使用LaTeX做出精美的論文

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使用LaTeX做出精美的論文

卷期：v0014
出版日期：2010-09-20

作者：周秉誼 / 臺灣大學計算機及資訊網路中心作業管理組碩士後研究人員

高納德教授設計的TeX系統，對排版有著深遠的影響，是學術寫作不可缺少的工具，更是許多期刊、研討會接受的標準格式。使用LaTeX預先定義好的文件類別，能夠快速簡便地完成論文排版的工作，研究人員可以把焦點放在文章的內容，不需要花費大量時間與格式搏鬥，更能夠產出經典的學術論文。

前言

使用Office Word製作畢業論文、作業排版時候，常會碰到一些奇怪的問題，使得論文寫作的效率降低。比如各項格式的調整，好不容易把縮排、段落間距、換頁位置和參考文獻的格式，調整為符合這個研討會要求的格式，結果要投期刊的時候，同樣的事情又要再做一次。辛辛苦苦把上下標都設定好了，結果一套用格式就全部變成一般大小的字體了。新增修改了內容後，目錄的頁數沒有更新，參考文獻的編號有變動，結果顯示的頁數、註標的編號完全不對。當論文的頁數變多後、加入大量表格圖片後，開啟Office Word的速度就變得很慢、很常當機。指導教授針對論文修改之後，很難整理出修改過的地方，沒辦法有系統地保留多個版本，並比較不同版本間的差異。編輯數學方程式很麻煩，編排出來的字體、排版效果又讓人不滿意。不管花再多時間調整格式設定，就是沒辦法做出著名論文那種經典、有深度的排版風格。

TeX與LaTeX

1970年代，當高納德 (Donald E. Knuth) 要印製他的名作<計算機程式設計的藝術> (The Art of Computer Programming) 時，也碰到了類似的問題。他發現，書商使用的排版軟體 (typesetting system) 沒有辦法順利地將書中的數學式子正確排版，因此Knuth決定要自己開發一個適合學術寫作和數學式子的排版系統，也就是TeX。TeX讀作 /tɛx/ 或 /tɛk/，是一個低階的排版語言和系統，只要使用一般的文字編輯器，像vi或notepad，就可以在版面上做任何設定。TeX有兩個有趣的地方，TeX的版本編號和一般軟體不同，它是在舊的版本編號的最後面，多加一個位數，讓版本編號越來越接近圓周率 (π)，如現在最新的版本號碼就是3.1415926。另一個有趣的地方是，每找到TeX軟體中的一個bug回報給Knuth的話，他會提供獎金，獎金的金額每年倍增，直到$655.36為止。由於Knuth強大的程式功力及熱心人士的幫忙，TeX十分穩定且提供一個在不同平台都能產出相同結果的排版環境，二十年來深深影響了排版軟體的使用習慣。

雖然TeX功能強大，可是針對各種細節都需要由使用者定義清楚，為了方便使用，會把常用到的設定和功能定義成巨集 (macro)，於是就產生了LaTeX。LaTeX可以想成是TeX的前端，它預先定義好一些常用的文件類別的巨集，如短文 (article)、論文 (report) 等，讓使用者在寫作的時候可以直接套用，把注意力放在文章的內容。而且LaTeX以LaTeX Project Public License發佈，是一個自由軟體 (free software)，在任何作業系統平台都可以移植使用。

Tex的Live CD

Tex Live是一套TeX的整合發行套件 (distribution)，TeX Live整合了TeX相關的程式、許多巨集套件和字體，包括LaTex、algorithm2e、AMSmath、CJK等等非常常用的套件及PS (PostScript) 轉檔程式等，提供使用者一個非常簡單的安裝方式及使用環境，還可以以Live CD的方式運行，不用安裝就可在各種作業系統上使用。目前幾個常見的Linux發行版 (distribution)，如Debian、Ubuntu、Fedora等，都已經改用TeX Live作為系統預設的TeX系統。

TeX Live 2009的Live CD的映像檔 (ISO)，可以從TeX Live官方網站下載，燒成光碟或在作業系統中掛載後，在CD的最上層目錄中找到tl-portable批次檔，執行後會開啟一個TL-SHELL的命令提示字元視窗，在這個視窗中就可以使用latex、bibtex等TeX指令來將LaTex檔案產生排版完成的文件了。

基本的LaTeX文件

下面是一個最基本的LaTeX檔案，可以用任何純文字編輯軟體，如vim、notepad編輯後存成.tex檔案。其中由反斜線 (backslash) 開頭的單詞就是LaTex的指令，一開始先用\documentclass指令宣告這份文件的類別；方括號內的部份是選擇性的參數，如12pt用來指定本文的字體大小；大括號內是文件類別，研討會、期刊論文每節 (section) 連續顯示的格式，大多可用article；碩博士論文等每章 (chapter) 會從頁首開始的格式，可用report；而如果要每章的開頭都由奇數頁開始的書籍格式，可以使用book。接下來的title和author指令宣告了這個文件的標題和作者的資訊，使用\maketitle指令時可以利用這些訊息印出標題或標題頁。在\begin{document}之前，是用來進行整個文件的格式設定；在\begin{document}和\end{document}之間，就是文件內容了，只要把想要寫的內容寫在這個區塊裡，LaTex就會依照文件類別，自動地編排文件的排列方式。如果要將文章分成不同的章節，可以使用\chapter及\section指令，後面的大括號裡是章節的標題，需要注意的是article類別的文件是沒辦法使用\chapter的。需要編輯數學方程式時，使用\begin{equation}進入方程式環境，就可以編寫任何想表達的方程式了，編輯完成後再用\end{equation}回到原本的內文環境。

