LaTeX总结

LaTeX是一种用于高质量排版的文档准备系统，常用于中型到大型技术或科学文档，发音为Lah-tech或Lay-tech。

编译与文件

编译器

LaTeX常见的编译器有latex、xelatex、pdflatex、lualatex，功能和区别如下：

引擎与编译器 介绍
TeX - LaTeX TeX是于1978年由Donald Erwin Knuth开发的排版引擎，而LaTeX则是由L. Lamport教授开发的基于TeX的排版系统，实际上是将TeX许多控制命令进行封装。latex命令编译后生成dvi文件，再由其他程序转化为pdf文件。
pdfTeX - pdfLaTex 可直接将tex代码编译成pdf文件，由pdflatex对LaTeX格式的文档进行解释，再交由pdfTeX引擎进行处理。
XeTeX - XeLaTeX XeTeX引擎可以直接支持Unicode，一般中文LaTeX文档常使用XeLaTeX编译方式。在XeLaTeX出现之前，pdfLaTeX和LaTeX常使用天元、CCT和CJK宏包（目前还在用）来实现中文字符排版，使用时编码格式需设置为UTF-8。

编译命令

编译命令一般包括三部分，编译器、latex文档名、编译选项：

1
2
3
4
5
6
latex test.tex -etex -interaction -errorstopmode/nonstopmode -synctex
# -etex打开e-tex扩展
# -interaction选择互动模式
# -errorstopmode遇到错误停下来
# -nonstopmode强行一直编译下去
# -SyncTeX用于提供正反向查找的文件，有时也被压缩为synctex.gz文件

文件后缀

LaTeX工程通常设计多种文件格式，在编写源码阶段涉及到的文件包括：

文件扩展名 内容
.tex LaTeX源码
.bib BIBTEX数据库文件，内容为参考文献的条目
.bst BIBTEX用到的参考文献模板
.sty LaTeX宏包，宏包名称与文件名一致
.cls 文档类文件，文档类名称与文件名一致

编译后产生的文件包括：

文件扩展名 内容
.log 记录编译时的输出和错误信息
.aux 重要的辅助文件，用于多次编译时和此前的编译信息进行互动
.toc latex生成的目录记录文件
.lof latex生成的图片目录记录五年间
.lot latex生成的表格目录记录文件
.bbl BIBTEX生成的参考文件记录文件
.blg BIBTEX生成的日志文件
.idx LATEX生成的供makeindex处理的索引记录文件
.ind makeindex处理.idx生成的用于排版的格式化索引记录文件
.ilg makeindex生成的日志文件
.out hyperref宏包生成的PDF书签记录文件
.synctex/.synctex.gz 用于正反向查找
.dvi latex编译器输出的中间文件，可用于后续通过dvipdf等命令生成最终文件

例如，将文件test.tex编译为test.pdf的命令为：

1
2
3
latex test.tex  # 将test.tex编译为test.dvi
dvipdfmx test.dvi  # 将test.dvi转化为test.pdf
del *.aux *.dvi *.log # 删除多余文件

LaTeX源文件的基本结构：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
% 文档类
\documentclass[utf8,a4paper]{article}
% book, letter, report, draft，其中draft用于显示浮动体大小和位置，常用于排版和调试
% 导言区
\usepackage{ctex}
\usepackage{graphicx}
\title{文档名}
\author{
    张三\thanks{Email:xiuqhou@outlook.com}
    \and 李四\thanks{Corresponding author}
    \and others}
\date{\today}

% 正文区
\begin{document}
\maketitle % 输出标题
此处书写正文
\end{document}

文档类

1
\documentclass[options]{class}

  1. class文档类指明文档类型，编译后产生不同的输出形式和适用领域。常见文档类：

    文档类 介绍
    article/ctexart 排版科技期刊、段报告、程序文档、邀请函
    report/ctexrep 多章节的长报告、短片书籍、毕业论文等
    book/ctexbook 排版书籍
    beamer/ctexbeamer 排版演示文稿/PPT

