硬核小哥超快配圖1700頁數學筆記，教你上手LaTeX+Inkscape_風聞

邊策 乾明 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

之前，我們介紹了一位神奇的本科生，他在數學課上用Vim+LaTeX，全程手打出1700頁課堂筆記，速度直追老師的板書。

現在，這位Gilles小哥又開課了，上次他只教了大家手打公式的方法，這次他展示了數學筆記裏的畫圖技巧。

他用到的神器是Inkscape+LaTeX，再加上自定義的快捷鍵，一個Ctrl+F，直接完成原來的六個步驟。

讓你在電腦上畫圖也能追得上老師。

無論是複分析、微分幾何、電動力學，還是小哥目前正在準備的橢圓曲線畢業論文，都能用這些神器輕鬆搞定。

△ 【複分析中的路徑積分】

△【微分幾何中的流形】

△ 【電動力學中的折射率橢球】

△【作者畢業論文中的橢圓曲線】為何選擇Inkscape

小哥説，其實不用圖形軟件，他也能畫圖。

給LaTeX文檔添加圖形可以用TikZ。用TikZ繪製一個向量A的圖形只需要5行代碼：

\begin{tikzpicture}\coordinate (A) at (1, 3);\draw[thick, ->] (0, 0) — (A);\node[above right] at (A) };\end{tikzpicture}

運行以上代碼就畫出矢量A的圖形。（注，A應等於(1,3) ,原文錯誤。）

TikZ優點是繪製圖形只需要寫代碼。但是它的缺點也在於此，因為是代碼所以無法實時看到圖像，運行代碼的速度也會比較慢。

因此，用一個能實時繪圖的軟件Inkscape比TikZ方便很多。

Inkscape是一個開源的矢量圖形編輯器，Linux、Windows、Mac平台都可以使用。雖然比Adobe Illustrator功能少，但是勝在免費。

圖形軟件Inkscape與LaTeX代碼並不衝突，Inkscape仍具有LaTeX的排版功能。

下面開始介紹如何把Inkscape和LaTeX兩件武器結合起來。

給LaTeX文檔加上圖形

Inkscape可以選擇使用LaTeX渲染圖形中的文本，只需在保存時把圖形導出為pdf和LaTeX文件。

其中，pdf文檔包含剝離了文字的圖形，LaTeX文件則包含了將文字放在正確位置所需的代碼。

如果我們要在LaTeX中插入下面這張圖：

需要轉到“文件”→“另存為”，選擇pdf作為擴展名。然後點擊保存，會彈出以下對話框：

選擇“Omit text in PDF and create LaTeX file”（在pdf中省略文本並創建LaTeX文件），將圖形保存為pdf+LaTeX。

假設生成的文件都存儲在figures文件夾下，最後生成的目錄應該像這樣：

figures/    figure1.pdf_tex    figure1.svg    figure1.pdf

要在LaTeX文檔中插入Inkscape圖形，只要在開頭加入以下代碼：

\usepackage{import}\usepackage{xifthen}\usepackage{pdfpages}\usepackage{transparent}\newcommand{\incfig}[1]{%\def\svgwidth{\columnwidth}\import{./figures/}{#1.pdf_tex}}

假設圖形的路徑是figures/riemmans-theorem.svg，輸入以下代碼將圖片插入文檔中：

\begin{figure}[ht]\centering\incfig{riemmans-theorem}\caption{Riemmans theorem}\label{fig:riemmans-theorem}\end{figure}

