LaTeX入门学习9（tikz基础-01）

Tikz基础

tikz是$LaTeX$的绘图包，其包含非常丰富的绘图操作，通过其可以绘制出非常精美的图像。正因如此，tikz包相当复杂，绘图参数也是非常之多。texdoc tikz 可以查看其官方文档，文档由1200多页，应该算是$LaTeX$最复杂的包了。网上关于其资料也是多又杂，多数都是堆官方文档的直接截断拷贝。接下来tikz会作为本教程的重点更新，更新依旧是抄官方文档，不同之处是我会由简单到复杂一点点进入tikz的世界。

绘制 tikz 图像

tikz图像通常是

\begin{tikzpicture}
....
;% 代码后需要右结尾分号
\end{tikzpicture}

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你可以向插入普通图片一样直接插入这段代码：

\begin{figure}[!htbp]
\centering
\begin{tikzpicture}
....
\end{tikzpicture}
\end{figure}
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例如：

\begin{tikzpicture}
        \node {root}
        child {node {左节点}}
        child {node {右节点}
          child {node {左子}}
          child {node {右子}}
        };
\end{tikzpicture}

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渲染结果如下（语法我们之后解释）：

当然你也可以将图像写入文件，然后引入文件这样就像插入一张图片一样插入文件。例如 tikz_demo.tex内容如下：

\begin{tikzpicture}[parent anchor=east,child anchor=west,grow=east,sibling distance=15mm,level distance=15mm,every node/.style={ball color=cyan,circle,text=black},edge from parent/.style={draw,dashed,thick,red}]
\node {root}
child {node {左节点}}
child {node{右节点}
  child {node {左子}}
  child {node {右子}}
};
\end{tikzpicture}

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在主文件中加上：

\input{tikz_demo}
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渲染结果如下：

对于简单图像，你可能不想加上\begin{tikzpicture}\end{tikzpicture} 这样的一段，tikz提供了针对简单绘图的\tikz指令,例如：\tikz \draw[line width=2pt,color=red](1,0) -- (0,0) -- (0,1) -- cycle; 此命令绘制一个红色封闭三角形：

基础绘图指令

\tikz \draw (1,1) node {text} -- (2,2)：这条指令创建了一个node，这个node的文字为text。位置在(1,1)，然后我们连线(1,1)--(2,2)。渲染如下：

当然你可以设置draw的参数，常见的绘图参数包括：

\begin{itemize}
        \item line width：线的宽度,\tikz\draw[line width=2pt] (0,0)  -- (2,0);(2pt宽的线)
                \begin{itemize}
                        \item ultra thin：\tikz\draw[ultra thin] (0,0)  -- (2,0); （0.1pt）。                        \item very thin：\tikz\draw[very thin] (0,0)  -- (2,0); (0.2pt)。                        \item thin：\tikz\draw[thin] (0,0)  -- (2,0); (0.4pt)。                        \item semithick:\tikz\draw[semithick] (0,0)  -- (2,0);(0.6pt) 。                        \item thick:\tikz\draw[thick] (0,0)  -- (2,0);(0.8pt) 。                        \item very thick:\tikz\draw[very thick] (0,0)  -- (2,0);(1.2pt) 。                        \item ultra thick:\tikz\draw[ultra thick] (0,0)  -- (2,0);(1.6pt) 。                \end{itemize}
        \item color：线的颜色        \item line cap：线的包围方式                \begin{itemize}
        \item round：环形包围 \tikz\draw[line cap=round,line width=10pt] (0,0)  -- +(2,0);
        \item butt：不包含边缘围 \tikz\draw[line cap=but,line width=10pt] (0,0)  -- +(2,0);
        \item rect：矩形包围围 \tikz\draw[line cap=rect,line width=10pt] (0,0)  -- +(2,0);(和butt不同在于起始和结束的包边被削掉了)
                \end{itemize}
        \item line join:线的链接方式。                \begin{itemize}
                        \item round：\tikz \draw[line join=round,line width=4] (0,0) -- ++(.5,1) -- ++(.5,-1);
                        \item bevel：\tikz \draw[line join=bevel,line width=4] (0,0) -- ++(.5,1) -- ++(.5,-1);
                        \item miter：\tikz \draw[line join=miter,line width=4] (0,0) -- ++(.5,1) -- ++(.5,-1);
                \end{itemize}
        \item miter limit：设置连接处更尖锐，默认为10。                \begin{itemize}
                        \item 默认效果：\tikz \draw[line width=5pt] (0,0) -- ++(5,.5) -- ++(-5,.5);
                        \item 设置为25后效果：\tikz \draw[miter limit=25,line width=5pt] (6,0) -- ++(5,.5) -- ++(-5,.5);
                \end{itemize}
\end{itemize}
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基础绘图相关参数

