我最近所写的论文中基本上放弃了 Origin，而转为用 matplotlib 画几乎所有的插图。相比专业的 Origin，MPL 基本可以替代所有的功能，甚至单论功能还略有胜出。从可定制性角度，两者也接近，但 MPL 没有 Origin 图形化操作的直观性，这方面有所欠缺。而且 MPL 默认的主题和格式都与论文所要求的质量相去甚远，不像 Origin 一样基本默认格式就能凑合用了。

从我自己的研究领域来看，插图的规范性，主要有几个方面的问题需要设置：

1. 尺寸，包括图形尺寸、线宽等
2. 标注，包括对图线的标注、legend等
3. 图层，叠加不同的坐标轴等
4. 文字样式、字号等
5. 输出格式

一个基本图形的示例

下面给出了一个示例的代码，通过自定义各种格式基本上可以说符合正式出版的要求：

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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.family'] = 'STIXGeneral'
plt.rcParams['mathtext.fontset'] = 'stix'

## DATA FOR DEMO
X = np.linspace(0, 2, 50)
Y1 = np.sin(3*X)
Y2 = np.cos(2*X)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(7/2.54, 4.5/2.54))
ax.grid(True)
c1 = '#023474'
c2 = '#ef0107'

ax.plot(X, Y1, 'o-', c=c1, mec='none', ms=3, label='Line $y=\sin(3\\times x)$')
ax.plot(X, Y2, 's-', c=c2, mec='none', ms=3, label='Line $y=\cos(2\\times x)$')

ax.set_xlabel('X', fontsize=9)
ax.set_ylabel('Y', fontsize=9)
ax.set_ylim(-1.1, 1.1)
ax.tick_params(axis='x', labelsize=7)
ax.tick_params(axis='y', labelsize=7, color=c1)
ax.legend(loc=0, fontsize=7, numpoints=1, frameon=False)

plt.show()
# plt.savefig('demo.svg', bbox_inches='tight')

效果如下图所示：

看起来在 MPL 中为了画图需要写很多行代码，在这里连空行一共是 27 行。但其实画图相关的代码是中间的 10 行左右，其它的都是导入模块和产生演示用的数据的。这些画图的代码做了这么几件事情：

1. 定义 fig 和 axes。我喜欢直接用 plt.subplots 一次性定义两者，并且限制 fig 的尺寸。在一开始就定义好 fig 的尺寸，而不是用默认的，主要的好处是线宽、文字大小等都很统一，后期不需要缩放大小就可以直接插到论文中。注意在定义尺寸时用的是英制单位，我是用厘米的数值再除以 2.54 的转换系数。
2. 在 12 行中打开 grid 的显示。这个似乎在 Matlab 中是默认打开的，是否需要取决于个人喜好和期刊要求了。
3. 在 13、14 行定义了自己的颜色。这两个颜色取自阿森纳的队标（来源），我个人认为搭起来刚好不太传统也足够正式。MPL 默认的颜色基本就是 RGB，非常简单粗暴，当然也有人喜欢。
4. 真正在「画图」的只有 16、17 两行，它最重要的工作是定义图线的数据和 label，注意 label 中使用了 LaTeX 公式。mec 和 ms 分别是 markeredgecolor 和 markersize 的缩写。
5. 再后面一段定义了坐标轴的 label，坐标轴的范围，tick 的文字大小，还有 legend 的格式。值得一提的是 legend 的可定选项相当多，最好按实际的需要定义。
6. 最后是显示图形或者保存。保存的格式，我的经验是 PDF（或 EPS） 用于 LaTeX 格式，SVG 用于 Word 或网页等。

输出图形

MPL 提供的 savefig 函数可以输出多种格式，最实用的是 PNG、PDF、EPS 还有 SVG。如果论文用的是 LaTeX，那么 PDF 和 EPS 是最佳的选择，直接输出的格式基本就可以了，不需要额外的定制。

如果是用于 Word 中，我目前的经验是 EMF 的兼容性最好，可惜从某个版本开始就不再提供 EMF 格式的支持，因此需要用 SVG 中转一下，这里需要用到 Inkscape 这个开源的矢量编辑软件。Inkscape 原生的格式正是 SVG，所以可以直接用它打开，另存为 EMF，但这样比较慢，因为 Inkscape 本身启动就很慢，而且莫名地在高分屏上占用内存非常大。更好的办法是用它的命令行工具，甚至更方便地，把命令行的调用也放到 Python 中：

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import subprocess
subprocess.call('<inkscape_exe_path> ' + svg_name + '.svg '
                '--export-emf=' + emf_name + '.emf')

