1700頁數學筆記火了！全程敲代碼，速度飛快易搜索，硬核小哥教你上手LaTeX+Vim

曉查 乾明 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

又出現一位“神仙”本科生！

數學課上，全程鍵盤手打1700頁筆記。

速度緊追老師板書，公式、圖形一個不落。

效果？請看下圖：

不僅排版媲美教科書，而且還能夠批注，檢索關鍵詞……

筆記被他Po到網上之后，便引來大量圍觀。

不到一天，相關推文就已經有2000多贊，Hacker News論壇上蓋了200多樓。

甚至有網友評論稱：“你就是我們需要的英雄！”

他是怎么做到的呢？秘密武器就是：LaTeX+Vim！

這位來自歐洲的小哥非常強烈安利Vim文本編輯器，他說：

用LaTeX寫數學公式，我選Vim編輯器。它強大、通用、可擴展性很強。只要是基于文本的任務我都用它，寫代碼、編輯LaTeX、寫markdown都是。

雖然入門階段的學習曲線超級陡峭，但只要掌握了基本的操作方式，就會欲罷不能。

下面就讓我們看一下他完成這一壯舉的具體流程，文中提到的工具下載地址，我們都附在了最后。

快速上手教程

我們先看看小哥的工作環境配置。

他用Vim編輯LaTeX的場景，就像下面這樣：

左邊是Vim，右邊是pdf閱讀器Zathura，它也有類似Vim的快捷鍵。

小哥用的操作系統是Ubuntu，使用bspwm作為窗口管理器。在Vim中，使用的LaTex插件是vimtex，它有語法高亮顯示、目錄視圖、同步對象等功能。

然后，使用vim-plug做如下配置：

Plug 'lervag/vimtex'
let g:tex_flavor='latex'
let g:vimtex_view_method='zathura'
let g:vimtex_quickfix_mode=0
set conceallevel=1
let g:tex_conceal='abdmg'

最后兩行控制的是“隱藏”功能。開啟了這個功能，除了你光標所在的那一行之外，文本里夾雜的LaTeX代碼就都會隱藏或者替換成其他符號。

比如說在下面動圖里，隱藏了[，]，$之后，沒有了它們的干擾，整個文檔就更易讀。這個功能還會用∩替代igcap，∈替代in等等。

設置完成，接下來就到了整個教程的精華所在：

用LaTeX記筆記，怎么才能像老師寫板書一樣快？

這就是片段（snippets）發揮作用地方了。

片段

片段是什么？

片段是一小段可復用的文本，由其他文本觸發。

例如，輸入sign，再按下Tab鍵，這個單詞就會自動擴展為一段簽名：

片段也可以是動態的：輸入today并按下Tab鍵，它就會變成當前的日期。

而輸入box按Tab，就會出現一個框，還會隨著輸入文字自動變大。

片段，甚至可以嵌套在另一個片段里用：

怎么創建片段？使用UltiSnips

管理片段的插件UltiSnips，小哥是這樣配置的：

關于sign片段的代碼如下：

snippet sign "Signature"
Yours sincerely,
Gilles Castel
endsnippet

對于動態的片段，你可以將代碼放在“之間， 在片段擴展的時候，就會運行。下面的例子，就是用 bash 格式化當前日期：date+%f。

snippet today "Date"
`date +%F`
endsnippet

你也可以在!p …代碼塊里使用Python，比如上面box片段的代碼就是這樣的：

snippet box "Box"
`!p snip.rv = '┌' + '─' * (len(t[1]) + 2) + '┐'`
│ $1 │
`!p snip.rv = '└' + '─' * (len(t[1]) + 2) + '┘'`
$0
endsnippet

這些 Python 代碼塊將被變量 snip.rv 的值替換。在這些代碼塊中，你可以訪問代碼段的當前狀態，例如t[1]包含第一個制表位，fn是當前文件名等等。

LaTex片段

使用片段編寫LaTeX，要比純手工編寫快得多。特別有些非常復雜的片段能幫你大大節約時間，有效防止抓狂。

下面是一些非常有用且容易上手的片段：

環境

想插入一個環境，只需要在一行的開頭輸入beg。然后鍵入環境的名稱，這個名稱在end{}命令中也是一樣。按下Tab鍵，就能夠將光標放置在新創建的環境中。

這個片段的代碼如下：

snippet beg "begin{} / end{}" bA
egin{$1}
 $0
end{$1}
endsnippet

其中，b表示這個片段只會在代碼行的開頭展開，A代表自動展開，也就是說不用按Tab鍵了。制表位(Tab stop)——也就是你可以通過按Tab 和Shift+Tab跳轉到的位置——用$1、 $2、……來表示，最后一個用$0。

行內和數學顯示

在記數學筆記的過程中，最常用的兩個片段是mk和dm。

它們負責啟動數學模式。第一個片段用于“行內數學”，第二個用于“顯示數學”。

代碼行內的數學片段是“智能的”：它知道什么時候在$符號后面直接輸入一個單詞，它會自動加個空格。但如果輸入一個非單詞的字符，它就不會添加空格了，比如在““$p$-value”情況下，是這樣的：

