撰写论文【LaTeX】

为什么要学LaTeX？

LaTeX是用来处理文字、用于出版的开源软件系统，和微软的Word相比相对小众。从撰写学术论文的角度，先说一下LaTeX的优势：

LaTeX将文本和格式分离，撰写者只需要关注文本内容，格式的处理都是自动完成的。因此在写论文时，不需要考虑期刊的格式要求（比如单栏还是双栏，单倍行距还是多倍行距）。完成论文内容后，去目标期刊寻找LaTeX模板，稍作修改即可转换为符合期刊要求的文稿。如果你的论文不幸被拒稿多次，需要转投不同类型的期刊，那么LaTeX能帮你节约很多排版时间。这方面国内的期刊还有很大的提升空间，但也可喜的看到有很多期刊、学校和个人在努力。比如国科大的学位论文就有LaTeX模板，这样学生们不用把时间浪费在繁琐的排版上。
LaTeX非常适合编写公式。在Word里输入公式涉及大量的鼠标操作，即便是有MathType也是较为繁琐的，何况MathType本身是收费软件。LaTeX输入公式非常简单，只需要记住一些基本符号的意义和名称，文本和公式的输入完全是无缝的，不需要用到鼠标来回点击（如果你的编辑器支持snippet会更加便利）。
LaTeX便于处理参考文献。学术论文写作的一个痛点就是对参考文献的引用和格式的整理，不同期刊的要求有很大不同。如果是Word，要做这样的更改是非常痛苦的，即便有Endnote的协助（当然，Endnote也是收费的）。LaTeX可以通过bib文件管理文献，引用过程和文本输入非常类似，而参考文献格式则完全自动处理（格式文件以bst结尾，一般由出版社提供），可节省大量的时间。如果拟投Elsvier旗下的期刊，可在这个文件里获取期刊所采用的参考文件格式。对于bib文件的管理，也有专门的软件，比如JabRef。
维护的TeX文件可实现代码复用。写论文的时候，实际上所有的文本和排版信息都在TeX文件里。这是一个可以被记事本打开的文件，文件的不同区域可以实现不同的功能。比如你可以在导言区（preamble）定义一些命令和参数，也可以在修改论文时随时注释掉一些文本，甚至于可以和Python、Git等语言和工具结合起来，实现自动处理文本、版本协同控制等等。总而言之，一切用于代码管理的工具都可以用上，从而提高编辑效率。
交叉引用。在Word中处理交叉引用时必然会用到鼠标，而在LaTeX一切都可以在键盘上完成。对于需要引用的图、表等区域，可以自定义可读性强的标签（label），比如\label{sec:introduction}、\lable{fig:model:agent}，便于引用。在Word中不仅需要鼠标点击，而且还需要手动更新域，在处理大型文档（毕业论文、书本等）时较为繁琐。
可以做PPT。是的，因为有beamer这个文档类别（class）的存在，LaTeX可以非常方便的制作PDF格式的PPT。优势在于前面所提及的各种优点，而缺陷则是因为受限于PDF格式，对多媒体（视频、音乐等）的支持不太友好，在实现某些动画效果的时候也力不从心。如果你打算做一个学术型的PPT，那么LaTeX应该会优于PowerPoint。

