目的：掌握latex的用法，能够应用其进行数学论文的排版。

背景：之前写论文的时候用到latex进行排版，最近帮朋友排版，突然发现主要内容忘记的差不多了，因此再次学习，这次争取掌握90%的用法，尽量熟练使用。

计划：复习基本用法，搜集模板【3小时】；练习【看情况，至少搞定三篇数学文章的排版】。

LaTeX是什么？

一个排版工具。由美国计算机科学家Leslie Lamport开发的基于TeX的排版系统，适用于大型论文排版和数学公式输入。

LaTeX能用来做什么？

主要是排版。生成从简单信件到完整书籍的各种文档，尤其适用于生成高印刷质量的科技和数学类文档。

怎么使用LaTeX？

安装配置

TeX套装：

TeX Live，支持不同的操作系统平台；MiKTeX，Windows系统；MacTeX，Mac系统。

TeX编辑器：

TexStudio- 开源免费的编辑器，界面集成度好。其源于：TeXmaker开源免费的编辑器。

TeXShop (Mac 版) - MacTeX 自带的编辑器，界面比较简洁，与 TeXworks 功能接近。

TeXPad(Mac 版) - Mac OS 平台下的收费编辑器。

在线LaTeX平台：【推荐使用，在线、易用、协作平台】

Overleaf：https://www.overleaf.com/

Overleaf界面

基本入门

命令和代码结构：

 LATEX命令和环境LATEX中命令以反斜线\开头，后跟一串字母或者单个非字母符号

 LATEX命令大小写敏感

LATEX中还包括环境，用以令一些效果在局部生效，或是生成特殊的文档元素。LATEX环境的用法为一对命令\begin和\end

源代码结构

\doucumentclass[<options>]{class-name}    %指定文档类别，比如article/report/book...

%导言区，一般会使用\usepackage命令调用宏包，并进行文档的全局设置

\begin{document}

%正文内容

\end{document}

%此后内容会被忽略

文件的组织方式

编辑长文档时，可把源文件分割成若干个文件，然后在源代码里使用\include{<filename>}或\input{<filename>}来插入文件，区别在于\include命令会另起一页，\input命令会直接插入内容。

在导言区，\include{<filename1>,<filename2>,...}命令用于指定载入的文件，不在其列表范围内的文件即使在正文中使用了\include命令也不会出现。

在导言区，可调用syntonly包，使用\syntaxonly命令，令LaTeX编译后不生成文档，只排查错误，加快编译速度。

备注：使用LaTeX排版的过程是，我们调用结合了引擎和格式的编译命令，生成一定格式的文档。

文字排版

首先考虑文档的编码，根据需要选择不同的编码方式。比如，用于以英文为主的西文文档可使用ASCII编码，西欧语言可使用Latin-1编码，中文可使用GBK编码，LaTeX默认使用适用多国字符的UTF-8编码。在进行中文排版时，可使用ctex文档类和宏包，需注意的是源代码需要保存为UTF-8编码格式，并使用xelatex或lualatex编译。

其次，LaTeX中的字符，常用的有：

空格，空格键和TAB键都可以

转义符，\

注释符，%

省略号，\ldots或者\dots

分段，空行或者\par

手动换行，\\

另外，LaTeX会自动处理词距、行距、断行和断页的问题，但是也可以手动设置。比如：

~，输入一个不会断行的空格

\\[<length>]，手动断行，且可在断行处向下增加垂直间距

\\*[<length>]，禁止断行

\newline，手动断行，只能用于文本中，不可用于公式、表格

\newpage，手动断页，双栏排版中另起一栏

\clearpage，手动断页，另起一页

文档元素

LaTeX的三大类文档支持生成章节标题，且自动编号的命令，分别是：

\chapter{⟨title⟩} ，只在book和report文档类有定义。

\section{⟨title⟩}

\subsection{⟨title⟩}

\subsubsection{⟨title⟩} 

\paragraph{⟨title⟩} 

\subparagraph{⟨title⟩}

生成目录的命令是：\tableofcontents。另外，itletoc、tocloft等宏包提供了具体定制目录项格式的功能。

文档结构划分的命令：

\frontmatter前言部分，book文档类

\mainmatter正文部分，book文档类

\backmatter后记部分，book文档类

\appendix，附录

生成标题的命令：\maketitle，需要给定标题和作者等信息，\title{<title>}，\author{<author>}，\date{<date>}

交叉引用的命令：

\lable{<lable_name>}

\ref{<lable_name>}

\pageref{<lable_name>}

生成脚注和边注的命令：

\footnote{<footnote>}

\footnotemark + \footnotetext{<footnotetext>}

\marginpar[⟨left-margin⟩]{⟨right-margin⟩}

特殊环境

生成有序列表，最多嵌套四层：\begin{enumerate}\item...\end{enumerate}。其列表符号可由命令\labelenumi到\labelenumiv定义。

