后端

什么是后端？

后端用于在屏幕上显示 Matplotlib 图形（请参阅 图形简介），或用于写入文件。网站和邮件列表上的大量文档都提到了“后端”，许多新用户对此术语感到困惑。Matplotlib 针对许多不同的用例和输出格式。有些人从 Python shell 中交互式地使用 Matplotlib，并在键入命令时弹出绘图窗口。有些人运行 Jupyter 笔记本，并绘制内联绘图以进行快速数据分析。其他人将 Matplotlib 嵌入到 PyQt 或 PyGObject 等图形用户界面中以构建丰富的应用程序。有些人使用 Matplotlib 中的批处理脚本从数值模拟中生成 PostScript 图像，而另一些人则运行 Web 应用程序服务器以动态提供图形。

为了支持所有这些用例，Matplotlib 可以针对不同的输出，并且这些功能中的每一个都称为后端；“前端”是面向用户的代码，即绘图代码，而“后端”则在幕后完成所有艰苦的工作以制作图形。有两种类型后端：用户界面后端（用于 PyQt/PySide、PyGObject、Tkinter、wxPython 或 macOS/Cocoa；也称为“交互式后端”）和用于制作图像文件（PNG、SVG、PDF、PS；也称为“非交互式后端”）的硬拷贝后端。

选择后端

有三种方法可以配置后端

• rcParams["backend"] 参数在 matplotlibrc 文件中

• MPLBACKEND 环境变量

• 函数 matplotlib.use()

下面是更详细的描述。

如果存在多个配置，则列表中的最后一个配置优先；例如，调用 matplotlib.use() 将覆盖 matplotlibrc 中的设置。

如果没有明确设置后端，Matplotlib 会根据系统上可用的内容以及 GUI 事件循环是否已在运行，自动检测可用的后端。将选择以下列表中的第一个可用后端：MacOSX、QtAgg、GTK4Agg、Gtk3Agg、TkAgg、WxAgg、Agg。最后一个 Agg 是一个非交互式后端，只能写入文件。如果 Matplotlib 无法连接到 X 显示或 Wayland 显示，则在 Linux 上使用它。

以下是配置方法的详细说明

1. 在 matplotlibrc 文件中设置 rcParams["backend"]

   backend : qtagg   # use pyqt with antigrain (agg) rendering
   

   另请参见 使用样式表和 rcParams 自定义 Matplotlib。

2. 设置 MPLBACKEND 环境变量

   你可以为当前 shell 或单个脚本设置环境变量。

   在 Unix 上

   > export MPLBACKEND=qtagg
   > python simple_plot.py
   
   > MPLBACKEND=qtagg python simple_plot.py
   

   在 Windows 上，只有前者是可能的

   > set MPLBACKEND=qtagg
   > python simple_plot.py
   

   设置此环境变量将覆盖任何 matplotlibrc 中的 backend 参数，即使在当前工作目录中存在 matplotlibrc 的情况下。因此，不建议全局设置 MPLBACKEND，例如在 .bashrc 或 .profile 中，因为它可能会导致违反直觉的行为。

3. 如果您的脚本依赖于特定后端，则可以使用函数 matplotlib.use()

   import matplotlib
   matplotlib.use('qtagg')
   

   这应该在创建任何图形之前完成，否则 Matplotlib 可能无法切换后端并引发 ImportError。

   使用 use 将要求在用户想要使用不同后端时对您的代码进行更改。因此，除非绝对必要，否则您应避免显式调用 use。

内置后端

默认情况下，Matplotlib 应自动选择一个默认后端，该后端允许交互式工作和从脚本中绘图，并输出到屏幕和/或文件，因此至少在最初，您无需担心后端。最常见的例外情况是，如果您的 Python 发行版没有 tkinter，并且您没有安装其他 GUI 工具包。这发生在某些 Linux 发行版中，您需要安装名为 python-tk（或类似名称）的 Linux 软件包。

但是，如果你想编写图形用户界面或 Web 应用程序服务器（嵌入到 Web 应用程序服务器（Flask）中），或者需要更好地了解正在发生的事情，请继续阅读。为了使图形用户界面更易于自定义，Matplotlib 将渲染器（实际执行绘图的操作）的概念与画布（绘图所在的位置）分离开来。用户界面的规范渲染器是 Agg，它使用 Anti-Grain Geometry C++ 库来制作图形的栅格（像素）图像；它由 QtAgg、GTK4Agg、GTK3Agg、wxAgg、TkAgg 和 macosx 后端使用。另一种渲染器基于 Cairo 库，由 QtCairo 等使用。

对于渲染引擎，用户还可以区分 矢量 或 栅格 渲染器。矢量图形语言发出诸如“从这一点到这一点绘制一条线”之类的绘图命令，因此可以自由缩放。栅格后端生成线条的像素表示，其精度取决于 DPI 设置。

静态后端

以下是 Matplotlib 渲染器的摘要（每个渲染器都有一个同名的后端；这些是非交互式后端，能够写入文件）

渲染器	文件类型	说明
AGG	png	栅格 图形 -- 使用 Anti-Grain Geometry 引擎的高质量图像。
PDF	pdf	矢量 图形 -- 便携式文档格式 输出。
PS	ps、eps	矢量图形 -- PostScript 输出。
SVG	svg	矢量图形 -- 可缩放矢量图形 输出。
PGF	pgf、pdf	矢量图形 -- 使用 pgf 包。
Cairo	png、ps、pdf、svg	光栅或矢量图形 -- 使用 Cairo 库（需要 pycairo 或 cairocffi）。

