[翻譯] 30分鐘上手 LaTeX

原  文：Learn LaTeX in 30 minutes
譯  者：Xovee
翻譯時間：2020年5月5日

30分鐘上手 LaTeX

本指南的主要內容是介紹 $\LaTeX$ 的基本使用。你不需要事先掌握關於 $\LaTeX$ 的任何知識，在你學習完本文後，你將會創建你的第一個 $\LaTeX$ 文檔，並且掌握關於 $\LaTeX$ 的一些基礎的用法。
PS：如果您還沒有註冊過 Overleaf，希望您能通過我的分享鏈接進行註冊：https://www.overleaf.com?r=969b656f&rm=d&rs=b。

什麼是 $\LaTeX$

$\LaTeX$ （發音類似於 LAY-tek 或者 LAH-tek，中文的話類似於雷坦克） 是一個創建專業文檔的工具。它基於 WYSIWYM （就是這個奇怪的名字）理念，也就是說，你只需要專注於文檔的內容，讓計算機來處理文檔的格式。與 Microsoft Word 或者 LibreOffice Writer 不同，$\LaTeX$ 用戶只需要輸入純文字而不需要關心文檔的格式。

爲什麼學習 $\LaTeX$

因爲 $\LaTeX$ 在世界各地出版的各類科學文獻、書籍中得到了廣泛的使用。它不僅可以創建出有着漂亮排版的文檔，還可以讓用戶非常方便的處理排版中非常複雜的一些問題，例如輸入數學公式、創建表格、引用、參考文獻，以及全文統一的格式。而且，$\LaTeX$ 有着數不清的開源庫，它可以做到的事情可以說是有無限可能。這些開源庫允許用戶用 $\LaTeX$ 做許多事情，例如添加腳註、繪製綱要、創建表格，等等。

人們使用 $\LaTeX$ 的一個重要的原因是，它將文檔的內容和格式分開。這意味着當你完成了文檔的內容創作之後，你可以輕易地修改文檔的排版和格式。類似的，你可以創建一種可以讓許多文檔都使用的格式。這樣，許多學術期刊可以創建適用於它們論文的模版。這些模版已經定義好了排版和格式，你只需要添加論文的內容，即可創建出統一風格的論文文檔。事實上，你可以在網上找到數不清的模版，包括簡歷和幻燈片。

編輯你的第一個 $\LaTeX$ 文檔

第一步：創建一個新的 $\LaTeX$ 項目。你可以在你自己的計算機上創建一個新的 .tex 文件，或者你可以在 Overleaf 上創建一個新的項目。讓我們首先試一個簡單的例子：

\documentclass{article}

\begin{document}
First document. This is a simple example, with no 
extra parameters or packages included.
\end{document}

你可以看到，$\LaTeX$ 已經幫你處理了一些排版任務：對段落的第一行進行了縮進。讓我們看看代碼中的每一個部分都起了什麼作用。

在 Overleaf 中打開一個例子

代碼中的第一行聲明瞭文檔的類型，也稱爲 類。類控制着文檔的所有樣式。不同類型的文檔需要定義不同類型的類，例如，簡歷和學術論文所需要的類是不一樣的。在這個例子中，文檔的類是article，它在 $\LaTeX$ 中是最簡單也是最常用的類。其他文檔類型還有book、report等。

在定義了文檔的類型之後，你開始輸入文檔的內容，它包含在\begin{document}和\end{document}這兩個標籤之間。這又被稱爲文檔的 正文。你可以在這裏開始輸入和修改文檔的內容。爲了在 PDF 中看到這些輸入的效果，你需要編譯這個文檔。在 Overleaf 中，你只需要點擊 Recompile 即可。（你還可以將你的項目設定爲在編輯時自動重編譯：點擊 ‘Recompile’ 按鈕旁邊的小箭頭，然後將 ‘Auto Compile’ 設定爲 ‘On’。）

