LaTeX

基本操作

TeX Live をMacにインストール

とにかく動く環境が欲しい人は、素直にフルのMacTeXをインストールするだけ。ただし2GB以上の大きなインストーラをダウンロードする必要があるので注意。 BibDesk, LaTeXiT, TeX Live Utility, TeXShop などのGUIアプリが不要で、必要なパッケージをコマンドラインからインストールできる人は下記の手順で小さくインストールできる。

https://www.tug.org/mactex/ から BasicTeX.pkg を入手してインストール。あるいは brew install --cask basictex
/Library/TeX/texbin/ にパスを通す。基本的には /etc/paths.d/TeX 越しに自動的に設定されるはず。
今後の tlmgr 操作で管理者権限を使わなくて済むようにパーミッション設定: sudo chown -R $(whoami):admin /usr/local/texlive/
tlmgr update --self --all で諸々アップデート。

TeX Liveの新パージョンが年1回リリースされるので、そのときはインストールからやり直す。 (tlmgr update では更新できない)

TeXをPDFにコンパイル

ソースコードを書く

\documentclass[a4paper]{article}
\begin{document}
Hello, World!
\end{document}

ターミナルからコンパイル:
```
pdflatex hello.tex
open hello.pdf
```

MacTeXに含まれるTeXShopというアプリを使えば、原稿書きからコンパイルまで面倒を見てもらえるので、ターミナルにコマンドを打ち込む必要はないらしい。

`latexmk`

引用文献や図表への参照などを入れたりすると pdflatex を一度実行するだけではPDFが完成せず、コマンドを何度か繰り返し実行しなければならなくなる。 latexmk はそのへんをうまくお世話してくれる。

対象の .tex ファイルを明示的に指定してもいいし、省略してディレクトリ内のすべてのファイルを対象にしてもいい。

latexmk -h    # print help
latexmk       # generate document
latexmk -pv   # preview document after generation
latexmk -pvc  # preview document and continuously update
latexmk -C    # clean up

設定を ~/.latexmkrc とかに書いておける:

$pdf_mode = 1;
$pdflatex = 'pdflatex -file-line-error -halt-on-error -synctex=1 %O %S';
$lualatex = 'lualatex -file-line-error -halt-on-error -synctex=1 %O %S';

https://www.ctan.org/pkg/latexmk

SyncTeX

ソースコードとPDFの対応箇所を行き来するための仕組み。

Skim to source: shift-cmd-click
VSCode to PDF: alt-cmd-j

tlmgr でパッケージ管理

BasicTeXの場合は最小限のパッケージしか付いてこないので、必要なものを別途インストールする。 “By default, installing a package ensures that all dependencies of this package are fulfilled” と言っていて実際tlmgr自体はそういう作りになっているが、多くのパッケージで依存関係がちゃんと記述されていないので、実際にはエラーを読みながら依存パッケージを手動でインストールすることになる。

tlmgr update --self --all
tlmgr search --global japanese
tlmgr search --global --file zxxrl7z
tlmgr info --list newtx
tlmgr install chktex latexmk

管理者権限不要の --usermode も用意されているが、なんかうまくいかないので必要に迫られない限り使わないほうがよい。

パッケージをアンインストールしようと思って tlmgr uninstall some-package などとするとTeX Live全体が消えてしまうので注意。正しくは tlmgr remove some-package

基本要素

数式

とりあえず Short Math Guide for LaTeX (PDF)を読むべし。

基本的に {amsmath} を使う。数式環境のデファクトスタンダード。アメリカ数学会(AMS)が開発したらしいが、ガチ数学じゃなくても数式を書く場合はこれらしい。
```
\usepackage{amssymb,amsmath}
\usepackage[all,warning]{onlyamsmath}
```
Inline math:
```
if $N_e u \ll 1$, then the population is monomorphic most of the time,
```
$ ... $ はTeXの古いやり方で、新しいLaTeXでは $ ... $ を用いるべし、という流れもある。けどダラーのほうが書きやすいし読みやすいので、しばらくは chktex -n46 で様子を見る。
Display math:
```
\begin{equation*}\label{eq:growth}
  N_t = N_0 e^{rt}
\end{equation*}
```
生TeXの $$ ... $$ を使ってはいけない。 \[ ... \] はOK。
改行したり、等号で揃えたり
```
\begin{equation}\label{eq:growth}
\begin{split}
  N_t &= N_0 e^{rt} \\
      &= N_0 \lambda^t
\end{split}
\end{equation}

\begin{align}
  S &= 4 \pi r^2\label{surface}\\
  V &= \frac {4 \pi r^3} 3\label{volume}\\
\end{align}
```
{split} 環境は {equation} 環境内部で1つの数式を複数行に分ける。数式番号は1つのまま。 & を1つまでしか使えない。 {aligned} 環境なら & を複数使えるが上位互換というわけでもないらしい。

