绘图功能

LaTeX 不仅可以排版文字，还支持通过代码绘制图形。本章节将介绍一些基本的绘图功能，特别是 TikZ 宏包的使用。

绘图语言简介

LaTeX 提供了原始的 picture 环境，可以绘制简单图形，但功能有限。目前流行的 LaTeX 绘图工具包括：

• PSTricks：基于 PostScript 语法，绘图能力强，但在现代编译命令下使用不太方便
• TikZ & pgf：由 Till Tantau 教授开发，支持多种编译命令，语法友好
• METAPOST & Asymptote：功能强大的独立绘图程序，可以与 LaTeX 配合使用

本手册将重点介绍 TikZ 宏包的基础用法。

TikZ 绘图语言

在导言区加载 TikZ 宏包：

\usepackage{tikz}

TikZ 提供了以下使用方式：

\tikz[选项]<TikZ 代码>
\tikz[选项]{<TikZ 代码1>};<TikZ 代码2>;…}
\begin{tikzpicture}[选项]
<TikZ 代码1>;
<TikZ 代码2>;
…
\end{tikzpicture}

TikZ 坐标与路径

TikZ 支持直角坐标和极坐标：

• 直角坐标：(x,y)，默认单位为 cm
• 极坐标：(<角度>:半径)，角度单位为度

使用 \coordinate 命令为点命名：

\begin{tikzpicture}
\coordinate (A) at (0,0);
\draw (A) -- (30:1);
\draw (1,0) -- (2,1);
\coordinate (s) at (0,1);
\draw (s) -- (1,1);
\end{tikzpicture}

使用垂足形式表示坐标：

\begin{tikzpicture}
\coordinate (S) at (2,2);
\draw[gray] (-1,2) -- (S);
\draw[gray] (2,-1) -- (S);
\draw[red] (0,0) -- (0,0 -| S);  % 垂直投影
\draw[blue] (0,0) -- (0,0 |- S);  % 水平投影
\end{tikzpicture}

基本路径操作

绘制基本路径：

\begin{tikzpicture}
\draw (0,1) rectangle (1,2);  % 矩形
\draw (2,1.5) circle [radius=0.5];  % 圆形
\draw (4,1.5) ellipse [x radius=1,y radius=0.5];  % 椭圆形
\end{tikzpicture}

路径样式

设置路径样式：

\begin{tikzpicture}
\draw[red] (0,0) -- (1,1);  % 红色线条
\draw[blue, thick] (1,0) -- (2,1);  % 蓝色粗线
\draw[green, dashed] (2,0) -- (3,1);  % 绿色虚线
\draw[cyan, dotted] (3,0) -- (4,1);  % 青色点线
\draw[magenta, line width=3pt] (4,0) -- (5,1);  % 紫色粗线
\end{tikzpicture}

节点与文本

使用节点添加文本：

\begin{tikzpicture}
\node at (0,0) {起点};
\node at (2,1) {终点};
\draw (0,0) -- (2,1);

\node[draw, circle] at (1,0.5) {中间点};
\end{tikzpicture}

简单图形示例

绘制一个简单的流程图：

\begin{tikzpicture}
\node[draw, rectangle] (start) at (0,0) {开始};
\node[draw, rectangle] (process) at (0,-2) {处理};
\node[draw, diamond] (decision) at (0,-4) {判断};
\node[draw, rectangle] (end) at (0,-6) {结束};

\draw[->] (start) -- (process);
\draw[->] (process) -- (decision);
\draw[->] (decision) -- node[left] {是} (end);
\draw[->] (decision) -- node[right] {否} (1.5,-4) |- (process);
\end{tikzpicture}

高级绘图功能

TikZ 还支持更高级的绘图功能，如：

• 贝塞尔曲线
• 坐标变换
• 图案填充
• 渐变效果
• 三维绘图（通过 tikz-3dplot 宏包）

这些高级功能超出了入门手册的范围，感兴趣的读者可以参考 TikZ 官方文档。

其他绘图工具

除了 TikZ，还有一些专门用途的绘图宏包：

• pgfplots：用于绘制各种类型的图表
• tikz-cd：用于绘制交换图
• forest：用于绘制树状图
• chemfig：用于绘制化学结构式
• circuitikz：用于绘制电路图

这些宏包都基于 TikZ 或提供了与 TikZ 类似的接口，可以根据需要选择使用。