Python matplotlib 绘图中文显示与负号修复完整指南

本文详细介绍 Python 中使用 matplotlib 进行绘图及配置中文显示的具体操作方法，供读者参考学习。

matplotlib 中文显示问题与字体配置

在使用 matplotlib 进行绘图时，默认配置下无法直接显示中文字符。例如，编写如下 Python 脚本：

#-*- coding: utf-8 -*-
from pylab import *
t = arange(-4*pi, 4*pi, 0.01)
y = sin(t)/t
plt.plot(t, y)
plt.title(u'钟形函数')
plt.xlabel(u'时间')
plt.ylabel(u'幅度')
plt.show()

运行后生成的图像如图 1 所示，可以观察到标题和坐标轴标签中的中文无法正常显示：

实际上，matplotlib 本身支持 Unicode 编码。出现图 1 中问题的主要原因是系统未找到合适的中文字体。在 matplotlib 的配置文件中，默认字体设置如下：

#font.family     : sans-serif
#font.sans-serif   : Bitstream Vera Sans, Lucida Grande, Verdana, Geneva, Lucid, Arial, Helvetica, Avant Garde, sans-serif

可以看到默认配置中没有中文字体。因此，我们需要手动添加中文字体的名称。需要注意的是，这里添加的不是常见的“宋体”或“黑体”等中文名称，而是字体管理器识别出的具体字体名称。matplotlib 内置的字体管理器位于 font_manager.py 文件中，自动生成的可用字体信息保存在 fontList.cache 文件中。通过搜索该文件可以查看对应字体的名称，例如 simhei.ttf 对应的名称为 'SimHei'，simkai.ttf 对应的名称为 'KaiTi_GB2312' 等。将这些名称添加到配置文件中即可让 matplotlib 正常显示中文。修改方法主要有两种：

1. 直接修改配置文件 matplotlibrc

在配置文件中找到 font.sans-serif 的设置项，然后添加所需的中文字体名称，例如：

font.sans-serif : SimHei, Bitstream Vera Sans, Lucida Grande, Verdana, Geneva, Lucid, Arial, Helvetica, Avant Garde, sans-serif

2. 动态设置（推荐方式）

在 Python 脚本中动态设置 matplotlibrc 参数，这样无需更改配置文件，更加灵活方便，例如：

mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']

修改后的完整代码如下：

#-*- coding: utf-8 -*-
from pylab import *
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
t = arange(-4*pi, 4*pi, 0.01)
y = sin(t)/t
plt.plot(t, y)
plt.title(u'钟形函数')
plt.xlabel(u'时间')
plt.ylabel(u'幅度')
plt.show()

运行后生成的图像如图 2 所示，此时标题和标签中的中文可以正常显示：

负号显示异常修复

然而仔细观察图 2 会发现结果并不完全正确。对比图 1 和图 2 的横坐标数值，可以发现图 2 中负轴的横坐标值出现了异常，负号消失了！这并非程序逻辑错误，而是由于更换字体后，新字体对负号的支持不足。在配置文件中，关于 axes 的相关设置如下：

#axes.unicode_minus : True

默认情况下，系统采用 unicode 的 minus 符号。由于所选字体对此支持不够，只需将其设置为 False 即可解决。最终代码如下：

#-*- coding: utf-8 -*-
from pylab import *
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
t = arange(-4*pi, 4*pi, 0.01)
y = sin(t)/t
plt.plot(t, y)
plt.title(u'钟形函数')
plt.xlabel(u'时间')
plt.ylabel(u'幅度')
plt.show()

最终生成的图像如图 3 所示，所有元素显示均恢复正常。

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希望本文的阐述能对大家的 Python 编程实践有所帮助。