數學文章?Word還是LaTeX?

本文作者,David Matthews,《自然》特約作者。

翻譯作者,Swimmer,哆嗒數學網翻譯組成員。


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各路廠商一直在試圖開發文字處理軟件中支持LaTeX排版語言的公式編輯器。下面描述瞭如何入手做這件事。


數學文章?Word還是LaTeX?


使用LaTeX還是Word?對於物理學家和數學家們,答案是顯然的。但是對於其他領域的科學家們,LaTeX的優點還未被充分認識到。


LaTeX作為一個用於創建和精確排版科學手稿件的開源軟件系統,它的工作方式更像是編寫代碼而不是寫作。自1985年問世以來,它一直流行於數學、物理和計算機科學等學科。


支持者之所以青睞LaTeX,是因為它提供的對文檔排版的完全控制,或者說它代表了對一些商業軟件開發者尤其是微軟的一種叛逆。另外的人則認為LaTeX過於複雜,雖然用它可以最大限度完成自己的排版需求。2014年的一個研究(M. Knauff & J. Nejasmic PLoS ONE 9, e115069; 2014)讓來自不同領域的科學家評測微軟Word和LaTeX。根據數據科學公司Altmetric(Altmetric由Holtzbrinck出版集團旗下的Digital Science公司所有,Holtzbrinck出版集團在Nature出版社的Springer Nature擁有股份)的數據,這篇文章成為下一年線上討論最多的十大文章之一。而這篇文章已經被瀏覽超過240,000次。


然而在過去幾年中,這些編輯工具的界限已經模糊了。在2017年,微軟使在Word中已經可以直接使用LaTeX的語法編寫公式,而且在2018,微軟放棄了Word內置的公式編輯器。其他一些文本編輯器也開始支持LaTeX的語法,允許新用戶在其中隨心使用LaTeX。


“對於我來說,當我想要精確排版時我會選擇LaTeX,當‘差不多就行’時以及我的合作伙伴都用Word時,我就用Word”費城的賓夕法尼亞大學的生物信息學家Casey Greene如是說。



編寫公式代碼


不像Word,LibreOffice以及Open Office這些“所見即所得”的文本編輯器,用LaTeX寫文檔就像是編寫代碼。普通文本被放進花括號中,描述文本格式的命令放在括號前面(例如,斜體字用命令 extit{text},黑體字用命令 extbf{text}),而表格是一塊一塊生成的。這些源代碼隨後被編譯成簡潔流暢的PDF便於閱讀。


公式編寫被認為是LaTeX最擅長的方面(參見《在LaTeX中編寫方程》)。這種語言擁有大量的快捷方式來展示數學符號。(2017年版的《LaTeX綜合符號列表》The Comprehensive LaTeX Symbol List包含約14,000個符號)加拿大倫敦西部大學的心理學家John Paul Minda說:“我開始使用LaTeX的原因之一是我能夠輕鬆編排出漂亮的公式。”



用LaTeX中編寫方程


在LaTeX中生成愛因斯坦著名的方程E = mc^2就跟直接手寫一樣簡單。


唯一的不同是“倒V符”(^),它表明其後的數字是個上標。但是為了在LaTeX中恰當地展現方程,你需要把方程內容包在一個指令中。方括號和反斜線([E = mc^2])能讓方程在它所在行居中顯示,而如果用美元符號來包含方程($E=mc^2$E=mc2),那麼方程會被置於文本中,而不會單獨成行。


LaTeX文檔通常在頂部包含命令來明確文檔的長度和寬度(例如A4紙大小)以及格式。為了讓數學命令生效,使用者必須事先聲明使用的哪些數學包。TeX綜合檔案網有超過5,000個工具包,能讓LaTeX用戶使用各種各樣的文字,從作家J. R. R. Tolkien(譯者注,代表作品有《霍比特人》、《魔戒》)腦袋裡的精靈文字到蒙古文字,以及模仿報紙的排版風格。


對於更加複雜的方程,用戶需要學習他們想要使用的命令的句法規則。例如,分數可以通過輸入rac{numerator}{denominator}來創建,int_{a}^{b}表示區間[a,b]上的積分。這樣,函數x2 + (1/2π)x在區間[0,100]上的積分可以寫成int_{0}^{100} x^2 + rac{1}{2pi}x dx。基於瀏覽器的編輯器Overleaf在go.nature.com/2eh1daz上提供了LaTeX方程編寫的概述。


不得不說,2014年的一個比較LaTeX和Word兩種編輯器的研究表明,LaTeX僅僅在公式編輯上的表現好於Word。另外文章作者還注意到,儘管LaTeX用戶“頻繁說明他們有偏好的編輯器”,但如果處理文本和表格,Word被證明更為快速且用戶更少犯錯。


甚至一些LaTeX批評者例如倫敦國王學院的一位計算社會科學家Daniel Allington也得承認LaTeX編輯方程比其他工具更優秀。這位學者曾在他的博客上痛罵那些被他稱為“LaTeX迷戀狂”的人。


但是Allington同時也指出,如今科學家可以在使用LaTeX的方程句法規則的同時而不必拋棄“所見即所得”的編輯器。例如,Allington使用了一款叫做MathJax的線上工具。他往一個網頁表格中插入了幾行LaTeX代碼——不必進行任何安裝——然後MathJax就在一個網頁中生成了對應的方程。


