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第一部分 组织文档结构

文档由什么组成?

  • 标题
  • 前言/摘要
  • 目录
  • 正文
    • 篇、章、小节、小段
      • 文字、公式
      • 列表：编号的、不编号的、带小标题的
      • 定理、引理、命题、证明、结论
      • 诗歌、引文、程序代码、算法伪码
      • 制表
      • 画图
  • 文献
  • 索引、词汇表

纲举目张

\LaTeX支持结构化的文档编写方式，步骤：

  • 拟定主题
  • 列出提纲
  • 填写内容
  • 调整格式不要在意格式

其他软件

  • markdown
  • LYX：结构化的文档写作系统

LATEX 文档基本结构

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%%% 简单文档
% 导言：格式设置
\documentclass{ctexart}
\usepackage[b5paper]{geometry}
% 正文：填写内容
\begin{document}
使用 \LaTeX
\end{document}

以document环境为界，

  • document环境前是导言部分(preamble);

  • 环境内部是正文部分；

  • 环境之后的部分被忽略

在导言区进行格式设置，正文部分套用格式。

文档部件

  • 标题：\title、\author、\date——\maketitle
  • 摘要/前言：abstract环境/\chapter*
  • 目录：\tableofcontents
  • 章节：\chapter、\section…
  • 附录：\appendix+\chapter或\section…
  • 文献：\bibliography
  • 索引：\printindex

文档划分

  • 大型文档：
    • \frontmatter
    • \mainmatter
    • \backmatter
  • 一般文档：
    • \appendix
层次 名称 命令 说明
-1 part \part 可选的最高层
0 chapter \chapter report，book类最高层：书
1 section \section article类最高层：学生论文
2 subsection \subsection report, book类
3 subsubsection \subsubsection 默认不编号、不编目录
4 paragraph \paragraph 默认不编号、不编目录
5 subparagraph \subparagraph 默认不编号、不编目录

磁盘文件组织

小文档将所有内容写在同一个目录中。对比较大的文档，可以将文档分成多个文件，并划分文件目录结构：

  • 主文档，给出文档框架结构
  • 按内容章节划分不同的文件
  • 使用单独的类文件和格式文件设置格式
  • 用小文件隔离复杂的图表

相关命令：

  • \documentclass：读入文档类文件(.cls)
  • \usepackage：读入一个格式文件——宏包(.sty)
  • \include：分页，并读入章节文件(.tex)
  • \input：读入任意的文件

文档框架示例

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第二部分 填写文档内容

LATEX 基础

迟到的 Hello world.

找个东西输入文本：

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\documentclass{article}
\begin{document}
Hello world.
\end{document}

中文几乎没有改变，将\documentclass里内容改成ctexart：Chinese TeX article，并设置[UTF8]：

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\documentclass[UTF8]{ctexart}
\begin{document}
今天你吃了吗?
\end{document}

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语法结构

相比较原始的\TeX语言，\LaTeX的语法结构被限制为相对固定的形式。

  • 命令：参数总在后面花括号表示，用中括号表示可选参数
  • 环境
  • 注释：以百分号%开头

LATEX 宏：命令与环境

  • 命令：以反斜线开头，可以带零到多个参数：\frac{1}{2}: 12\frac{1}{2}
  • 环境：
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\begin{flushright}  % 环境内的文字保持右对齐
	环境的内容
\end{flushright}

正文文本

换行符会被视作一个空格

如果需要两个自然段，则要敲两个回车

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\documentclass{article}
\begin{document}
aa

bb
\end{document}

正文符号

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\S \P \textbullet \textregistered \texttrademark

$\S \P \textbullet \textregistered \texttrademark $

(hexo 里显示不出来…)

公式

数学公式

数学模式下字体、符号、间距与正文都不同，一切数学公式（包括单个符号nn、π\pi）都要在数学模式下输入。

  • 行内（inline）公式：使用一对$$来表示，如$a+b=c$
  • 显示（display）公式：
    • 简单的不编号公式用命令\[和\]表示。（不要使用双美元符号$$ $$，会有细微的差异）
    • 基本的标号的公式用equation环境
    • 更复杂的结构，使用amsmath宏包提供专门的数学环境。（不要使用eqnarray环境）

数学结构

  • 上标与下标：用^和_表示
  • 上下划线与花括号：\overline，\underline，\overbrace，\underbrace
  • 分式：\frac{分子}{分母}：\frac{分子}{分母}
  • 根式：\sqrt[次数]{根号下}：\sqrt[次数]{根号下}
  • 矩阵：使用amsmath宏包提供的专门的矩阵环境matrix，pmatrix，bmatrix等。特别复杂的矩阵（如带线条）使用array环境作为表格画出。

