matplot 中文化問題

背景

• matplotlib繪製圖形、地圖等，需要貼上說明文字時，內設是英數，python 2或matplotlib2時代，對中文確實不太友善，並沒有中文字型。
• 雖然新版的matplotlib已經會自動連結電腦系統的字型，不再需要./matplotlib/fontList.json檔案，但此一筆記也可以應用在需要安裝特定字型情況。

問題

問題有3個層次

1. matplotlib的字型有哪些?是否包括了所要的字型?若沒有，是要如何加上、或設為內定字型?
   • 如果找不到指定的字型，程式會報錯。(如simhei.ttf not found)
2. python程式內如何選取字型的種類?
3. python的字型編碼(coding)?與所要讀取檔案(如地圖檔案中的中文字型)的編碼是否能正確解讀、正確轉寫?
   • 程式會報錯utf-8…

matplotlib的字型庫與內設參數之設定

顯示所有目前已經載入記憶體的字型

import matplotlib.font_manager
a = sorted([f.name for f in matplotlib.font_manager.fontManager.ttflist])
for i in a:
  print(i)

• 字型有很多，可以選擇所要的字型名稱，寫在python程式中設定為圖形輸出的字型。
• 如果列印出的字型都沒有期待中的字型，需要知道字型庫在哪裡，以便增減。

fontList.json

• 第一次執行import matplotlib時，系統程式會將字型相關參照寫在$HOME/.matplotlib/fontList.json檔案內(或fontlist-vXXX.json、XXX為版次)，包括檔案名稱、字型名稱、寬度、是否可以放大等等，內容如下。

...
 993       "fname": "fonts/ttf/NotoSansTC-Thin.otf",
 994       "name": "Noto Sans TC",
 995       "style": "normal",
 996       "variant": "normal",
 997       "weight": 250,
 998       "stretch": "normal",
 999       "size": "scalable",
1000       "__class__": "FontEntry"
...

• 這個檔案不能自行修改，只能閱覽
• 增減字型之後，這個檔案不會自行更新，需手動將其刪除，讓系統程式再去搜尋一遍產生新的json檔。
• 如果是用IDE(包括PyCharm、jupyter、ipython)必須先退出、增減字型後，再重新進入IDE，才會重新搜尋字型。
• json檔中fname只是相對目錄，還必須找到matplotlib之絕對路徑。

字型所在之絕對路徑

• 顯示matplotlib之根目錄，以標定字型檔案所在位置

import matplotlib
print(matplotlib.__file__)  
>>> /opt/anaconda3/envs/py37/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/__init__.py

• 輸出__init__.py位置設若稱為$root
  • 字型檔案將會放在$root/mpl-data/fonts/ttf
  • 所有的內設參數(包括字型等)都放在$root/mpl-data/matplotlibrc檔案內

Python Matplotlib 無法顯示中文 (Python初學特訓班、圖表、直線圖) @查理2017

https://codertw.com/程式語言/359974/ https://matplotlib.org/users/text_props.html?highlight=configuring%20font%20family

增減字型

• 因電腦系統字型檔案會有平台版本的差異，為保證顯示上沒有問題，還是以電腦系統現有的字型，安裝到matplotlib可以抓到的位置，這樣比較安全。

找到系統現有的字型

• linux/mac可以執行fc-list列出電腦所有可用的字型，要記住字型的名稱，以便在python程式內正確選取。

$ fc-list :lang=zh family

Heiti TC,黑體\-繁,黒体\-繁,Heiti\-번체,黑体\-繁
STSong
.PingFang HK,.蘋方\-港,.苹方\-港
.PingFang SC,.蘋方\-簡,.苹方\-简
Hiragino Sans GB,冬青黑體簡體中文,ヒラギノ角ゴ 簡体中文,冬青黑体简体中文,冬青黑體簡體中文 W3,Hiragino Sans GB W3,ヒラギノ角ゴ 簡体中文 W3,冬青黑体简体中文 W3
Hiragino Sans GB,冬青黑體簡體中文,ヒラギノ角ゴ 簡体中文,冬青黑体简体中文,冬青黑體簡體中文 W6,Hiragino Sans GB W6,ヒラギノ角ゴ 簡体中文 W6,冬青黑体简体中文 W6
.PingFang TC,.蘋方\-繁,.苹方\-繁
PingFang HK,蘋方\-港,苹方\-港
PingFang SC,蘋方\-簡,苹方\-简
.LastResort
PingFang TC,蘋方\-繁,苹方\-繁
GB18030 Bitmap
Heiti SC,黑體\-簡,黒体\-簡,Heiti\-간체,黑体\-简
.Hiragino Sans GB Interface
Arial Unicode MS
Songti TC,宋體\-繁,宋体\-繁
Songti SC,宋體\-簡,宋体\-简

