Python, matplotlibでLaTeX表記数式を表示 #Python

1. はじめに

前回記事：http://qiita.com/damyarou/items/818b20ea0def9ff43484
で，分数 \frac は表示不可？　と書いたが，調べてみたら，LaTeXのかなりの部分を表示できる方法があった． (http://matplotlib.org/users/usetex.html)

2. 準備

2.1 バックエンド

バックエンドというものを指定しておく必要があるらしい．
私の場合，過去にpyenvでインストールしたmatplotlibが動かなかった経緯があり，TkAggを指定している．

（対応）~/.marplotlibにmatplotlibrcというファイルを作成し，１行 backend : TkAggと書き込んで保存

（参考）
http://blog.livedoor.jp/mt_kinabalu/archives/48592087.html
http://qiita.com/katryo/items/918667f28301fdec89ba

2.2 type1cm.sty

あと，トライアル中に「type1cm.styが無い」というのが出たので，TeXで読み込むフォルダにこれをインストール．
私の場合，MacにBasicTeXを入れているため，以下のフォルダにtype1cm.styを入れている．フォルダmytoolは標準で入っていない自分用スタイルファイルを入れておくフォルダ．
/usr/local/texlive/2015basic/texmf-local/tex/mytool/

3. テストプログラム

3.1 注意点

rc をインポートし以下を記載する

from matplotlib import rc

rc('text', usetex=True)

LaTeX表記テキストの先頭に r をつける
\displaystyle を使用可能（分数の表記が綺麗でバランスよくなる）
以下記載例

text14=r'$\displaystyle r=\sqrt{\frac{-2(1-\rho^2)\cdot\ln(1-p)}{1-2\rho\cdot\sin\theta\cdot\cos\theta}}$'

出力画像ファイル名は，pdfであることを明記する．

fnameF='fig_tex_test.pdf'
......
......
plt.savefig(fnameF)

\thickmuskip=0mu \medmuskip=0mu \thinmuskip=0mu を入れることで式の長さを短く（圧縮）できる，成果図中の式（2）と(3)および式(12)と(13)の違いがその効果．

text02='(2)   '+r'$\thickmuskip=0mu \medmuskip=0mu \thinmuskip=0mu \displaystyle f(x)=....

（参考）http://oversleptabit.com/?p=556

3.2 実行用スクリプト

プログラムは， pdf を作成するので，これを Imagemagick で png に変換している．

python py_tex_test.py

convert -trim -density 400 fig_tex_test.pdf -bordercolor "white" -border 10x10 fig_tex_test.png

3.3 サンプルプログラムコード

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.ticker import *
from matplotlib import rc

#reference: http://oversleptabit.com/?p=556

rc('text', usetex=True)

# drawing area: w x h = 16 x 25 imaged A4 paper
xmin=0
xmax=16
ymin=0
ymax=25
dh=1.5 # height of one row
A=[]   # actural y-axis
B=[]   # grid number in y-axis
for i in range(0,int(ymax//dh)+1):
    s='{0:.1f}'.format(dh*i)
    A=A+[float(s)]
    B=B+[i]

fnameF='fig_tex_test.pdf'
fig = plt.figure()
ax1=plt.subplot(111)
ax1 = plt.gca()
ax1.set_xlim([xmin,xmax])
ax1.set_ylim([ymax,ymin])
aspect = (abs(ymax-ymin))/(abs(xmax-xmin))*abs(ax1.get_xlim()[1] - ax1.get_xlim()[0]) / abs(ax1.get_ylim()[1] - ax1.get_ylim()[0])
ax1.set_aspect(aspect)
#plt.axis('off')
ax1.tick_params(labelsize=6)
ax1.xaxis.set_major_locator(MultipleLocator(1))
ax1.yaxis.set_major_locator(MultipleLocator(dh))
plt.yticks(A,B)
plt.grid(which='both',lw=0.3, color='#cccccc',linestyle='-')

