PythonData Science

Matplotlib Defaults & Fonts

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  • Matplotlib은 Python Visualization의 기둥이라고 해도 과언이 아닙니다.

  • 자유도가 높아 원하는 그림을 자유롭게 그릴 수 있지만, 한편으로 명령어와 인자들이 자꾸 잊혀집니다.

  • 약간의 짜증을 담아 Matplotlib의 기초 코드를 정리해둡니다.


  • 혼동을 방지하기 위해 pyplot 기반 명령어는 제외하고 object oriented interface만을 남깁니다.

  • 옵션은 제가 활용하는 것 위주로 통일해서 정리하고, 옵션들을 조금은 자세하게 적습니다.

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    import matplotlib.pyplot as plt
    import matplotlib as mpl
    %matplotlib inline
    print(mpl.__version__)
    • 실행결과: 버전은 3.1.3. 기준입니다.
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    '3.1.3'

References

Matplotlib 3.1.3 (Usage Guide)
matplotlib.axes
Matplotlib: An Introduction To Its Object Oriented Interface

1. 기본값 설정

1.1. rcParams

Matplotlib API overview
Matplotlib User’s Guide: New in Matplotlib 2.0

  • Matplotlib에서 그리는 그래프, 폰트 등의 기본값을 설정합니다.
  • plt.rcParams와 mpl.rcParams 모두 동일한 결과를 도출하므로 편한 것을 사용하면 됩니다.
  • 사용 가능한 rcParams 항목: plt.rcParams
  • 초기값으로 되돌리기: mpl.rcParams.update(mpl.rcParamsDefault)
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    plt.rcParams['figure.figsize'] = (5,5)
    plt.rcParams['figure.dpi'] = 72
    plt.rcParams['lines.linewidth'] = 4
    plt.rcParams['axes.grid'] = True

    plt.rcParams['savefig.dpi'] = 200
    plt.rcParams['savefig.transparent'] = True

    plt.rcParams['font.family'] = 'Dejavu Sans'
    plt.rcParams['font.size'] = 14

    plt.rcParams

1.2. rc

matplotlib.pyplot.rc

  • 1.1에 설명한 plt.rcParams는 찝찝한 warning message를 보일 때가 있습니다.

  • matplotlib.rc()를 사용하면 warning message 없이 기본 설정을 변경할 수 있습니다.

  • mpl.rc()와 plt.rc()는 동일하게 작동하므로 편한 것을 사용하시면 됩니다.

  • 1.1의 예제 코드는 다음 코드와 정확히 일치합니다.

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    from matplotlib import rc

    rc('figure', figsize = (5,5))
    rc('lines', linewidth = 4)
    rc('axes', grid = True)

    rc('lines', linewidth = 2, color = 'r')
    rc('savefig', dpi = 200, transparent = True)
    rc('font', family = 'Denaju Sans', size = 14)

    plt.rcParams
    • 같은 항목(lines 등)은 한 줄로 여러 속성을 동시에 정의할 수 있습니다.
    • 이 특징을 확장하면 다음처럼 dictionary 형태로 깔끔한 관리가 가능합니다.
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      font = {'family' : 'Denaju Sans',
              'size' : 14,
              'weight' : 'bold'
             }

      rc('font', **font)

  • 설정을 초기값으로 복원하려면 mpl.rcdefaults()를 실행하시면 됩니다.

1.3. style sheets

Style sheets reference

  • 그래프 배경색, 색상 표, 폰트, 선 굵기 등이 일괄적으로 정해진 세트입니다.
  • 본인 스타일에 맞는 것을 가져다 사용하시면 됩니다.
  • 사용 가능한 style항목: plt.style.available
  • 기본 설정으로 되돌리기: plt.style.use('default')
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    plt.style.use('ggplot')
    fig, ax = plt.subplots(figsize=(5,3))

    data = [10, 24, 30, 50, 40]
    ax.plot(data)
    plt.savefig('2_mpl_6.png', dpi=72)
    plt.show()

1.4. rc_file : 기본값 custom 설정 파일

matplotlib rc_file
matplotlib.pyplot.rc

  • 1.1 ~ 1.3은 필요할 때 기본값 설정을 변경하는 일입니다.
  • 예를 들면 EDA(Exploratory Data Analysis) Jupyter Notebook을 하나 만들 때, 처음에 초기값들을 잡아놓고 실행할 수 있겠네요.
  • 자주 사용하는 설정을 어딘가 저장해두고 ctrl + C/V로 불러올 수도 있겠지만 이것마저도 은근히 귀찮을 수 있고, 상황에 따라 다른 초기값을 불러오고 싶다면 여러 개의 다른 파일로 저장해놓고 불러오는 것이 가장 좋은 방법일 수 있습니다.
  • matplotlib은 파일 입력을 통한 기본값 일괄 설정을 지원합니다.