如果你在使用基礎的文字編輯器，例如 gedit、emacs、vim、sublime、notepad 等，你需要手動地編譯文檔。首先在你的計算機的命令行中運行 pdflatex <your document> 指令。這裏有着更多的信息。

如果你使用一個特定的 LaTeX 編輯器，例如 TeXmaker 或者 TeXworks，點擊 Recompile 按鈕即可。查閱這些程序的文檔，如果你對過程還不太清楚的話。

現在你已經學習瞭如何給你的文檔添加內容，下一步是給文檔添加一個標題，爲了做到這一點，我們必須簡單地介紹一下 序言（preamble）。

文檔的序言

在上一個例子中，文字是在指令\begin{document}之後輸入的。而在這個指令之前 .tex 文件中的所有內容被稱爲序言（preamble）。在序言中，你可以定義文檔的類型，你所使用的語言，你想引入的包，以及許多其他的模塊。下面展示了一個普通文檔的序言：

\documentclass[12pt, letterpaper]{article}
\usepackage[utf8]{inputenc}

下面介紹每一行的作用：

\documentclass[12pt, letterpaper]{article}
像之前說的那樣，這行命令定義了文檔的類型。它通常還有一些額外的參數，定義在方括號之中。這些參數必須用逗號來分割。在這個例子中，這些額外的參數設定了文檔的字體大小（12pt），和文檔的大小（letterpaper）。當然，你可以設定其他類型的字體大小（例如9pt、10pt、11pt），如果沒有指定這個參數，那麼文檔的字體大小將設定爲默認的10pt。對於文檔的大小來說，常用的選項包括 letterpaper、a4paper、legalpaper 等；頁的大小和邊距中詳細介紹了這些參數。

\usepackage[utf8]{inputenc}
這行命令定義了文檔的編碼形式。你可以簡單地忽略它，或者設定爲其他的值，當然，utf-8 是比較推薦的選項。除非你真的需要另外一種編碼方式，或者你不確定該用哪種編碼方式，在序言中添加這一行。

添加標題、作者和日期

爲了在文檔中添加標題、作者以及日期，你需要在序言中添加如下三行命令（不要在文檔的正文中添加）。這些命令是：

\title{First document}
這是標題。

\author{Hubert Farnsworth}
這裏你定義文檔的作者，以及，你可以添加下面一行可選的命令：

\thanks{funded by the Overleaf team}
這行命令可以在作者的名字之後添加，也就是在作者指令的花括號之內。它會添加一個上標和一個腳註。當你需要在文檔中致謝機構的時候，這個命令很有用。

\date{February 2014}
你可以手動地輸入日期，或者使用\today指令，它可以將日期自動地設定爲你編譯文檔時的日期。

在添加了這些指令之後，你的序言看起來是這個樣子：

\documentclass[12pt, letterpaper, twoside]{article}
\usepackage[utf8]{inputenc}

\title{First document}
\author{Hubert Farnsworth \thanks{funded by the Overleaf team}}
\date{February 2017}

現在你已經定義了文檔的標題、作者以及日期，你可以使用\maketitle指令來讓這些命令生效。這個命令應該出現文檔的正文裏。

\begin{document}

\maketitle

We have now added a title, author and date to our first \LaTeX{} document!

\end{document}

在 Overleaf 中打開這個例子。

輸入註釋

在你寫代碼的時候，添加一些註釋是非常有用的。註釋是一種不會出現在文檔最終輸出之中的文字，它不會對文檔造成任何影響。註釋對你組織文檔、添加筆記、或者調試代碼有着很大的幫助。在 $\LaTeX$ 中添加註釋非常簡單，你只需要在行的最前面添加一個 % 符號：

\begin{document}

\maketitle

We have now added a title, author and date to our first \LaTeX{} document!

% This line here is a comment. It will not be printed in the document.