• line width：线的宽度

• 

• color：线的颜色

• line cap：线的包围方式

  • round：环形包围
  • butt：不包含边缘
  • rect：矩形包围
    

• line join：线的连接方式

• round

• bevel

• miter
  

• mitter limit:设置连接处
  

设置线型

\begin{itemize}
        \item data pattern：dash pattern = on 2pt off 3pt on 4pt off 4pt 表示画2pt后空3pt然后画4pt后空4pt。效果 \tikz \draw[dash pattern= on 2pt off 3pt on 4pt off 4pt] (0pt,0pt) -- (3.5cm,0.4pt);
        \item dash phase：设置线起点偏移多少后开始绘制\tikz \draw[dash pattern= on 2pt off 3pt on 4pt off 4pt,dash phase=4pt] (0pt,0pt) -- (3.5cm,0.4pt);
        \item dash expand off：需要包 decorations 。而且dash pattern只能右一个on和off。        \item solid：线型为实线。\tikz \draw[solid] (0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item dotted：线型为虚线（点）。\tikz \draw[dotted](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item densely dotted：稠密的点。\tikz \draw[densely dotted](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item loosely dotted：间距稍微大一点的点。\tikz \draw[loosely dotted](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item dashed：虚线。\tikz \draw[dashed](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item densely dashed：稠密虚线。\tikz \draw[densely dashed](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item loosely dashed：间距稍微大一点虚线。\tikz \draw[loosely dashed](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item dash dot：点线组成的虚线。\tikz \draw[dash dot](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item densely dash dot：稠密的点线。\tikz \draw[densely dash dot](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item loosely dash dot：间距稍微大一点的点线。\tikz \draw[loosely dash dot](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item densely dash dot dot：虚线结合两个点。\tikz \draw[densely dash dot dot](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);
        \item loosely dash dot dot：间距稍微大一点的点线。\tikz \draw[loosely dash dot dot](0pt,0pt) -- (50pt,0pt);

\end{itemize}

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设置两条线风格

• double：绘制两条线 \tikz \draw[double] plot[smooth cycle] coordinates{(0,0) (1,1) (1,0) (0,1)}
• double distance：绘制两条线之间的距离 \tikz \draw[draw=black,double=red,very thick](0,1) -- (1,0
• double distance bewteen line centers：两条线之间中心的距离 \tikz \foreach \lw in {0.5,1,1.4,2,2.5} \draw[double distance between line centers=3pt,line width=\lw pt,double] (\lw,0) -- ++(4mm,0)
  渲染效果，双线绘制还有其他选项，不过个人觉得用的不多，不再解释，详情查看官方文档：
  

设置填充路径

设置图片

\begin{tikzpicture}
        \fill (0,0) -- (1,1) -- (2,1); % 填充三点组成的三角形区域
        \fill (4,0) circle (.5cm) (4.5,0) circle (.5cm);
        \fill[even odd rule] (6,0) circle (.5cm) (6.5,0) circle (.5cm);
        \fill (9,0) -- (9,1) -- (10,0) circle (.5cm);
\end{tikzpicture}
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渲染效果：

\filldraw和上述上述作用类似，不同在于填充和线型不同。线型比较粗的时候看着效果会有点差别：

\begin{tikzpicture}[fill=yellow!80!black,line width=5pt]
        \filldraw (0,0) -- (1,1) -- (2,1);
        \filldraw (4,0) circle (.5cm) (4.5,0) circle (.5cm);
        \filldraw[even odd rule] (6,0) circle (.5cm) (6.5,0) circle (.5cm);
        \filldraw (9,0) -- (9,1) -- (10,0) circle (.5cm);
\end{tikzpicture}


