NMSA230 - Softwarové prostředky
pro matematiku a stochastiku

Zimný semester 2017/2018 | Cvičenie 3 | Po 06/11/17



Program tretieho cvičenia NMSA 230
  • Oboznámiť sa s TeX-om a LaTeX-om a osvojiť si základný princíp ich fungovania a vytvárania jednoduchých dokumentov.
  • Oboznámenie sa so základnými nástrojmi (makrá), ktoré sú v LaTeX-u určené špecíálne k formátovaniu a sadzbe jednoduchých dokumentov s obsahom štrukturovaného matematického textu.
  • Niektoré užitočné nástroje potrebné k základnej estetickej úprave pripravovaného dokumentu.


LaTeX | Stručný úvod a základy


Všeobecné informácie
  • LaTeX je komplexný systém určený k príprave a tvorbe dokumentov, ktoré vyžadujú netriviálnu sadzbu väčšinou zložitého a komplexného textu. Z tohto dôvodu sa najčastejšie využíva pri tvorbe rozsiahlejších dokumentov technického, resp. vedeckého zamerania.
    Bez akýchkovek problémov ale zvládne aj jednoduchý a primitívný text.
  • LaTeX je sofistikované, ale tzv. “user-friendly” rozšírenie programu TeX, ktorého autorom je bývalý profesor Stanford University, Donald Knuth. Okrem samotného nástroju na sádzanie textu (TeX-u), ponúka LaTeX aj rôzne rozšírenia a makra, ktoré slúžia k zjednodušeniu práce pri tvorbe rôznych dokumentov.
  • LaTeX nie je textový editor, je to efektívný nástroj na priamu sadzbu textu: ponúka množstvo rôzných funkcií pre plnohodnotnú prípravu dokumentov rôzneho technického, vedeckého ale aj neodborného, resp. všeobecného zamerania.
  • Existuje niekoľko distribúcii LaTeX-u: TeX Live, MiKTeX, MacTeX, TeXworks, a ďalšie.
  • Pre plnohodnotnú prácu s LaTeX-om je potrebný editor, v ktorom je potrebné dokument pripraviť. Podobne ako TeX-ových distribúcii, aj LaTeX-ových editorov je na výber niekoľko : TeX Maker, TeX Studio, TeXnic Center, WinEdt, TeXworks, WinEdt a mnohé ďalšie.
  • Pre užívateľov je k dispozícii široká technická podpora, rôzne online diskusie a fóra. Najzámejšie združenia uživateľov LaTeX-u sú TUG | TeX Users Group a CSTUG | Československé sdružení uživatelů TeX/u.
Donald Ervin Knuth (1938)

Užitočné materiály pre prácu s LaTeX-om
  • Tobias Oetiker a kol.: Ne příliš stručný úvod do systému LaTeX 2ε. (PDF súbor)
  • Kolektív AF UPOL: Drsný úvod do LaTeX-u. (PDF súbor)
  • Warbrick, J.: Essential LaTeX ++ (PDF súbor)

  • Olšák, P.: Typografický systém TeX, Konvoj, 1995.
  • Knuth, D.: Computer and Typesetting Series, Vol. A: The TeX Book, Addison Wesley, 1986.
  • Knuth, D.: Computer and Typesetting Series, Vol. B: TeX The Program, Addison Wesley, 1986.


1. Vytváranie jednoduchých dokumentov

Dokument pripravený v LaTeX-u ma dve hlavné časti: tou prvou je preambula, v ktorej sa špecifikuje konkrétny typ dokumentu, ktorý bude následovať (napr. article, report, book, letter, minimal, slides, beamer atď.). V preambule sú tiež uvedené potrebné nastavenia, ktoré ovplivňujú celkový vzhľad vypracovaného dokumentu (napr. jazykové kódovanie, formátovanie stránky, typ stránkovania a pod.), deklarujú sa tu rôzné parametre, uživateľsky definované príkazy, a mnoho ďalších nastavení.

Začiatok každého LaTeX-ového dokumentu začína príkazom:

\documentclass[options]{class}

V hranatých zátvorkach sú uvedené nastavenia ako veľkosť písma (10pt, 12pt, …), typ stránky (a4paper, a5paper, b5paper, letterpaper, …), spôsob stránkovania (oneside, twoside), orientácia stránky (landscape, portrait) a niekoľko ďalších. V zložených zátvorkách je uvedený typ dokumentu (napr. article, report, book, letter, minimal, slides, beamer atď.).

Konkrétne nastavenie môže vyzerať napr. takto:

\documentclass[a4paper, twoside, 10pt]{article}

Za príkazom ‘\documentclass’ následuje preambula, teda zoznam potrebných nastavení a dodatočných rozšírení (tzv. packages). Dôležité je najmä jazykové nastavenie a nastavenie príslušného kódovania, napr:

\usepackage[czech]{babel}
\usepackage[utf8]{inputenc}

Vyššie uvedené deklaruje, že bude nasledovať český text v kódovani UTF8. Nastavenie jazyka je dôležité hlavne preto, aby LaTeX použil správnu knižnicu slov, čo umožní napr. správne delenie slov na konci riadkov, formátovanie textu, či správny tvar úvodzoviek. V prípade vytvárania slovenského textu je možne zvolit príslušný parameter s hodnotou slovak. Detaultné nastavenie (t.j. dokument bez uvedeného jazyka) je angličtina, t.j. hodnota parametru english.