\end{document}

在 Overleaf 中打開這個例子。

粗體、斜體、下劃線

我們現在來學習一些基礎的文字格式指令。

• 粗體：在 $\LaTeX$ 中，粗體文字定義在 \textbf{...} 命令中。
• 斜體：在 $\LaTeX$ 中，斜體文字定義在 \textit{...} 命令中。
• 下劃線：在 $\LaTeX$ 中，下劃線文字定義在 \underline{...} 命令中。

下面是一些例子：

Some of the \textbf{greatest}
discoveries in \underline{science} 
were made by \textbf{\textit{accident}}.

另外一個非常有用的指令是強調\emph{...}。它真正的作用取決於它所在的環境——在正常文字中，強調文字是斜體的，但是如果使用在斜體文字之中，它又會變爲正常字體，下面是一個例子：

Some of the greatest \emph{discoveries} 
in science 
were made by accident.

\textit{Some of the greatest \emph{discoveries} 
in science 
were made by accident.}

\textbf{Some of the greatest \emph{discoveries} 
in science 
were made by accident.}

需要注意的是，有些包，例如Beamer，會改變\emph指令的行爲。

在 Overleaf 中打開這個例子。

添加圖片

我們現在來看如何在 $\LaTeX$ 文檔中添加圖片。在 Overleaf 中，你首先需要上傳圖片。

下面是添加圖片的一個例子：

\documentclass{article}
\usepackage{graphicx}
\graphicspath{ {images/} }

\begin{document}
The universe is immense and it seems to be homogeneous, 
in a large scale, everywhere we look at.

\includegraphics{universe}

There's a picture of a galaxy above
\end{document}

在 Overleaf 中打開這個例子。

$\LaTeX$ 本身不能管理圖片，所以你需要導入一個包。包可以被用來改變 $\LaTeX$ 文檔默認的外觀，或者添加更多特定的功能。在這個例子中，你需要在文檔中添加一個圖片，所以你需要用到 graphicx 包。這個包引入了一個新的命令，\includegraphics{...} 和 \graphicspath{...}。爲了使用 graphicx 包，在文檔的序言中添加如下命令：\usepackage{graphicx}

\graphicspath{ {images/} } 命令告訴 $\LaTeX$ 當前目錄下存儲圖片的文件夾的名字。

\includegraphics{universe} 命令是實際上用來在文檔中添加圖片的命令。在這裏 universe 是圖片的文件名（沒有文件名的後綴），所以 universe.PNG 就是 universe。文件名不能包含空格，或者多個點（.....）。

注意：文件名的後綴是可以使用的，但是不推薦那麼做。當文件名沒有後綴時，$\LaTeX$ 會搜索所有支持的文件格式。在上傳文件的時候，推薦使用小寫的文件名後綴。更多的信息請查看生成高清或低清的圖片

Captions、標籤、引用

你還可以給圖片添加標題、標籤，以及引用。請看下面的例子：

\begin{figure}[h]
    \centering
    \includegraphics[width=0.25\textwidth]{mesh}
    \caption{a nice plot}
    \label{fig:mesh1}
\end{figure}

As you can see in the figure \ref{fig:mesh1}, the 
function grows near 0. Also, in the page \pageref{fig:mesh1} 
is the same example.

在 Overleaf 中打開這個例子。

在這個例子中有三個重要的指令：

• \caption{a nice plot}：顯然，這個命令設定了圖片的標題。如果你創建了多個圖片，那麼這個命令就應該在那裏使用。你可以將其放在圖片的上面，也可以放在圖片的下面。
• \label{fig:mesh1}：如果你需要在文檔中引用你所添加的圖片，那麼用這個指令給圖片設定一個標籤。這個標籤會給圖片們進行數字排列，使用下面的這個命令可以讓你引用這些圖片。
• \ref{fig:mesh1}：這個命令會生成圖片所代表的數字。