生成无序列表，最多嵌套四层：\begin{itemize}\item...\end{itemize}。其列表符号可由命令\labelitemi到\labelitemiv定义。

生成带关键字的列表，关键字以粗体显示：\begin{description}\item[⟨item title⟩]...\end{description}。

备注：enumitem宏包可定制各种列表间距。

对齐环境：\begin{center}...\end{center}，居中对齐；\begin{flushleft}...\end{flushleft}，左对齐；\begin{flushright}...\end{flushright}，右对齐。

对齐命令：\centering ，居中对齐； \raggedright，右对齐； \raggedleft，左对齐。和对齐环境的区别是，对齐环境会在上下文中产生一个额外的间距，对齐命令不产生。

引用环境：quote，用于较短的文字，首行不缩进；quotation，用于引用若干段文字，首行缩进；verse，用于诗歌排版，首行悬挂缩进。

摘要环境：abstract，默认只在标准文档类中的article和report文档类可用，一般用于紧跟\maketitle命令之后介绍文档的摘要。如果文档类指定了titlepage选项，则单独成页；反之，单栏排版时相当于一个居中的小标题加一个quotation环境，双栏排版时相当于\section*定义的一节。

代码环境：verbatim，带星号的版本更进一步将空格显示成“␣”；要排版简短的代码或关键字，可使用\verb命令：\verb⟨delim⟩⟨code⟩⟨delim⟩。另外，有一些宏包可用与优化代码的输入，比如：

verbatim宏包，优化了verbatim环境的内部命令，并提供了\verbatiminput命令用来直接读入文件生成代码环境。

fancyvrb宏包提供了可定制格式的Verbatim环境。

listings宏包更进一步，可生成关键字高亮的代码环境，支持各种程序设计语言的语法和关键字。

表格环境：tabular

图片

LaTeX本身不支持插图功能，需要使用graphicx宏包辅助支持。命令是：\includegraphics[⟨options⟩]{⟨filename⟩}，使用的时候注意编译命令支持的图像格式。

盒子

Latex可画各种盒子，包括水平盒子，带框的水平盒子，垂直盒子和标尺盒子。命令分别为：

水平盒子，\mbox{...}，或者 \makebox[⟨width⟩][⟨align⟩]{...}

带框的水平盒子，\fbox{...}，或者 \framebox[⟨width⟩][⟨align⟩]{...}

垂直盒子，\parbox[⟨align⟩][⟨height⟩][⟨inner-align⟩]{⟨width⟩}{...}， 或者 \begin{minipage}[⟨align⟩][⟨height⟩][⟨inner-align⟩]{⟨width⟩}...\end{minipage}

标尺盒子，\rule[⟨raise⟩]{⟨width⟩}{⟨height⟩}

浮动体

LaTeX预定义了两类浮动体环境，figure 和 table。一个浮动体内可放多张图表，可使用subfig宏包的\subfloat命令排版子图。

给浮动体加标题并自动加编号，\caption{...}

生成浮动体目录，\listoffigures 或 \listoftables

排版数学公式——LaTeX的强项

不复杂，就是需要记忆的内容多，但是也有规律，根据需要选用合适的宏包和命令

一个好用的宏包，\usepackage{amsmath}，对多行公式排版提供了有力支持。

\usepackage{amssymb}，有丰富的符号。

行内公式，$公式$

行间公式不带编号，\[公式\]，或者equation*环境，或者displaymath环境

行间公式带编号，equation环境

多行公式对齐，align环境

多行公式不对齐，gather环境

公用编号的多行公式，amsmath宏包提供了诸如aligned、gathered等环境，与equation环境套用。split环境和aligned环境用法类似，也用于和equation环境套用，区别是split只能将每行的一个公式分两栏，aligned允许每行多个公式多栏。

