Математический рендеринговый движок Matplotlib

Введение

В этом практическом занятии вы научитесь создавать рисунок, демонстрирующий выбранные возможности математического рендеринга в Matplotlib. На рисунке будут показаны примеры записи математических выражений с использованием индексов, показателей, дробей, биномов, накопленных чисел, корней, шрифтов, ударений, греческих и ивритовых букв, разделителей, функций и символов.

Советы по работе с ВМ

После запуска виртуальной машины щелкните в левом верхнем углу, чтобы переключиться на вкладку Ноутбук и приступить к работе с Jupyter Notebook.

Иногда может потребоваться подождать несколько секунд, пока Jupyter Notebook полностью загрузится. Проверка операций не может быть автоматизирована из-за ограничений Jupyter Notebook.

Если вы столкнетесь с проблемами во время обучения, не стесняйтесь обращаться к Labby. Оставьте отзыв после занятия, и мы оперативно решим проблему для вас.

Импортировать библиотеки

В этом шаге мы импортируем необходимые библиотеки для этого практического занятия.

import matplotlib.pyplot as plt

Настроить демо-примеры

В этом шаге мы настроим демо-примеры математических выражений, которые мы будем демонстрировать на рисунке.

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

Создать рисунок и ось

В этом шаге мы создадим рисунок и ось для примеров математических выражений.

## Creating figure and axis.
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([])

Определить интервал между строками

В этом шаге мы определим интервал между строками в координатах осей.

n_lines = len(mathtext_demos)
line_axesfrac = 1 / n_lines

Построить формулу демонстрации заголовка

В этом шаге мы построим формулу демонстрации заголовка.

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)

Построить формулы демонстрации функций

В этом шаге мы построим формулы демонстрации функций.

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)

Показать рисунок

В этом шаге мы покажем рисунок.

plt.show()

Резюме

В этом практическом занятии показано, как создать рисунок, демонстрирующий выбранные функции математического рендеринга Matplotlib. На рисунке показано, как писать математические выражения с примерами нижних индексов, верхних индексов, дробей, биномов, накапливающихся чисел, корней, шрифтов, ударений, греческих, ивритских букв, разделителей, функций и символов.