敲代码写下1700页数学笔记速度堪比板书还支持搜索批注

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晓查乾明发自凹非寺
量子位报道 | 公众号 QbitAI

又出现一位“神仙”本科生！

数学课上，全程键盘手打1700页笔记。

速度紧追老师板书，公式、图形一个不落。

效果？请看下图：

不仅排版媲美教科书，而且还能够批注，检索关键词……

笔记被他Po到网上之后，便引来大量围观。

不到一天，相关推文就已经有2000多赞，Hacker News论坛上盖了200多楼。

甚至有网友评论称：“你就是我们需要的英雄！”

他是怎么做到的呢？秘密武器就是：LaTeX Vim！

这位来自欧洲的小哥非常强烈安利Vim文本编辑器，他说：

用LaTeX写数学公式，我选Vim编辑器。它强大、通用、可扩展性很强。只要是基于文本的任务我都用它，写代码、编辑LaTeX、写markdown都是。
虽然入门阶段的学习曲线超级陡峭，但只要掌握了基本的操作方式，就会欲罢不能。

下面就让我们看一下他完成这一壮举的具体流程，文中提到的工具下载地址，我们都附在了最后。

快速上手教程

我们先看看小哥的工作环境配置。

他用Vim编辑LaTeX的场景，就像下面这样：

左边是Vim，右边是pdf阅读器Zathura，它也有类似Vim的快捷键。

小哥用的操作系统是Ubuntu，使用bspwm作为窗口管理器。在Vim中，使用的LaTex插件是vimtex，它有语法高亮显示、目录视图、同步对象等功能。

然后，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=0set conceallevel=1let g:tex_conceal="abdmg"

最后两行控制的是“隐藏”功能。开启了这个功能，除了你光标所在的那一行之外，文本里夹杂的LaTeX代码就都会隐藏或者替换成其他符号。

比如说在下面动图里，隐藏了[，]，$之后，没有了它们的干扰，整个文档就更易读。这个功能还会用∩替代bigcap，∈替代in等等。

设置完成，接下来就到了整个教程的精华所在：

用LaTeX记笔记，怎么才能像老师写板书一样快？

这就是片段（snippets）发挥作用地方了。

片段

片段是什么？

片段是一小段可复用的文本，由其他文本触发。

例如，输入sign，再按下Tab键，这个单词就会自动扩展为一段签名：

片段也可以是动态的：输入today并按下Tab键，它就会变成当前的日期。

而输入box按Tab，就会出现一个框，还会随着输入文字自动变大。

片段，甚至可以嵌套在另一个片段里用：

怎么创建片段？使用UltiSnips

管理片段的插件UltiSnips，小哥是这样配置的：

关于sign片段的代码如下：

snippet sign "Signature"Yours sincerely,Gilles Castelendsnippet

对于动态的片段，你可以将代码放在``之间，在片段扩展的时候，就会运行。下面的例子，就是用 bash 格式化当前日期：date %f。

snippet today "Date"`date%F`endsnippet

你也可以在!p ...代码块里使用Python，比如上面box片段的代码就是这样的：

snippet box "Box"`!p snip.rv = "┌" "─" * (len(t[1]) 2) "┐"`│ $1 │`!p snip.rv = "└" "─" * (len(t[1]) 2) "┘"`$0endsnippet

这些 Python 代码块将被变量 snip.rv 的值替换。在这些代码块中，你可以访问代码段的当前状态，例如t[1]包含第一个制表位，fn是当前文件名等等。

LaTex片段

使用片段编写LaTeX，要比纯手工编写快得多。特别有些非常复杂的片段能帮你大大节约时间，有效防止抓狂。

下面是一些非常有用且容易上手的片段：

环境

想插入一个环境，只需要在一行的开头输入beg。然后键入环境的名称，这个名称在end{}命令中也是一样。按下Tab键，就能够将光标放置在新创建的环境中。

这个片段的代码如下：

snippet beg "begin{} / end{}" bAbegin{$1} $0end{$1}endsnippet

其中，b表示这个片段只会在代码行的开头展开，A代表自动展开，也就是说不用按Tab键了。制表位(Tab stop)——也就是你可以通过按Tab 和Shift Tab跳转到的位置——用$1、 $2、......来表示，最后一个用$0。

行内和数学显示

在记数学笔记的过程中，最常用的两个片段是mk和dm。

它们负责启动数学模式。第一个片段用于“行内数学”，第二个用于“显示数学”。

代码行内的数学片段是“智能的”：它知道什么时候在$符号后面直接输入一个单词，它会自动加个空格。但如果输入一个非单词的字符，它就不会添加空格了，比如在““$p$-value”情况下，是这样的：

这个片段的代码如下：

snippet mk "Math" wA$${1}$`!pif t[2] and t[2][0] not in [",", ".", "?", "-", " "]: snip.rv = " "else: snip.rv = ""`$2endsnippet

第一行末尾的w，意味着这个片段会在单词边界处扩展，例如，hellomk不会扩展，但是hello mk会。

用于显示数学的片段更简单，也更加方便；有了它，你可能再也不会忘记用句号结束方程了。

代码：

snippet dm "Math" wA[$1.] $0endsnippet

小写和上标

另一个很有用的片段就是下标。能够把a1改为a1，把a_12改为a{12}。

这个片段的触发器是使用正则表达式。有两种情况会扩展片段。一是你键入一个字符，后面跟着一个数字，比如[A-Za-z]d；另一种是，一个字符后面有并跟着两个数字，比如[A-Za-z]dd。

