[LaTeX 绘图指南 - 001] TikZ 的简介、资源以及学习方法

我本来这个系列是想起名叫 [TeX 绘图指南] 的,不过考虑到很多人搜索的时候习惯用 "LaTeX" 而不是 "TeX",所以我就像现在这样命名了。

TikZ 能干啥

TikZ 是 LaTeX 下的一个(著名的)绘图宏包。那么 TikZ 能干啥呢?

流程图,脑图,类图,函数图,RNA 密码子表,韦恩图,分形,化学元素周期表等等。

如果你觉得还没看过瘾的话,可以到 TikZ and PGF examples 继续欣赏。

这么说吧,绝大多数能够精确描述的矢量图,理论上都可以用 TikZ 画出来。

(PS:我以前写过一篇(还没有写完的)文章,详细对比了不同作图工具的优劣,以及适用场景,见: 常见绘图工具的对比

TikZ 的名字由来

TikZ 的德文原文是 TikZ ist kein Zeichenprogramm, 这是一个 "GNU's Not Unix!" 式的递归缩写。(是的,无聊的程序员们就是很喜欢这种文字游戏。)

翻译成英文就是 TikZ is not a drawing program,中文意思是“TikZ 不是一个绘图程序”。(程序员式冷幽默)

我在 PGF/TikZ 中文手册 里将其译作“绘何物为”,用了拼音的递归:Huì hé wù wéi。意即“‘绘’是什么呢”,当然也可以将“绘”直接作为动词,理解成“绘制什么呢”。这样中文含义就和原文含义形成一问一答,无论是形式上还是内容上,都有了合理的对应。

当然,这里夹杂了我的私货,正文中依旧使用 TikZ 来指代这一绘图系统。


Till Tantau 其人

TikZ 宏包的作者叫 Till Tantau,1975 年出生,现年 43 岁,在德国吕贝克大学理论计算机科学学院当教授。

TikZ 又叫 PGF/TikZ 宏包,这是因为 TikZ 发端于 PGF(Portable Graphics Format,便携式/可移植图形格式)。是的,形式上借鉴了 PDF(Portable Document Format,便携式/可移植文档格式)。

实际上,TikZ 只是 PGF 的一个前端,任何人(闲得慌的话)都可以基于 PGF 写一套自己的前端。

那时候 Till Tantau 还很年轻,他想给自己的博士论文配点图,所以写了一些简单的宏。结果写着写着就收不住了,于是就变成了今天这样一个庞大的宏包,并且形成了一套系统的图形语言。这个宏包 2003 年上传到 CTAN 的时候,就叫 PGF。

你说我一个 LaTeX 的宏包,怎么就变成一套图形语言了?

除了 PGF/TikZ 之外,Till Tantau 还写了另一个宏包,叫 Beamer,相当于 LaTeX 界的 PPT。

Till Tantau 这人是个文档狂魔……

我第一次接触 Beamer 宏包的文档时,一看有 200 多页,人都傻了。毕竟我那时候没见过世面,一般宏包的文档大概也就几十页,看过的页数最多的是 ctex 宏包文档,也不过是 100 多页(然后只有前30多页是面向用户的,后面的100多页全是代码实现……)。

直到我后来看到 1000 多页的 TikZ 宏包文档……

所以我现在见到其他几十上百页的宏包文档,内心已经没有任何波动了。


PGF/TikZ 相关的学习资源

PGF/TikZ 相关的学习资源很多,可以参考这个项目:xiaohanyu/awesome-tikz

基本列出了常见的高质资源,语言大多为英文。

中文资源相对零碎,社区用户也不够活跃,资源比较集中的地方有:

如果你英文较好,或者对 PGF/TikZ 已经有了一定了解,建议还是参考英文资源,并且善用搜索引擎(Google Is Your Friend),选择合适的英文关键词。

自然,我也在翻译 PGF/TikZ 的英文文档,项目地址在:Hansimov/pgfmanual-zh。目前还在早期阶段。

不过,如果你刚接触这个宏包,或者更愿意阅读中文教程,不用担心,这个系列专栏就是为你准备的。希望你能从中获得知识和乐趣。

TeX 社区是非常欢迎新人的。毕竟在 Word 一统江湖的情况下,TeX 党要团结一切可以团结的力量。

“总而言之,要团结一切可以团结的 TeX 用户,这样,我们就可以把 Word 派缩小到最少,只剩下 Markdown 主义和少数亲 Markdown 主义的分子,即同 Markdown 主义有密切联系的程序员和博客作者。对我们来说,朋友越多越好,Word 派越少越好。”(摘自 Hans《我们要坚持 TeX 主义一百年不动摇》)