Word用戶也可以直接用LaTeX語法進行編寫,然後點擊將其轉換成排版好的公式。微軟聲稱Word支持“大多數”LaTeX表達式,然而它的網站列出了不支持的20個關鍵詞(例如角度符號degree)。


對於谷歌文檔用戶,Auto-LaTeX附加組件可以將LaTeX公式轉成嵌入圖片。波士頓東北大學的海洋環境科學家Katie Lotterhos說,這些組合工具對她來說尤其有幫助因為她的大多數合作者不知道如何使用LaTeX。她補充道,有個缺點是,這種組合工具把公式以圖片的方式插入文檔“便於同行審議但對於排版人員來說並不常見”。


類似的,LibreOffice作為Word的免費替代品,它的用戶可以用一個叫做TeXMaths的擴展工具編寫公式,它能將LaTeX語法轉換成一個PNG或者SVG格式的圖片。


掌握LaTeX


希望進一步瞭解LaTeX的用戶可以安裝一個LaTeX軟件包,例如在Windows平臺運行的MikTeX,在Mac OS運行的MacTeX以及適用於Linux系統的TeX Live。這些軟件都是免費下載和使用的,而且包括了將LaTeX“源碼”編譯成PDF的工具。雖然一個微軟發言人聲稱他們確實為一些機構的研究人員提供了免費的線上Word版本,但是Word還是向每位使用更多Office軟件套裝的用戶收取了每月8.25美元的費用。


這些LaTeX軟件包為在LaTeX中編寫整個PDF文檔敞開了大門。Philip Judge作為一位LaTeX的支持者以及位於科羅拉多州博爾德的High Altitude天文臺的一名天文學家,認為這樣能讓研究人員“真正控制”文檔的外觀。而對於英國牛津大學的進化人類學家Laura Fortunato來說,正是因為文字處理器的“不可靠”促使她在博士期間學習使用LaTeX,這種“不可靠”體現在當“你認為你編輯沒有出錯時”,這些文字處理器卻可能會出現“隨機的”錯誤。


但有時候用LaTeX編輯會讓人感覺繁瑣。“對我來說LaTeX主要的缺點是我必須不斷地編譯文本來查看文檔是什麼樣子的,然後如果編譯出錯我就得花時間來追蹤錯誤。”同樣是牛津大學的鑽石生長研究員Shannon Nicley這樣說。


Nicley的解決方法是使用基於瀏覽器的編輯器Overleaf,它可以實現多人協作編輯科學文檔(Overleaf也是屬於Digital Science的產品)。Overleaf能夠在顯示文章源碼的同時在旁邊顯示實時PDF,這意味著使用者可以迅速看到他們對源碼的修改如何轉為完成的文檔。個人用戶可以免費使用Overleaf,但如果想要使用更多功能就要每月支付14美元,例如協同辦公以及實時同步到代碼分享網站GitHub。


那麼我們值得精通LaTeX嗎?這取決於研究者:是否頻繁使用公式,是否需要精細控制PDF,是否有時間去學習一門新語言。


LaTeX基本的文檔編寫相對直接。然而製作表格卻並非如此。不像Word,LaTeX表格不能直接畫出來放到頁面上,必須一維一維地編程序。在2014年的調查中,即使是LaTeX專家,比起使用Word的新手,在30分鐘的測試時間中用 LaTeX生成表格犯了更多的錯誤,編輯的文本也更少。Nicley說:“在LaTeX中生成表格讓人望而生畏,即使你之前已經做了很多遍。對我來說更快的製作表格的方式是打開一個新的Excel表格,然後把表格的基本內容打出來,再直接複製粘貼到Word,這樣我能很方便地調整表格的外觀和內容。”


LaTeX並不是唯一的編程式的文檔排版工具。Allington經常使用Markdown,他認為它比LaTeX更加“輕量級”,因為排版命令更加直接清晰。威斯康星大學麥迪遜分校的計算生物學家Anthony Gitter說,Markdown“幾乎沒有技術性的句法規則可供文檔編輯參與者快速上手”。這是Gitter和他的同事包括賓夕法尼亞的Greene使用Markdown撰寫生物和醫藥方面的深度學習公開評論的原因之一。Gitter警告說,文檔編輯參與者的修改會讓代碼無法編譯成PDF,這種事情在LaTeX的合作編輯中更加可能發生。


莫斯科物理技術協會的研究員Dmitry Fedyanin說,部分雜誌和會議不接受Markdown格式的文檔。


《自然》製片總編輯Simon Gribbin舉例說,《自然》雜誌更喜歡用Word寫的遞交的文章,因為雜誌的排版系統要求這種格式。然而依然有大約十分之一被接受的文章是LaTeX格式的;Simon說這些文章在被髮給技術編輯之前會被轉成Word格式。


但由於《自然物理學》雜誌包含了很多廣泛使用LaTeX的學科,這些雜誌編輯對文檔格式的要求更加靈活。雜誌主編Andrea Taroni解釋說:“LaTeX正是物理學家們追求的編輯器,如果想讓他們改用其他編輯器,無異於試圖將一群亂跑的貓趕到一塊。”


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