排版样式设定

字体和字号

LaTeX中有常用的设置字体样式和字号的命令，比如\rmfamily 或 \textrm{...} 设置罗马无衬线字体，{\small ...} 设置小号字体。还有\fontsize{⟨size⟩}{⟨base line-skip⟩} 命令，可以设置任意大小的字号。还可以使用各种字体宏包来进行字体样式和字号的设置，比如使用fontspec宏包更改字体，在ctex宏包或文档类中更改中文字体，使用unicode-math宏包配置Unicode数学字体等。

文字装饰和强调

使用\underline命令可添加不能换行的下划线，ulem宏包的\uline命令可添加可换行的下划线。\epmh命令可把文字变为斜体以强调。

段落格式和间距

三个和长度有关的命令：

自定义长度的命令，\newlength{\⟨length command⟩}

给长度赋值的命令，\setlength{\⟨length command⟩}{⟨length⟩}

增加长度的命令，\addtolength{\⟨length command⟩}{⟨length⟩}

在导言区设置行距，命令 \linespread{⟨factor⟩}，其中缺省的行距是1.2倍字号大小。如果想在段落中改变行距，需要用\selectfont命令使\linespread命令的改动立即生效，注意行距的改变直到文字分段时才生效，故一般需要在段落结束的花括号内添加\par分段命令。

段落的格式有左缩进、右缩进、首行缩进，设置长度的命令分别为：

\setlength{\leftskip}{⟨length⟩}

\setlength{\rightskip}{⟨length⟩}

\setlength{\parindent}{⟨length⟩}

控制段落缩进的命令为 \indent 和 \noindent。

水平间距：LaTeX默认将单词之间的空格转化为水平间距。也可调整水平间距，命令为 \hspace，生成的水平间距可能会因为断行而消失，\hspace*命令可避免这一情况。\quad 相当于\hspace{1em}，\qquad 相当于 \hspace{2em}。命令\stretch{⟨n⟩}生成一个特殊弹性长度，参数⟨n⟩为权重。\fill命令相当于\strtch{1}。

垂直间距：在页面中，段落、章节标题、行间公式、列表、浮动体等元素之间的间距是LATEX预设的。比如\parskip，默认设置为0pt plus 1pt。也可人为增加段落之间的间距，命令为\vspace，为了避免段落之间的垂直间距因断页而被吞掉，可使用 \vspace*命令。\vspace也可用\stretch设置无限延伸的垂直长度。\vspace也可在段落内使用，不过不会断行。另外LATEX还提供了\bigskip,\medskip,\smallskip来增加预定义长度的垂直间距。

页面和分栏

页面的设置包括纸张大小、页边距的设置，可以使用长度命令\setlength调整。也可以使用宏包进行设置，比如调用geometry宏包进行页面设置，命令为：

\usepackage{geometry}

\geometry{⟨geometry-settings⟩}

也可以将参数指定为宏包的选项：\usepackage[⟨geometry-settings⟩]{geometry}，其中⟨geometry-settings⟩多以⟨key⟩=⟨value⟩的形式组织。

举例：符合Microsoft Word习惯的页面设定是A4纸张，上下边距1英寸，左右边距1.25英寸，于是我们可以通过两种方式设置：\usepackage[left=1.25in,right=1.25in,top=1in,bottom=1in]{geometry}

% or like this:

\usepackage[hmargin=1.25in,vmargin=1in]{geometry}。

页面内容的垂直对齐：LaTeX默认将页面内容在垂直方向上分散对齐，也可在垂直方向向顶部对齐，命令分别为：\flushbottom ，\raggedbottom

分栏：切换单/双栏排版的命令，\onecolumn ，\twocolumn[⟨one-column top material⟩]，可选参数，用于排版双栏之上的一部分单栏内容。另外，multical宏包提供了较好的分栏解决方案，它提供了简单的multicols环境自动产生分栏，如以下环境将内容分为3栏：\begin{multicols}{3}...\end{multicols}。multicol宏包能够在一页之中切换单栏/多栏，也能处理跨页的分栏，且各栏的高度分布平衡。但代价是在multicols环境中无法正常使用table和figure等浮动体环境，它会直接让浮动体丢失。multicols环境中只能用跨栏的table*和figure*环境，或者用float宏包提供的H参数固定浮动体的位置

