范

Type 42 字体 (PS)
- TrueType 字体的 PostScript 封装
- 42 是生命、宇宙以及一切的答案！
- Matplotlib 使用外部库 fontTools 对这些类型的字体进行子集化
OpenType 字体
- OpenType 是一种新的数字字体标准，由 Adobe 和 Microsoft 联合开发
- 通常包含更大的字符集！
- Matplotlib 支持有限

字体子集化#

PDF 和 PostScript 格式支持在文件中嵌入字体，这使得显示程序能够正确渲染文本，而无需依赖查看器计算机上安装的字体，也无需预先栅格化文本。这确保了即使输出被缩放或调整大小，文本也不会像素化。然而，在文件中嵌入完整字体可能会导致输出文件过大，特别是对于支持 CJK（中/日/韩）等具有许多字形的字体。

解决此问题的方法是对文档中使用的字体进行子集化，并且只嵌入实际使用的字形。这既能获得矢量文本，又能减小文件大小。计算所需字体子集并写入新的（缩减的）字体都是复杂的问题，因此 Matplotlib 依赖于 fontTools 和 ttconv 的一个供应商分支。

目前，Type 3、Type 42 和 TrueType 字体会进行子集化。Type 1 字体则不会。

核心字体#

除了嵌入字体的能力之外，作为 PostScript 和 PDF 规范的一部分，有 14 种核心字体是兼容的查看器必须确保可用的。如果将文档限制为只使用这些字体，则无需在文档中嵌入任何字体信息，但仍能获得矢量文本。

这对于生成真正轻量级的文档特别有帮助

# trigger core fonts for PDF backend
plt.rcParams["pdf.use14corefonts"] = True
# trigger core fonts for PS backend
plt.rcParams["ps.useafm"] = True

chars = "AFM ftw!"
fig, ax = plt.subplots()
ax.text(0.5, 0.5, chars)

fig.savefig("AFM_PDF.pdf", format="pdf")
fig.savefig("AFM_PS.ps", format="ps")

SVG 中的字体#

文本可以通过两种方式输出到 SVG，由 rcParams["svg.fonttype"] 控制（默认值：'path'）

作为 SVG 中的路径（'path'）
作为 SVG 中的字符串，元素上带有字体样式（'none'）

当通过 'path' 保存时，Matplotlib 会计算所用字形的路径作为矢量路径，并将其写入输出。这样做的好处是，无论计算机上安装了什么字体，SVG 在所有计算机上看起来都一样。但是，文本在保存后将无法编辑。相反，使用 'none' 保存将生成更小的文件，并且文本将直接显示在标记中。然而，外观可能会因 SVG 查看器和可用字体的不同而异。

Agg 中的字体#

为了通过 Agg 将文本输出到栅格格式，Matplotlib 依赖于 FreeType。由于字形的精确渲染在不同 FreeType 版本之间会发生变化，因此我们在图像比较测试中锁定到特定版本。

Matplotlib 如何选择字体#

在内部，Matplotlib 中使用字体是一个三步过程

创建一个 FontProperties 对象（显式或隐式）
基于 FontProperties 对象，使用 FontManager 上的方法来选择 Matplotlib 已知的最接近的“最佳”字体（SVG 的 'none' 模式除外）。
字体的 Python 代理对象由后端代码用于渲染文本——具体细节取决于通过 font_manager.get_font 获得的后端。

选择“最佳”字体的算法是 CSS1 规范中指定算法的修改版本，该算法被网页浏览器使用。此算法考虑了字体族名称（例如“Arial”、“Noto Sans CJK”、“Hack”等）、大小、样式和粗细。除了直接映射到字体的族名称外，还有五个“通用字体族名称”（衬线体、等宽体、艺术体、手写体和无衬线体），它们将在内部映射到一组字体中的任何一个。

目前，执行步骤 2 的公共 API 是 FontManager.findfont（并且全局 FontManager 实例上的该方法在模块级别别名为 font_manager.findfont），它将只查找一个字体并返回该字体在文件系统上的绝对路径。

字体回退#

没有一种字体能涵盖整个 Unicode 空间，因此用户可能需要混合使用来自单一字体无法满足的字形。虽然以前可以在一个 Figure 中、在不同的 Text 实例上使用多种字体，但以前无法在同一个 Text 实例中使用多种字体（像网页浏览器那样）。自 Matplotlib 3.6 起，Agg、SVG、PDF 和 PS 后端将在单个 Text 实例中“回退”使用多种字体。

fig, ax = plt.subplots()
ax.text(
    .5, .5, "There are 几个汉字 in between!",
    family=['DejaVu Sans', 'Noto Sans CJK JP', 'Noto Sans TC'],
    ha='center'
)