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，而且還能夠批註，檢索關鍵詞……
筆記被他Po到網上之後，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！”
他是怎麼做到的呢？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。只要是基於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，我們都附在了最後。
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。
然後，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'
最後兩行控制的是“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。
比如說在下面動圖裡，隱藏了[，]，$之後，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\bigcap，∈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，怎麼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
片段是什麼？
片段是一小段可複用的文本，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並按下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裡用：
怎麼創建片段？使用UltiSnips
管理片段的插件UltiSnips，小哥是這樣配置的：
關於sign片段的代碼如下：
snippet sign "Signature"
Yours sincerely,
Gilles Castel
endsnippet
對於動態的片段，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 ...代碼塊裡使用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]包含第一個製表位，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。特別有些非常複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。然後鍵入環境的名稱，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
\begin{$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。製表位(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，最後一個用$0。
行內和數學顯示
在記數學筆記的過程中，最常用的兩個片段是mk和dm。
它們負責啟動數學模式。第一個片段用於“行內數學”，第二個用於“顯示數學”。
代碼行內的數學片段是“智能的”：它知道什麼時候在$符號後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。
用於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，後面跟著一個數字，比如[A-Za-z]\d；另一種是，一個字符後面有並跟著兩個數字，比如[A-Za-z]\d\d。
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(\d\d)，你可以在 Python中通過match.group (i)來使用它們擴展片段。
至於上標，可以使用td，它就會變成^{}。然而，對於平方、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}$0
endsnippet
看了上邊這些，你可能覺得正則表達式太難了。沒關係，下面有一個解釋得非常直觀的圖表：
在第四和第五種示例下，要換一種方法。使用UltiSnips的正則表達式引擎解決不了的，Python可以：
這裡最後要分享的關於分數的片段，能根據你的選擇，來生成一個分數。
你可以先選擇一些文本，然後按Tab鍵，繼續輸入、然後再按Tab鍵。
代碼中，使用${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，然後按下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
後綴片段
除了上邊這些之外，後綴片段也很值得分享。例如phat→hat{p}和zbar→overline{z}。還有類似的後綴向量，例如v,.→vec{v}和v.,→vec{v}。.和,的順序沒關係，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
\vec{`!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（下載地址附於文末），大多數都很簡單。比如，輸入!>變成\mapsto，輸入->變成\to等等。
fun變成f: \R \to \R :，!>變成\mapsto，->變成\to，cc變成\subset。
lim變成\lim{n \to \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，可以設定一些關於bra/ket符號的片段。
|ψ>→\ket{\psi}
→\braket{a}{b}
代碼：
snippet "\\bra{`!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)`\braket{`!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衝突嗎?”
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，這取決於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\text{…}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: \[ \text{$...$} \]，它們可以擴展。 這就是為什麼math上下文的代碼有點複雜。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”。
並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，為什麼還要用電腦來記筆記呢？原因很簡單：字太醜！
如果記下來的內容連自己看的慾望都沒有，怎麼複習課堂筆記呢？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，你怎麼看？
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/
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