當你在 $\LaTeX$ 文檔中放置圖片時，把命令放在一個 figure 環境中，從而使 $\LaTeX$ 恰當地在文檔中設定這個圖片出現的位置。

注意：如果你在你的本地計算機中使用了 captions 和引用，你需要編譯你的文件兩次來讓引用正確地工作。在 Overleaf 中，你不需要這樣做。

在 $\LaTeX$ 中創建列表

在 $\LaTeX$ 中創建列表是非常簡單點。你可以使用不同的列表環境。環境是文檔中特殊的章節，它們的表現方式各不相同。它們一般開始於\begin{...}，結束於\end{...}。

一般來說，列表可以分爲兩大類：有序列表和無序列表。它們有着不同的環境。

無序列表

無序列表由itemize環境生成。每一個列表項都開始於一個控制命令\item，例如：

\begin{itemize}
  \item The individual entries are indicated with a black dot, a so-called bullet.
  \item The text in the entries may be of any length.
\end{itemize}

默認情況下，每一個列表項都由一個黑色的點開始，也被稱爲子彈。列表項中的文字一般沒有長度限制。

在 Overleaf 中打開這個例子。

有序列表

有序列表的語法與無序列表相同。我們使用enumerate環境來創建有序列表：

\begin{enumerate}
  \item This is the first entry in our list
  \item The list numbers increase with each entry we add
\end{enumerate}

與無序列表類似，每一個列表項由\item來輸入，這些列表項會自動地進行數字排序。這些數字從一開始計數。

在 Overleaf 中打開這個例子。

在 $\LaTeX$ 中輸入數學公式

使用 $\LaTeX$ 的一大好處就是它可以方便的輸入和展示數學公式。$\LaTeX$ 支持兩種公式輸入方法：行內模式和展示模式。行內模式下的數學公式是文本中的一部分。展示模式下的公式則不屬於文本的一部分，它們會獨立地進行展示。下面是一些行內公式的例子：

One of the main advantages of LATEX is the ease at which mathematical expressions can be written. LATEX allows two writing modes for mathematical expressions: the inline mode and the display mode. The first one is used to write formulas that are part of a text. The second one is used to write expressions that are not part of a text or paragraph, and are therefore put on separate lines. Let’s see an example of the inline mode:

In physics, the mass-energy equivalence is stated 
by the equation $E=mc^2$, discovered in 1905 by Albert Einstein.

爲了使用行內公式，你可以選用以下三種定義符之一：

• \(...\)
• $...$
• \begin{math}...\end{math}

它們的功能都是一樣的，到底使用哪種定義符則取決於使用者的喜好了。

展示模式 下的公式則有兩種：有公式編號的，以及沒有公式編號的。

The mass-energy equivalence is described by the famous equation
\[ E=mc^2 \]
discovered in 1905 by Albert Einstein. 
In natural units ($c = 1$), the formula expresses the identity
\begin{equation}
E=m
\end{equation}

爲了在展示模式中輸入公式，你可以使用如下幾種定義符：

• \[...\]
• \begin{displaymath} ... \end{displaymath}
• \begin{equation} ... \end{equation}

$$ ... $$定義符是不推薦大家使用的，因爲它有時候會造成不一致的間距，或者在某些數學包中不能正常工作。

重要提示：equation*環境是由一個外部包提供的，請參考amsmath。

在 Overleaf 中打開這個例子。

許多數學模式命令要求引入amsmath包，所以在書寫數學公式的時候，請記住引入這個包。下面的例子展示了一些基礎的數學命令用法：

Subscripts in math mode are written as $a_b$ and superscripts are written as $a^b$. These can be combined an nested to write expressions such as

\[ T^{i_1 i_2 \dots i_p}_{j_1 j_2 \dots j_q} = T(x^{i_1},\dots,x^{i_p},e_{j_1},\dots,e_{j_q}) \]
 
We write integrals using $\int$ and fractions using $\frac{a}{b}$. Limits are placed on integrals using superscripts and subscripts:

\[ \int_0^1 \frac{dx}{e^x} =  \frac{e-1}{e} \]

Lower case Greek letters are written as $\omega$ $\delta$ etc. while upper case Greek letters are written as $\Omega$ $\Delta$.

