【Python】sympyの行列をlatex(matplotlib)で表示する

概要

sympyは代数の計算を行うことができる標準ライブラリです。
sympy.latex()関数を用いることで簡単に計算式のlatexコマンドを得ることができますが、行列のlatexコマンドをmatplotlibで表示したところエラーが発生したため、その原因と解決策を書き残しておきます。

エラー

行列式を代入しlatex()でlatexコマンドへ変換した後、matplotlibでその数式を表示します。

from sympy import symbols, Matrix, latex
import matplotlib.pyplot as plt

#xを入力時のシンボルとして指定
x = symbols('x')

#行列を定義
matrix = symbols("a:z", Integer=True)
matrix = Matrix()
m = Matrix([
    [x**3 + 2, x - 2],
    [2*x + 3, x**2 - x + 4]])

#mをlatexに変換
m = latex(m)

#図を定義
plt.rcParams["text.usetex"] = True
fig, ax = plt.subplots()
tex1 = m
ax.axis('off')
ax.text(0.5, 0.5, m, ha='center', va='center', fontsize=15)

#式の表示
plt.show(fig)

しかし、上記を実行すると下記の様なランタイムエラーとなってしまいました。

出力結果

RuntimeError: latex was not able to process the following string:
b'\\\\left[\\\\begin{matrix}x^{3} + 2 & x - 2\\\\\\\\2 x + 3 & x^{2} - x +4\\\\end{matrix}\\\\right]'
Here is the full command invocation and its output:
latex -interaction=nonstopmode --halt-on-error --output-directory=tmp2rn45omx 704bb5753e3d22277de033293f40157c.tex
This is pdfTeX, Version 3.141592653-2.6-1.40.25 (TeX Live 2023) (preloaded format=latex)
 restricted \write18 enabled.
entering extended mode
....

原因

エラーコードにはlatexの記法が間違っていると書かれていますが、厳密には

sympy.latex() の戻り値はamsmathパッケージが使用された記法であり、デフォルトのmatplotlibではそのパッケージが有効になっていないためエラーを引き起こしています。

解決策

text.latex.preambleの設定からamsmathパッケージを有効にすることでエラーを防ぐことができます。

m = r"$" + latex(m) + r"$"

plt.rcParams["text.usetex"] = True
plt.rcParams["text.latex.preamble"] = r"\usepackage{amsmath}"

出力結果

また拡張子.mplstyleに設定を保存し、それを呼び出すことでも有効にできます。

plt.style.use(['スタイル名'])

参考:

おわりに

どこかでmatplotlibのlatex表記ではパッケージを利用できないという記述を見つけました。だからわざわざamsmath表記を数式モード表記に置換するというコードを書いたにも拘わらず、後からパッケージの使い方を知り無駄になってしまいました。 これを見て皆さんが同じ羽目に遭わないといいなと思います。