☰

Создание шаблона графика tikz, пригодного для повторного использования

tag-icon • tag-icon tikz-pgf document-classes graphs
Создание шаблона графика tikz, пригодного для повторного использования

Я часто создаю графики для своих курсов, и я обнаружил, что я всегда копирую и вставляю код, и я хочу ускорить процесс. Я использую свой собственный .clsфайл для своего кода, так что, может быть, я мог бы сохранить некоторые из этих часто используемых настроек там?

Вот мойтекущийкод для типичного графика:

\documentclass{standalone}
\usepackage{tikz}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[scale=.9]
  \def \xmin {-3}
  \def \xmax {3}
  \def \ymin {-2}
  \def \ymax {3}
  \draw[help lines] (\xmin, \ymin) grid (\xmax, \ymax);
  \draw [<->] (\xmin-.3,0) -- (\xmax+.3,0);
  \draw [<->] (0,\ymin-.3) -- (0,\ymax+.3);
  \node at (0,\ymax + .6) {$g(x)$};
  \node at (\xmax + .6,0) {$x$};
  \node at (-2, 1.5) {$y = g(x)$};
  \draw[domain=-1.828:1, blue, very thick, smooth] plot
    ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
  \draw[domain=1:2.732, blue, very thick, smooth] plot
      ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
  \draw[very thick, blue, fill] (1,1) circle [radius=.08];
  \draw[very thick, blue, fill=white] (1,2) circle [radius = .08];
  \foreach \x in {1} \draw (0,\x)node[right]{\x};
  \foreach \x in {1} \draw (\x,0)node[below]{\x};
\end{tikzpicture}
\end{document}

Повторяющиеся вещи:

  1. Стили линий всегда «очень толстые, синие».
  2. Я всегда рисую вспомогательные линии, указанные выше значениями.
  3. Круги (закрашенные белым или синим цветом) встречаются часто.
  4. Последние две команды я использую для добавления меток.

Некоторые вещи плохо масштабируются. Если я установлю масштаб .5, например, стрелки будут выглядеть неправильно, а текст будет перемещаться. Интересно, можно ли изменить положение стрелок и меток на осях в зависимости от коэффициента масштабирования?

Если у вас есть какие-то мысли по этому поводу, я был бы очень признателен. Я думаю, что я запутался и в tikz, и в файлах классов.

Вот как в целом выглядит конечный результат

решение1

Вы можете использовать \tikzsetи \newcommandдля создания общего кода, который нужно поместить в ваш .clsфайл.

Например, я создал:

  • стиль myblue, который можно использовать вместо «очень густой, синий»
  • команда myhelpдля линий помощи
  • a whitepointи bluepoint pics для кругов (заполненных белым или синим цветом, вы также можете создать уникальный picс параметром для передачи опции цвета)
  • команда mylabelsдля добавления меток.

Посмотрите код, чтобы узнать, как их использовать:

\documentclass{standalone}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{shapes.geometric,shapes.symbols,positioning,decorations.pathmorphing}

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% you may put a code like this in your .cls file
\tikzset{%
    myblue/.style={blue, very thick},
    pics/bluepoint/.style={code={%          
        \draw[very thick, blue, fill] (0,0) circle [radius=.08];
    }},
    pics/whitepoint/.style={code={%         
        \draw[very thick, blue, fill=white] (0,0) circle [radius = .08];
    }},
    }
\newcommand{\myhelp}{\draw[help lines] (\xmin, \ymin) grid (\xmax, \ymax);}
\newcommand{\mylabels}{%
    \foreach \x in {1} \draw (0,\x)node[right]{\x};
    \foreach \x in {1} \draw (\x,0)node[below]{\x};}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

\begin{document}
\begin{tikzpicture}[scale=.9]
  \def \xmin {-3}
  \def \xmax {3}
  \def \ymin {-2}
  \def \ymax {3}
  \myhelp  
  \draw [<->] (\xmin-.3,0) -- (\xmax+.3,0);
  \draw [<->] (0,\ymin-.3) -- (0,\ymax+.3);
  \node at (0,\ymax + .6) {$g(x)$};
  \node at (\xmax + .6,0) {$x$};
  \node at (-2, 1.5) {$y = g(x)$};
  \draw[domain=-1.828:1, myblue, smooth] plot
    ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
  \draw[domain=1:2.732, myblue, smooth] plot
      ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
  \pic at (1,1) {bluepoint};
  \pic at (1,2) {whitepoint};
  \mylabels
\end{tikzpicture}
\end{document}

Конечно, результат будет точно таким же:

