Motor de Renderização Matemática do Matplotlib

Introdução

Este laboratório irá guiá-lo na criação de uma figura que demonstra as funcionalidades selecionadas do motor de renderização matemática do Matplotlib. A figura demonstrará como escrever expressões matemáticas com exemplos de subscritos, sobrescritos, frações, binômios, números empilhados, radicais, fontes, acentos, grego, hebraico, delimitadores, funções e símbolos.

Dicas para a VM

Após a inicialização da VM, clique no canto superior esquerdo para mudar para a aba Notebook e acessar o Jupyter Notebook para praticar.

Às vezes, pode ser necessário aguardar alguns segundos para que o Jupyter Notebook termine de carregar. A validação das operações não pode ser automatizada devido às limitações do Jupyter Notebook.

Se você enfrentar problemas durante o aprendizado, sinta-se à vontade para perguntar ao Labby. Forneça feedback após a sessão, e resolveremos o problema prontamente para você.

Importar bibliotecas

Nesta etapa, importaremos as bibliotecas necessárias para este laboratório.

import matplotlib.pyplot as plt

Configurar os exemplos de demonstração

Nesta etapa, configuraremos os exemplos de demonstração de expressões matemáticas que mostraremos na figura.

mathtext_demos = {
    "Header demo":
        r"$W^{3\beta}_{\delta_1 \rho_1 \sigma_2} = "
        r"U^{3\beta}_{\delta_1 \rho_1} + \frac{1}{8 \pi 2} "
        r"\int^{\alpha_2}_{\alpha_2} d \alpha^\prime_2 \left[\frac{ "
        r"U^{2\beta}_{\delta_1 \rho_1} - \alpha^\prime_2U^{1\beta}_"
        r"{\rho_1 \sigma_2} }{U^{0\beta}_{\rho_1 \sigma_2}}\right]$",

    "Subscripts and superscripts":
        r"$\alpha_i > \beta_i,\ "
        r"\alpha_{i+1}^j = {\rm sin}(2\pi f_j t_i) e^{-5 t_i/\tau},\ "
        r"\ldots$",

    "Fractions, binomials and stacked numbers":
        r"$\frac{3}{4},\ \binom{3}{4},\ \genfrac{}{}{0}{}{3}{4},\ "
        r"\left(\frac{5 - \frac{1}{x}}{4}\right),\ \ldots$",

    "Radicals":
        r"$\sqrt{2},\ \sqrt[3]{x},\ \ldots$",

    "Fonts":
        r"$\mathrm{Roman}\ , \ \mathit{Italic}\ , \ \mathtt{Typewriter} \ "
        r"\mathrm{or}\ \mathcal{CALLIGRAPHY}$",

    "Accents":
        r"$\acute a,\ \bar a,\ \breve a,\ \dot a,\ \ddot a, \ \grave a, \ "
        r"\hat a,\ \tilde a,\ \vec a,\ \widehat{xyz},\ \widetilde{xyz},\ "
        r"\ldots$",

    "Greek, Hebrew":
        r"$\alpha,\ \beta,\ \chi,\ \delta,\ \lambda,\ \mu,\ "
        r"\Delta,\ \Gamma,\ \Omega,\ \Phi,\ \Pi,\ \Upsilon,\ \nabla,\ "
        r"\aleph,\ \beth,\ \daleth,\ \gimel,\ \ldots$",

    "Delimiters, functions and Symbols":
        r"$\coprod,\ \int,\ \oint,\ \prod,\ \sum,\ "
        r"\log,\ \sin,\ \approx,\ \oplus,\ \star,\ \varpropto,\ "
        r"\infty,\ \partial,\ \Re,\ \leftrightsquigarrow, \ \ldots$",
}

Criar a figura e os eixos

Nesta etapa, criaremos a figura e os eixos para os exemplos de expressões matemáticas.

## Criando figura e eixos.
fig = plt.figure(figsize=(7, 7))
ax = fig.add_axes([0.01, 0.01, 0.98, 0.90],
                  facecolor="white", frameon=True)
ax.set_xlim(0, 1)
ax.set_ylim(0, 1)
ax.set_title("Matplotlib's math rendering engine",
             color=mpl_grey_rgb, fontsize=14, weight='bold')
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])

Definir o espaçamento entre linhas

Nesta etapa, definiremos o espaço entre as linhas nas coordenadas dos eixos.

n_lines = len(mathtext_demos)
line_axesfrac = 1 / n_lines

Plotar a fórmula de demonstração do cabeçalho

Nesta etapa, plotaremos a fórmula de demonstração do cabeçalho.

full_demo = mathtext_demos['Header demo']
ax.annotate(full_demo,
            xy=(0.5, 1. - 0.59 * line_axesfrac),
            color='tab:orange', ha='center', fontsize=20)

Plotar as fórmulas de demonstração de recursos

Nesta etapa, plotaremos as fórmulas de demonstração de recursos.

for i_line, (title, demo) in enumerate(mathtext_demos.items()):
    if i_line == 0:
        continue

    baseline = 1 - i_line * line_axesfrac
    baseline_next = baseline - line_axesfrac
    fill_color = ['white', 'tab:blue'][i_line % 2]
    ax.axhspan(baseline, baseline_next, color=fill_color, alpha=0.2)
    ax.annotate(f'{title}:',
                xy=(0.06, baseline - 0.3 * line_axesfrac),
                color=mpl_grey_rgb, weight='bold')
    ax.annotate(demo,
                xy=(0.04, baseline - 0.75 * line_axesfrac),
                color=mpl_grey_rgb, fontsize=16)

Exibir a figura

Nesta etapa, exibiremos a figura.

plt.show()

Resumo

Este laboratório demonstrou como criar uma figura que exibe os recursos selecionados do motor de renderização matemática do Matplotlib. A figura demonstrou como escrever expressões matemáticas com exemplos de subscritos, sobrescritos, frações, binômios, números empilhados, radicais, fontes, acentos, grego, hebraico, delimitadores, funções e símbolos.