页眉页脚

\pagestyle{⟨page-style⟩}命令\thispagestyle只影响当页的页眉页脚样式：\thispagestyle{⟨page-style⟩}⟨page-style⟩参数为样式的名称

LaTeX预设了四种页眉页脚的样式，可以通过命令 \pagestyle{<page_style>} 来修改全局样式，也可通过 \thispagestyle{<page_style>} 仅修改当前页的样式。可使用\markright{⟨right-mark⟩}或者\markboth{⟨left-mark⟩}{⟨right-mark⟩}命令，手动更改页眉页脚的内容。

\pagenumbering{<style>}命令令我们能够改变页眉页脚中的页码样式，默认为arabic，可改为roman或Ramon格式。

fancyhdr宏包改善了页眉页脚样式的定义方式，为设置页眉页脚提供了较好的解决方案。它自定义了样式名称fancy，使用fancyhdr宏包定义页眉页脚之前，通常先用\pagestyle{fancy}调用这个样式。

特色工具和功能

依靠一些辅助程序自动生成参考文献和索引，颜色和超链接的使用

参考文献命令和环境：

%引用参考文献的命令

\cite[option]{<citation>}

%生成参考文献的环境，不带编号的一节（article文档类）或一章（report/book文档类）
\begin{thebibliography}{⟨widest label⟩}

\bibitem[⟨item number⟩]{⟨citation⟩}...

...

\end{thebibliography}

BIBTEX数据库:

最流行的参考文献数据组织格式之一，除了数据库本身的有点外，很多网站和软件都支持BIBTEX 格式的参考文献的导入、导出和管理。它以.bib作为扩展名，其内容是若干个文献条目，基本格式为

@<type>{<citation>, <key1> = {<value1>}, <key2> = {<value2> }, ...}。

所有类别的文献条目格式请参考https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CTAN/biblio/bibtex/base/btxdoc.pdf

BIBTEX样式：

BIBTEX用样式来管理参考文献的写法，样式文件的扩展名是.bst，使用样式文件的方法是在源代码内（一般在导言区）使用\bibliographystyle命令：\bibliographystyle{⟨bst-name⟩}，这里⟨bst-name⟩为.bst样式文件的名称，不要带.bst扩展名。

BIBTEX数据库使用方法：准备数据库，在源代码中添加命令（设置参考文献格式\bibliographystyle{⟨bst-name⟩}，引用参考文献\cite[option]{<citation>} ，列出参考文献\bibliography{⟨bib-name⟩}），编译。

支持人名——年份引用格式的宏包，natbib。biblatex宏包是一套基于LATEX宏命令的参考文献解决方案，提供了便捷的格式控制和强大的排序、分类、筛选、多文献表等功能。

索引，归纳关键词，方便查看，适用于大文档和书籍，使用方法：

1.调用makeidx宏包，命令：\usepackage{makeidx}   \makeindex

2.在需要索引的地方输入命令\index{<index entry>}，在需要输出索引的地方输入命令\printindex

3.编译

颜色

LaTeX本身不支持使用各种颜色，可调用color或xcolor宏包，给PDF输出各种颜色的指令。有关命令：

切换颜色，\color[<color-mode>]{<code>}，或 \color{<color-name>}

自定义颜色名称，\definecolor{⟨color-name⟩}{⟨color-mode⟩}{⟨code⟩}

输入带颜色的文本可以用类似\textbf的命令：\textcolor[⟨color-mode⟩]{⟨code⟩}{⟨text⟩，或 \textcolor{⟨color-name⟩}{⟨text⟩}

构造一个带背景色的盒子，⟨material⟩为盒子中的内容：\colorbox[⟨color-mode⟩]{⟨code⟩}{⟨material⟩}，或 \colorbox{⟨color-name⟩}{⟨material⟩}

构造一个带背景色和有色边框的盒子，⟨fcode⟩或⟨fcolor-name⟩用于设置边框颜色：\fcolorbox[⟨color-mode⟩]{⟨fcode⟩}{⟨code⟩}{⟨material⟩}，或 \fcolorbox{⟨fcolor-name⟩}{⟨color-name⟩}{⟨material⟩}

