使用 LaTeX 撰写科研论文的完整实践总结

本文记录了在使用 LaTeX 编写科研论文过程中积累的经验，包括环境配置、结构设计、代码与图表管理、参考文献系统、调试过程以及常见问题的解决方法。文章重点在于提供一个可复用的实践路径，帮助后续写作更高效、更规范。

一、LaTeX 环境与编译配置

建议使用 TinyTeX 搭配 XeLaTeX。TinyTeX 是 TeX Live 的轻量版本，易于维护，占用空间小。安装完成后使用以下命令更新并安装宏包：

tlmgr update --self --all
tlmgr install <package-name>

首次编译出现缺少 .sty 文件的错误是正常现象，例如：

! LaTeX Error: File `caption.sty' not found.

可以直接安装：

tlmgr install caption

编译时建议使用：

latexmk -xelatex mypaper.tex

该命令能自动检测依赖并多次编译，确保交叉引用正确。

二、论文结构与章节规划

一篇完整的实验类论文通常包含以下章节：

引言（Introduction）：介绍研究背景和问题。
相关工作（Related Work）：说明已有研究与差距。
方法（Methodology）：阐述算法、模型或理论基础。
实验设计（Experiment Setup）：描述实验数据、环境和参数。
实验结果与分析（Results and Analysis）：展示与解释实验结果。
讨论（Discussion）：探讨结果意义与局限。
结论（Conclusion）：总结工作与展望未来方向。
参考文献（References）

附录可包含实验代码、推导、附加数据等。
若论文中包含算法实现，可以在方法章节下添加“小节：原理性分析”，用于通过公式或伪代码分析算法行为，以便在实验前预测性能。

三、数学公式与符号规范

数学表达式建议加载以下宏包：

\usepackage{amsmath, amssymb}

常用环境：

\begin{align}
  \mathbf{x}_{t+1} &= \mathbf{x}_t - \eta \nabla f(\mathbf{x}_t), \\
  \Delta \mathbf{w} &= -\mathbf{H}^{-1}\nabla f(\mathbf{w})
\end{align}

写作规范：

向量使用粗体（如 \(\\mathbf{x}\)）；
使用 align 对齐等号；
公式编号通过 \label 管理。

四、伪代码与源代码插入

1. 伪代码（Algorithm）

使用 algorithm2e 宏包：

\usepackage[ruled,vlined]{algorithm2e}

示例：

\begin{algorithm}[h]
\caption{拟牛顿法（BFGS）算法}
\KwIn{初始参数 $\mathbf{w}_0$，容差 $\epsilon$}
\KwOut{最优参数 $\mathbf{w}^*$}
初始化 $\mathbf{H}_0 = I$；\\
\While{$\|\nabla f(\mathbf{w}_t)\| > \epsilon$}{
  计算方向 $\mathbf{p}_t = -\mathbf{H}_t \nabla f(\mathbf{w}_t)$；\\
  执行线搜索求 $\alpha_t$；\\
  更新参数 $\mathbf{w}_{t+1} = \mathbf{w}_t + \alpha_t \mathbf{p}_t$；\\
  更新 $\mathbf{H}_{t+1}$；
}
\end{algorithm}

2. 代码（Listings）

代码建议用 listings 宏包，并放置在 code/ 目录：

\usepackage{listings}
\lstinputlisting[language=Python, caption={梯度下降法示例}]{code/gd.py}

避免在正文中直接粘贴大段代码，保持版面整洁。

五、图表与实验结果展示

图片用 graphicx，表格用 booktabs：

\usepackage{graphicx, booktabs}

表格示例：

\begin{table}[ht]
\centering
\caption{不同算法的性能对比}
\begin{tabular}{lcc}
\toprule
算法 & 最终损失 & 迭代次数 \\
\midrule
GD   & 0.0099 & 1000 \\
BFGS & 0.0095 & 100 \\
\bottomrule
\end{tabular}
\end{table}

图片建议采用相对路径存放在 figures/ 目录，并统一命名。

六、参考文献系统与 biber 配置

使用 biblatex + biber 组合管理参考文献：

\usepackage[backend=biber,style=gb7714-2015]{biblatex}
\addbibresource{references.bib}

正文引用：

如文献 \cite{Nocedal2006} 所述……

编译命令顺序：

latexmk -xelatex mypaper.tex
biber mypaper
latexmk -xelatex mypaper.tex

1. 常见错误：`biber` 未找到

错误信息：

sh: biber: 未找到命令

解决方案：

tlmgr install biber
export PATH=$PATH:~/.TinyTeX/bin/x86_64-linux/

验证：

which biber

七、latexindent 格式化工具配置问题

在 VSCode 使用 TexLab 或 LaTeX Workshop 自动格式化时，若出现：

latexindent not found

则说明未安装依赖。

解决方案：

tlmgr install latexindent
cpan YAML::Tiny File::HomeDir Unicode::GCString

在 VSCode 设置中加入路径：

"latex-workshop.latexindent.path": "/home/user/.TinyTeX/bin/x86_64-linux/latexindent"

这样可以在保存时自动格式化文档。

八、常见编译与调试技巧

场景	命令或方案
清理中间文件	`latexmk -C`
自动编译	`latexmk -xelatex -pvc mypaper.tex`
参考文献缺失	手动运行 `biber` 再编译
浮动体乱序	使用 `[!htbp]` 指定位置
跨页图片	使用 `figure*` 环境
编号不更新	连续编译两次

当 .log 文件中出现 ! 或 undefined reference 时，说明标签或引用未生成，多编译几次通常可解决。

九、宏包推荐

功能	宏包
中文排版	ctex
数学公式	amsmath, amssymb
插图	graphicx
表格	booktabs
伪代码	algorithm2e
代码展示	listings
超链接	hyperref
参考文献	biblatex, biber
页面设置	geometry
自动缩进	latexindent

十、经验总结

环境问题是最容易卡人的环节，尤其是 biber 与 latexindent 的路径配置。
模板确定后，后续论文的写作效率显著提升。
代码、图表、参考文献都应独立成目录，避免项目杂乱。
多利用 latexmk 自动化编译，减少人工命令。
学会阅读 .log 文件，是解决大部分错误的关键。
对论文类项目，尽量保持统一的样式与文件结构，便于长期维护。

十一、结语

使用 LaTeX 写论文的过程前期配置繁琐，但长期收益显著。
一旦熟悉了文档结构、宏包管理与编译流程，论文排版、引用管理、格式规范都会变得高效且一致。
本文总结的经验可作为构建个人科研写作模板的参考，为今后的实验报告、综述或学术论文提供可复用的写作基础。