введите описание изображения здесь

Если это может быть полезно, вот версия с параметрической настройкой цвета кончика стрелки, по blueумолчанию:

\documentclass{standalone}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{shapes.geometric,shapes.symbols,positioning,decorations.pathmorphing}

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% you may put a code like this in your .cls file
\tikzset{%
    myblue/.style={blue, very thick},
    pics/mypoint/.style={code={%          
            \draw[very thick, blue, fill=#1] (0,0) circle [radius=.08];
    }},
    pics/mypoint/.default=blue
}
\newcommand{\myhelp}{\draw[help lines] (\xmin, \ymin) grid (\xmax, \ymax);}
\newcommand{\mylabels}{%
    \foreach \x in {1} \draw (0,\x)node[right]{\x};
    \foreach \x in {1} \draw (\x,0)node[below]{\x};}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

\begin{document}
    \begin{tikzpicture}[scale=.9]
    \def \xmin {-3}
    \def \xmax {3}
    \def \ymin {-2}
    \def \ymax {3}
    \myhelp  
    \draw [<->] (\xmin-.3,0) -- (\xmax+.3,0);
    \draw [<->] (0,\ymin-.3) -- (0,\ymax+.3);
    \node at (0,\ymax + .6) {$g(x)$};
    \node at (\xmax + .6,0) {$x$};
    \node at (-2, 1.5) {$y = g(x)$};
    \draw[domain=-1.828:1, myblue, smooth] plot
    ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
    \draw[domain=1:2.732, myblue, smooth] plot
    ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
    \pic at (1,1) {mypoint};
    \pic at (1,2) {mypoint=white};
    \mylabels
    \end{tikzpicture}
\end{document}

решение2

Один из подходов заключается в использовании \pgfkeysдля хранения различных значений по умолчанию для ваших графиков, а затем в обертке всего в пользовательскую среду с новыми настройками, заданными через пары ключ-значение. Например, код

\pgfkeys{/mygraph/.is family, /mygraph,
  xmin/.initial = -3, % defaults for xmin, xmax, ymin,ymax
  xmax/.initial =  3,
  ymin/.initial = -3,
  ymax/.initial =  3,
  ylabel/.initial = f(x),% default function name
  scale/.initial = 0.9,  % tikzpicture scale
  xtics/.initial = {1}, % list of marked coordinates on x-axis
  ytics/.initial = {1},  % list of marked coordinates on y-axis
}

устанавливает начальные (или значения по умолчанию) значения для максимальных и минимальных значений x и y, метку для оси y и масштаб. Затем вы можете определить среду, например, MyGraphкоторая принимает необязательный аргумент, который передается в \pgfkeysvia \pgfkeys{/mygraph, #1}для изменения этих настроек. Это будет использоваться как

\begin{MyGraph}[ylabel=g(x)]
    \draw[domain=-1.828:1, smooth,-{Circle[blue]}] plot ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
    \draw[domain=1:2.732, smooth, {Circle[open, fill=white]}-] plot ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
\end{MyGraph}

Это рисует график в вопросе! В частности, обратите внимание, что \usetikzlibrary{arrows.meta}обеспечивает круглые наконечники "стрелок". В общем, "содержимое" среды MyGraphбудет материалом, специфичным для вашего графика.

Среда MyGraphоткроет среду tikzpictureи нарисует "начальный код". Вот одно из возможных определений:

\newenvironment{Mygraph}[1][]%
   {\pgfkeys{/mygraph, #1}% process settings
    \begin{tikzpicture}[scale=\Gval{scale},
                        draw/.append style={very thick, blue}]
      \draw[help lines](\Gval{xmin},\Gval{ymin}) grid (\Gval{xmax},\Gval{ymax});
      \draw[thin, black] [<->] (\Gval{xmin}-0.3,0) -- (\Gval{xmax}+0.3,0);
      \draw[thin, black] [<->] (0,\Gval{ymin}-0.3) -- (0,\Gval{ymax}+0.3);
      \node at (0,\Gval{ymax} + .6) {$\Gval{ylabel}$};
      \node at (\Gval{xmax} + .6,0) {$x$};
      \node at (-2, 1.5) {$y = \Gval{ylabel}$};
    }
    {\end{tikzpicture}}

( \GvalМакрос, являющийся сокращением для \pgfkeysvalueof{/mygraph/#1}, извлекает значение соответствующей клавиши.)