############################################
iis=1
title='Equations'
text01='(1)   '+r'$\thickmuskip=0mu \medmuskip=0mu \thinmuskip=0mu \displaystyle \int\int\int_V\left(\frac{\partial P}{\partial x}+\frac{\partial Q}{\partial y}+\frac{\partial R}{\partial z}\right)dx dy dz=\int\int_S(P dy dz+Q dz dx+R dx dy)$'
text02='(2)   '+r'$\thickmuskip=0mu \medmuskip=0mu \thinmuskip=0mu \displaystyle f(x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{+\infty}\left(a_n\cos\frac{n\pi x}{\ell}+b_n\sin\frac{n\pi x}{\ell}\right)$'
text03='(3)   '+r'$\displaystyle f(x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{+\infty}\left(a_n\cos\frac{n\pi x}{\ell}+b_n\sin\frac{n\pi x}{\ell}\right)$'
text04='(4)   '+r'$\displaystyle a_0=\frac{1}{\ell}\int_{-\ell}^{\ell}f(x) dx$'
text05='(5)   '+r'$\displaystyle a_n=\frac{1}{\ell}\int_{-\ell}^{\ell}f(x)\cos\frac{n\pi x}{\ell}dx \qquad (n=1,2,3, \cdots)$'
text06='(6)   '+r'$\displaystyle b_n=\frac{1}{\ell}\int_{-\ell}^{\ell}f(x)\sin\frac{n\pi x}{\ell}dx \qquad (n=1,2,3, \cdots)$'
text07='(7)   '+r'$\displaystyle e^x=1+\frac{x}{1!}+\cdots+\frac{x^{n-1}}{(n-1)!}+\frac{e^{\theta x}}{n!}x^n \qquad (0<\theta<1)$'
text08='(8)   '+r'$\displaystyle \lim_{n\to\pm\infty}\left(1+\frac{1}{x}\right)^x=e$'
text09='(9)   '+r'$\displaystyle \cosh z=\frac{e^z+e^{-z}}{2} \qquad \sinh z=\frac{e^z-e^{-z}}{2}$'
text10='(10)  '+r'$\displaystyle y=a\cdot x+b$'
text11='(11)  '+r'$\displaystyle a=\frac{n \sum xy-\sum x\cdot\sum y}{n \sum x^2-(\sum x)^2} \qquad \qquad b=\frac{\sum x^2\cdot \sum y-\sum x\cdot\sum xy}{n \sum x^2-(\sum x)^2}$'
text12='(12)  '+r'$\thickmuskip=0mu \medmuskip=0mu \thinmuskip=0mu \displaystyle r=\frac{n \sum xy-\sum x\cdot\sum y}{\sqrt{[n \sum x^2-(\sum x)^2]\cdot [n \sum y^2-(\sum y)^2]}}$'
text13='(13)  '+r'$\displaystyle r=\frac{n \sum xy-\sum x\cdot\sum y}{\sqrt{[n \sum x^2-(\sum x)^2]\cdot [n \sum y^2-(\sum y)^2]}}$'
text14='(14)  '+r'$\displaystyle x=x_m+\sigma_x\cdot r \cdot\cos\theta \qquad y=y_m+\sigma_y\cdot r \cdot\sin\theta$'
text15='(15)  '+r'$\displaystyle r=\sqrt{\frac{-2(1-\rho^2)\cdot\ln(1-p)}{1-2\rho\cdot\sin\theta\cdot\cos\theta}}$'


xv0=0
fsize=4 # fontsize
xs=xv0+1; ys=iis*dh- 0.5*dh; plt.text(xs,ys,title,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize,fontweight='bold')
xs=xv0+1; ys=iis*dh+ 0.5*dh; plt.text(xs,ys,text01,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+ 1.5*dh; plt.text(xs,ys,text02,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+ 2.5*dh; plt.text(xs,ys,text03,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+2; ys=iis*dh+ 3.5*dh; plt.text(xs,ys,text04,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+2; ys=iis*dh+ 4.5*dh; plt.text(xs,ys,text05,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+2; ys=iis*dh+ 5.5*dh; plt.text(xs,ys,text06,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+ 6.5*dh; plt.text(xs,ys,text07,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+ 7.5*dh; plt.text(xs,ys,text08,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+ 8.5*dh; plt.text(xs,ys,text09,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+ 9.5*dh; plt.text(xs,ys,text10,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+10.5*dh; plt.text(xs,ys,text11,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+11.5*dh; plt.text(xs,ys,text12,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+12.5*dh; plt.text(xs,ys,text13,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+13.5*dh; plt.text(xs,ys,text14,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
xs=xv0+1; ys=iis*dh+14.5*dh; plt.text(xs,ys,text15,rotation=0,ha='left',va='center',fontsize=fsize)
############################################

#plt.savefig(fnameF, dpi=200, bbox_inches="tight", pad_inches=0.2)
plt.savefig(fnameF)
#plt.show()

4. 成果品

できた！

以　上