PGF 制图

很久都没仔细看看 PGF 的文档了,这次为了画些东西决定还是继续研究一下。首先是个流程上的东西,很重要的就是使用 preview 帮助 pdfLatex 进行 crop(见这里)。不知道什么时候 XeLaTeX 才能被 preview 支持。下面是一个简单的代码

\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usepackage[active, pdftex, tightpage]{preview}
\tikzstyle{vis}=[circle, draw=blue!50, fill=blue!20, thick]
\tikzstyle{lat}=[rectangle, draw=black!50, fill=black!20, thick]
\PreviewEnvironment{tikzpicture}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}
  \node[lat] (bt)  at (0, 0)      {$\beta_t$} ;
  \node[lat] (bt1) at (-1.5, 0)   {$\beta_{t-1}$} ;
  \node[lat] (mt)  at (0, 1.5)    {$\mu_t$} ;
  \node[lat] (mt1) at (-1.5, 1.5) {$\mu_{t-1}$} ;
  \node[vis] (yt)  at (0, 3)      {$y_t$} ;
  \node      (ot)  at (-1.5, 3)   {$o_t$} ;
  \begin{scope}[->]
    \draw (mt1) -- (mt) ;
    \draw (bt1) -- (bt) ;
    \draw (bt)  -- (mt) ;
    \draw (mt)  -- (yt) ;
    \draw (ot)  -- (yt) ;
  \end{scope}
\end{tikzpicture}
\end{document}

生成的图片如下:

EMP

下面稍微总结一下现在 PGF 提供的一些很有用的功能:

  • arrow tip lib,可以用 \usetikzlibrary{arrows},提供了各式箭头
  • automata lib,方便绘制自动机,可以用 \usetikzlibrary{automata}
  • background lib,方便为背景添加颜色或者框之类的东西,\usetikzlibrary{backgrounds}
  • calendar,方便绘制日历,\usetikzlibrary{calendar}
  • chains,方便绘制排成一列的东西,\usetikzlibrary{chains}
  • decoration,方便在线条上加一些装饰性的曲线,显得自然一些,\usetikzlibrary{decorations.xxx}
  • entity relationship,方便画一些 entity 之间的关系这类线框图,\usetikzlibrary{er}
  • fading,方便画渐变色,\usetikzlibrary{fadings}
  • fitting,方便放置一个 node,给出 fitting 的条件即可,\usetikzlibrary{fit}
  • matrix,方便画表格或者矩阵类似的结构,\usetikzlibrary{matrix}
  • mindmap,方便画概念的树状结构图,\usetikzlibrary{mindmap}
  • paper folding,方便画折纸,\usetikzlibrary{folding}
  • pattern,填充的 pattern,\usetikzlibrary{pattern}
  • petri net,\usetikzlibrary{petri}
  • plot handlers,没看明白怎么用,\usetikzlibrary{plothandlers}
  • plot mark lib,画某些数据图使用的 marks,\usetikzlibrary{plotmarks}
  • shadow,为某些图形增加 shadow,\usetikzlibrary{shadows}
  • shape,提供了更丰富的 shape,\usetikzlibrary{shape.xxx}
  • topath,简化了曲线等绘制,\usetikzlibrary{topaths}
  • through lib,在绘制形状的时候能够要求通过某点,\usetikzlibrary{through}
  • tree lib,绘制树状结构 \usetikzlibrary{trees}
  • pgfplots 是一个额外的包,提供数据图形的绘制,甚至可以绘制函数,这玩意用好了是不是以后就用 matlab 生成数据就行了… 似乎比 gnuplot 还要好用一点… 加上 pgf 还能 render svg…

啊,好吧,个么我就开始用这个玩意画画吧 🙂

——————
And Abraham drew near, and said, Will you also destroy the righteous with the wicked?

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PGF 制图

MathJax

几曾何时在 HTML 里面嵌入数学公式都只能依赖于 offline rendering 图片,然后做一些替换工作将产生的图片放到 dom tree 里面。前几天发现 debian 里面出来个叫 mathjax 的包觉得挺有意思的就装了一个,发现现在 CSS 之类的实在是太牛了。不多说先给个例子

<html>
<head>
<script type="text/javascript" src="mathjax/MathJax.js?config=TeX-AMS-MML_HTMLorMML"></script>
</head>
<body>
<h2>MathJax</h2>
I am always curious about how to typeset mathematical formulaes in web pages. Now we have
MathJax. Please take a look at the inline equation, such as \( E = mc^2\) or between line
equations:
\begin{equation}
  \sum_{i = 1}^\infty \frac{1}{i^2} = \frac{\pi^2}{4}.
\end{equation}
</body>
</html>

