Matplotlib中LaTeX公式排版问题：cases环境解析报错

问题重现 #

两段Matplotlib代码，一段能正常显示LaTeX公式，另一段使用cases环境时触发ValueError：

正常运行的代码 #

import matplotlib.pyplot as plt

formula = r"$L_0(x)=x \quad ; \quad L_n(x)=L_{n-1}^2-2 \quad \forall n \geq 1$"

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 1))
ax.text(0.5, 0.5, formula, fontsize=20, ha='center', va='center')
ax.axis('off')
plt.savefig("formula.svg", format="svg")
plt.show()

报错的代码 #

import matplotlib.pyplot as plt

formula = r"$L_n= \begin{cases}4 & \text { if } n=0 \\ L_{n-1}^2-2 & \text { otherwise }\end{cases}$"

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 1))
ax.text(0.5, 0.5, formula, fontsize=20, ha='center', va='center')
ax.axis('off')
plt.savefig("formula.svg", format="svg")
plt.show()

错误信息 #

ValueError: 
L_n= \begin{cases}4 & \text { if } n=0 \\ L_{n-1}^2-2 & \text { otherwise }\end{cases}
     ^
ParseFatalException: Unknown symbol: \begin, found '\'  (at char 5), (line:1, col:6)

错误原因 #

Matplotlib默认使用内置的mathtext解析器，它仅支持基础的LaTeX公式语法，不支持cases这类复杂的LaTeX环境。第一段代码里的命令（如下标、空格命令\quad、\forall）都是mathtext能识别的，所以正常运行；第二段用了cases环境，超出了mathtext的支持范围，因此报错。

修复方案 #

方案1：启用真实LaTeX渲染 #

让Matplotlib调用系统安装的LaTeX引擎来渲染公式，这样就能支持所有LaTeX环境（包括cases）。需要先确保系统安装了LaTeX发行版（比如TeX Live、MiKTeX），然后在代码开头添加配置：

import matplotlib.pyplot as plt

# 启用LaTeX渲染
plt.rcParams['text.usetex'] = True
# 可选：指定衬线字体匹配LaTeX风格
plt.rcParams['font.family'] = 'serif'

formula = r"$L_n= \begin{cases}4 & \text { if } n=0 \\ L_{n-1}^2-2 & \text { otherwise }\end{cases}$"

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 1))
ax.text(0.5, 0.5, formula, fontsize=20, ha='center', va='center')
ax.axis('off')
plt.savefig("formula.svg", format="svg")
plt.show()

方案2：使用mathtext兼容的替代写法 #

如果不想依赖系统LaTeX，可以用mathtext支持的语法模拟cases效果，用\left\{和\right.包裹换行的公式，用&对齐：

import matplotlib.pyplot as plt

# 用mathtext兼容语法模拟cases
formula = r"$L_n= \left\{ \begin{aligned} &4 \quad \text{if } n=0 \\ &L_{n-1}^2-2 \quad \text{otherwise} \end{aligned} \right.$"

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 1))
ax.text(0.5, 0.5, formula, fontsize=20, ha='center', va='center')
ax.axis('off')
plt.savefig("formula.svg", format="svg")
plt.show()

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mark