這個片段的代碼如下：

snippet mk "Math" wA
$${1}$`!p
if t[2] and t[2][0] not in [',', '.', '?', '-', ' ']:
 snip.rv = ' '
else:
 snip.rv = ''
`$2
endsnippet

第一行末尾的w，意味著這個片段會在單詞邊界處擴展，例如，hellomk不會擴展，但是hello mk會。

用于顯示數學的片段更簡單，也更加方便；有了它，你可能再也不會忘記用句號結束方程了。

代碼：

snippet dm "Math" wA
[
$1
.] $0
endsnippet

小寫和上標

另一個很有用的片段就是下標。能夠把a1改為a1，把a_12改為a{12}。

這個片段的觸發器是使用正則表達式。有兩種情況會擴展片段。一是你鍵入一個字符，后面跟著一個數字，比如[A-Za-z]d；另一種是，一個字符后面有并跟著兩個數字，比如[A-Za-z]dd。

當你使用括號將正則表達式的一部分裝在一個組中時，例如(dd)，你可以在 Python中通過match.group (i)來使用它們擴展片段。

至于上標，可以使用td，它就會變成^{}。然而，對于平方、立方和其他一些常見的片段，可以使用專門的代碼片段，如 sr、cb等等。

效果圖：

代碼：

snippet sr "^2" iA
^2
endsnippet
snippet cb "^3" iA
^3
endsnippet
snippet compl "complement" iA
^{c}
endsnippet
snippet td "superscript" iA
^{$1}$0
endsnippet

分數

分數是一個用起來最方便的一個片段，擴展的形式如下：

/ / → frac {}{}
3 / → frac {3}{}
4 pi ^ 2 / → frac {4 pi ^ 2}{}
(1 + 2 + 3) / → frac {1 + 2 + 3}{}
(1 + (2 + 3) /)→(1 + frac {2 + 3}{})
(1 + (2 + 3)) / → frac {1 + (2 + 3)}{

第一個片段的代碼很簡單：

snippet // "Fraction" iA
\frac{$1}{$2}$0
endsnippet

第二個和第三個示例，可以使用正則表達式來匹配3/、4ac/、6pi^2/、a2/等表達式。

snippet '((d+)|(d*)(\)?([A-Za-z]+)((^|_)({d+}|d))*)/' "Fraction" wrA
\frac{`!p snip.rv = match.group(1)`}{$1}$0
endsnippet

看了上邊這些，你可能覺得正則表達式太難了。沒關系，下面有一個解釋得非常直觀的圖表：

在第四和第五種示例下，要換一種方法。使用UltiSnips的正則表達式引擎解決不了的，Python可以：

這里最后要分享的關于分數的片段，能根據你的選擇，來生成一個分數。

你可以先選擇一些文本，然后按Tab鍵，繼續輸入、然后再按Tab鍵。

代碼中，使用${VISUAL}變量來表示所選的內容。

snippet / "Fraction" iA
\frac{${VISUAL}}{$1}$0
endsnippet

Sympy和Mathematica

還有一個很酷但用得不多的片段，是使用Sympy來計算數學表達式。例如，輸入sympy，然后按下Tab，可以擴展為sympy | sympy，輸入sympy 1 + 1 sympy，按下Tab，可以擴展為2。

片段代碼：

nippet sympy "sympy block " w
sympy $1 sympy$0
endsnippet
priority 10000
snippet 'sympy(.*)sympy' "evaluate sympy" wr
`!p
from sympy import *
x, y, z, t = symbols('x y z t')
k, m, n = symbols('k m n', integer=True)
f, g, h = symbols('f g h', cls=Function)
init_printing()
snip.rv = eval('latex(' + match.group(1).replace('\', '') 
 .replace('^', '**') 
 .replace('{', '(') 
 .replace('}', ')') + ')')
`
endsnippet

用Mathematica，也可以做類似的事情：

片段代碼：

priority 1000
snippet math "mathematica block" w
math $1 math$0
endsnippet
priority 10000
snippet 'math(.*)math' "evaluate mathematica" wr
`!p
import subprocess
code = 'ToString[' + match.group(1) + ', TeXForm]'
snip.rv = subprocess.check_output(['wolframscript', '-code', code])
`
endsnippet

后綴片段

除了上邊這些之外，后綴片段也很值得分享。例如phat→hat{p}和zbar→overline{z}。還有類似的后綴向量，例如v,.→vec{v}和v.,→vec{v}。.和,的順序沒關系，所以可以同時按下它們兩個。

這些片段真的可以節省時間，可以按照和老師寫板書一樣的順序來記。

注意，bar和hat前綴也依然可以用，只要以較低的優先級添加它們就行。

這些片段的代碼是：

priority 10
snippet "bar" "bar" riA
overline{$1}$0
endsnippet
priority 100
snippet "([a-zA-Z])bar" "bar" riA
overline{`!p snip.rv=match.group(1)`}
endsnippet

priority 10
snippet "hat" "hat" riA
hat{$1}$0
endsnippet
priority 100
snippet "([a-zA-Z])hat" "hat" riA
hat{`!p snip.rv=match.group(1)`}
endsnippet

snippet "(\?w+)(,.|.,)" "Vector postfix" riA
ec{`!p snip.rv=match.group(1)`}
endsnippet

