Latex 入门教程

学习途径：LaTex入门_哔哩哔哩_bilibili

运行环境：texlive2021、texstudio-4.1.2-win-qt6

整个 Latex 文件分为两个部分，第一个部分为导言区，第二个部分为正文区。具体内容如下

% 导言区
\documentclass{article}  %book, report, letter

\title{数字孪生}
\author{xiaxiang}
\date{\today}
% 显示中文包
\usepackage{ctex}

% 正文区 有且只有一个 document 环境
\begin{document}
    % 让 title 显示出来
    \maketitle

    第一小节
\end{document}

1. 设置编辑器，查看 选项-》设置-》构建-》默认编辑器-》XeLaTex
2. 确保 Latex 源文件为 UTF-8 格式，才能支持中文，选项在 Texstudio 编辑器右下角

1. 导入中文宏包，\usepackage{ctex}

查看各类相关文档 texdoc xxx

• texdoc ctex
• texdoc lshort-zh，这份资料是 Latex 中文的入门教程，很不错

在 Latex 中，一个字体有五种属性，字体编码，字体族，字体系列，字体形状，字体大小

相关设置如下

% 一般只有 10-12 磅，[12pt] 代表正常字体的大小
\documentclass{article}[12pt]  %book, report, letter

\usepackage{ctex}

% 推荐使用字体方式为 自定义字体，而非使用系统字体
\newcommand{\myfont}{\textrm{\textmd}}

% 有且只有一个 document 环境
\begin{document}

    % 字体系列 (罗马字体，无衬线字体、打字机字体)
    \textrm{Roman Family} \textsf{Sans Serif Family} \texttt{Typewriter Family}

    % 字体作用域
    {\rmfamily Roman Family} {\sffamily Sans Serif Family} {\ttfamily Typewriter Family}
    \sffamily Hello global family

    % 字体系列设置
    \textmd{Medium Series} \textbf{Boldface Series}
    {\mdseries Medium Series} {\bfseries Boldface Series}

    % 字体形状
    \textup{Upright Shape} \textit{Italic Shape}
    %\textsl{Slanted Shape} \textsc{Small Caps Shape}
    %{\upshape Upright Shape} {\itshape Italic Shape} {\slshape Slanted Shape} {\scshapeSmall Caps Shape }

    % 中文字体
    {\songti 宋体} \quad {\heiti 黑体}  \quad {\fangsong 仿宋}  \quad {\kaishu 楷书}

    % 字体大小 tiny scriptsize footnotesize small normalsize large Large LARGE huge Huge
    {\tiny Hello}
    {\zihao{5} 你好}
\end{document}

更加详细的文档可以参考 texdoc ctex。其中需要注意的是在

1. 在 documentclass 处可以设置 normal font size

2. 在使用时一般自定义字体，而不是直接使用系统字体

3. section、subsection、subsubsection 构成篇章结构，\tableofcontents构成目录

   \begin{document}
   % 目录
   \tableofcontents

   % \chapter{绪论}
   \section{引言}
   
   % \par 分段 \\ 换行 通常使用空行
   \section{实验方法}
   \section{实验结果}
   \subsection{数据}
   \subsection{图表}
   \subsubsection{实验条件}
   \subsubsection{实验过程}
   \subsection{结果分析}
   \section{结论}
   \section{致谢}

   \end{document}

空行可以进行分段；\par也可以进行分段，开头会空两格；\\ 不会分段，只会换行，开头不会空两格

1. 使用\chapter也可以分章节，但是这时候文档类别得设置成 book，在这种情况下 subsubsection会无效

2. 如果想自定义标题样式，可以设置 \ctexset，具体实现方法见 texdoc ctex

3. 空白符合

   % 空行分段，多个空行等同一个
   % 自动缩进，绝对不能使用空格代替
   % 英文中多个空格处理为一个空格，中文中空格将被忽略
   % 汉字与其他字符的间距会自动由 XeLaTeX 处理
   % 禁止使用中文全角空格

   \quad % 1em
   \qquad % 2em
   \, \thinspace % 1/6em
   \enspace % 0.5em
   \ % 空格
   ~ % 硬空格(不能分割得空格)
   \kern 1pc % 1pc=12pt=4.218mm 自定义长度得空格
   \kern -1em % 使用负号长度
   \hskip 1em % 自定义
   \hspace{35pt} % 自定义
   \hphantom{xyz} % 占位宽度
   \hfill % 弹性长度空白

4. 控制符

   % 转义这些符合
   # \$ \% { } ~{} _{} \^{} \&
   \textbackslash % 转义 \，原因 \ 代表换行

5. 排版符号，\S \P \dag \ddag \copyright \pounds

6. 标识符号，\Tex{} \LaTeX{} \LaTeXe{}

7. 引号

   % 左边的单引号和双引号
   ` ``
   % 右边的单引号和双引号
   ' ''

8. 连字符 - -- ---

9. 非英文字符 \oe \OE \ae \AE \aa \AA \o \O \l \L \ss \SS !