Mathematical operators are prefixed with a backslash as $\sin(\beta)$, $\cos(\alpha)$, $\log(x)$ etc.

在 Overleaf 中打開這個例子。

$\LaTeX$ 中有着數不清的支持輸入數學公式的功能和外部包。你可以閱讀我們提供的一些其他文章：

• 數學表達
• 上標和下標
• 括號
• 分數和二項表達式
• 對齊公式
• 操作符
• 數學模式中的間隔
• 積分、和，以及極限
• 數學模式中的展示風格
• 希臘字母表和數學符號表
• 數學字體

基礎排版

我們現在來看看如何寫摘要，以及如何將一個 $\LaTeX$ 文檔分爲不同的章節和段落。

摘要

在學術論文中，使用摘要是常見的做法。在 $\LaTeX$ 中有一個專門的 abstract 環境。這個環境使用一個不同於正文的特殊格式。

\begin{document}

\begin{abstract}
This is a simple paragraph at the beginning of the 
document. A brief introduction about the main subject.
\end{abstract}
\end{document}

在 Overleaf 中打開這個例子。

段落

\begin{document}

\begin{abstract}
This is a simple paragraph at the beginning of the 
document. A brief introduction about the main subject.
\end{abstract}
 
Now that we have written our abstract, we can begin writing our first paragraph.
 
This line will start a second Paragraph.
\end{document}

在 Overleaf 中打開這個例子。

在寫文檔的時候，如果你需要開始一個新的段落，你必須輸入Enter鍵兩次（來插入一個空白行）。需要注意的是，$\LaTeX$ 會自動給段落首行進行縮進。

如果你想在直接從下一行中輸入內容，而不是創建一個新的段落，那麼你可以使用 \\ 命令（兩個反斜槓）或者 \newline 命令。

使用這兩個命令的時候要注意，它們不應當被用來模擬段落之間的大段空白，這樣做會擾亂 $\LaTeX$ 的排版算法。推薦的做法是使用雙空行來創建新的段落，然後在序言中使用\usepackage{parskip}包。

你可以在這篇文章中找到更多的信息。

章節

組織文檔的命令依賴於文檔的類型，最簡單的組織方法就是使用章節。

\chapter{First Chapter}

\section{Introduction}

This is the first section.

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neque pharetra sollicitudin.  Praesent imperdietmi nec ante. 
Donec ullamcorper, felis non sodales...

\section{Second Section}

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sollicitudin.  Praesent imperdiet mi necante...

\subsection{First Subsection}
Praesent imperdietmi nec ante. Donec ullamcorper, felis non sodales...

\section*{Unnumbered Section}
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Etiam lobortis facilisissem

在 Overleaf 中打開這個例子。

\section{}命令標記着一個新節的開始，花括號之中的文字設定了節的標題。節會自動地用數字排序，你也可以在指令中使用*來創建沒有數字排序的節。除此之外，還有更多的節的命令：\subsection{}、\subsubseciton{}等等。它們之間的等級如下所示：

等級	命令
-1	\part{part}
0	\chapter{chapter}
1	\section{section}
2	\subsection{subsection}
3	\subsubsection{subsubsection}
4	\paragraph{paragraph}
5	\subparagraph{subparagraph}

需要注意的是：\part和\chapter只在report和book類型的文檔中可用。

更多的信息請參考這篇文章。

創建表格

創建一個簡單的表格

請看下面的例子：

\begin{center}
\begin{tabular}{ c c c }
 cell1 & cell2 & cell3 \\ 
 cell4 & cell5 & cell6 \\  
 cell7 & cell8 & cell9    
\end{tabular}
\end{center}

tabular環境是 $\LaTeX$ 中默認創建表格的環境。你必須給它指定一個參數，在這個例子中是{c c c}。這個參數告訴 $\LaTeX$ 這個表格有着三個列，每個列中的文字都是居中對齊的。你還可以使用r或者l來向右或者向左對齊。對齊符號&用來分割不同的單元格。每一行中&的數目必須比列數少一個。\\命令用來切換到表格的下一行。我們使用center環境來放置表格，使其在頁面中居中顯示。