編譯上面的文檔，就獲得插入圖形的LaTeX排版結果：

上面的圖形文本由LaTeX渲染，可以根據需求更改字體，圖形也會相應地更新：

也就是説用Inkscape繪製的圖形，仍然保留的LaTeX的排版功能

快速創建包含圖形的LaTeX文檔

上面的步驟顯然過於繁瑣，如果在做課堂筆記的時候，急急忙忙打開Inkscape，搜索目錄在插入圖形，肯定是跟不上節奏的。

要知道Gilles小哥可是能同步跟上老師板書的大神，所以他還有“快捷方式”的秘技。

Gilles用一個自定義的Ctrl+F快捷鍵，把上面的步驟簡化為一鍵搞定。

Ctrl+F背後的腳本應該滿足下面六個要求：

1、根據LaTeX文件的位置查找圖形目錄；

2、然後檢查是否存在具有相同名稱的圖形（與pdf_tex文件同名的svg文件）；

3、如果沒有同名文件，圖形模板將被複制到圖形目錄下；

4、將包含圖形標題的當前行替換為插入圖形的LaTeX代碼；

5、在Inkscape中打開新圖；

6、設置文件觀察器，每當通過按下Ctrl+S將圖形保存為svg文件時，也自動保存為pdf+LaTeX，讓之前的保存對話框不再彈出。

Gilles已經給出了在VimTeX中的設置：

inoremap <C-f> <Esc>: silent exec ‘.!inkscape-figures create “’.getline(’.’).’” “’.b:vimtex.root.’/figures/”’<CR><CR>:w<CR>nnoremap <C-f> : silent exec ‘!inkscape-figures edit “’.b:vimtex.root.’/figures/” > /dev/null 2>&1 &’<CR><CR>:redraw!<CR>

下面感受一下實際效果：

按下Ctrl+F，LaTeX開頭插入圖形的代碼部分自動完成。

如果想編輯一個圖形，可以按下Ctrl+F打開一個選擇對話框，搜索當前文檔中的圖形。選擇其中一個後，它會顯示Inkscape中的圖形。保存圖形時，會將插入圖形的代碼複製到剪貼板。

這些快捷方式使得添加和打開圖形變得輕而易舉，不必記每次手動將圖形保存為pdf+LaTeX格式。具體的腳本可以去GitHub項目頁下載，地址附在文末。

繪製圖形

小哥説，在大多數情況下，用Inkscape來繪製圖形，要比使用TikZ要快得多。

但是與手工繪製相比，還是要慢很多，就算用上Inkscape內置的快捷方式能夠加快速度，但也很難達到目標。

因此，小哥用Python編寫了一個定製的快捷方式管理器，來完全控制每個按鍵的“解釋”方式。

他説，這給自己畫圖帶來了很大的靈活性。

繪製形狀

從Inkscape內置的鍵盤快捷鍵開始説起。比如説，按下R，可以激活矩形繪製工具，E可以用來繪製橢圓等等。

就實現而言，這意味着快捷方式管理器會“重播”這些“鍵盤事件”，也就是説，將它們傳遞到Inkscape中，然後執行命令。

在小哥的設定中，用W和F替代了Inkscape默認的鉛筆快捷鍵和曲線工具的快捷鍵P和B。

他説，在自己右手使用鼠標的時候，使用這些快捷鍵的會更舒服、更順手一些。

基於用左手按快捷鍵的思路，他還將Z鍵設定為“取消”，Shift+Z設定為“刪除”，X設定為很難按到的**%**等等。

組合鍵與常用樣式

設定繪圖樣式， 是小哥使用Inkscape做的第二件事。他用來繪圖樣式很簡單：

形狀，比如矩形或者圓形，多為黑色、淺灰色、白色或透明的，在操作的時候，可以選擇輪廓的線條。

線條（包括輪廓）大多是實線、點線或虛線。它們有些非常寬，有些也帶着箭頭。

整體如下圖所示：

這些繪圖的樣式是小哥經常用到的，他希望能夠快速調用起來。但是，使用Inkscape的快捷方式太麻煩了，需要很長的時間。比如，將下面的圓和方框的樣式從黑色實邊轉換成灰色虛邊：

你需要按下Ctrl+Shift+F打開樣式面板，然後通過鼠標點擊相應的按鈕，來改變每個對象的樣式。而且，在Inkscape的快捷方式設定中，根本無法通過鍵盤做到這一點。