数学符号

  • 数学字母a,b,α,Δa,b,\alpha,\Delta, 数学字体\mathbb(R\mathbb R), \mathcal(P\mathcal P)等
  • 普通符号：如\infty(∞\infty), \angle(∠\angle)等
  • 二元运算符：a+b,a−b,a⊕ba+b,a-b,a\oplus b
  • 二元关系符：a=b,a≤ba=b,a\le b
  • 括号：<a,b>\left < a,b\right >, 使用\left, \right 放大
  • 标点：逗号、分号（\colon）

不同的类型会决定不同的断行模式和不同的距离

amsmath 与 mathtools

  • amsmath是基本的数学工具包，在包含数学公式的文档中几乎无处不在。

  • mathtools则对 amsmath做了一些补充和增强。

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\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{mathtools}
\begin{document}
\begin{align*}
    2^5 &= (1+1)^5 \\
    &= \begin{multlined}[t]
    \binom50\cdot 1^5 + \binom51\cdot 1^4 \cdot 1
    + \binom52\cdot 1^3 \cdot 1^2 \\
    + \binom53\cdot 1^2 \cdot 1^3
    + \binom54\cdot 1 \cdot 1^4 + \binom55\cdot 1^5
    \end{multlined} \\
    &= \binom50 + \binom51 + \binom52 + \binom53
    + \binom54 + \binom55
    \end{align*}
\end{document}

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科技功能

  • siunitx（国际单位制扩展）: 数字单位的一揽子解决方案
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\usepackage{siunitx}
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\num{-1.235e96} \\
\SI{299792458}{m/s} \\
\SI{2x7x3.5}{m}

−1.235×1096-1.235\times10^{96}

299792458m/s299\,792\,458 \mathrm{m/s}

2m×7m×3.5m2\mathrm m\times 7\mathrm m\times 3.5\mathrm m（仿）

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\begin{tabular}{|S|}\hline
-234532\\ 13.55 \\ .9e37km \\
\hline
\end{tabular}
  • chemformula：编写化学式
    • chemformula宏包（过去用mhchem）是在\TeX中定义新语法规则的典范。
1
\usepackage{chemformula}

它让化学反应式的书写比数学式还要容易，绝大部分功能只需要\ch 一条命令：

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\ch{2 H2 + O2 -> 2H2O}
\ch{2H2O -> 2 H2 ^ + O2 ^}

如何用 markdown 写化学方程式？- 知乎 (zhihu.com)

3 Ca O +Fe_2O_3\stackrel{高温}{==}2 Fe + 3 CO_2

2Fe3++SO2+Ba2++2H2O−>2Fe2++BaSO4↓+4H+2Fe^{3+} + SO_2 + Ba^{2+} + 2H_2O -> 2Fe^{2+} + BaSO_4\downarrow + 4H^+

列表与文本块

列表环境

  • enumerate 编号
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\begin{enumerate}
\item aaa
\item bbb
\end{enumerate}

1.aaa\mathrm{1.\,aaa}

2.bbb\mathrm{2.\,bbb}

3.ccc\mathrm{3.\,ccc}

  • a 使用itemize 不编号
  • description 有标题

定理类环境

  • 定义定理类环境
    • \newtherorem定义定理类环境，如
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\newtheorem{thm}{定理}[section]
  • 使用定理类环境：
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\begin{thm}
一个定理
\end{thm}

诗歌和引文

  • verse
  • quote
  • quotation

抄录代码

  • \verb命令，如
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代码\verb|#include<stdio.h>|
  • verbatim
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\begin{verbatim}
#include <stdio.h>
int main(void) {
	printf("hello world.");
	return 0;
}
\end{verbatim}

高级代码：语法高亮

  • 使用listings 宏包
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\begin{lstlisting}[language=C,
	basicstyle=\ttfamily,
	stringstyle=\color{blue}]
#include <stdio.h>
int main(void) {
	printf("hello world.");
	return 0;
}
\end{lstlisting}
  • minted 宏包（调用 Pygment）

算法结构

  • clrscode 宏包（算法导论）

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  • algorithm2e 宏包
  • algorithmicx 宏包的 algpseudocode 格式