在 Overleaf 中打開這個例子。

添加邊框

你還可以在tabular環境中給每個列或行添加邊框。

\begin{center}
\begin{tabular}{ |c|c|c| } 
 \hline
 cell1 & cell2 & cell3 \\ 
 cell4 & cell5 & cell6 \\ 
 cell7 & cell8 & cell9 \\ 
 \hline
\end{tabular}
\end{center}

你可以使用水平線指令\hline和垂直線指令|來給表格添加邊框。

• { |c|c|c| }：這個命令定義了三個列，它們由垂直線分割開來。
• \hline：這個命令會在表格中插入一個水平線。在上面的例子中，我們給表格的開始和結束添加了水平線。你可以使用任意多的水平線。

下面是一個例子：

\begin{center}
 \begin{tabular}{||c c c c||} 
 \hline
 Col1 & Col2 & Col2 & Col3 \\ [0.5ex] 
 \hline\hline
 1 & 6 & 87837 & 787 \\ 
 \hline
 2 & 7 & 78 & 5415 \\
 \hline
 3 & 545 & 778 & 7507 \\
 \hline
 4 & 545 & 18744 & 7560 \\
 \hline
 5 & 88 & 788 & 6344 \\ [1ex] 
 \hline
\end{tabular}
\end{center}

在 $\LaTeX$ 中創建表格有時候會比較麻煩，你可以使用一個方便的在線工具來創建表格：TablesGenerator.com。其中 File > Paste table data 選項允許你從表格應用中複製和粘貼數據。

在 Overleaf 中打開這個例子。

表題、標籤，以及引用

與圖片相同，你可以給表格添加標題、標籤、引用。唯一不同的地方是圖片中你使用figure環境，表格使用table環境。

Table \ref{table:data} is an example of referenced \LaTeX{} elements.

\begin{table}[h!]
\centering
\begin{tabular}{||c c c c||} 
 \hline
 Col1 & Col2 & Col2 & Col3 \\ [0.5ex] 
 \hline\hline
 1 & 6 & 87837 & 787 \\ 
 2 & 7 & 78 & 5415 \\
 3 & 545 & 778 & 7507 \\
 4 & 545 & 18744 & 7560 \\
 5 & 88 & 788 & 6344 \\ [1ex] 
 \hline
\end{tabular}
\caption{Table to test captions and labels}
\label{table:data}
\end{table}

在 Overleaf 中打開這個例子。

注意：如果你在本地計算機上使用表題和引用，你需要對文檔進行兩次編譯來使其正常工作。在 Overleaf 則不需要這樣做。

添加目錄

創建文檔的目錄是非常直接的，使用\tableofcontents命令就好了。

\documentclass{article}
\usepackage[utf8]{inputenc}
 
\title{Sections and Chapters}
\author{Gubert Farnsworth}
\date{ }
  
\begin{document}
  
\maketitle
  
\tableofcontents

\section{Introduction}
   
This is the first section.
      
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neque pharetra sollicitudin.  Praesent imperdietmi nec ante. 
Donec ullamcorper, felis non sodales...
       
\addcontentsline{toc}{section}{Unnumbered Section}
\section*{Unnumbered Section}

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\section{Second Section}
       
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sollicitudin.  Praesent imperdiet mi necante...
         
\end{document}

章節會自動地出現在目錄中。如果你想手動地管理目錄，例如你想添加一個未編好的章節，使用\addcontentsline命令。

在 Overleaf 中打開這個例子。

下載文檔

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