Python 學習筆記 : K 線圖模組 kbar.py 改版 (全平台)

早上完成 kbar.py 程式改版, 經測試確認可在 Windows 與 Colab 平台上順利繪製有中文的 K 線圖後才匆匆出門去市集買菜. 中午飯後繼續趕工, 看看能否在其他 Linux 主機 (我手上只有 Mapleboard 的 Ubuntu Mate 與樹莓派 Rasbian) 上繪製有中文的 K 線圖. 雖然 Colab 的虛擬機也是 Linux, 但它與一般 Linux 在中文字型安裝上不同, 必須另外處理. 

我繼續與 Claude 協作, 但這次它有點秀逗, 先後測試了 Claude 因應 Linux 環境而改寫的兩款程式碼都失敗, 連在 Colab 上跑都倒退無法顯示中文, 由於程式碼比先前 Windows + Colab 可運作版還複雜, 實在不想一行一行檢查哪裡出錯, 乾脆回 ChatGPT, 把前一篇的 Windows + Colab 可運作版程式碼丟給它, 請它在此基礎上添加可在一般 Linux 平台順利執行的 kbar.py 程式碼 : 

# kbar.py

import mplfinance as mpf

import matplotlib as mpl

from matplotlib import font_manager

import os

import sys

import subprocess

def install_noto_cjk_linux():  # 在 Linux (Ubuntu/樹莓派) 安裝 Noto CJK 字體

    try:

        print('偵測到 Linux 環境，嘗試安裝 Noto CJK 字體...')

        result=subprocess.run(

            ['sudo', 'apt-get', 'install', '-y', 'fonts-noto-cjk'],

            capture_output=True,

            text=True

            )

        if result.returncode != 0:

            print(f'字體安裝失敗: {result.stderr}')

            return None

        # 更新 font cache

        subprocess.run(['fc-cache', '-fv'], capture_output=True)

        # 強制刷新 matplotlib 字體快取

        font_manager._load_fontmanager(try_read_cache=False)

        print('Noto CJK 字體安裝完成')

        return True

    except Exception as e:

        print(f'安裝過程出錯: {e}')

        return None

def download_noto_cjk_colab():  # 下載中文字體到 Colab 環境

    font_path='/content/NotoSansCJK-Regular.ttc'

    if not os.path.exists(font_path):

        print("正在下載中文字體...")

        url='https://github.com/googlefonts/noto-cjk/raw/main/' +\

            'Sans/OTC/NotoSansCJK-Regular.ttc'

        try:            

            result=subprocess.run(  # 使用 wget 下載字體

                ['wget', '-O', font_path, url],

                capture_output=True,

                text=True

                )            

            if result.returncode != 0:

                print(f'下載失敗: {result.stderr}')

                return None            

            print('中文字體下載完成')

            return font_path

        except Exception as e:

            print(f'字體下載失敗: {e}')

            return None

    else:

        print('字體檔案已存在')

        return font_path

def register_font_colab(font_path):  # 註冊字體並回傳可用的字體名稱

    if not font_path or not os.path.exists(font_path):

        return None    

    try:  # 註冊字體       

        font_manager.fontManager.addfont(font_path)        

        # 重建字體管理器快取

        font_manager._load_fontmanager(try_read_cache=False)        

        # 檢查註冊後可用的字體名稱

        fonts={f.name for f in font_manager.fontManager.ttflist}        

        # Noto Sans CJK 可能的名稱變化

        possible_names=[

            'Noto Sans CJK TC',

            'Noto Sans CJK JP', 

            'Noto Sans CJK SC',

            'Noto Sans CJK KR',

            'Noto Sans CJK'

            ]

        for name in possible_names:

            if name in fonts:

                print(f'成功註冊字體: {name}')

                return name

        print(f"字體註冊後可用名稱: {[f for f in fonts if 'Noto' in f or 'CJK' in f]}")

        return None

    except Exception as e:

        print(f"字體註冊失敗: {e}")

        return None

def detect_font():  # 偵測系統中是否有常見的中文字型 

    fonts={f.name for f in font_manager.fontManager.ttflist}

    # 檢查常見中文字體

    linux_chinese_fonts=['Noto Sans CJK TC','Noto Sans CJK JP','Noto Sans CJK SC']

    if 'Microsoft JhengHei' in fonts:

        return 'Microsoft JhengHei'

    elif 'PingFang TC' in fonts:

        return 'PingFang TC'

    elif any(name in fonts for name in linux_chinese_fonts):

        return next(name for name in linux_chinese_fonts if name in fonts)

    else:  # 檢測環境        

        in_colab='google.colab' in sys.modules

        in_linux=sys.platform.startswith('linux')

        if in_colab:

            print('Colab 環境偵測到，正在下載並設定中文字體...')

            font_path=download_noto_cjk_colab()

            if font_path:

                return register_font_colab(font_path)

        elif in_linux:

            print('Linux 環境偵測到，嘗試安裝 Noto CJK 字體...')

            if install_noto_cjk_linux():

                # 再檢查一次

                fonts={f.name for f in font_manager.fontManager.ttflist}

                for name in linux_chinese_fonts:

                    if name in fonts:

                        return name

        return None

def check_font(font):  # 檢查指定字型是否存在並回傳候選清單

    fonts={f.name for f in font_manager.fontManager.ttflist}

    candidates=[]    

    if font and font in fonts:

        candidates.append(font)

        print(f'使用指定字體: {font}')

    elif font:

        print(f"[警告] 找不到字型 '{font}'，將使用 fallback 字型")