图表与浮动环境

画表格

使用 tabular 环境。

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\begin{tabular}{|rr|}
\hline
输入& 输出\\ \hline
$-2$ & 4 \\
0 & 0 \\
2 & 4 \\ \hline
\end{tabular}
输入 输出
-2 4
0 0
2 4

可以使用一些工具生成表格代码，例如：

Create LaTeX tables online – TablesGenerator.com

功能各异的表格宏包

  • 单元格处理：multirow（多行变一行）、makecell（一行拆多行）
  • 长表格：longtable（长表格，超出页自动换下一页）、xtab
  • 定宽表格：xtabular
  • 表线控制：booktabs（三线表）、diagbox（斜线宏包）、arydshln
  • 表列格式：array
  • 综合应用：tabu

插图

使用graphicx宏包提供的\includegraphics命令

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\includegraphics[width=2cm]{pkulogo.pdf}

代码画图

优先使用外部工具画图，特别是可视化工具，例如一般的矢量图用Inkscape、Illustrator 甚至 PowerPoint（保存为 pdf 格式），数学图形用MATLAB、matplotlib 之类。
如果有合适的宏包，某些特定类型的图形也可以用\LaTeX代码作图。现代
\LaTeX 绘图宏包很多基于 TikZ。

浮动体

  • figure 环境
  • table 环境
  • 其他环境可以使用 float 宏包得到

浮动体的标题用 \caption 命令得到，自动编号。

自动化工具

目录

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交叉引用工作原理

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hyperref: PDF 的链接与书签

  • hyperref 产生链接和书签的原理与普通的交叉引用相同。hyperref 会在 PDF 中写入相应的“锚点”代码，在其他地方引用。交叉引用的代码并入 .aux 文件，目录的代码并入 .toc 文件，PDF 书签则产生单独的.out 文件。

BIBTEX 参考文献

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设置文献格式

  • 选用合适的.bst 格式，比如plainnat , gbt7714-plain

  • natbib 与作者‐年格式

  • 利用 custom‐bib 产生定制的格式文件

  • biblatex + Biber：文献处理的新方式

第三部分：设计文档格式

基本规则

  • 格式与内容分离不要在意细节
  • 使用内容相关的命令与环境
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It is \emph{important}。% 推荐
It is \textit{important}.  % 不推荐

两者在默认情况下效果一样，但是在不同模板效果不一定一样。

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\caption{流程图}  % 推荐
\textbf{图 1: } 流程图  % 不推荐，不会自动编号

使用宏包

  • 作用：宏包将可重用的代码提取出来，相当于其他程序语言中的“库”。使用宏包可以用简单的接口实现非常复杂的功能，有些对于个人来说是“不可能的任务”。
  • 问题：第三方宏包可能破坏 TEX 设计的“向前兼容性”；不同宏包之间如果出现兼容性问题更难解决。——使用宏包会将兼容性问题从 TEX 语言扩大到所有宏包代码。

现代\LaTeX文档离不开第三方宏包，但应该合理使用：

  • 尽量不造轮子
  • 尽量排除不使用的宏包

格式控制功能

字体符号

  • 字体
    • \rmfamily, \textrm{…}
    • \sffamily, \textsf{…}
    • \ttfamily, \texttt{…}
  • 字号：\Huge, \LARGE, \Large, \large, \normalsize, \small,
    \footnotesize, \scriptsize, \tiny
  • 中文字号：\zihao{5}（五号字）、\zihao{‐3}（小三号字）

对齐

  • 居中对齐：\centering
  • 左对齐：\raggedleft
  • 右对齐：\raggedright

空白间距

  • 水平方向：\hspace{2cm}
  • 垂直方向：\vspace{3mm}

版面布局

  • geometry
  • fancyhdr

分页断行

  • \linebreak、\
    \pagebreak、\newpage、\clearpage、\cleardoublepage

盒子

  • \mbox{内容}
    \parbox{4em}{内容}、minipage

格式应用于文档

使用在导言区单独设置格式

  • 直接设置相关参数： \parindent、\parskip、
    \linespread、\pagestyle
  • 修改部分命令定义。如修改：\thesection、\labelenumi、
    \descriptionlabel、\figurename
  • 使用工具宏包完成设置。
  • 如使用 ctex 宏包设置中文格式，使用 tocloft 宏包设置目录格式。

利用自定义命令和环境

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\documentclass{ctexart}

\newcommand\prg[1]{\textsf{#1}}

\begin{document}

程序 \prg{sort} 很有用

\end{document}

章节标题

浮动标题

  • caption 宏包

列表环境

  • enumitem 宏包
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