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Jupyter Notebook导出PDF含中文字体缺失解决方案

在人工智能和数据科学项目中，一份清晰、美观的技术文档往往决定了研究成果的传播效率。对于中文用户而言，用母语撰写实验记录、模型分析与可视化说明已成为常态。然而，当我们在 Jupyter Notebook 中写满了中文注释与标题，信心满满地执行jupyter nbconvert --to pdf时，却发现导出的 PDF 里中文变成了一个个“□□”，甚至完全消失——这种体验令人沮丧。

问题的本质并不在于 Jupyter 本身，而是在其背后依赖的文档转换链：从.ipynb到 LaTeX 再到 PDF 的过程中，字体渲染机制对中文支持极为有限。尤其是默认使用的 pdflatex 引擎不支持 UTF-8 编码，且系统未预装可识别的中文字体，导致最终输出“失真”。

要真正解决这个问题，不能靠临时打补丁，而是需要从底层构建一条完整的中文排版通路：确保环境有 XeLaTeX 支持、安装合适的 OpenType 中文字体、并通过自定义模板让 nbconvert 正确调用这些资源。尤其是在现代 AI 开发普遍采用容器化部署的背景下，这一整套流程更应被标准化、自动化，实现“一次配置，全员可用”。

Jupyter 的 PDF 导出功能由nbconvert驱动，它本质上是一个将 Notebook 转换为静态格式的工具链。当我们运行--to pdf命令时，实际发生的是这样一个过程：

1. .ipynb文件被解析成一个包含代码块、Markdown 文本和元数据的中间结构；
2. 这个结构根据指定模板（默认是article类型）生成对应的.tex文件；
3. 系统调用 LaTeX 编译器（如 xelatex 或 pdflatex）对该.tex文件进行编译，生成 PDF。

关键点在于第三步：如果编译器无法处理 UTF-8 中文字符，或者没有可用的中文字体，那么无论原始 Notebook 写得多规范，结果都会乱码或缺字。

以最常见的错误为例：

! Undefined control sequence. <recently read> \xe4

这类报错通常意味着 LaTeX 在尝试读取中文字符时找不到对应的字形映射。根本原因就是缺少两个要素：支持 Unicode 的编译引擎 + 可加载的中文字体。

因此，解决方案的第一步是确认系统是否安装了完整的 LaTeX 环境，并优先使用 XeLaTeX。相比传统的 pdflatex，XeLaTeX 原生支持 UTF-8 和现代字体格式（如 OTF/TTF），非常适合多语言混合排版。在 Ubuntu 系统中，推荐安装texlive-full包，因为它包含了 XeLaTeX 所需的所有组件：

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y texlive-full

虽然体积较大，但能避免后续因缺失宏包而导致编译失败的问题。如果你受限于磁盘空间，至少要保证安装以下最小集：

texlive-latex-recommended, texlive-xetex, fontspec

有了正确的编译器之后，下一步是让文档知道“该用什么字体来显示中文”。这就要借助 LaTeX 的fontspec宏包，它允许我们通过名字直接引用系统级字体文件。例如：

\usepackage{fontspec} \setmainfont{Noto Sans CJK SC}

上面这段代码的作用是：启用字体扩展功能，并将正文主字体设置为“思源黑体简体”（Noto Sans CJK SC）。这是一种 Google 与 Adobe 联合开发的开源字体，覆盖简体中文常用汉字，且授权自由，适合集成进各类开发镜像。

但仅仅在模板中写上\setmainfont是不够的——你还得确保这个字体真的存在于系统中。很多深度学习基础镜像（比如官方 PyTorch-CUDA 镜像）为了精简体积，默认不会预装任何中文字体。这意味着即使你写了正确的 LaTeX 模板，也会因为“找不到字体”而导致回退到无中文支持的默认字体。