• 再列出所在的位置與樣式(style，細、粗、正常等)，前者在複製檔案時需要知道，後者在python程式內設定時會更精確。

In [18]: !fc-list|grep Songti
/System/Library/Fonts/Supplemental/Songti.ttc: Songti SC,宋體\-簡,宋体\-简:style=Light,細體,细体
/System/Library/Fonts/Supplemental/Songti.ttc: Songti TC,宋體\-繁,宋体\-繁:style=Regular,標準體,常规体
/System/Library/Fonts/Supplemental/Songti.ttc: Songti SC,宋體\-簡,宋体\-简:style=Regular,標準體,常规体
/System/Library/Fonts/Supplemental/Songti.ttc: Songti TC,宋體\-繁,宋体\-繁:style=Light,細體,细体
/System/Library/Fonts/Supplemental/Songti.ttc: Songti SC,宋體\-簡,宋体\-简:style=Black,黑體,黑体
/System/Library/Fonts/Supplemental/Songti.ttc: Songti SC,宋體\-簡,宋体\-简:style=Bold,粗體,粗体
/System/Library/Fonts/Supplemental/Songti.ttc: Songti TC,宋體\-繁,宋体\-繁:style=Bold,粗體,粗体
/System/Library/Fonts/Supplemental/Songti.ttc: STSong:style=Regular,標準體,Ordinær,Normal,Normaali,Regolare,レギュラー,일반체,Regulier,Обычный,常规体

複製與設定

• 將所要增加的字型檔案、從本機原來位置，或自網路下載檔案，複製到前述$root/mpl-data/fonts/ttf目錄下
• 修改$root/mpl-data/matplotlibrc檔案
  • 此法不是官網所建議，但許多網友還是這樣做。官網主要考慮的是其他使用者(unix系統)的權益，而網友的實作大多是在PC上，並沒有這層顧慮。只是重灌matplotlib時必須重新再做一遍。
  • 將字型名稱增加在指定的rcParam參數位置，如。
    • font.sans-serif:simhei, ...

python程式內的字型控制

setting eg.

import matplotlib.pyplot as plt
...
plt.text(x0-0.01, y0-0.004, shape.record[3], fontsize=6)
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Noto Sans CJK TC']
plot_map(sf)

matplotlib.rcParams['font.sans-serif'] = ['Source Han Sans TW', 'sans-serif']
plt.rcParams['font.family'] = 'Microsoft JhengHei UI'

rcParams

The base default font is controlled by a set of rcParams:

字型別名與rcParam參數

The mapping between the family aliases ({‘cursive’, ‘fantasy’, ‘monospace’, ‘sans’, ‘sans serif’, ‘sans-serif’, ‘serif’}) and actual font names is controlled by the following rcParams:

which are lists of font names.

鄉鎮區中文名稱及邊界之繪製

Wesely之貢獻

• 原始shp檔：內政部
• 程式：WeselyOng(2021)
• 程式修改
  1. shape檔案存放的位置
  2. 中文字型
     • 新版matplotlib(3.5.3)安裝時已經將電腦系統的字型納入
     • 經執行matplotlib.font_manager(顯示matplotlib已建立的字型庫)、以及fc-list(顯示電腦目前有的字型庫)，取二者的交集(以devp工作站為例，找到文泉驛共9筆字型)。
     • 選取plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['WenQuanYi Micro Hei']即可
  3. 縣市界
     1. 因Wesely原作主題是鄉鎮區、刻意(逐筆檢查)未將東沙島畫在範圍內以減小圖幅，應用到繪製縣市界線圖時，此一邏輯會將整個高雄市都排除了。因此需要逐點檢查。此處應用panda.DataFramne.loc來篩選
     2. 縣市界檔案中的中文名稱序位，不是shape.record[3]，而是在shape.record[2]。

        x = [i[0] for i in shape.shape.points[:]]
        y = [i[1] for i in shape.shape.points[:]]
        df=pd.DataFrame({'x':x,'y':y})
        df=df.loc[(df.x>118) & (df.x<123) ].reset_index(drop=True)
        x,y=list(df.x),list(df.y)

繪製結果