大概的效果如下:

mathjax 示例

可能很神奇的是 mathjax 一不要后端 latex 编译 gs 渲染什么的,二还能放大(什么,你说可以 zoom in 没有锯齿?嗯,对,只是某些浏览器上可能会有锯齿)。分析了一下大概是这样做到的,首先 mathjax 会尝试使用 CSS3 的特性直接从服务器上获得显示需要的字体,如果成功就直接使用 open type 的字体渲染公式(因此是矢量的哦);如果浏览器不支持这种特性,则会使用自带的 png。换言之似乎 mathjax 实现了 LaTeX 和 amsmath 的基本功能。只是不知道是不是这个做法将会很难 scale 到如此丰富的 LaTeX packages 上。

在 local machine 上直接访问可能会有点问题,特别是 firefox,但是 chrome 不会存在问题。有兴趣玩玩的话可以去其主页看看,那边的例子也更多。当然 MathJax 还对 MathML 有支持,不过其实个人感觉 MathML 现在用的太少了,还是“野”路子用得多。

——————
And the LORD said, Behold, the people is one, and they have all one language; and this they begin to do: and now nothing will be restrained from them, which they have imagined to do.

MathJax

毕业论文的 xelatex 设计

嗯,不是模板… 给个大致做法介绍。

\documentclass[a4paper, 12pt, twoside, openright]{book}
\input{config}
\setlength\glsdescwidth{.75\linewidth}
\loadglsentries{thesis-acronym}
\setcitestyle{numbers}
\renewcommand\baselinestretch{1.38}

这部分导言将公共的部分放在 config.tex 中,设定了 glossaries 宏包中 acronym 那个 longtable 的宽,读入 acronym,通过 natbib 设定参考文献的引用格式,设定行距。最后有两段

\backmatter
\bibliographystyle{fudannat}
\bibliography{refs}
\printglossary[type=\acronymtype, style=long]
\printindex

\nocitephd{blah blah...}
\bibliographystylephd{fudannat}
\bibliographyphd{refs}
\include{thesis-acknowledge}

通过 multibib 产生的两个参考文献,其中一个是正文引用的,另外一个叫 phd,是指研究生期间发表的论文,其中的格式 fudannat 是修改自 natbib 的 plainnat.bst。

下面介绍 config.tex 里面的东西。这里面包含两部分,一部分是 low.tex,较低层次的命令,主要是对 book.cls 做出的修改。

\renewcommand\@chapapp[1]{第#1章}

重新定义了这个命令,方便产生“第 1 章”这种目录、页眉以及章标题(如果你想的话),因此需要修改 book.cls 里面 \chaptermark、\@chapter、\@makechapterhead 与 \@schapter 这些命令,后面两个因为我想做花一点,就没这样改,而是从 quotchap.sty 里面抄了一段

%% from quotchap.sty
\let\size@chapter\huge
\providecommand*{\chapterheadstartvskip}{\vspace*{1.8\baselineskip}}
\providecommand*{\chapterheadendvskip}{\vspace{1.2\baselineskip}}

\newenvironment{savequote}[1][7cm]{%
  \begin{lrbox}{\@quotebox}
    \begin{minipage}[t]{#1}\footnotesize\slshape
      \ignorespaces}{%
      \unskip\end{minipage}\end{lrbox}
  \global\setbox\@quotebox\copy\@quotebox
  \global\let\@printcites\@iprintcites
  \ignorespacesafterend}
\newcommand{\qauthor}[1]{%
  \par\smallskip
  {\raggedleft\upshape--- #1\qquad\hbox{}\par}\bigskip}
\newsavebox{\@quotebox}
\let\@printcites\relax
\renewcommand\chapter{%
  \if@openright\cleardoublepage\else\clearpage\fi
  \thispagestyle{plain}%
  \global\@topnum\z@
  \@printcites
  \@afterindentfalse
  \secdef\@chapter\@schapter}
\renewcommand{\@makechapterhead}[1]{\chapterheadstartvskip%
  {\size@chapter{\bf\raggedleft
      {% select font
        \chapheadnumfont\color{violet}
        \ifnum \c@secnumdepth >\m@ne%
        \if@mainmatter\thechapter%
        \fi\fi
        \par\nobreak}%
      {\raggedleft\advance\leftmargin10em\interlinepenalty\@M #1\par}}
    \nobreak\chapterheadendvskip}}
\renewcommand{\@makeschapterhead}[1]{%
  {\let\c@secnumdepth\m@ne\@makechapterhead{#1}}}
\newcommand*{\@iprintcites}{%
  \vbox to\z@{\copy\@quotebox\vss}
  \global\let\@printcites\relax}

嗯这样每章前面可以很酷的装 b 了,比如

\begin{savequote}
  Choose beliefs that serve your soul - choose beliefs that serve the grander dream of who you choose to be.
  \qauthor{Joy Page}
\end{savequote}
\chapter{信仰是啥}

然后我喜欢 header 用 small caps 和仿宋,所以需要修改 \ps@headings。让表格统一用 \small,

%% smaller fonts
\renewenvironment{table}
               {\@float{table}\small}
               {\end@float}
\renewenvironment{table*}
               {\@dblfloat{table}\small}
               {\end@dblfloat}