    需要注意以上文档类仅输出形式不同，并不限定适用范围，例如book文档类也常见于排版毕业论文。

  2. options调节文档类属性：

    • 设置字体大小，缺省10pt

    • 定义纸张大小，缺省latterpaper

    • 设置数学公式左对齐，缺省中间对齐

    • 设置数学公式编号位于左侧，缺省右侧

    • 是否在文档标题后开始一新页，缺省不开始，缺省开始

    • 指定排版方式，单栏或双栏

    • 指定排版格式，单面或双面，article和report缺省单面，book缺省双面

    • 指定新的一章开始在右边页（奇数页）还是下一可用页，article中无效（没有章的概念），report缺省下一页可用，book缺省右边页。

宏包

宏包是一些格式为.sty的文件，用于拓宽功能，使用时需要在文档中引入：

1
\usepackage[可选参数]{宏包名}

常用的宏包如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
\usepackage[body={16.1cm, 22.2cm},a4paper]{geometry} % 定义页面的几何参数
\usepackage{ctex}                            % 中文支持
\usepackage{graphicx}                        % 插入图像
\usepackage{caption}                         % 浮动体标题
\usepackage{float}                           % 浮动体支持
\usepackage{amsmath}                         % 数学公式支持
\usepackage{amssymbol}                       % 数学特殊符号
\usepackage{booktabs}                        % 三线表
\usepackage{arydshln}                        % 表格虚横线
\usepackage{subfigure}                       % 子图表
\usepackage{subfigure}{ccaption}             % 图表的双语标题
\usepackage{tikz}                            % tikz画图库
\usepackage{algorithm2e}                     % 伪代码库
\usepackage{identfirst}                      % 首行缩进

断行与分页

断行：

1
2
3
4
5
6
\\[length]            % 换行命令，length表示垂直间距
\\*[length]           % 为禁止分页，length表示垂直间距
\newline
\linebreak[n]         % n为建议程度，取值为0-4，默认
\nolinebreak[n]
\sloppy               % 执行断行标准，增加间隔，防止出现过长行（不建议使用）

分页：

1
2
3
\newpage               % 另起一页
\clearpage             % 清空浮动体队列，开始新的一页，以防浮动体跑到下一章
\cleardoublepage       % 清空浮动体队列，偶数页上开始新的一页

伪代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
\usepackage{algorithm}
\usepackage{algorithmic}

\begin{algorithm}[h]
%\textsl{}\setstretch{1.8}调整行距
\renewcommand{\algorithmicrequire}{\textbf{Input:}}
\renewcommand{\algorithmicensure}{\textbf{Output:}}
    \caption{Simplified Model I}
    \begin{algorithmic}[1]
    \REQUIRE InPut matrix .
    \STATE Initialization .
    %% while循环部分
    \WHILE{Not Converged and $k\leq n$}
        \STATE $k\leftarrow {k+1}$
    \ENDWHILE
    %% for循环
    \FOR{$i=0$ to $10$}
    \STATE carry out some processing
    \ENDFOR
    %% if部分
    \IF{some condition is true}
    \STATE do some processing
    \ELSIF{some other condition is true}
    \STATE do some different processing
    \ELSIF{some even more bizarre condition is met}
    3
    \STATE do something else
    \ELSE
    \STATE do the default actions
    \ENDIF
    \ENSURE Matrix
    \end{algorithmic}
\end{algorithm}

字体

1
2
3
4
\textbf{}    % 加粗
\textit{}    % 斜体

\textcolor{red}{}    % 颜色

公式

公式类型

1
2
3
4
5
6
7
\begin{equation}
    a^2 + b^2=c^2
\end{equation}

$$
    a^2 + b^2=c^2
$$

效果：

a2+b2=c2a^2+b^2=c^2

行内公式使用$$直接嵌入到文字中

1
$a^2+b^2=c^2$直接嵌入到文字中

效果为a2+b2=c2a^2+b^2=c^2。

多行公式环境包括：flalign、align、gather、split等。

  • flalign环境：默认右对齐，可以使用&符号来设置对齐的位置，此时所有&会对齐。每行会进行编号，可以在行尾通过\nonumber设置本行不编号。
1
2
3
4
5
\begin{flalign}
    a^2+b^2=c^2\\
    a^2+b^2=c^2\nonumber\\
    a^2+b^2=c^2
\end{flalign}

效果如下所示：

a2+b2=c2a2+b2=c2a2+b2=c2\begin{aligned} a^2+b^2=c^2\\ a^2+b^2=c^2\nonumber\\ a^2+b^2=c^2 \end{aligned}

  • align环境：align环境效果和用法与flalign相同。区别在于flalign整体两端对齐， 会比align宽一些。
1
2
3
4
5
\begin{align}
    a^2+b^2=c^2\\
    a^2+b^2=c^2\nonumber\\
    a^2+b^2=c^2
\end{align}

效果：

a2+b2=c2a2+b2=c2a2+b2=c2\begin{align} a^2+b^2=c^2\\ a^2+b^2=c^2\nonumber\\ a^2+b^2=c^2 \end{align}

