Matplotlib启用LaTeX致图例与Y轴刻度标签错位问题求助

问题描述 #

在Matplotlib中启用text.usetex = True以使用LaTeX的siunitx包格式化SI单位时，会出现图例标签错位、对数刻度Y轴标签与刻度不对齐的布局问题；但关闭该选项后，布局恢复正常却无法使用siunitx语法。

复现代码 #

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt 
import matplotlib as mpl


mpl.rcParams['text.usetex'] = True
mpl.rcParams['text.latex.preamble'] = r'\usepackage{siunitx}'

mpl.rcParams['legend.fontsize']  = 14
mpl.rcParams['xtick.labelsize']  = 15
mpl.rcParams['ytick.labelsize']  = 15
mpl.rcParams['axes.labelsize']   = 18
mpl.rcParams['figure.titlesize'] = 18
DOTSIZE    =  3.5

X = np.linspace(0.001,1,1000)

fig = plt.figure(figsize = (10,6))
plt.plot(X, X, label = 'data')
plt.title(r'using SI Units like $\SI{100}{\hertz}$', fontsize = 20)
plt.yscale('log')
plt.xscale('log')
plt.grid(color = 'grey', which = 'both', alpha = 0.4, linestyle = '--', linewidth = 1)
plt.legend()
plt.savefig('test.pdf')
plt.show()

问题成因 #

• 启用原生LaTeX渲染时，Matplotlib会将所有文本（包括刻度、图例）交给LaTeX处理，而LaTeX的文本排版逻辑与Matplotlib内置渲染引擎存在差异，尤其是对数刻度的上标标签（如10^-3）和图例的文本对齐计算会出现偏差。
• 部分Matplotlib版本中，text.latex.preamble的配置方式可能存在兼容性问题，导致siunitx包加载不完全或渲染逻辑冲突。

解决方案 #

方案1：调整LaTeX渲染的布局参数 #

通过配置额外的Matplotlib参数，修正文本对齐与图例错位问题：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt 
import matplotlib as mpl

# 启用LaTeX并配置siunitx，添加布局修正参数
mpl.rcParams['text.usetex'] = True
mpl.rcParams['text.latex.preamble'] = r'\usepackage{siunitx}'
# 强制使用LaTeX字体度量，避免Matplotlib字体覆盖
mpl.rcParams['pgf.rcfonts'] = False
mpl.rcParams['pgf.preamble'] = r'\usepackage{siunitx}'
# 显式设置刻度标签对齐方式
mpl.rcParams['xtick.alignment'] = 'center'
mpl.rcParams['ytick.alignment'] = 'center'

# 原有字体配置
mpl.rcParams['legend.fontsize']  = 14
mpl.rcParams['xtick.labelsize']  = 15
mpl.rcParams['ytick.labelsize']  = 15
mpl.rcParams['axes.labelsize']   = 18
mpl.rcParams['figure.titlesize'] = 18
DOTSIZE    =  3.5

X = np.linspace(0.001,1,1000)

fig = plt.figure(figsize = (10,6))
plt.plot(X, X, label = 'data')
plt.title(r'using SI Units like $\SI{100}{\hertz}$', fontsize = 20)
plt.yscale('log')
plt.xscale('log')
plt.grid(color = 'grey', which = 'both', alpha = 0.4, linestyle = '--', linewidth = 1)
# 手动调整图例位置，避免错位
plt.legend(bbox_to_anchor=(1.05, 1), loc='upper left', borderaxespad=0.)
# 保存时使用tight参数防止内容截断
plt.savefig('test.pdf', bbox_inches='tight')
plt.show()

关键调整点：

• 添加pgf.rcfonts = False和pgf.preamble配置，确保LaTeX字体与渲染逻辑一致性
• 显式设置刻度对齐为center，修正对数刻度标签错位
• 手动指定图例的bbox_to_anchor参数，解决图例偏移问题
• 保存文件时使用bbox_inches='tight'，避免LaTeX渲染的文本被截断

方案2：仅对需要siunitx的文本使用LaTeX渲染 #

不全局启用text.usetex，仅在需要使用siunitx的标题/标签中嵌入LaTeX片段，同时用Matplotlib原生工具处理对数刻度：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt 
import matplotlib as mpl
from matplotlib.ticker import LogFormatterSciNotation

# 不全局启用LaTeX，仅允许解析LaTeX数学片段
mpl.rcParams['text.usetex'] = False
mpl.rcParams['mathtext.fontset'] = 'cm'
# 预加载siunitx包
mpl.rcParams['text.latex.preamble'] = r'\usepackage{siunitx}'

# 原有字体配置
mpl.rcParams['legend.fontsize']  = 14
mpl.rcParams['xtick.labelsize']  = 15
mpl.rcParams['ytick.labelsize']  = 15
mpl.rcParams['axes.labelsize']   = 18
mpl.rcParams['figure.titlesize'] = 18
DOTSIZE    =  3.5

X = np.linspace(0.001,1,1000)

fig = plt.figure(figsize = (10,6))
plt.plot(X, X, label = 'data')
# 标题中嵌入siunitx的LaTeX代码
plt.title(r'using SI Units like $\SI{100}{\hertz}$', fontsize = 20)
plt.yscale('log')
plt.xscale('log')
# 使用Matplotlib原生对数刻度格式化器，避免LaTeX渲染偏差
plt.gca().yaxis.set_major_formatter(LogFormatterSciNotation(labelOnlyBase=False))
plt.gca().xaxis.set_major_formatter(LogFormatterSciNotation(labelOnlyBase=False))

plt.grid(color = 'grey', which = 'both', alpha = 0.4, linestyle = '--', linewidth = 1)
plt.legend()
plt.savefig('test.pdf')
plt.show()

关键优势：

• 保留siunitx的使用能力，同时避免全局LaTeX渲染带来的布局问题
• 对数刻度使用Matplotlib原生渲染，标签对齐完全正常

方案3：更新依赖版本 #

部分旧版本Matplotlib与siunitx包存在兼容性问题，尝试更新到最新稳定版：

• 更新Matplotlib：pip install --upgrade matplotlib
• 确保系统LaTeX环境（TeX Live/MiKTeX）安装了最新版siunitx包，可通过包管理器更新

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Solidstateman