1.4.1. 먼저, matplotlib이 불러오는 기본값 설정 파일을 확인합시다.

  • mpl.matplotlib_fname() 명령입니다.
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    mplfile = mpl.matplotlib_fname()
    print(mplfile)
    • 실행결과: 저는 Docker에 설치된 Ubuntu 16.04 + Anaconda를 사용중이라 환경이 이렇습니다.
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      /opt/conda/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/mpl-data/matplotlibrc

1.4.2. 파일을 복사해서 열어봅니다.

  • 파이썬 기본 명령어(shutil 등등)을 사용해서 가져옵니다.
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    import shutil, os

    currpath = os.getcwd() # 현재 작업 디렉토리
    currmplfile = os.path.join(currpath, 'my_mplfile')
    shutil.copy(mplfile, currfilename)
    *파일을 열어보면, 이렇게 생겼습니다.

1.4.3. 부분적으로 수정합니다.

  • 수정 전후의 차이를 알 수 있도록 수정하기 전에 먼저 그림을 그려보겠습니다.

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    fig, ax = plt.subplots(figsize=(10,3))

    data = [10, 24, 30, 50, 40]
    ax.plot(data)

    plt.show()


  • 복사해 온 my_mplfile에서 원하는 부분을 수정합니다.

  • 간단하게 line.linewidth (1.5 → 3. 두껍게)와 line.linestyle(- → :. 실선에서 점선으로)을 수정해 줍니다.

  • 수정한 항목은 맨 앞의 #를 지워서 활성화하는 것을 잊지 맙시다.


  • 이제 mpl.rc_file()을 실행해서 수정한 설정파일을 불러옵니다.

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    mpl.rc_file('my_mplfile', use_default_template=False)
    mpl.rcParams # 설정 변경을 확인합시다.

1.4.4. 똑같은 그림을 그려봅니다.

  • 1.4.3의 코드를 다시 실행합니다.
  • 선의 굵기와 모양이 변한 것을 확인할 수 있습니다.

  • matplotlib 본연의 기본값으로 되돌릴 때는 mpl.rc_file_defaults()를 실행하시면 됩니다.

2. Font

  • 그래프에 들어가는 글자들의 폰트를 설정합니다.
  • plt.suptitle, ax.title, ax.xlabel, axes.xticklabels, ax.annotate, ax.text 등으로 곳곳의 폰트를 설정할 수 있습니다.

2.1. mpl.font_manager.FontProperties

  • 일반적으로 mpl.font_manager.FontProperties를 사용해서 설정할 수 있습니다.
  • FontProperties를 이용해 폰트 종류, 크기, 스타일 등을 설정한 후 text 입력시 fontproperties=로 입력합니다.
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    # font setting
    font_setting0 = mpl.font_manager.FontProperties()
    font_setting0.set_family('Dejavu Sans') # 'serif', 'sans-serif', 'cursive', 'fantasy', 'monospace'
    font_setting0.set_size(20)
    font_setting0.set_style('normal') # 'normal', 'oblique', 'italic'
    font_setting0.set_weight('bold')

    fig, ax = plt.subplots(figsize=(5,3))

    data = [10, 24, 30, 50, 40]
    ax.plot(data)
    ax.set_title("title", fontproperties=font_setting0)

    plt.show()

2.2. fontdict

matplotlib.axes.Axes.set_title
matplotlib User’s Guide #Text properties and layout

  • 폰트 설정을 dictionary type 으로도 입력할 수 있습니다.
  • dictionary 의 key와 value는 matplotlib User’s Guide에 정리되어 있습니다.
  • plt.suptitle 공식문서에는 fontdict 항목이 없지만 실험결과 사용 가능합니다.
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    # font setting
    fontdict = {
        'family': 'serif',
        'size': 15,
        'backgroundcolor': 'yellow',
        'color': 'blue',
        'weight': 'normal',
        'verticalalignment': 'baseline',
        'horizontalalignment': 'left'
    }

    fig, ax = plt.subplots(figsize=(5,3))

    data = [10, 24, 30, 50, 40]
    ax.plot(data)
    ax.set_title("title", fontdict=fontdict)

    plt.suptitle("suptitle", fontdict=fontdict)
    plt.subplots_adjust(top=0.7)
    plt.show()

2.3. 글자가 깨질 때

matplotlib User’s Guide #Text properties and layout
Colaboratory Matplotlib에서 한글폰트 사용하기
파이썬 그래프 한글이 깨질 때 & 마이너스 부호 사용
matplotlib 3.2.0 #Unicode minus

  • matplotlib은 -(minus) 기호를 표시할 때 unicode minus(U+2212)를 ASCII hypen(U+002D) 보다 우선적으로 사용합니다.

  • plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False 를 통해 ASCII hypen을 우선 사용하도록 변경할 수 있으나,

  • 때로는 그럼에도 불구하고 깨져서 출력되는 경우들이 있습니다. (ex. -가 지수에 표시되는 경우)

  • 이 외에도 non-latin glyph가 제대로 표시되지 않는 경우에는 font.family 앞에 새 폰트를 넣어주는 방식으로 해결할 수 있습니다.

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    plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['NanumGothic.ttf', 'sans-serif']

  • 공식적으로 알려진 matplotlib 한글 사용 방법은 다음과 같습니다. 

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    import matplotlib.font_manager as fm  # 폰트 관련 용도
    font_list = fm.findSystemFonts(fontpaths=None, fontext='ttf')
    # print(font_list)

    # font_list에서 설치된 폰트를 확인 후에 사용하고자 하는 폰트를 적어줍니다.
    fontpath = '/usr/share/fonts/truetype/nanum/NanumGothic.ttf' 

    font_name = fm.FontProperties(fname=fontpath, size=10).get_name()
    plt.rc('font', family=font_name)  

    fm._rebuild()
    mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

  • 간단하게는 이렇게만 넣어줘도 한글을 출력할 수 있습니다.

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    plt.rcParams['font.family']='NanumGothic'
    plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

  • 운영체제에 관계없이 한 덩어리의 코드를 실행해서 한글을 구현하고자 한다면 다음 코드 뭉치를 복사하여 실행하면 편리합니다.

  • Windows와 Linux에 적용되며, Linux에서 처음 실행 시는 !apt-get 앞에 있는 #를 제거하고 실행하여 폰트를 설치해야 합니다.

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    import matplotlib.pyplot as plt
    import matplotlib.font_manager as fm 
    import os, copy, sys, platform
    system = platform.system()

    if system == 'Windows':
        datapath = os.getcwd() + '\\'
        imagepath = datapath + 'images\\'

        # ttf 폰트 전체개수
        font_list[:10]

        f = [f.name for f in fm.fontManager.ttflist]
        f[:10]

        [(f.name, f.fname) for f in fm.fontManager.ttflist if 'Nanum' in f.name]

        path = 'C:\\Windows\\Fonts\\NanumBarunGothic.ttf'
        font_name = fm.FontProperties(fname=path, size=50).get_name()

        print(font_name)
        plt.rc('font', family=font_name)
        print("# matplotlib 한글 사용 가능")

    elif system == 'Linux':
        datapath = os.getcwd() + '//'
        imagepath = datapath + 'images//'
      
    #     !apt-get update -qq
    #     !apt-get install fonts-nanum* -qq

        path = '/usr/share/fonts/truetype/nanum/NanumGothic.ttf'  # 설치된 나눔글꼴중 원하는 녀석의 전체 경로를 가져오자
        font_name = fm.FontProperties(fname=path, size=10).get_name()

        print(font_name)
        plt.rc('font', family=font_name)

        fm._rebuild()
        mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
        print("# matplotlib 한글 사용 가능")

    else:
        sys.exit('ERROR: Sorry, my code has compatibility with Windows and Linux only.')

  • 위 설정 후 한글이 들어간 그래프를 그려보겠습니다.

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    # log의 지수가 깨지는 문제를 잘 보여주기 위해 폰트 크기를 키웁니다.
    plt.rcParams['font.size'] = 20 

    fig, ax = plt.subplots(figsize=(10,3))

    data_x = [0.001, 0.01, 0.1, 1, 10]
    data_y = [10, 24, 30, 50, 40]
    ax.plot(data_x, data_y)
    ax.set_title('한글 그래프')
    ax.set_xscale('log')

    plt.show()


    • 마이너스를 ASCII code에서 사용하게 했기 때문에 y축의 -25는 정상적으로 표시됩니다.

    • 그럼에도 불구하고 unicode 문제가 발생하여 지수의 -가 벌레처럼(¤: U+00A5)표시됩니다.

    • superscript minus(⁻)는 U+207B이라는 독자 코드를 가지고 있지만, matplotlib에서는 U+2212를 올려서 사용하고 있습니다.


    • 가장 간편한 해결책은 U+2212를 가지고 있는 다른 폰트 중 하나를 불러오는 것입니다.

    • 여러가지를 시험한 결과 나눔고딕과 가장 유사한 대체폰트는 Liberation Sans였습니다.

    • 그 외에 ubuntu 16.04 기본 폰트 중에서는 Liberation Sans Narrow, Dejavu Sans, Ubuntu도 쓸만합니다.

    • 아래 한 줄을 위 코드에 추가해서 문제를 해결합니다.

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      plt.xticks(fontname="Liberation Sans")


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