  • split环境：

子公式

使用subsequations环境嵌套align环境，会自动在后面用英文设置子公式编号

1
2
3
4
5
6
7
\begin{subequations}
    \begin{align}
        \mathbf B_{A_i}^{k+1}\left(\frac\rho 2||\mathbf Z_{A_i}\mathbf B_{A_i}^k+\mathbf H^k-\mathbf{ZB}^k-\mathbf U^k-\mathbf Z_{A_i}\mathbf B_{A_i}||_2^2+\lambda||\mathbf B_{A_i}||_1 \right)\\
        \mathbf H^{k+1}=\frac{1}{n+\rho}\left(\mathbf Y+\rho\mathbf{ZB}^{k+1}+\rho\mathbf U^k\right)\\
        \mathbf U^{k+1}=\mathbf U^k+\mathbf {ZB}^{k+1}-\mathbf H^{k+1}
    \end{align}
\end{subequations}

效果如下：

image-20220110163153101

公式语法

上下标

1
2
3
4
5
\begin{flalign}
a_2^2\\
_z^xA\\
\mathop A\limits_y^x\\ % 使用\limits可以将上下标换成中心位置的上下标，要配合\mathop使用
\end{flalign}

效果如下：

a22zxAAyxa_2^2\\ \\_z^xA\\ \mathop A\limits_y^x\\ % 使用\limits可以将上下标换成中心位置的上下标

标记

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
\begin{flalign}
A'\\             % 角分符号
^\backprime A\\ % 回角符号
\dot A\\         % 单点符号
\ddot A\\        % 双点符号
\bar a            \\% 上横线
\tilde a        \\% 上波浪线
\mathop a\limits^{\scriptscriptstyle\frown}    \\% 上方上弧线，\scriptscriptstyle控制大小，\mathop和\limits控制中间上方的位置，\frown表示弧线
\breve{a}    \\% 上方下弧线
\hat a            \\% 帽子
\check a        \\%
\underline{a}    \\% 下横线
\end{flalign}

A′‵AA˙A¨aˉa~a⌢a˘a^aˇa‾A' \\% 角分符号 \\^\backprime A \\% 回角符号 \dot A \\% 单点符号 \ddot A \\% 双点符号 %\dddot A \\% 三点符号 %\ddddot A \\% 四点符号 \bar a \\% 上横线 \tilde a \\% 上波浪线 \mathop a\limits^{\scriptscriptstyle\frown} \\% 上方上弧线，\scriptscriptstyle控制大小，\mathop和\limits控制中间上方的位置，\frown表示弧线 \breve{a} \\% 上方下弧线 \hat a \\% 帽子 \check a \\% \underline{a} \\% 下横线

大型运算符

1
2
3
4
5
6
7
8
9
\sum_{i=1}^N            \\% 连加
\sum\nolimits_{i=1}^N    \\
\prod_{i=1}^N            \\% 连乘
\coprod                    \\
\int_{i=1}^N            \\% 积分
\iint_{i=1}^N            \\% 两重积分
\oint                    \\% 围线积分
\bigcap                    \\
\bigcup                    \\

∑i=1N∑i=1N∏i=1N∐∫i=1N∬i=1N∮⋂⋃\sum_{i=1}^N \\% 连加 \sum\nolimits_{i=1}^N \\ \prod_{i=1}^N \\% 连乘 \coprod \\ \int_{i=1}^N \\% 积分 \iint_{i=1}^N \\% 两重积分 \oint \\% 围线积分 \bigcap \\ \bigcup \\

空格

预定义空格

1
2
3
4
5
6
7
8
9
a\qquad b        \\% 2em
a\quad b        \\% 1em
a\enspace b        \\% 0.5em
a\;b            \\% 5/18em
a\:b            \\% 4/18em
a\ b            \\% 1/3em
a~b                \\% 1/3em
a\,b或a\thinspace b        \\% 3/18em
a\!b或a\negthinspace b    \\% -3/18em

abababa  ba ba ba ba b或a ba ⁣b或a ⁣ba\qquad b \\% 2em a\quad b \\% 1em a\enspace b \\% 0.5em a\;b \\% 5/18em a\:b \\% 4/18em a\ b \\% 1/3em a~b \\% 1/3em a\,b或a\thinspace b \\% 3/18em a\!b或a\negthinspace b \\% -3/18em