当你使用括号将正则表达式的一部分装在一个组中时，例如(dd)，你可以在 Python中通过match.group (i)来使用它们扩展片段。

至于上标，可以使用td，它就会变成^{}。然而，对于平方、立方和其他一些常见的片段，可以使用专门的代码片段，如 sr、cb等等。

效果图：

代码：

snippet sr "^2" iA^2endsnippetsnippet cb "^3" iA^3endsnippetsnippet compl "complement" iA^{c}endsnippetsnippet td "superscript" iA^{$1}$0endsnippet

分数

分数是一个用起来最方便的一个片段，扩展的形式如下：

/ / → 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)}{

第一个片段的代码很简单：

snippet // "Fraction" iAfrac{$1}{$2}$0endsnippet

第二个和第三个示例，可以使用正则表达式来匹配3/、4ac/、6pi^2/、a2/等表达式。

snippet "((d )|(d*)()?([A-Za-z] )((^|_)({d }|d))*)/" "Fraction" wrAfrac{`!p snip.rv = match.group(1)`}{$1}$0endsnippet

看了上边这些，你可能觉得正则表达式太难了。没关系，下面有一个解释得非常直观的图表：

在第四和第五种示例下，要换一种方法。使用UltiSnips的正则表达式引擎解决不了的，Python可以：

这里最后要分享的关于分数的片段，能根据你的选择，来生成一个分数。

你可以先选择一些文本，然后按Tab键，继续输入、然后再按Tab键。

代码中，使用${VISUAL}变量来表示所选的内容。

snippet / "Fraction" iAfrac{${VISUAL}}{$1}$0endsnippet

Sympy和Mathematica

还有一个很酷但用得不多的片段，是使用Sympy来计算数学表达式。例如，输入sympy，然后按下Tab，可以扩展为sympy | sympy，输入sympy 1 1 sympy，按下Tab，可以扩展为2。

片段代码：

nippet sympy "sympy block " wsympy $1 sympy$0endsnippetpriority 10000snippet "sympy(.*)sympy" "evaluate sympy" wr`!pfrom 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，也可以做类似的事情：

片段代码：

priority 1000snippet math "mathematica block" wmath $1 math$0endsnippetpriority 10000snippet "math(.*)math" "evaluate mathematica" wr`!pimport subprocesscode = "ToString[" match.group(1) ", TeXForm]"snip.rv = subprocess.check_output(["wolframscript", "-code", code])`endsnippet

后缀片段

除了上边这些之外，后缀片段也很值得分享。例如phat→hat{p}和zbar→overline{z}。还有类似的后缀向量，例如v,.→vec{v}和v.,→vec{v}。.和,的顺序没关系，所以可以同时按下它们两个。

这些片段真的可以节省时间，可以按照和老师写板书一样的顺序来记。

注意，bar和hat前缀也依然可以用，只要以较低的优先级添加它们就行。

这些片段的代码是：

priority 10snippet "bar" "bar" riAoverline{$1}$0endsnippetpriority 100snippet "([a-zA-Z])bar" "bar" riAoverline{`!p snip.rv=match.group(1)`}endsnippet

priority 10snippet "hat" "hat" riAhat{$1}$0endsnippetpriority 100snippet "([a-zA-Z])hat" "hat" riAhat{`!p snip.rv=match.group(1)`}endsnippet

snippet "(?w )(,.|.,)" "Vector postfix" riAvec{`!p snip.rv=match.group(1)`}endsnippet

其他片段

此外，小哥还有大约100个常用的片段（下载地址附于文末），大多数都很简单。比如，输入!>变成mapsto，输入->变成to等等。

fun变成f: R to R :，!>变成mapsto，->变成to，cc变成subset。

lim变成lim{n to infty}，sum变成sum{n = 1}^{infty}，ooo变成infty。

特定课程的片段

除了一些常用的片段，也可以针对特定的课程设定片段。例如，在量子力学这门课中，可以设定一些关于bra/ket符号的片段。

<a|→bra{a} <ψ|→bra{psi}="" a="">→ket{a}

|ψ>→ket{psi}

→braket{a}{b}

代码：

snippet "<(.*?)|" "bra" riAbra{`!p snip.rv = match.group(1).replace("q", f"psi").replace("f", f"phi")`}endsnippetsnippet "|(.*?)>" "ket" riAket{`!p snip.rv = match.group(1).replace("q", f"psi").replace("f", f"phi")`}endsnippetsnippet "(.*)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

在编写这些片段时需要考虑的一件事是,“这些片段会与长与常用的文本冲突吗?”

例如，在英语中大约有72个单词包含sr，这意味着当输入disregard这个词时，sr会扩展到^2，出现一个di^2egard。

这个问题的解决方案是，为代码片段添加上下文。

通过使用 Vim 的语法突出显示，可以确定UltiSnips是否应该扩展片段，这取决于你使用的是数学还是文本。

global !ptexMathZones = ["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 Falseendglobal

现在，你可以将context “math()”添加到只希望在数学上下文中展开的片段中。

context "math()"snippet sr "^2" iA^2endsnippet

请注意,“数学上下文”是一个微妙的东西。有时你可以使用text{…}在数学环境中添加一些文本。在这种情况下，你不需要扩展片段。但是，在以下情况下: [ text{$...$} ]，它们可以扩展。这就是为什么math上下文的代码有点复杂。下面的动图说明了这些微妙之处。