Potrebné balíčky sa inicializujú príkazom \usepackage{} - napr. nástroje potrebné na písanie korektného a estetického matematického textu sú obsiahnuté v balíčkoch amsmath a amsfonts a načítame ich pomocou dvojice príkazov spoločne pomocou príkazu:

\usepackage{amsmath}
\usepackage{amsfonts}

alebo aj spoločne, pomocou jedného príkazu v tvare

\usepackage{amsmath, amsfonts}



Do preambuly je možné uviesť aj komplexnejšie nastavenia (definícia a zmena počiatočných hodnôt rôznych počítadiel - napr. počítadlo, ktoré čísluje strany, obrázky, tabuľky a pod.), alebo definovať vlastné príkazy (resp. modifikovať už príkazy existujúce).

Preambula končí príkazom \begin{document}, ktorý zároveň definuje začiatok druhej časti LaTeX-ového dokumentu - samotného obsahu vytváraného dokumentu. Koniec druhej časti a taktiež celkový záver vytvaraného
dokumentu je označený príkazom \end{document}. Čokoľvek, čo následuje za týmto príkazom, je pri spracovaní dokumentu (kompilácii) LaTeX-om ignorované.

\begin{document}
...
... text dokumentu
...
\end{document}



Užitočné





2. Formátovanie matematického textu

Matematické výrazy sa v LaTeX-u vkládajú do vhodného prostredia - konkrétne špecifikovanej časti textu, ktorá je definovaná konkretnou dvojicou príkazov. K dispozícii je niekoľko základných prostredí, napr:

\begin{displaymath}
...
\end{displaymath}
\begin{equation}
...
\end{equation}
\begin{equation*}
...
\end{equation*}
\begin{align}
...
\end{align}
\begin{align*}
...
\end{align*}

A mnoho iných prostredí, ku ktorým môže užívateľ definovať vlastné prostredia. V samotnom texte je možné krátke matematické výrazy uviesť aj v prostredí, ktoré je vymedzené pomocou párových znakov $ alebo $$.

Napr., nasledujúci príkaz vygeneruje v LaTeX-u předpis pre hustotu rozdelenia náhodnej veličiny s príslušnými parametrami strednej hodnoty \(\mu\) a rozptylu \(\sigma^2\)

\begin{displaymath}
f(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma^2}}\exp\left\{\frac{-(x - \mu)^2}{2\sigma^2}\right\}
\end{displaymath}

Vo finálnom (skompilovanom) PDF dokumente sa namiesto zdrojového kodu objaví nasledujúci tvar hustoty:

\(f(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma^2}}\exp\left\{\frac{-(x - \mu)^2}{2\sigma^2}\right\}\).



Užitočné


V LaTeX-u je defaultne naprogramovaných množstvo užitočných príkazov, ktoré sú potrebné pri plnohodnotnej formulácii matematického textu. Jednotlivé príkazy sú často intuitivné a ich použitie v texte je priamočiare.

Pomerne rozsiahlý a viac-menej celkom komplexný zoznam rôznych matematických funkcii v LaTeX-u: Special Symbols in LaTeX

Stručna ukážka:

  • Grécke písmena: \(\alpha\), \(\beta\), \(\gamma\), \(\rho\), \(\sigma\), \(\delta\), \(\epsilon\) a ďalšie …

    \alpha \beta \gamma \rho \sigma \delta \epsilon
    
  • Binárne operátory: \(+\), \(-\), \(*\), \(/\), \(\times\), \(\otimes\), \(\oplus\), \(\cup\), \(\cap\) a ďalšie …

    + - * / \times \otimes \oplus \cup \cap
    
  • Množinové/relačné operátory: \(<\), \(>\), \(\leq\), \(\geq\), \(\subset\), \(\supset\), \(\subseteq\), \(\supseteq\) a ďalšie …

    < > \leq \geq \subset \supset \subseteq \supseteq
    
  • Operátory a funkcie: \(\int\), \(\oint\), \(\sum\), \(\prod\), \(\log\), \(\exp\) a ďalšie …

    \int \oint \sum \prod \log \exp
    
  • Šípky a zátvorky: \(\leftarrow\), \(\Leftarrow\), \(\Longleftarrow\), \(\leftrightarrow\), \(\big[\), \(\big]\), \(\Big[\), \(\Big]\), \(\{\), \(\}\) a ďalšie …

    \leftarrow \Leftarrow \Longleftarrow \leftrightarrow \big[ \big] \Big[ \Big] \{ \}
    





Domáca úloha

(Deadline: 4. cvičenie | Po: 20.11.2016)

Pomocou LaTeX-u vytvorte jednoduchý PDF súbor (dokument), ktorý bude obsahovať:

  • titulnú stránu s vaším menom a priezvisko, vaše študentské číslo (ISIC karta), alebo dátum narodenia a tiež názov datového súboru, ktorý ste si zvolili k vypracovaniu zadania prvej a druhej domácej úlohy;
  • samostatnú časť/kapitolu/sekciu so stručným popisom vami zvoleného datového súboru (zoznam sledovaných premenných, jejich popis a interpretace);
  • samostatnú časť/kapitolu/sekciu, ktorá bude obsahovať základné popisné štatistiky/charakteristiky, ktoré ste v danom datovom súbore pro jednotlivé proměnné spočítali;
  • samostatnú časť/kapitolu/sekciu, v ktorej pomocou matematických výrazov vyjadrite, ako sa uvedené popisné štatistiky formálne počítajú (formulovanie a formátovanie matematického textu v LaTeX-u);

Výsledný PDF súbor, ktorý bude obsahovať všetky vyššie uvedené časti, pomenujte prijmeni_jmeno.pdf a následne ho odošlite emailom na adresu maciak AT karlin.mff.cuni.cz, a to najneskôr 20.11.2016.