其他片段

此外，小哥還有大約100個常用的片段（下載地址附于文末），大多數都很簡單。比如，輸入!>變成mapsto，輸入->變成 o等等。

fun變成f: R o R :，!>變成mapsto，->變成 o，cc變成subset。

lim變成lim{n o infty}，sum變成sum{n = 1}^{infty}，ooo變成infty。

特定課程的片段

除了一些常用的片段，也可以針對特定的課程設定片段。例如，在量子力學這門課中，可以設定一些關于bra/ket符號的片段。

<a|→ra{a} <ψ|→ra{psi}=”” a=””>→ket{a}

|ψ>→ket{psi}

→raket{a}

代碼：

snippet "<(.*?)|" "bra" riA
ra{`!p snip.rv = match.group(1).replace('q', f'psi').replace('f', f'phi')`}
endsnippet
snippet "|(.*?)>" "ket" riA
ket{`!p snip.rv = match.group(1).replace('q', f'psi').replace('f', f'phi')`}
endsnippet
snippet "(.*)\bra{(.*?)}([^|]*?)>" "braket" riA
`!p snip.rv = match.group(1)`raket{`!p snip.rv = match.group(2)`}{`!p snip.rv = match.group(3).replace('q', f'psi').replace('f', f'phi')`}
endsnippet

上下文

在編寫這些片段時需要考慮的一件事是,“這些片段會與長與常用的文本沖突嗎?”

例如，在英語中大約有72個單詞包含sr，這意味著當輸入disregard這個詞時，sr會擴展到^2，出現一個di^2egard。

這個問題的解決方案是，為代碼片段添加上下文。

通過使用 Vim 的語法突出顯示，可以確定UltiSnips是否應該擴展片段，這取決于你使用的是數學還是文本。

global !p
texMathZones = ['texMathZone'+x for x in ['A', 'AS', 'B', 'BS', 'C',
'CS', 'D', 'DS', 'E', 'ES', 'F', 'FS', 'G', 'GS', 'H', 'HS', 'I', 'IS',
'J', 'JS', 'K', 'KS', 'L', 'LS', 'DS', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z']]
texIgnoreMathZones = ['texMathText']
texMathZoneIds = vim.eval('map('+str(texMathZones)+", 'hlID(v:val)')")
texIgnoreMathZoneIds = vim.eval('map('+str(texIgnoreMathZones)+", 'hlID(v:val)')")
ignore = texIgnoreMathZoneIds[0]
def math():
 synstackids = vim.eval("synstack(line('.'), col('.') - (col('.')>=2 ? 1 : 0))")
 try:
 first = next(
 i for i in reversed(synstackids)
 if i in texIgnoreMathZoneIds or i in texMathZoneIds
 )
 return first != ignore
 except StopIteration:
 return False
endglobal

現在，你可以將context “math()”添加到只希望在數學上下文中展開的片段中。

context "math()"
snippet sr "^2" iA
^2
endsnippet

請注意,“數學上下文”是一個微妙的東西。 有時你可以使用 ext{…}在數學環境中添加一些文本。在這種情況下，你不需要擴展片段。但是，在以下情況下: [ ext{$…$} ]，它們可以擴展。 這就是為什么math上下文的代碼有點復雜。下面的動圖說明了這些微妙之處。

除了上述一些片段，你也可以根據自己的需要，來自己添加一些插件或者片段，來提高自己的效率。

用筆還是用電腦？

純手打記下1700頁數學筆記，awesome都不夠形容了這位小哥了，堪稱理工科學生中的“英雄”。

并非所有人都贊同小哥的做法，強大的高科技工具在傳統面前常常會被質疑。

有部分網友認為手寫比電腦打字印象深刻，而且要達到這位小哥的熟練程度，恐怕LaTeX和Vim得練習好幾年。

既然用筆更方便，為什么還要用電腦來記筆記呢？原因很簡單：字太丑！

如果記下來的內容連自己看的欲望都沒有，怎么復習課堂筆記呢？至少用電腦記下來的排版工整，讓人賞心悅目。

雖然國外網友爭論不休，但在國內只要一個條件就可以徹底否決這個方法：不讓帶電腦進課堂。

對此，你怎么看？

工具傳送門：

Linux和Mac系統自帶Vim。

Windows用戶安裝Vim：

https://ftp.nluug.nl/pub/vim/pc/gvim81.exe

Vim插件管理：

https://github.com/junegunn/vim-plug

Vim上的LaTeX插件：

https://github.com/lervag/vimtex

窗口平鋪管理器：

https://github.com/baskerville/bspwm

管理Vim片段工具：

https://github.com/SirVer/ultisnips

如果你用不慣Vim，還有Emacs、Atom、VS Code、Sublime，它們都有LaTeX插件，總有一款文本編輯器適合你。

LaTeX常見數學符號輸入方法：

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

想要熟悉更多的LaTeX使用方法，就需要系統地學習，平時多加練習也必不可少。

博文鏈接：

https://castel.dev/post/lecture-notes-1/