超链接，hyperref宏包

为了尽可能减少冲突，习惯上把hyperref宏包放在其他宏包之后调用。

配置参数，\hypersetup{⟨option1⟩,⟨option2⟩={value},...}

直接书写超链接，\url{<url>}， 或 \nolinkurl{<url>}，区别是后者的超链接没有彩色

把文字作为超链接，\href{<url>}{<text>}

对某个\lable定义的标签作超链接，\hyperref[⟨label⟩]{⟨text⟩}

手动生成PDF书签，\pdfbookmark[⟨level⟩]{⟨bookmark⟩}{⟨anchor⟩}

绘图

用代码表示图形

LaTeX本身有picture环境用于绘制基本图形，但功能有限，现在有各种绘图语言和宏包，按需搜索使用。

使用模板和以上的基础知识，已经能够制作出大多数需要的文档了，下面是根据个性化的需求制作自己的模板。

自定义LaTeX命令和功能

包括制作自己的模板，自定义宏包和类

\newcommand{\⟨name⟩}[⟨num⟩]{⟨definition⟩}

定义新命令，\newcommand{\<name>}[<num>]{<definition>}

修改命令定义，\renewcommand，或者\providecommand

定义新环境，\newenvironment{\<name>}[<num>]{<before>}{<after>}

修改环境定义，\renewenvironment

定义宏包：宏包文件以.sty做扩展名，同时需要在开头用命令\ProvidesPackage{⟨package name⟩}让LaTeX记录宏包的名字，需要注意的是 <package name>需要和宏包文件名一致。

在宏包中调用另外的宏包，\RequirePackage[<options>]{<package name>}。

定义文档类：文档类文件以.cls做扩展名，同时需要在开头需要用命令\ProvidesClass{<class name>}让LaTeX记录文档类的名字，需要注意的是<class name>需要和文档类文件名一致。

在文档类里调用另外的文档类，\LoadClass[<options>]{<class name>}。

定义计数器，\newcounter{<counter name>}[<parent counter name>]

修改计数器的数值：

\setcounter{⟨counter name⟩}{⟨number⟩}%将计数器的数值设置为number

\addtocounter{⟨counter name⟩}{⟨number⟩}%将计数器的数值加number

\stepcounter{⟨counter name⟩}%将计数器的数值加一，并将所有下一级计数器清零

重定义计数器的输出格式，\renewcommand\the<counter>{\XXX{<counter>}}

LaTeX中的计数器：有章节、列表、公式、浮动体、页码、脚注。

secnumdepth控制章节编号的深度，artile文档类默认为3，report和book类默认为2.

tocdepth控制目录的深度，默认数值同secnumdepth。

LaTeX使用过程中常见问题

在Overleaf上使用ctex文档类报错：我换了个方案，使用TexLive+texworks，在其中使用ctex文档类

章节标题格式更改：可以使用titlesec宏包

【公式编号更改】在ctexbook文档类里，默认公式编号是（节编号.公式编号），公式编号会在每一小节开始之后清零。我需要的是（章编号.节编号.公式编号）。思路是通过更改公式计数器的输出格式来实现。在导言区加入命令：

\renewcommand{\theequation}{\arabic{chapter}.\arabic{section}.\arabic{equation}}%重新设定equation计数器样式

\makeatletter

\@addtoreset{equation}{section}%当section计数器增加时，equation计数器清零

\makeatother

一些优秀的LaTeX使用案例和资源网站

一份简短的使用说明文档：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CTAN/info/lshort/chinese/lshort-zh-cn.pdf

推荐入门文档：https://liam.page/attachment/attachment/LaTeX-useful-tools/LaTeX_Docs_2014.zip

百度百科：https://baike.baidu.com/item/LaTeX/1212106?fr=aladdin

国内LaTex服务商，LaTeX工作室：https://www.latexstudio.net/articles/

知乎问答有关LaTeX的部分：

有什么好的锻炼自己 LaTeX 能力的方法？https://www.zhihu.com/question/26941928

一个很好的中文科技论文在线模板：https://www.overleaf.com/read/rzdpjzqwkdwb

我的练习与反思

1.根据模板排版一篇诗歌

2.排版一篇数学论文

3.排版数学书的一章