{align} は独立した数式環境を作り、行ごとに数式番号を生成する。 {align*} としたり行末に \notag を置くことで数式番号を抑制できる。

古い {eqnarray} 環境でも似たようなことはできるが問題があるらしく非推奨。

場合分け

\begin{equation}\label{eq:heaviside}
  H(x) = \begin{cases}
    & 0 \text{if $x \le 0$} \\
    & 1 \text{if $x > 0$}
  \end{cases}
\end{equation}

記号: https://www.ctan.org/tex-archive/info/symbols/comprehensive/ に網羅されてるけど、だいたい Short Math Guide for LaTeX にまとめられてるやつで足りるはず。
- カッコの大きさを変えたいときは \left( と \right) を使っておけば、前後のサイズに応じて自動的にうまいことやってくれる。 e.g., 分数を挟むとか、カッコの入れ子とか
- “given that” を示す縦棒はパイプ記号 | ではなく \mid を使うのが正しいし適度なスペースが入って読みやすい。絶対値もパイプではなく \lvert x \rvert のようにする。
- 数式内では一文字ずつ変数扱いされて斜体になる。複数文字の単語や立体で表現するには一手間必要:
  - 記号じゃないテキスト: \text{otherwise}
  - セリフ体ハードコード、スペース無し: \mathrm dt $\mathrm dt$
  - フォントや前後スペースを文脈依存で: \operatorname{var}(X) $\operatorname{var}(X)$, $\operatorname{tr}A$
  - \DeclareMathOperator{\Prob}{Prob} のようにショートカット作成。 amsmathで定義済み:
    $\exp$, $\lg$, $\ln$, $\log$, $\deg$, $\det$, $\dim$, $\ker$, $\Pr$, $\gcd$, $\hom$, $\arg$, $\min$, $\max$, $\inf$, $\sup$,
    $\sin$, $\cos$, $\tan$, $\arcsin$, $\arccos$, $\arctan$, $\sinh$, $\cosh$, $\tanh$, $\coth$, $\sec$, $\csc$, $\cot$,
    $\lim$, $\liminf$, $\limsup$, $\injlim$, $\projlim$, $\varliminf$, $\varlimsup$, $\varinjlim$, $\varprojlim$

図

\usepackage[final]{graphicx}
%%%
\begin{figure}
\includegraphics[width=\columnwidth]{awesome.pdf}
\caption{some description}%
\label{fig:awesome}
\end{figure}

\begin{figure}[htbp] のようにして配置場所の優先順位を指定できるが、結局はいろんな兼ね合いでコンパイラが決める。デフォルトは [tbp]。複数指定した場合、どの順序で書いても下記の順に優先される。

here: ソースと同じ位置に
top: 上部に
bottom: 下部に
float page: 図だけを含む独立したページに

幅の指定には \textwidth, \columnwidth, \linewidth などの変数が使える。 twocolumnの文書内で \textwidth まで広げたい場合はアスタリスク付きの \begin{figure*} 環境を用いる。

ラベル \label{} は \caption{} 直後(または内部)じゃないとおかしくなるらしい。間に改行やスペースが入るのもダメっぽいので \caption{} 行末に % を置いておく。本文からは \ref{fig:awesome} のようにラベルで参照しておけば番号に置き換えられる。

キャプションをカスタマイズするには {caption} の \captionsetup{...} を用いる。

ひとつの領域に複数の図を貼るには {subfig} の \subfloat[caption]{filename} を用いる。

{epstopdf} でEPSを取り込もうとすると(e.g., PLOS)、ファイルもパッケージも揃ってるはずなのに ! Package pdftex.def Error: File '*-eps-converted-to.pdf' not found. というエラーが出る。変換プログラム本体である ghostscript をHomebrewか何かで入れる必要がある。

GIFアニメをそのまま埋め込むことはできないので、 {animate}で連番PNGを読み込む。

% tlmgr install animate media9 ocgx2
\usepackage[autoplay,final,controls=all,type=png]{animate}

\begin{document}
% \animategraphics[options]{frame rate}{file basename}{first}{last}
\animategraphics[scale=0.5]{10}{dir/basename_}{1}{9}
\end{document}

表

https://en.wikibooks.org/wiki/LaTeX/Tables

キャプションやラベルなどをまとめるのが table 環境、表本体が tabular 環境。

\begin{table}
\caption{Parameters}%
\label{table:parameters}
\begin{tabular}{rl}
  \toprule
  Symbol & Description \\
  \midrule
  $\mu$ & mutation rate per division \\
  $N_0$ & initial population size \\
  \bottomrule
\end{tabular}
\end{table}