说完优势，接下来说说劣势，以及对应的解决方案。

LaTeX并非所见即所得，所以有一个单独的编译过程，类似于运行一个将代码转为文件的程序。这就导致大部分编辑器的界面不如Word易上手，学习曲线陡峭。即便如此，还是建议大家适应这种编译方式，大致了解PDFLaTeX、XeLaTeX等命令的区别。如果确实学习难度较大，可以选择Lyx等支持所见即所得的软件，或者选择Overleaf网站。
LaTeX的生态环境以开源为主，意味着很多功能没有商业支持，出现的一些bug需要自己想办法去解决。一般而言，常见的注意事项包括：不要在路径和文件名中出现中文、有些符号（如$, {}）应当成对出现等。遇到问题首先将问题的关键字放到搜索引擎中查找，尝试网上的解决方案。如果解决不了，可以咨询其他LaTeX使用者，寻求对方的帮助。
表格难以处理。对于表格，除了常规输入，还有几种方法。一是将数据整理到Excel，然后通过Excel2LaTeX插件转成LaTeX代码贴上去。也有latex-tables、tablesgenerator等网页可以实现类似功能。二是通过Python等语言直接从数据库中读取数据并生成LaTeX代码。更多用Python操作LaTeX的方式可参考PyLaTeX包。
图片格式。图片格式大致有两种：一种是位图（如jpg，bmp），常见于镜头拍摄所得，不断放大时会逐渐变得模糊；另一种是矢量格式（如svg，eps），即便放大也能保持清晰和光滑的边缘。写论文一般涉及坐标轴、点、线、图形、文字等，应当存为矢量图。根据我的经验，不管用什么软件制图（比如PowerPoint、Visio、Photoshop、AI、Origin、Python、TikZ），最好把输出的图片存为单独的、矢量的pdf格式，以便LaTeX编译。以上提及的软件中，首推Python（常用于读取数据后直接输出图片），其次是更难学习的TikZ（常用于绘制复杂的函数图形）。主要是因为这两个方式生成图片的过程都是用代码形式储存的，便于修改。
批阅修订功能。这方面Word是碾压优势的，但LaTeX也有不少解决方案。比如引入changes这个包突出修改内容（利用Latexdiff也可自动实现）、在生成的PDF文件上直接批注、使用Lyx编辑器（通过自己定义了新的文件类型实现批阅）、使用Overleaf（通过网页功能实现多人在线批阅）。如果你都不想用，那么可以通过Git实现版本控制和代码对比。不过，由于Git对于单行长文本的显示不太友好，故建议在每一句话的后面加一个回车，将长文本改为短文本，便于定位修改之处。

LaTeX环境的安装

LaTeX是跨平台的，也就是说Windows、Mac和Linux都可以安装。LaTeX有两大软件包，一个是MikTex，一是个TexLive。不管选择哪个，都建议采用完整安装，以避免莫名其妙的找不到某些包的问题。以TexLive为例，访问清华的镜像网站选择最大的iso文件下载，之后可以解压或者用虚拟光驱挂载，找到可执行文件（bat格式）双击安装即可。
和Python类似，安装完软件包之后其实只是将一些编译程序和包准备好了，但编辑tex最好再借助其他专用软件。我常用TexStudio，其他如LyX、TeXworks等也可以考虑。目前，不少通用编辑器在LaTeX插件的支持下也支持tex编辑，如Pycharm、VS code、Emacs等。这个网页有对比，自己尝试几款后选择一款即可。

如何学习LaTeX？

正如前面说言，学习LaTeX成本巨大，但可能节约的时间精力也很可观。给几个学习LaTeX的建议：

从期刊官网上下载一个论文模板，编译运行。如果能成功生成pdf，则走通了流程，剩下的就是自己去替换模板内容、尝试理解每一行内容和每一个命令的含义了。个人还是推荐Elsvier的模板，下载解压（还记得前面提醒的路径中不要有中文吗？）后直接打开任意一个tex文件，直接点击编译，你会看到目录下生成各种文件，最终出现了一个pdf文件。
用LaTeX制作一份自己的简历。网上有很多LaTeX简历供参考，也可以采用Overleaf自带的简历模板，找一个喜欢的动手改起来吧。
尽量降低对Office的依赖，强迫自己多用LaTeX制作各种文档。除了上面提到的毕业论文、期刊论文、简历、PPT之外，还可以制作海报、信件、日历甚至棋盘（象棋的cchess包、围棋的igo包）。你会发现开源社区的魅力所在。

与Python、Word的对比

前面已经介绍了不少LaTeX与python、word的关系了，最后通过两个表格简单对比一下：

对比	LaTeX	Python
目的	编译Tex文件制作PDF文件	执行py文件代码
文本文件	tex文件	py文件
编译体系	TeX typesetting system	Python
依赖管理	MiKTeX、TeX Live	Anaconda
常用的包	amsmath, algorithm2e, …	numpy, scipy, …
Editor	TexStudio	PyCharm

对比	LaTeX	Word
效率提升	文本和格式分开	自动编译文本格式，所见即所得
公式输入	直接键盘输入	MathType、自带方法
参考文献	输入到Tex文件中或调用bib文件	手动输入或借助Endnote等软件
代码复用	在导言区定义	难以实现（可借助宏）
交叉引用	自定义，自动处理	手动指定，通过域管理
表格图片	手动输入，或借助插件、网页	非常直观，排版方便
批阅修订	难以实现，可借助changes包等手段	非常直观，易于处理