小哥認為，這太討人嫌了。理想情況下，完成這一操作應該只需要幾分之一秒。

這就是組合鍵發揮作用的地方。一個組合鍵就是一個快捷方式，有兩個或多個按鍵組成。

比如，小哥同時按下S和F的時候，他的快捷方式管理器，就會對選定的對象使用實線筆畫並進行灰色填充。想要筆劃變粗？同時按下S+F+G就行了。

在這樣的設定下，每個樣式屬性，都對應一個按鍵：S代表正常筆劃，F代表灰色填充，G代表加粗，A代表加粗，D代表點線等等。

這些表格中的某些樣式只響應一個鍵，比如左上角的樣式：F代表只填充灰色而不改變筆劃。這可能帶來快捷鍵衝突的問題。

比如按F也是用來調用曲線工具的快捷鍵。解決方式是空格+F，用空格來充當一個佔位符。

使用這些組合鍵，之前的問題可以通過按幾個鍵來解決了：

F+S，能夠使矩形變成灰色，並應用實線邊框。

F+H+E代表填充灰色和使用非常粗的虛線。

A+G+D則是增加箭頭，並應用點線樣式。

添加文本

繪圖的另一個重要部分是添加文本。圖形中通常會包含數學公式，小哥就想着能夠使用自己在Vim裏面設定好的“代碼片段”。

為了實現這一點，他設定按T來打開一個小的Vim窗口，在這裏可以輸入LaTeX代碼。在退出的時候，可以在Inkscape中插入一個文本節點：

正如上文所述，在文檔中插如圖時，可以用LaTeX來輸入文本。如果想要立即插入文本怎麼辦？小哥説，可以用Shift+T來做到這一點：

這兩種選擇各有優缺點。小哥主要選擇第一種方法， 因為文本是由LaTeX文檔呈現的。

這意味着字體將始終匹配，並且可以使用文檔中定義的宏。然而，一個缺點是文本的定位有時有點困難。

由於在Inkscape上很難看到最終結果，有時需要從Inkscape跳轉到PDF閲讀器上看結果，然後再回來微調。

保存和較少使用的樣式

雖然組合鍵能夠滿足90%的使用需求。但小哥有時候還想玩點新花樣：使用自定義的樣式。

比如繪製光學領域的圖形，就需要一個玻璃和射線的樣式了。想要實現這一點，首先要在Inkscape 使用默認的快捷方式創建樣式：

選擇其中的一個對象，然後按下Shift+S就可以保存這些樣式了。然後鍵入新樣式的名稱，比如“glass”，然後按回車鍵確認，之後就可以使用它了。

之後，只需要選擇一個對象，按下S，並鍵入“glass”，就可以將相應的樣式應用到這一對象上。而且，也沒必要輸入全名，如果“g”沒有其快捷鍵，只需要輸入“g”就行了，如果有，可以輸入“gl”或者“gla”。

添加和保存對象

在小哥的設置中，最後一個部分是添加和保存對象。他説，自己可以用A來添加，然後用Shift+A來保存。例如，按A並輸入“ec”，會添加一個橢圓曲線：

​另一個例子是，按A並輸入“dg”，會添加一個“鍵孔”，也可以使用“Ctrl+-”從給定的形狀對其進行細分：

此外，還有一些圖像涉及到2D和3D軸圖像，在複分析以及微分幾何中，會經常用到。

如果你想親自嘗試一下，你可以在這裏下載Inkscape：https://inkscape.org/

可以在GitHub上找到小哥管理圖形的腳本，鏈接：https://github.com/gillescastel/inkscape-figures

以及，小哥的Inkscape快捷方式管理器，鏈接：https://github.com/gillescastel/inkscape-shortcut-manager

不過，這兩個腳本，都只能在基於Linux的系統上工作。

小哥説， 第一個腳本應該可以開箱即用，而第二個腳本可能不行。

最後附上原博客地址：https://castel.dev/post/lecture-notes-2/#