罫線は標準の \hline だと上下スペースが狭苦しいので、 {booktabs} の toprule, midrule, bottomrule を使う。

ページに合わせて幅をうまいことやるには {tabulary} 。

複数ページにまたがる表を作るには標準 {longtable} やその派生。

箇条書き

{enumitem} を使うといろいろなオプションが設定可能になる。

\usepackage{enumitem}
%%%

\begin{itemize}
  \item Judas Priest
  \item Iron Maiden
\end{itemize}

\begin{enumerate}[nosep,leftmargin=*]
  \item Judas Priest
  \item Iron Maiden
\end{enumerate}

\begin{description}[nextline]
  \item[key1] value1
  \item[key2] value2
\end{description}

引用

https://en.wikibooks.org/wiki/LaTeX/More_Bibliographies

Bibdesk などの文献管理アプリでbibtex形式の文献リストを作る。 e.g., mybibdata.bib
プリアンブルで {natbib} を呼び出し、スタイルを指定。
```
\usepackage[authoryear,round]{natbib}
\bibliographystyle{abbrvnat}
```
スタイルとして {natbib} の abbrvnat や unsrtnat をそのまま使うことはまれで、各Journalの提供する、あるいは有志の作る .bst ファイルをダウンロードして使う。

latex makebst コマンドから質問に答えて新規作成することも可能。後で間違いに気付いた場合、イチからやり直すより中間ファイルの .dbj ファイルを編集して latex *.dbj で .bst を生成すると早い。 .bst そのものを読み解いて編集することも不可能ではない。

LaTeX本文にcite keyを挿入。標準の \cite は使わない。

comand	`authoryear,round`	`numbers`
`\citet{hudson1987g}`	Hudson et al. (1987)	Hudson et al. [42]
`\citep{hudson1987g}`	(Hudson et al., 1987)	[42]
`\citealt{hudson1987g}`	Hudson et al. 1987	Hudson et al. 42
`\citealp{hudson1987g}`	Hudson et al., 1987	42
`\citeauthor{hudson1987g}`	Hudson et al.	Hudson et al.
`\citeyear{hudson1987g}`	1987	1987
`\citenum{hudson1987g}`	42	42
`\citep[eq. 5]{hudson1987g}`	(Hudson et al., 1987, eq. 5)	[42, eq. 5]
`\citep[see][]{hudson1987g}`	(see Hudson et al., 1987)	[see 42]
`\citet*{hudson1987g}`	Hudson, Kreitman, and Aguadé (1987)	Hudson, Kreitman, and Aguadé [42]
`\citep*{hudson1987g}`	(Hudson, Kreitman, and Aguadé, 1987)	[42]

デフォルトは authoryear,round,semicolon だが \bibliographystyle{} 次第で括弧が勝手に square になったりする。

“et al., 1987” の間のカンマを取りたい、といった微調整は \bibpunct{(}{)}{;}{a}{}{,} のようにする。

最後の方に文献リストを挿入:
```
\bibliography{mybibdata}
```
元の .tex をコンパイルして .aux を生成
bibtex に .aux を渡して .bbl を生成
再び .tex をコンパイルすると .bbl を踏まえて .aux が更新される。 (このときPDF出力すると、文献リストはできるけど引用部分はハテナ?になる)
さらにもう1回コンパイルして完成

最初の2回は pdflatex -draftmode としてPDF出力を省略すると早い。適切な Makefile を書いて自動化すると楽で、 latexmk を使うともっと楽ちん。

文字の修飾

\emph{emphasis}
\textit{italic}
\textbf{bold}
\texttt{monospace}
{\huge huge text}

\tiny, \scriptsize, \footnotesize, \small, \normalsize, \large, \Large, \LARGE, \huge, \Huge

\usepackage[normalem]{ulem}  % \uline{}, \sout{}
\usepackage{color}           % \textcolor{}
\usepackage{soul}            % \hl{} using {color}
%%%

\uline{underlined text}
\sout{strikethrough}

\textcolor{red}{colored text}
{\text{red} colored text}

\hl{highlighted text}

{ulem} は [normalem] オプションを付けて読まないと \emph が下線に変更されてしまうので注意。

{soul} のドキュメントによれば \hl{環境} に $数式$ を入れられるはずだが “Extra }, or forgotten $” というエラーで弾かれる。