所以，真正的落地路径应该是：在容器构建阶段，同时完成 LaTeX 环境 + 中文字体的预置。

以pytorch/pytorch:2.6-cuda12.4-cudnn8-runtime为例，可以通过编写 Dockerfile 实现一键增强：

FROM pytorch/pytorch:2.6-cuda12.4-cudnn8-runtime # 安装 LaTeX 支持（使用 full 版本确保兼容性） RUN apt-get update && \ apt-get install -y texlive-full fontconfig wget && \ rm -rf /var/lib/apt/lists/* # 创建字体目录并下载 Noto Sans CJK SC RUN mkdir -p /usr/share/fonts/opentype/noto && \ wget https://github.com/googlefonts/noto-cjk/raw/main/Sans/OTF/zh-Hans/NotoSansCJKsc-Regular.otf \ -O /usr/share/fonts/opentype/noto/NotoSansCJKsc-Regular.otf # 刷新字体缓存，使系统识别新字体 RUN fc-cache -fv

构建完成后，容器内即可原生支持中文 PDF 导出。你可以通过以下命令验证字体是否注册成功：

fc-list :lang=zh | grep "Noto"

输出应包含类似：

/usr/share/fonts/opentype/noto/NotoSansCJKsc-Regular.otf: Noto Sans CJK SC:style=Regular

接下来，只需创建一个自定义模板文件custom.tplx，告诉 nbconvert 使用 XeLaTeX 并加载该字体：

((* block body *)) \usepackage{fontspec} \setmainfont{Noto Sans CJK SC} ((* super *)) ((* endblock body *))

然后执行导出命令：

jupyter nbconvert --to pdf \ --PDFExporter.template_file=custom.tplx \ your_notebook.ipynb

此时，所有中文内容都将正常渲染，且保留文本可搜索性、缩放不失真等优势。相比过去“截图替代”或“改写为英文”的妥协做法，这种方式实现了真正的专业输出。

当然，在实际应用中还需考虑一些工程细节：

• 字体版权问题：避免使用微软雅黑、苹方等受版权保护的字体，除非你有明确授权。Noto Sans CJK、Fandol、WenQuanYi 微米黑等均为开源友好选择。
• 镜像体积优化：texlive-full会增加约 3GB 体积。若仅用于 CI/CD 自动导出，可考虑使用多阶段构建，在最终镜像中只保留必要二进制文件。
• 安全风险控制：nbconvert 允许执行任意 LaTeX 代码，存在潜在注入攻击风险。在共享环境中应限制用户上传不可信.ipynb文件。
• 自动化测试集成：可在 GitHub Actions 或 GitLab CI 中加入 PDF 渲染测试，自动检查中文是否正常显示，防止配置退化。

此外，还有一个常被忽视的细节：Jupyter Markdown 单元格中的数学公式与中文混排。LaTeX 默认环境下，中文字体不会自动应用于数学模式。如果你在公式中间插入中文变量名（如$损失函数$），可能会出现字体切换异常。此时可通过如下方式增强兼容性：

\usepackage{unicode-math} \setmathfont{Latin Modern Math} % 允许数学模式中嵌入中文 \DeclareMathOperator{\loss}{损失函数}

并在 Markdown 中使用\loss而非直接输入中文，既能保持语义清晰，又能避免排版崩溃。

在高校实验室、AI 创业公司或科研团队中，技术文档的质量直接影响知识沉淀的效率。过去，许多团队成员不得不在“用英文写清楚”和“用中文讲明白”之间做选择；而现在，借助容器化+标准化配置，我们可以彻底打破这一障碍。

设想一下这样的场景：新入职的实习生第一天拿到开发镜像，启动 Jupyter 后无需任何额外配置，就能直接导出一份排版整洁、中文字体清晰的技术报告。这种“开箱即用”的体验，正是现代 MLOps 实践所追求的目标之一。

更重要的是，这套方案不仅适用于 PyTorch 环境，也可以轻松迁移到 TensorFlow、FastAI 或其他基于 Docker 的 AI 平台。只要在基础镜像中统一集成 LaTeX 与字体资源，就能实现跨项目的文档一致性。

最终，我们的目标不是教会每个人如何修 LaTeX 错误，而是让工具隐形——开发者只需专注于模型设计、数据分析与逻辑表达，而不必被底层排版问题打断思路。这才是技术基础设施应有的样子。