10. 重音符号，以 o 为例

    `o \'o \^o \''o ~o =o .o \u{o} \v{o} \H{o} \r{o} \t{o} \b{o} \c{o} \d{o}

使用插图先安装宏包，在引入图片路径，最后引用

1. 使用宏包和引入图片路径

   % 引入图片宏包
   \usepackage{graphicx}
   % 可以指定多个路径
   \graphicspath{{figures/}, {pics/}}

2. 插入图片，使用图片时可不用写图片后缀，支持 EPS，PDF，PNG，JPEG，BMP

   \includegraphics{img2.jpg}
   % 不带后缀也可以
   \includegraphics{tiger}
   % 缩放旋转
   \includegraphics[scale=0.3]{tiger}

命令细节 texdoc graphicx

表格有专门的环境：tabular

\begin{document}
    % | 表示表格竖线 || 双竖线
    \begin{tabular}{|| l | c || c | c | p{1.5cm} ||}
        % hline 表示一条横线，两个为双横线
        \hline
        姓名 & 语义 & 数学 & 外语 & 备注 \\
        \hline \hline
        张三 & 15 & 10 & 20 & 好 \\
        李四 & 20 & 5 & 8 & 及格 \\
        王五 & 15 & 10 & 20 & 好 \\
    \end{tabular}

\end{document}

需要注意的是这些符号

• l c r p：l 表示左对齐，c 表示中心对齐，r 表示右对齐，p表示指定宽度
• \hline 表示一条横线，连续两个为双横线。 | 表示竖线，|| 表示双竖线
• & 分割一行中的每项数据
• \\ 表示换行

详细细节可以看texdoc booktab, texdoc longtab, texdoc tabu

举两个例子，图像和表格，分别有自己的浮动环境

% 一般只有 10-12 磅
\documentclass{article}[12pt]  %book, report, letter

\usepackage{graphicx}
\graphicspath{{figures/}}
\usepackage{ctex}

% 有且只有一个 document 环境
\begin{document}

    这是一只可爱的猫（图\ref{fig-tiger}）

    \begin{figure}[htbp]
        \centering
        \includegraphics[scale=0.3]{tiger}
        \caption{tiger} \label{fig-tiger}
    \end{figure}

    图像学基础（图\ref{fig-graphics}）

    \begin{figure}[htbp]
        \centering
        \includegraphics[scale=0.3]{img2}
        \caption{tiger} \label{fig-graphics}
    \end{figure}

    这是三年级五班的成绩（表\ref{tab-score}）

    \begin{table}[h]
        \centering
        \caption{考试成绩单} \label{tab-score}
        \begin{tabular}{|| l | c || c | c | p{1.5cm} ||}
            % hline 表格恒星，两个为双横线
            \hline
            姓名 & 语义 & 数学 & 外语 & 备注 \\
            \hline \hline
            张三 & 15 & 10 & 20 & 好 \\
            李四 & 20 & 5 & 8 & 及格 \\
            王五 & 15 & 10 & 20 & 好 \\
            \hline
        \end{tabular}
    \end{table}
\end{document}

解释下其中代码含义

• figure 和 table 分别是表格和图像的浮动布局，用来设置两种元素的位置
• [htbp] 表示允许的位置，h，此处；t，页顶；b，页底；p，独立一页；默认tbp
• \centering 表示横向剧中
• \caption 表示标题
• \label 表示当前图的表示，可以在其他地方引用，达到交叉引用的效果

图和表分别计算，从 1 自动往后递增。扩展：标题控制（caption，bicaption等）、并排与子图表（subcaption、subfig、floatrow等）、绕排（picinpar、wrapfig等）

排版内容分为文本模式和数学模式。文本模式用于普通文本排版，数学模式用于数学公式排版

\begin{document}

    \section{简介}

    排版内容分为文本模式和数学模式。文本模式用于普通文本排版，数学模式用于数学公式排版。

    \section{行内公式}
    \subsection{美元符号}
    $a+b=c=d+f=e$
    \subsection{小括号}
    \(a+b=c=d+f=e\)
    \subsection{math环境}
    \begin{math}
        a+b=c=d+f=e
    \end{math}

    \section{上下标}
    $x^3_1 + 3x^2_2 + 2x_{11} + 9 = 0$

    \section{希腊字母}
    $\alpha$ $\beta$ $\gamma$ $\epsilon$ $\pi$ $\omega$ $\Gamma$ $\Delta$ $\Theta$ $\Pi$