自定义间距

1
2
\hspace{1em}    \\% 自定义水平距离
\vspace{1em}    % 定义垂直距离

填充

1
2
\hfill             % 填充延伸到的最大宽度，从而实现两端对齐的效果
\vfill            % 垂直填充延伸到的最大宽度

浮动体

表格

LaTeX表格去以下几个网站制作：

表格有两种形式，一种plain形式，一种booktabs形式。后者的竖线在每一行表格中会断开，因此一般只画三线表形式的横线，两者横线的命令也不同：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
% plain形式
\begin{table}    % table环境，表格一般都放在这里面，如果有分栏的情况下使用table*可生成跨栏表格
\centering        % 表格居中
\begin{tabular}{c|ccc} % 指定每一列的对齐方式，l左c中r右，|表示插入竖线
    \hline    % 插入一条横线，注意后面不加\\
    1 & 2 & 3 & 4 & 5\\
    \hline
    6 & 7 & 8 & 9 & 10\\
    \hline
\end{tabular}
\end{table}

% booktabs形式
\begin{table}
\centering
\begin{tabular}{cccc}
    \toprule    % 表格最上方的线
    1 & 2 & 3 & 4 & 5\\
    \middlerule    % 表格内部的线
    6 & 7 & 8 & 9 & 10\\
    \bottomrule % 表格最下方的线
\end{tabular}
\end{table}

多行和多列

1
2
\multirow{3}{*}{文字}        % 单元格跨多行
\multicolumn{5}{c}{文字}    % 单元格跨多列

单元格内部换行

默认的表格中，单元格内的文字不会自动换行，加“\\”换行符也不行，可以在单元格中使用以下命令：

1
2
\makecell[c]{单元格内第一行文字\\单元格内第二行文字}    % 单元格换行
\begin{tabular}[c]{@{}c@{}}单元格第一行文字\\第二行文字\end{tabular}

图片

基本命令

1
2
3
4
5
6
\begin{figure}[h]    % figure环境，h设置浮动体，H设置强制当前位置
    \centering        % 图片居中
    \includegraphics[scale=0.55]{pictures/Error_with_Missing_Rate.png}    % 设置图片大小和路径，图片大小可按比例设置：scale=0.55，也可按照宽度设置：width=0.5\textwidth，\textwidth表示文字区域的宽度
    \caption{Imputation error on Lorenz-63 with missing rate changing}    % 设置图片下方显示的标题文字
    \label{fig:error with missing rate}    % 设置图片的引用信息
\end{figure}

图片缩放

图片可依据预定义的文档宽度width和高度height按比例缩放，或使用scale命令依据图片原始大小进行缩放。例如：

1
2
3
\includegraphics[width=0.55\textwidth]{pictures.png}  % 图片设置为文本宽度的0.55
\includegraphics[height=0.55\textwidth]{pictures.png} % 图片高度设置为文本宽度的0.55
\includegraphics[scale=0.8]{pictures.png}             % 图片缩放为原始大小的0.8

需注意当width和height单独使用时，图片会进行等比例缩放，而同时使用时会进行自定义拉伸。常用的预定义文档宽度和高度包括：

命令 含义
\textwidth 整个页面版芯（文字部分）的宽度
\textheight 整个页面版芯（文字部分）的高度
\paperwidth 整个页面纸张的宽度
\paperheight 整个页面纸张的高度
\linewidth 当前行的宽度，受所在environment影响，例如进行了芬兰，则宽度为单位栏的宽度。

浮动体位置

  • h: 优先将图片放到源码中图片引入的位置，即当前位置。

  • p: 浮动页，将图片放到一致允许有浮动对象的页面上。

  • b: 底部，优先放置在页面底部。

  • t: 顶部，优先放置在页面顶部。

  • !: 覆盖内置布局方式，可与其他样式组合使用。

  • H: 强制在当前位置放置图片，需要float宏包。

子图

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
\begin{figure}[h]
    \centering
    \subfigure[子图1显示的标题文字]% 设置子图显示的标题文字
    {\label{引用信息}    % 设置子图1的引用信息
    \includegraphics[width=0.23\textwidth]{图片路径}
    }    % 插入子图
    \subfigure[子图2显示的标题文字]
    {\label{引用信息}
    \includegraphics[width=0.23\textwidth]{图片路径}
    }

    % 子图之间如果插入空行，子图也会换行，如下所示
    \subfigure[子图1显示的标题文字]
    {\label{引用信息}
    \includegraphics[width=0.23\textwidth]{图片路径}
    }

    \subfigure[子图2显示的标题文字]
    {\label{引用信息}
    \includegraphics[width=0.23\textwidth]{图片路径}
    }

    \caption{总图显示的标题文字}
    \label{总图的引用信息}
\end{figure}

自定义浮动体显示格式

浮动体名称一般格式如Fig 1.表名，其中Fig被称为captionname，表名为captiontitle，可参考如下命令进行自定义：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
\renewcommand{\figurename}{图}      % captionname自定义
\renewcommand{\tablename}{表}
% \captionsetup{font=song,labelsep=quad}
\captiondelim{\hspace{1em}}
\captiondelim{\hspace{1em}}
\setlength{\abovecaptionskip}{0pt}  % caption的上下间距
\setlength{\belowcaptionskip}{0pt}
\captionnamefont{\wuhao}            % captionname和captiontitle的字体设置
\captiontitlefont{\wuhao}