編輯完成後，在TL-SHELL裡使用pdflatex指令，可以把剛才的LaTex文件編譯成排版完成的PDF文件，就能用Adobe PDF Reader等PDF閱讀軟體瀏覽了。如果在編譯過程有發生錯誤，pdflatex會把錯誤訊息顯示在畫面裡，詳細的編譯資訊會記錄在.log檔案裡。

BibTeX文獻管理系統

想要在文章之中想要加入參考資料和引用文獻時，可以利用BibTeX這個參考文獻管理套件來幫忙。BibTeX使用副檔名為.bib的純文字檔，列出所有參考文獻的詳細資訊，這些資訊包括這個文獻的種類、在LaTeX中用來連結到這個文獻的關鍵字、文獻的標題作者、年份、出處等等。

下面是一個基本的BibTeX範例。最前面@符號後用來指定這筆文獻的類別，不同類別的資料會需要不同的文獻資訊，@article是期刊論文、研討會論文則是使用@inproceedings，正式出版的書籍可用@book。接在大括號後面的是在LaTeX中用來連結到文獻的關鍵字，可以使用作者姓氏的第一個字母加上發表的年份。在每筆文獻中的author、title、journal等資訊，如果在LaTeX文件中有被參考到，會自動依格式整理並在LaTeX文件中列出。一些論文的入口網站，如ACM Portal等，也會提供每篇論文的BibTeX資料格式，可以直接使用。

在LaTeX文件中連結BibTeX的文獻資料，可在有參考到該文獻的地方，用\cite指令指定該文獻的關鍵字，通常會在\cite前加上一個取代符號 (tilde, ~)，以免排版在行尾時和前文不相連。使用\bibliography指令就可以列出所有引用到的文獻列表，大括號裡是BibTeX檔的檔名。還要使用\bibliographystyle指令指定文獻編排的風格，unsrt是依引用的順序編號、plain是依字母順序、alpha是用作者加年份來代替數字，如果期刊有特別的規定，也會提供副檔名為.bst的BibTeX的風格檔。

使用BibTeX，在編譯LaTex文件時會分為三個步驟，先呼叫一次pdflatex產生log檔，再用bibtex依照log檔建立BibTeX資料庫及連結，最後再用pdflatex產生正確連結的PDF文件。

在LaTeX中引用圖檔

如果要在LaTeX的文件裡加入JPEG、PNG等非向量圖片，可以使用graphicx這個套件。首先在LaTeX文件開頭用\usepackage{graphicx}指令，宣告要使用graphicsx套件。在本文要加入圖片的段落，以\begin{figure}進入圖片環境，行末方括號中可以設定圖片放置的位置，h代表要放置在離這個段落最接近的地方、t代表本頁的開頭、b代表本頁的結尾。進入圖片環境後，以\includegraphics指令指定圖片的檔名，方括號中可用scale參數來調整縮放的比率。指令\caption可以設定圖片的標題，如果配合\label指令設定參照用的關鍵字，就可以在本文中以\ref指令直接顯示參照到的圖片編號。如果是架構圖、流程圖或統計圖表等，在繪製圖表時可以用xfig、gnuplot等軟體，直接輸出成eps (Encapsulated PostScript) 檔案，並在LaTeX使用epsfig套件引入圖檔。這樣在放大縮小圖片時，才不會有變形、失真等現象。

中文環境與版本控制

在TeX及LaTeX設計時，畢竟沒有考慮到非英語系的情況，所以在LaTeX中想要使用中文字，要用CJK套件，在CJK的環境下才能使用中文。比較需要注意的是，在CJK的環境裡最好用UTF-8的編碼方式，才不會碰到LaTeX將中文字碼誤認為指令的問題。如果沒有額外安裝中文字體，也可以直接使用bkai和bsmi這兩套內建的字型。配合CJKvert提供的直書功能，就可以輕鬆產生論文的封面和書側了。

撰寫時間很長、或多人同時編輯同一份文件時，最麻煩的就是版本控制(version control)。LaTeX文件是以純文字的模式進行編輯，因此可以使用任何一種常見的版本控制系統來進行版本控制，如SVN或Mercurial等軟體。當進行修改後，將改動的部份送入 (commit) 版本控制的主機，其他人就可以使用版本控制軟體提供的差異比較 (diff) 功能，直接觀看經過改動的部份，或更新 (update) 到最新的版本。

結語

從TeX系統問世以來，就一直是最好用的排版系統之一，能讓使用者省下很多調整排版格式的時間，也是許多期刊、研討會指定的稿件格式。雖然TeX系統一開始是為了學術寫作，尤其是數學、理工文章而設計的，但是TeX系統提供了很高的彈性，還有許多好用的套件，對排版、出版界的影響相當深遠。進入新的網路時代，線上和自動文件系統為了與資料來源，如XML等連接，TeX就可以擔任系統的後端，程式設計師只要調整TeX的語法，就能完成自動排版工作，輸出格式正確的文件。TeX系統是很深入而且廣泛的，還有好多有趣好用的功能沒辦法在短短的篇幅裡介紹完，不過只要掌握了TeX的基本功能，想要寫出格式工整、外觀精美的文章，就不是難事了。