这些都必须在 \makeatletter 和 \makeatother 之间啦。

其余的就是一些比较高层次的调用了,如

\usepackage[a4paper, twoside=true, top=1in, bottom=1in, left=1.25in, right=1.25in]{geometry}

设置页面大小,使用 glossaries 的 acronym 功能

\usepackage{makeidx}
\usepackage[nonumberlist, toc, acronym]{glossaries}
\newcommand\engchs[2]{\emph{#1}(#2)}
\renewcommand{\newacronym}[4][]{%
  \newglossaryentry{#2}{type=\acronymtype,%
  name={#3},description={#4},text={#3},%
  descriptionplural={#4\acrpluralsuffix},%
  first={#3(#4)},plural={#3\acrpluralsuffix},%
  firstplural={\@glo@descplural\space (\@glo@plural)},%
  #1}}

最后一个 \renewcommand 也是 low.tex 里面的,为的是用我希望的格式 format acronym 第一次出现的样式,默认是 full name (acronym) 的写法,我喜欢在 full name 里面加入中文,所以这里颠倒过来,产生的是 acronym (full name) 的样子。这两个宏包不必说

%% links
\usepackage{tocbibind}
\usepackage{hyperref}

然后是数学相关的

\usepackage{amsmath, amssymb, amsthm, bm, mathrsfs}
\usepackage{mathtools}
\usepackage{mathopts}

这里的 mathopts 是自己写的一个常用数学符号定义,比如 \R 之类的,免得每次都要定义,麻烦… 然后是 xelatex 的字体

%% fonts with xelatex
\usepackage{fontspec, xunicode, xltxtra}
\usepackage[CJKtextspaces, CJKmathspaces, CJKnumber]{xeCJK}
%% xelatex configuration
\defaultfontfeatures{Mapping=tex-text}
\XeTeXlinebreaklocale "zh"
\frenchspacing
\setmainfont[Numbers=Lining]{Adobe Jenson Pro Display}
\setCJKmainfont[BoldFont={SimHei}, ItalicFont={STKaiti},%
  SmallCapsFont={STFangsong}]{SimSun}
\newfontfamily\chapheadnumfont[Scale=2.5]{Helvetica LT Std}

嗯,我不是好同学,用了不少商业字体。浮动体

%% float
\usepackage{float, rotating}
\floatplacement{figure}{tpb}
\floatplacement{table}{tbp}

这里用 float 的功能重新定义了 table 和 figure 默认的浮动顺序,个人爱好啦;然后 rotating 的 sidewaystable 可以把很宽的表格横过来放。之后是表格

%% color
\usepackage[table]{xcolor}
\xglobal\definecolor{tabhead}{cmyk}{0,0,0,0.3}
\newcommand\headcolor{\rowcolor{tabhead}}
\newcommand\MCH[3]{\multicolumn{#1}{>{\columncolor[named]{tabhead}}#2}{#3}}
\newcommand\settabularcolor[1][2]{\rowcolors{#1}{black!10}{}}

这里用了 xcolor 的 colortbl 功能,在每个表格前使用 \settabularcolor 产生效果,\headcolor 设置表头,\MCH 是 \multicolumn 的简化版(带颜色)。为了方便设定表格的头一根线和最后根,使用

%% tabular
\usepackage{booktabs}
\belowrulesep=0ex
\aboverulesep=0ex

中的 \toprule 和 \bottomrule。设定图表标题格式

\usepackage[labelfont = bf, font = footnotesize,%
            labelsep = period, format = hang]{caption}

如果喜欢更紧凑的列表,可以用

\usepackage{paralist}

中的 compactitem 等,我比较喜欢 inparaenum 这种东西。参考文献,

\usepackage[square]{natbib}
\usepackage{multibib}
\newcites{phd}{攻读博士期间的研究成果}

然后插图,

\usepackage{subfigure}
\usepackage{graphicx}
\usepackage{tikz}

\graphicspath{{img/}}

最后一个可以把图片放在 img 子目录里面,而 \includegraphics 的时候就不必写路径了。喜欢写算法的,

\usepackage{algorithm, algorithmic}
\floatname{algorithm}{算法}
\floatplacement{algorithm}{thb}

中文文档么,这些名字要改改

\renewcommand\contentsname{目\hspace{2em}录}
\renewcommand\indexname{索\hspace{2em}引}
\renewcommand\tablename{表}
\renewcommand\thetable{\arabic{chapter}.\arabic{table}}
\renewcommand\figurename{图}
\renewcommand\thefigure{\arabic{chapter}.\arabic{figure}}
\renewcommand\appendixname{附录}
\renewcommand\proofname{证明}
\renewcommand\bibname{参考文献}

然后改一下目录里面章的样式,

\usepackage{titletoc}
\titlecontents{chapter}[0em]{\bfseries}{\thecontentslabel\hspace{2em}}{}{\hfill\contentspage}

好了… 就到这里啦,喜欢玩的人继续摸索吧。那个 fudannat.bst 就不写了,TeX 版上贴过。

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The cobweb pretends to catch dewdrops and catches flies.

毕业论文的 xelatex 设计