行番号

共著者や査読者との議論をスムーズにするため各行に番号を振る。 {amsmath} の fleqn オプションを使うと行番号が消えるとか、 twocolumn のときに \pagewiselinenumbers{} がページワイズにならないとか、いろいろ不具合はあるものの {lineno} を使うしかなさそう。

\usepackage[mathlines,pagewise,switch]{lineno}
\renewcommand\linenumberfont{\normalfont\scriptsize\sffamily\color[gray]{0.5}}%
\setlength\linenumbersep{4truemm}

\linenumbers{}

Tips

ダメな使い方を警告してもらう

いろんなパッケージを使ったいろんな書き方がネット上にあふれているが、中には古すぎたりするため避けたほうがよいものもある。ファイルの先頭で nag を読み込むことで、コンパイル時にそういうのを警告してもらえる。

\RequirePackage[l2tabu,orthodox]{nag}

\documentclass[a4paper]{article}  % これよりも前

chktex コマンドを使えばコンパイルよりも手軽にチェックできる。 VSCode などのリッチなエディタなら、自動で実行してコード付近に警告を出してくれる。

ligature問題

表示の美しさという点でリガチャは素晴らしいけど、 PDF内の検索やPDFからのコピペ時に問題が発生する。例えば fi が合字になるため definition が検索でひっかからない。 definition をコピペすると de nition になってしまう。

次のコードをプリアンブルの頭の方に記述するといいらしいが、うまく機能しない。。。

\input{glyphtounicode.tex}
\pdfgentounicode=1
% あるいは
\usepackage{mmap}

日本語を使う

LuaLaTeX

OS上にあるOTFフォントがそのまま使える
pdfTeXの後継として、今後のスタンダードと目される
{luatexja} が精力的に開発されている
動作が遅い

XeLaTeX

OS上にあるOTFフォントがそのまま使える
とにかく日本語入りでコンパイルできればいい、というのであればこれが早い
日本語に特化したツールは開発されていないので細かい制御がイマイチらしい

upLaTeX

日本語を使えるように LaTeX を改良したもの
歴史が長いので日本語組版のための便利な道具が揃ってるらしいけど未来は無さそう

フォント

Computer Modern: Knuth先生が作ったデフォルトフォント。
{lmodern} — Latin Modern: Computer Modern の改良版。
{times}: ローマンとサンセリフにそれぞれ Times と Helvetica を割り当てる。数式は Computer Modern のまま。
{txfonts}: {times} の改良版？数式も Times にする。直接は使わない。
{newtx}: {txfonts} の後継で現役。本文と数式を別々に指定できる。 \usepackage[libertine]{newtxmath} とすると Libertine を数式に使える。インストールするときは newtx だけでなく txfonts と boondox も入れないと Unable to find TFM file と怒られる。
{newpx}: {newtx}と同等の機能を美しいPalatinoで。 {palatino}, {pxfonts}, {newtx}, {tex-gyre-pagella}, {tex-gyre-math-pagella} も入れておく。 TeX Gyre Pagella はOpenType志向のPalatinoクローン。
{libertinus}: 美しいLinux Libertineの後継プロジェクト。 type1もOTFも数式もサポートしていて便利だがひと回り小さいことに注意。使うときは \usepackage{libertinus} でよしなにやってくれるらしいが依存パッケージのインストールは例によって手動: libertibnus libertinus-fonts libertinus-type1 libertinust1math libertinus-otf

LuaTeX/XeTeXならOSのフォントをフルネームで指定して使えるが、共同執筆とかを考えるとTeX Liveパッケージやプリセットに含まれるものを使うのが安全。

TeX Liveから入れたフォントをOSに認識させるにはシムリンクを張るだけ: ln -s /Library/TeX/Root/texmf-dist/fonts/opentype ~/Library/Fonts/texlive-opentype

\usepackage{amssymb,amsmath} % must be called ahead of mathspec
\usepackage[all,warning]{onlyamsmath}
\usepackage{iftex}
\iftutex
  \usepackage[math-style=TeX,bold-style=TeX]{unicode-math}
  \usepackage[no-math]{fontspec}
  \setmainfont{TeX Gyre Pagella}
  \setmathfont{TeX Gyre Pagella Math}
  \setsansfont{TeX Gyre Heros}
  % \usepackage{luatexja}
  % \usepackage[hiragino-pron,scale=0.92,deluxe,jis2004,match,nfssonly]{luatexja-preset}
\else
  \usepackage[T1]{fontenc}
  \usepackage[utf8]{inputenc}
  \usepackage{newpxtext}
  \usepackage{newpxmath}
  \usepackage{textcomp}
  % \usepackage[uplatex,deluxe,jis2004]{otf}
\fi

フォント関連をいじったあと明示的にマップを更新するには updmap-sys