交叉引用

LaTeX中交叉引用需要使用\label和\ref两个命令，\label{标签}指定引用的标签名，\ref{标签}用于对该标签进行引用，此外\label命令需要放在\caption标题命令后。交叉引用需要多次编译。

引入\usepackage{cleveref}宏包可自动为引用增加上对象类型，例如Figure和Table，此时引用方式变为：

1
2
\Cref{标签} % Table/Figure.
\cref{标签} % tab/fig.

如果希望给引用增加上超链接， 则可以使用hyperref宏包，实现鼠标跳转到引用对象的功能。

参考文献

首先建立paper.bib引用库文件，里面放bibtex格式的文献引用信息，paper.bib文件必须和tex文件放在同一目录下。paper.bib文件中的内容如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
@article{liu2016barrier,
  title={Barrier Lyapunov functions-based adaptive control for a class of nonlinear pure-feedback systems with full state constraints},
  author={Liu, Yan-Jun and Tong, Shaocheng},
  journal={Automatica},
  volume={64},
  pages={70--75},
  year={2016},
  publisher={Elsevier}
}

正文中的引用方式为：

1
2
% 正文区
\cite{liu2016barrier}

文章末插入参考文献列表的方式为：

1
2
3
\bibliographystyle{IEEEtran} % 选择参考文献格式
% argument is your BibTeX string definitions and bibliography database(s)
\bibliography{paper}         % 插入参考文献列表

中文参考文献的引用需要引用gbt7714包，并设置language，注意中文作者姓名不能加标点符号，同样使用and隔开。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
\usepackage{gbt7714}

@article{Yu2022ARIMA-GRU,
author = {于军琪 and 聂己开 and 赵安军 and 侯雪妍},
file = {:C\:/Users/houxiuquan/AppData/Local/Mendeley Ltd./Mendeley Desktop/Downloaded/于 et al. - 2022 - 基于特征挖掘的ARIMA-GRU短期电力负荷预测.pdf:pdf},
journal = {电力系统及其自动化学报},
keywords = {autoregressive in,load forecasting,phase space reconstruction,variational modal decomposition,vmd},
mendeley-groups = {基于分布式建模的电力负荷预测研究/分布式负荷预测/时间序列分析},
number = {3},
pages = {91--99},
title = {基于特征挖掘的ARIMA-GRU短期电力负荷预测},
volume = {34},
year = {2022},
language = {chinese},
}

参考文献若想保持标题问题不变，可在title两侧增加一对大括号

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
@article{Yu2022ARIMA-GRU,
author = {于军琪 and 聂己开 and 赵安军 and 侯雪妍},
file = {:C\:/Users/houxiuquan/AppData/Local/Mendeley Ltd./Mendeley Desktop/Downloaded/于 et al. - 2022 - 基于特征挖掘的ARIMA-GRU短期电力负荷预测.pdf:pdf},
journal = {电力系统及其自动化学报},
keywords = {autoregressive in,load forecasting,phase space reconstruction,variational modal decomposition,vmd},
mendeley-groups = {基于分布式建模的电力负荷预测研究/分布式负荷预测/时间序列分析},
number = {3},
pages = {91--99},
title = {{基于特征挖掘的ARIMA-GRU短期电力负荷预测}},
volume = {34},
year = {2022},
language = {chinese},
}

跨文件交叉引用

1
2
\usepackage{xr}        % 引用xr交叉引用包
\externaldocument{supple}    % 添加外部需要引用的文件

跨文件交叉引用依赖于aux文件，因此编译时，需要先编译一遍tex文件生成aux文件，再再编译两次，才可生成正确的交叉引用。以bare_jrnl.tex和supple.tex文件互相引用为例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
# 编译tex文件，生成交叉引用的用于aux文件，跨文件的交叉引用依赖aux文件
pdflatex bare_jrnl.tex
pdflatex supple.tex

# 编译生成各自的参考文献
bibtex bare_jrnl.aux
bibtex supple.aux

# 再次编译两次，生成引用信息，生成最终的两个pdf文件
pdflatex bare_jrnl.tex
pdflatex bare_jrnl.tex
pdflatex supple.tex
pdflatex supple.tex

# 删除辅助文件(windows下，linux用rm命令)
del *.aux *.bib *.log *.gz *.bbl *.blg