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设置填充模式(需要使用patterns库)

我们可以绘制图形后在其中填充需要的符号

\begin{tikzpicture}
        \draw[pattern=dots] (0,0) circle (1cm); % 绘制半径为1cm，圆心在(0,0)的圆，然后其中填充点。
        \draw[pattern=fivepointed stars] (0,0) rectangle (3,1);%绘制起点为(0,0)，宽高分别是[3,1]的矩形，填充五角星。
\end{tikzpicture}

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渲染如下：

填充指定形状的图形：

\begin{tikzpicture}
        \def\mypath{(0,0) -- +(0,1) arc (180:0:1.5cm) -- +(0,-1)} % 绘制（0,0）,(0,1),arc,(1.5cm,0)，填充红色
        \fill [red] \mypath;
        \pattern[pattern color=white,pattern=bricks] \mypath; % 堆上述区域填充砖块。
\end{tikzpicture
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渲染：

图像填充方式：

\begin{tikzpicture}
\filldraw[fill=yellow!80!black]
% 顺时针绘制外部矩形(0,0) -- (0,1) -- (1,1) -- (1,0) -- cycle
% 逆时针绘制外部矩形(0.25,0.25) -- (0.75,0.25) -- (0.75,0.75) -- (0.25,0.75) -- cycle;
\draw[->] (0,1) -- (.4,1);% 箭头标记顺时针方向\draw[->] (0.75,0.75) -- (0.3,.75);% 箭头标记逆时针方向\draw[->] (0.5,0.5) -- +(0,1) node[above] {crossings: $-1+1 = 0$};%顺时针填充和逆时针填充抵消，内部为白色。\begin{scope}[yshift=-3cm] % 沿着上图y方向上向下移动3cm
\filldraw[fill=yellow!80!black]% 设置新的图形的填充格式% Clockwise rectangle
(0,0) -- (0,1) -- (1,1) -- (1,0) -- cycle%顺时针填充% Clockwise rectangle
(0.25,0.25) -- (0.25,0.75) -- (0.75,0.75) -- (0.75,0.25) -- cycle;%顺时针填充\draw[->] (0,1) -- (.4,1);
\draw[->] (0.25,0.75) -- (0.4,.75);
\draw[->] (0.5,0.5) -- +(0,1) node[above] {crossings: $1+1 = 2$};
\end{scope}
\end{tikzpicture}

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渲染效果：

设置重叠区域奇偶抵消

\begin{tikzpicture}
\filldraw[fill=yellow!80!black]
% 顺时针绘制外部矩形(0,0) -- (0,1) -- (1,1) -- (1,0) -- cycle
% 逆时针绘制外部矩形(0.25,0.25) -- (0.75,0.25) -- (0.75,0.75) -- (0.25,0.75) -- cycle;
\draw[->] (0,1) -- (.4,1);% 箭头标记顺时针方向\draw[->] (0.75,0.75) -- (0.3,.75);% 箭头标记逆时针方向        \draw[->] (0.5,0.5) -- +(0,1) node[above] { $-1+1 = \textcolor{red}{0}$};%顺时针填充和逆时针填充抵消，内部为白色。\begin{scope}[yshift=-3cm] % 沿着上图y方向上向下移动3cm
\filldraw[fill=yellow!80!black,even odd rule]% 设置新的图形的填充格式(0,0) -- (0,1) -- (1,1) -- (1,0) -- cycle%顺时针填充% Clockwise rectangle
(0.25,0.25) -- (0.25,0.75) -- (0.75,0.75) -- (0.75,0.25) -- cycle;%顺时针填充\draw[->] (0,1) -- (.4,1);
\draw[->] (0.25,0.75) -- (0.4,.75);
        \draw[->] (0.5,0.5) -- +(0,1) node[above] {$1+1 = \textcolor{red}{2}$};
\end{scope}
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