    $\alpha^2 + \beta^2 +\gamma^2 = 1$

    \section{数学函数}
    $\log$ $\sin$ $\cos$ $\arcsin$ $\arccos$ $\ln$

    $ y=\log_2{n} + \sqrt[3]{m} + \sin^-1$

    \section{分式}
    $a/b \frac{3}{8}$

    \section{行公式}
    \subsection{美元符号}
    $$
        y=\log_2{n} + \sqrt[3]{m} + \frac{3}{8}
    $$

    \subsection{中括号}
    \[  y=\log_2{n} + \sqrt[3]{m} + \frac{3}{8}\]

    \subsection{displaymath}
    \begin{displaymath}
        y=\log_2{n} + \sqrt[3]{m} + \frac{3}{8}
    \end{displaymath}
    \subsection{自动编号公式equation环境(如公式\ref{eq:y1})}
    \begin{equation}
        y=\log_2{n} + \sqrt[3]{m} + \frac{3}{8}
        \label{eq:y1}
    \end{equation}

\end{document}

注意解释的只有最后一个自动编号公式，该公式可以提取出当前公式序号，达到交叉引用的效果

矩阵运算需要有数学公式的环境，因此可以用到第 9 节的行外公式，首先介绍各种矩阵

    $
    \begin{matrix}
        0 & 0 \\
        1 & 1
    \end{matrix}
    $ \
    $
    \begin{pmatrix}
        0 & 0 \\
        1 & 1
    \end{pmatrix}
    $ \
    $
    \begin{bmatrix}
        0 & 0 \\
        1 & 1
    \end{bmatrix}
    $ \
    $
    \begin{Bmatrix}
        0 & 0 \\
        1 & 1
    \end{Bmatrix}
    $ \
    $
    \begin{vmatrix}
        0 & 0 \\
        1 & 1
    \end{vmatrix}
    $ \
    $
    \begin{Vmatrix}
        0 & 0 \\
        1 & 1
    \end{Vmatrix}
    $

上述分别为各种矩阵的环境，矩阵内同样可以进行各种计算

    $$
    \begin{bmatrix}
        a^2_{11} & a^2_{12} & a^2_{13} \\
        0 & a^2_{22} & a^2_{23} \\
        0 & 0 & a^2_{33} \\
    \end{bmatrix}
    $$

也可以写各种省略符号

    \newcommand{\adots}{\mathinner{\mkern2mu%
        \raisebox{0.1em}{.}\mkern2mu\raisebox{0.4em}{.}%
        \mkern2mu\raisebox{0.7em}{.}\mkern1mu}}

    $$
    A = \begin{bmatrix}
        a^2_{11} & \dots & a^2_{1n} \\
         \adots & \ddots & \vdots \\
         &  & a^2_{nn} \\
    \end{bmatrix}_{n \times n}
    $$

结合分块矩阵和长省略号可得

    $$
    \begin{bmatrix}
        a_{11} & a_{12} & \dots & a_{1n} \\
        \hdotsfor{4} \\
        & & \ddots & \vdots \\
        \multicolumn{2}{c}{\raisebox{1.3ex}[0pt]{\Huge 0}}  &  & a^2_{nn} \\
    \end{bmatrix}
    $$

使用 array 可以表示更为复杂的矩阵

$$
    \begin{array}{c@{\hspace{-5pt}}l}
        \left(
            \begin{array}{ccc|ccc}
                    a & \cdots & a & b & \cdots & b \\
                     & \ddots & \vdots & \vdots & \adots \\
                     &        & a & b \\
                     &        &   & c & \cdots & c \\
                     &        &   & \vdots & & \vdots \\
                     \multicolumn{3}{c}{\raisebox{2ex}[0pt]{\Huge 0}} & c & \cdots & c
            \end{array}
        \right)
        &
        \begin{array}{l}
            \left.\rule{0mm}{7mm} \right\}p\\
            \\
            \left. \rule{0mm}{7mm} \right\}q
        \end{array}
        \\[-5pt]
        % 第二行
        \begin{array}{cc}
            \underbrace{\rule{17mm}{0mm}}_m &
            \underbrace{\rule{17mm}{0mm}}_m
        \end{array}
    \end{array}
    $$

解析这个表达式

1. 最外层套了一个 array，它包括矩阵、pq 和两个 m。大框架就已经确定了
2. 矩阵为一个 array，它包括 a、b、0 和 c
3. 只要把整体结构把握好，还是比较容易看出拼凑的逻辑

多行公式的环境有，gather|gather*, alig|align*, split, case

% 有且只有一个 document 环境
\begin{document}
    % 带编号的公式
    \begin{gather}
        a+b=b+a \notag \\
        ab = ba
    \end{gather}