    # 通用 fallback 清單

    fallbacks=[  

        'Microsoft JhengHei',

        'PingFang TC',

        'Noto Sans CJK TC',

        'Noto Sans CJK JP',

        'Noto Sans CJK SC',

        'DejaVu Sans',

        'Liberation Sans',

        'Arial',

        'sans-serif'

        ]    

    for fallback in fallbacks:

        if fallback in fonts and fallback not in candidates:

            candidates.append(fallback)

    if candidates:

        print(f'字體候選清單: {candidates[:3]}')  # 只顯示前3個

        return candidates

    else:

        print('警告: 沒有找到合適的字體')

        return ['DejaVu Sans']

class KBar():

    def __init__(self, df, font=None):

        self.df=df

        self.addplots=[]

        self.font=font or detect_font()

        # 設定 matplotlib 全域參數

        if self.font:

            # 清除舊的字體設定

            if 'font.sans-serif' in mpl.rcParams:

                current_fonts=mpl.rcParams['font.sans-serif'].copy()

                # 移除可能造成問題的字體

                current_fonts=[f for f in current_fonts if f not in ['SimHei']]

                mpl.rcParams['font.sans-serif']=[self.font] + current_fonts

            else:

                mpl.rcParams['font.sans-serif']=[self.font, 'DejaVu Sans']

            mpl.rcParams['axes.unicode_minus']=False

            print(f'設定字體為: {self.font}')

        else:

            print('警告: 未找到中文字體，中文可能無法正常顯示')

    

    def addplot(self, data, **kwargs):

        plot=mpf.make_addplot(data, **kwargs)

        self.addplots.append(plot)

    

    def plot(self, embedding=False, **kwargs):

        color=mpf.make_marketcolors(

            up='red',

            down='green',

            inherit=True

            )   

        # 取得字體候選清單

        font_candidates=check_font(self.font)

        style=mpf.make_mpf_style(

            base_mpf_style='default',

            marketcolors=color,

            rc={

                'font.family': font_candidates,

                'font.sans-serif': font_candidates,

                'axes.unicode_minus': False

                }

            )  

        kwargs['type']='candle'

        kwargs['style']=style

        kwargs['addplot']=self.addplots

        result=mpf.plot(self.df, **kwargs)

        if kwargs.get('returnfig', False):

            return result

可見它並沒有大幅改寫程式架構, 僅新增了一個 Linux 平台下載與安裝中文字型的函式 install_noto_cjk_linux(), 以及修改了一部分的 detect_font() 函式內容以納入 Linux 平台的偵測程式碼而已. 為了較好地區別函式功能, 我把前一版本 (Windows + Colab) 中的 register_font() 改名為 register_font_colab(); 把 download_chinese_font() 函式改名為 download_noto_cjk_colab(). 其他函式都沒變. 

先在 Windows 與 Colab 平台上測試此全平台版的 kbar.py, 結果與前一版本相同, 都能正常在 K 線圖上顯示中文, 在此略過. 接下來便是重頭戲, 要到 Linux 主機上測試, 我的 Mapleboard 系統為 Ubuntu Mate, 之前尚未安裝過 yfinance 與 mplfinance, 所以先安裝此二套件 :

安裝 yfinance : 

tony1966@LX2438:~/python$ pip3 install yfinance    

Defaulting to user installation because normal site-packages is not writeable

Collecting yfinance

  Downloading yfinance-0.2.65-py2.py3-none-any.whl (119 kB)

... (略) ...

Successfully built multitasking peewee

Installing collected packages: pytz, peewee, multitasking, pycparser, frozendict, beautifulsoup4, cffi, curl_cffi, yfinance

Successfully installed beautifulsoup4-4.13.4 cffi-1.17.1 curl_cffi-0.13.0 frozendict-2.4.6 multitasking-0.0.12 peewee-3.18.2 pycparser-2.22 pytz-2025.2 yfinance-0.2.65

安裝 mplfinance : 

tony1966@LX2438:~/python$ pip3 install mplfinance   

Defaulting to user installation because normal site-packages is not writeable

Collecting mplfinance

  Downloading mplfinance-0.12.10b0-py3-none-any.whl (75 kB)

... (略) ...

Installing collected packages: kiwisolver, fonttools, cycler, contourpy, matplotlib, mplfinance

Successfully installed contourpy-1.3.2 cycler-0.12.1 fonttools-4.59.1 kiwisolver-1.4.9 matplotlib-3.10.5 mplfinance-0.12.10b0

開啟 Thonny 於交談視窗輸入下列程式碼繪製 K 線圖 : 

from kbar import KBar   

import yfinance as yf   

df=yf.download('0050.TW', start='2024-07-01', end='2024-08-21', auto_adjust=False)   

df.columns=df.columns.map(lambda x: x[0])    # 改成舊版單層索引

kb=KBar(df)    # 未傳 font 參數使用預設字型

kb.plot(title='台灣五十(0050.TW)', volume=True)

>>> from kbar import KBar    

Matplotlib is building the font cache; this may take a moment.

>>> import yfinance as yf   

>>> df=yf.download('0050.TW', start='2024-07-01', end='2024-08-21', auto_adjust=False)    

[*********************100%***********************]  1 of 1 completed

>>> df.columns=df.columns.map(lambda x: x[0])     

>>> kb=KBar(df)    

設定字體為: Noto Sans CJK JP

>>> kb.plot(title='台灣五十(0050.TW)', volume=True)    

使用指定字體: Noto Sans CJK JP

字體候選清單: ['Noto Sans CJK JP', 'DejaVu Sans', 'Liberation Sans']

可見 Ubuntu Mate 下載安裝了 Noto Sans CJK 字型來顯示中文, 結果如下 : 

OK, kbar.py 模組的改版工作至此就完工啦! 可以進行套件打包發佈了.