这样用起来就相当于用 Python 直接输出了 EMF 文件了。

双坐标轴

有些时候为了对比的需要，会把两条相同 X 不同 Y 的曲线画在一起，这在 Origin 中一般是用多个图层，MPL 中则可以用 twinx 解决。如果同样用上面的 demo 数据，部分画图代码的示例如下：

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fig, ax = plt.subplots(figsize=(7/2.54, 4.5/2.54))
ax2 = ax.twinx()
ax.grid(True)
ax2.grid(True)
c1 = '#023474'
c2 = '#ef0107'

ax.plot(X, Y1, 'o-', c=c1, mec='none', ms=3, label='$y=\sin(3\\times x)$')
ax.set_xlabel('X', fontsize=9)
ax.set_ylabel('Y1', fontsize=9, color=c1)
ax.set_ylim(-1.1, 1.1)

ax2.plot(X, Y2, 's-', c=c2, mec='none', ms=3, label='$y=10 \cos(2\\times x)$')
ax2.set_ylabel('Y2', fontsize=9, color=c2)
ax2.set_ylim(-11, 11)

ax.spines['left'].set_color(c1)
for label in ax.get_yticklabels(): label.set_color(c1)
ax.tick_params(axis='x', labelsize=7)
ax.tick_params(axis='y', labelsize=7, color=c1)

ax2.spines['left'].set_visible(False)
ax2.spines['right'].set_color(c2)
for label in ax2.get_yticklabels(): label.set_color(c2)
ax2.tick_params(axis='x', labelsize=7)
ax2.tick_params(axis='y', labelsize=7, color=c2)

h1, l1 = ax.get_legend_handles_labels()
h2, l2 = ax2.get_legend_handles_labels()
ax.legend(h1+h2, l1+l2, loc=0, fontsize=7, numpoints=1)

效果如下图所示：

相比相同 XY 坐标轴的情况，这里其实也非常类似，主要区别有两点：

1. 设置格式需要分别在不同的 axes 中。
2. 需要设置 spine 的显示，避免遮盖，以及[可选的]设置不同颜色，便于识别。
3. legend 这里用了 trick 把两个显示在了一起，也可以选择分别显示。

字体

字体、backend 等等都是一个大坑，这里也只敢讲一点最基本的东西。

在上面两个 demo 的图片中，细心的人可能就已经注意到了，坐标轴上数字的字体是不同的，后者是 LaTeX 标志性的 Computer Modern 字体，原因在于后者用了 LaTeX 引擎来产生。MPL 本身提供了用（用户自己的） LaTeX 的选项，或者用它内嵌的 LaTeX 解析器。如果用默认的后者，虽然也可以正确地显示 LaTeX 公式等，单独显示的时候效果也还不错，但如果跟其他文字显示在一起，就非常地不协调，字号和对齐等都不够完善，这一点在 stackoverflow 上也有讨论，比如这个。

如果用外部 LaTeX，按下面的设置可以实现文字部分用非衬线字体，数学部分用 CM 字体：

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plt.rcParams['text.usetex']= True
plt.rcParams['font.family'] = 'sans-serif'
plt.rcParams['font.sans-serif'] = 'Calibri'

这个设置仅供参考，如果对 LaTeX 字体设置熟悉的话，应该可以设置出更复杂的更美观的效果。例如用 LaTeX 实现所有字体都用非衬线字体（当然我觉得数学公式还是得用衬线字体来排）：

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plt.rcParams['text.usetex'] = True
plt.rcParams['text.latex.preamble'] = [
       r'\usepackage{siunitx}',
       r'\sisetup{detect-all}',
       r'\usepackage{helvet}',
       r'\usepackage{sansmath}',
       r'\sansmath'
]

启用外部 LaTeX 可能会遇到一个问题，我用的是 MikTeX，虽然设置了自动安装本机没有的包，但第一次启用时，仍然提示我没有找到 type1cm 这个包，手动下载的时候提示 404 了，所以自己去网上找了一下，这里可以下载到我手动从 CTAN 下载的版本，解压到 latex 文字夹就可以用了。

当然，我自己的观点是，在绝大多数情况下，画个小图没有必要请出 LaTeX 这个牛刀，而且用 LaTeX 时编译需要的时间也会长很多（十几秒到一分钟不等）。因此我更喜欢另一种开箱即用效果也不差的方案，也就是第一个 demo 中用的方案，把所有的字体都设为 STIX 字体（类似 Times 字体）。

基本上把这次想讲的点都写了一遍了，这次挖的坑大致写到这里，以后如果有补充的再写新的吧。