    % 不带编号
    \begin{gather*}
        a+b=b+a \\
        ab = ba
    \end{gather*}

    % align 环境带编号
    \begin{align}
        x & = a + \cos(b) + \sin(c) \\
        y & = 1 \\
        z & = \frac{20}{79} \times 987
    \end{align}

    \begin{align*}
        x &= t &  x &= \cos y \\
        y &= u &  y &= \sin (u+1)
    \end{align*}

    % split 对齐方式与 align 一致，但整体属于一个公式
    \begin{equation}
    \begin{split}
        \cos 2x &= \cos^2 x - \sin^2 x \\
         &= 2\cos^2 x -1
    \end{split}
    \end{equation}

    \begin{equation}
    D(x) = \begin{cases}
        1, & \text{如果} x \in \mathbb{Q} \\
        2, & \text{如果} x \in \mathbb{R} \setminus \mathbb{Q}
    \end{cases}
    \end{equation}
\end{document}

注意点：

1. 带星号是不带编号的数学公式
2. 在 gather 环境中，\notag 表示当前行没有公式
3. 在 align 环境中，可以用 & 进行对其操作
4. 在 split 环境中，也可以使用 & 进行对齐，并且整体属于一个公式
5. 在 cases 环境中，整体属于一个公式
6. 在数学公式中不能输入文字，但是可以通过 \text 的方式输入文本

参考文献排版分为多类，如果只是单次使用，直接用 thebibliography 环境即可，使用 \cite 进行引用；如果想进行单次管理多次使用，可以将参考文献使用另外的文件定义

1. 单次使用

   引用第一篇文章 \cite{article1}，引用第二篇书籍 \cite{book1} 等等
   
   % 参考文献排版
   % 一次管理，一次使用，99为编号样本
   \begin{thebibliography}{99}
       \bibitem{article1} 引用\emph{重点}文章1
       \bibitem{book1} 引用书籍1
   \end{thebibliography}

2. 多次使用

新建一个 bib 格式的文件，text.bib，数据来源，谷歌学术，知网

@article{陶飞2018数字孪生及其应用探索,
    title={数字孪生及其应用探索},
    author={陶飞 and 刘蔚然 and 刘检华 and 刘晓军 and 刘强 and 屈挺 and 胡天亮 and 张执南 and 向峰 and 徐文君 and others},
    journal={计算机集成制造系统},
    volume={24},
    number={1},
    pages={1--18},
    year={2018}
}

@article{rego20153dmol,
    title={3Dmol. js: molecular visualization with WebGL},
    author={Rego, Nicholas and Koes, David},
    journal={Bioinformatics},
    volume={31},
    number={8},
    pages={1322--1324},
    year={2015},
    publisher={Oxford University Press}
}

先点击引用，后点击 BibTeX 将得到需要的数据，复制粘贴进我们创建的 bib 文件中即可使用

使用方法

% 1 设置参考文献样式
\bibliographystyle{plain} % plain unsrt alpha abbrv

\begin{document}

    % \cite 后面的参数是 bib 单个数据中的第一个头信息
    这是引用来自知网的参考文献 \cite{__2021}

    % \citep{} \citet{}
    这是引用的 bib 文件下的参考文献 \cite{陶飞2018数字孪生及其应用探索} 便于探索

    \nocite{*}
    \bibliography{text, zote}

\end{document}

• \nocite{*} 表示将没有引用的文献也罗列出来
• \bibliography{text, zote} 表示导入 bib 数据库，这里有两个数据库

1. 导入知网中的文献，下载 zotero 以及 google 的扩展工具，进入知网的搜索页面，点击扩展工具，可以获得当前页面的所有文献信息。这些信息可以通过 zotero 导出成 bib 文件供我们使用，也可以把这个文件中的信息复制出来统一放在一个 bib 文件中

1. 新参考文献排版引擎 BibLaTeX 使用较麻烦，有兴趣可以自行搜索

可以定义新命令使用、

% 一般只有 10-12 磅
\documentclass{article}[12pt]  %book, report, letter

\usepackage{ctex}

\newcommand{\newMessage}{这是一个新的命令字符串}

\newcommand{\loves}[2]{#1 喜欢 #2}

\newcommand{\lovess}[3]{#1 喜欢 #2, #2 喜欢 #3，#3 喜欢 #1}

% 第一个参数为可选参数，默认为喜欢
\newcommand{\defaultLove}[3][喜欢]{#2 #1 #3}

% \renewcommand{cmd}{def} 与 newcommand 使用方法
% \newenvironment{envname}{begdef}{enddef} 与 newcommand 用法一致，具体见文档

% 有且只有一个 document 环境
\begin{document}
     \newMessage

     \loves{猫儿}{小鱼}

     \lovess{猫儿}{狗儿}{羊儿}

     \defaultLove{小花}{小明}

     \defaultLove[讨厌]{小花}{小明}
\end{document}

• 注意可以用默认参数
• 自定义命令可以是输出指定字符串
• 重定义环境看相关文档