怎么用好这些学习资源

虽然 xiaohanyu/awesome-tikz 里面列出的链接非常详尽,不过我知道你们是懒得点进去看的。

资源在精不在多,所以我就提炼一下,选取比较重要的几个说一说:

关于这些资源该怎么用,其实不同人需求不同,背景知识和学习能力也有差别,因此没有适用于所有人的方法。

**最重要的是兴趣。**比如我是手残党,画画写字都不行,所以非常依赖计算机帮我排版优美的文档和图表,因此在这方面的兴趣就非常浓厚,钻研得自然也就相对多一点。(我也想像那些大触一样,手绘各种好看的作品啊……)

**首先,如果能吃透近 1200 页的英文文档,我想你大概就神功大成(身败头秃)了。**Till Tantau 写的文档真的是深入浅出、巨细靡遗,我每次看都自叹弗如、望尘莫及。看文档当然不仅仅要看内容,还得看他是怎么组织的,而且有时候在文档的源代码里,也能学到各种眼前一亮的 LaTeX 技巧。当然,这个文档也可以当成字典来用,实用中碰到想不起来的,直接到文档的对应位置查阅即可。

除了 Till Tantau 写的文档之外,还有一个列在 CTAN 上的 PGF/TikZ 文档:A very minimal introduction to TikZ,能让你了解一下基本的命令,大概半小时就能读完。不过个人感觉这个文档并不出色,初学者看完发现自己顶多画个圆,可是教练我想画的明明是上面你列举的那些牛逼闪闪的图啊。然而既然 CTAN 上把这个文档列出来了,我也只好提一下以示尊重。

其次,TeXample 上的各种样例值得反复观摩。“凡操千曲而后晓声,观千剑而后识器;故圆照之象,务先博观”。一个是看 TikZ 能做到什么程度,二个是看那些大牛是怎么做到的。源码下载下来,先看看它画了啥,再跑一下看能不能跑通,然后再改一改,看看不同地方是做什么的,最后再试试能不能自己也画一个类似的。这跟书法和绘画中的临摹是一个道理。

**然后,是 VisualTikZ。**它类似一个 cheatsheat,也就是命令清单,罗列了各种命令的各种用法和细节,比 Till Tantau 的文档更像一本字典。大概记得什么命令在文档的什么位置就好了。

**再者,是 TeX 社区上带有 tikz-pgf 标签的问题:Questions tagged [tikz-pgf]。**目前这个 tag 下已经累计超过 2 万个问题了,也就是说,作为初学者,你碰到的绝大多数问题一定有人已经碰到过、并且解决掉了。如果你谷歌自己的问题,发现第一个弹出来的是 TeX - LaTeX Stack Exchange 或者简称 TeX.SX 里的链接,那么你的问题有九成的概率可以解决了。

顺便一提,没事可以浏览一些 Votes (投票)比较高的提问,因为这些是最常见的问题,也就意味着你碰见它们的概率也最高。然后 TeX.SX 里有好多大佬喜欢在问题的评论区回答,而不是直接写成答案,所以这些评论也是有必要都过一遍的。

**另外,就是善用搜索引擎。**真的,利人利己。这已经是老生常谈了。

当然,如果你确实没有搜到某个问题的答案,那么有两种可能:一是你没有搜索合适的关键词(九成概率),二是确实没人问过这个问题(一成概率)。这时不用顾虑和害羞,直接在 TeX.SX 上提问。一般情况下已经有类似问题了,这时会有大佬告诉你,你这个已经 duplicated (重复)了,然后甩给你一个链接,这时只要乖乖地点到对应链接学习就好了。如果真的没人碰到过这个问题,而且半天也没人回答,那么反思一下,这个问题是否是真实或合理的需求,对于这种非常边缘和比较个人的问题,要么把它扔在一旁,要么尝试自己动手解决。

关于如何提问,这里有一篇 提问的智慧,当然各种地方你都能搜到这篇贴子及其变种。

**最后,想要进阶的话,功夫就在 TikZ 之外了。**除了熟练使用各种绘图命令以外,还得清楚一些 TeX 的底层原理,要涉猎排版和设计领域的知识。这不但是个体力活,也是个技术活,更是个艺术活。我目前还没有修炼到这层境界,自然也就不敢给出建议,期待有大佬能够指点一二。


不知道多少人能看到这里,毕竟通篇都没有写这个宏包该怎么用。Talk is cheap, show me the code,教练,你整这么多虚的没用,最起码给个能跑的例子啊。

怎么说呢,“臣之所好者,道也,进乎技矣”。哈哈没有啦,我们下一篇就讲,别急。

我想,最终能用好并且喜欢上 TikZ 的人,应该也不会在乎这一两篇的工夫。

选自:https://github.com/Hansimov/tikz-intro/blob/master/001%20intro/001_intro.md 

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