要使用非交互式后端保存绘图，请使用 matplotlib.pyplot.savefig('filename') 方法。

交互式后端

以下是支持的用户界面和渲染器组合；这些是交互式后端，能够显示到屏幕并使用上表中的适当渲染器写入文件

后端	说明
QtAgg	在 Qt 画布中进行 Agg 渲染（需要 PyQt 或 Qt for Python，又名 PySide）。可以在 IPython 中使用 %matplotlib qt 激活此后端。可以通过 QT_API 环境变量选择 Qt 绑定；有关更多详细信息，请参阅 Qt 绑定。
ipympl	嵌入在 Jupyter 小部件中的 Agg 渲染（需要 ipympl）。可以在 Jupyter 笔记本中使用 %matplotlib ipympl 或 %matplotlib widget 启用此后端。适用于 Jupyter lab 和 notebook>=7。
GTK3Agg	向 GTK 3.x 画布进行 Agg 渲染（需要 PyGObject 和 pycairo）。可以在 IPython 中使用 %matplotlib gtk3 激活此后端。
GTK4Agg	Agg 渲染到 GTK 4.x 画布（需要 PyGObject 和 pycairo）。可在 IPython 中使用 %matplotlib gtk4 激活此后端。
macosx	Agg 渲染到 macOS 中的 Cocoa 画布。可在 IPython 中使用 %matplotlib osx 激活此后端。
TkAgg	Agg 渲染到 Tk 画布（需要 TkInter）。可在 IPython 中使用 %matplotlib tk 激活此后端。
nbAgg	在 Jupyter 经典笔记本中嵌入交互式图形。可在 Jupyter 笔记本中通过 %matplotlib notebook 或 %matplotlib nbagg 启用此后端。适用于 Jupyter notebook<7 和 nbclassic。
WebAgg	在 show() 上将启动一个带有交互式图形的 tornado 服务器。
GTK3Cairo	Cairo 渲染到 GTK 3.x 画布（需要 PyGObject 和 pycairo）。
GTK4Cairo	Cairo 渲染到 GTK 4.x 画布（需要 PyGObject 和 pycairo）。
wxAgg	Agg 渲染到 wxWidgets 画布（需要 wxPython 4）。可在 IPython 中使用 %matplotlib wx 激活此后端。

注意

内置后端的名称不区分大小写；例如，“QtAgg”和“qtagg”是等效的。

ipympl

ipympl 后端位于一个单独的包中，如果你希望使用它，则必须明确安装它，例如

pip install ipympl

或

conda install ipympl -c conda-forge

有关更多详细信息，请参阅安装 ipympl。

使用非内置后端

更普遍地，可以使用上述任何方法选择任何可导入的后端。如果name.of.the.backend是包含后端的模块，请使用module://name.of.the.backend作为后端名称，例如matplotlib.use('module://name.of.the.backend')。

后端实现者的信息可在编写后端——pyplot 接口中找到。

调试未显示的图形窗口

有时事情不会按预期进行，通常在安装期间。

如果您正在使用 Notebook 或集成开发环境（请参阅笔记本和 IDE），请查阅其文档以调试在其环境中无法正常工作的图形。

如果您正在使用 Matplotlib 的图形后端之一（请参阅独立脚本和交互式使用），请确保您知道正在使用哪一个

import matplotlib

print(matplotlib.get_backend())

尝试一个简单的绘图，看看 GUI 是否打开

import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt

print(matplotlib.get_backend())
plt.plot((1, 4, 6))
plt.show()

如果没有，您可能遇到了安装问题。此时，一个好的步骤是确保您的 GUI 工具包已正确安装，从而使 Matplotlib 退出测试。几乎所有 GUI 工具包都具有一个小型测试程序，可以运行该程序以测试基本功能。如果此测试失败，请尝试重新安装。

QtAgg、QtCairo、Qt5Agg 和 Qt5Cairo

测试PyQt5。

如果您安装了PySide或PyQt6而不是PyQt5，只需相应地更改导入即可

python -c "from PyQt5.QtWidgets import *; app = QApplication([]); win = QMainWindow(); win.show(); app.exec()"

TkAgg 和 TkCairo

测试 tkinter

python3 -c "from tkinter import Tk; Tk().mainloop()"

GTK3Agg、GTK4Agg、GTK3Cairo、GTK4Cairo

测试 Gtk

python3 -c "from gi.repository import Gtk; win = Gtk.Window(); win.connect('destroy', Gtk.main_quit); win.show(); Gtk.main()"

wxAgg 和 wxCairo

测试 wx

import wx

app = wx.App(False)  # Create a new app, don't redirect stdout/stderr to a window.
frame = wx.Frame(None, wx.ID_ANY, "Hello World") # A Frame is a top-level window.
frame.Show(True)     # Show the frame.
app.MainLoop()

如果测试适用于您所需的后台，但您仍然无法让 Matplotlib 显示图形，请联系我们（参见 获取帮助）。