Обратите внимание draw/.append style={very thick, blue}на начало среды tikzpicture: это устанавливает толстые синие линии как значения по умолчанию для \drawкоманды. Есть небольшой недостаток в таком подходе, так как теперь необходимо писать \draw[black]....для меток на осях x и y. Другой способ сделать это — использовать \tikzsetдля определения стиля:

\tikzset{% define styles for commonly used elements
  myline/.style={very thick, blue}
}

после чего вы будете использовать , \draw[myline]...когда вам нужны толстые синие линии. Использование \tikzsetболее явно, и поэтому, вероятно, лучше, но если вы хотите, чтобы "почти все" ваши команды рисования давали толстые синие линии, это сэкономит вам немного ввода.

Вот полный MWE, использующий MyGraphсреду для построения двух «разных» графиков:

\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{arrows.meta}

% Using pgfkeys makes it easier to use key-value settings for the graph
\pgfkeys{/mygraph/.is family, /mygraph,
  xmin/.initial = -3,    % defaults for xmin, xmax, ymin,ymax
  xmax/.initial =  3,
  ymin/.initial = -3,
  ymax/.initial =  3,
  ylabel/.initial = f(x),% default function name
  scale/.initial = 0.9,  % tikzpicture scale
  xtics/.initial = {1},  % list of marked coordinates on x-axis
  ytics/.initial = {1},   % list of marked coordinates on y-axis
}

% shortcut to access values of /mygraph
\newcommand\Gval[1]{\pgfkeysvalueof{/mygraph/#1}}

% graph environment with optional argument for changing defaults
\newenvironment{Mygraph}[1][]%
   {\pgfkeys{/mygraph, #1}% process settings
    \begin{tikzpicture}[scale=\Gval{scale},
                        draw/.append style={very thick, blue}]
      \draw[help lines](\Gval{xmin},\Gval{ymin}) grid (\Gval{xmax},\Gval{ymax});
      \draw[thin, black] [<->] (\Gval{xmin}-0.3,0) -- (\Gval{xmax}+0.3,0);
      \draw[thin, black] [<->] (0,\Gval{ymin}-0.3) -- (0,\Gval{ymax}+0.3);
      \node at (0,\Gval{ymax} + .6) {$\Gval{ylabel}$};
      \node at (\Gval{xmax} + .6,0) {$x$};
      \node at (-2, 1.5) {$y = \Gval{ylabel}$};
      \xdef\xtics{\Gval{xtics}}% for reasons unknown can't use this directly
      \foreach \x in \xtics { \draw[black](\x,0)node[below]{\small$\x$}; }
      \xdef\ytics{\Gval{ytics}}
      \foreach \y in \ytics { \draw[black](0,\y)node[left]{\small$\y$}; }
    }
    {\end{tikzpicture}}

\begin{document}

  \begin{Mygraph}
    \draw[domain=-1.828:1, smooth,-{Circle[blue]}] plot ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
    \draw[domain=1:2.732, smooth, -{Circle[open, fill=white]}] plot ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
  \end{Mygraph}

  \begin{Mygraph}[ylabel=g(x), xmin=-4, xmax=4, scale=0.5, xtics={1,2,3}, ytics={1,3}]
    \draw[domain=-1.828:1, smooth,-{Circle[blue]}] plot ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
    \draw[domain=1:2.732, smooth, {Circle[open,fill=white]}-] plot ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
  \end{Mygraph}

\end{document}

Вот что получилось:

введите описание изображения здесь

Конечно, вы можете добавить больше настроек для \pgfkeys{/mygraph/,...}дальнейшей настройки ваших графиков. Например, вы, вероятно, захотите сделать это для обозначенных значений x и y на осях и размещения метки y=g(x)и т. д. Есть также много других вещей, которые вы можете сделать с \pgfkeys-- см.тикзруководство для получения более подробной информации.

решение3

Ответы выше от @andrew и @CarLaTeX конструктивны и поучительны. Я перенял части обоих их ответов, чтобы придумать следующий код.

В моем классном файле естьдобавленследующее, к уже значительному объему (не связанного) кода. Я не хочу размещать все это здесь, поэтому соответствующие части:

% This is the setup for the wcgraph environment below
\tikzset{%
    myblue/.style={blue, very thick},
    pics/closed/.style={code={%
            \draw[very thick, blue, fill] (0,0) circle [radius=.08];
    }},
    pics/open/.style={code={%
            \draw[very thick, blue, fill=white] (0,0) circle [radius=.08];
    }},
    pics/mypoint/.default=blue,
    draw/.append style={very thick, blue},
    >=latex,
    >=stealth,
}

% This is the setup for the wcgraph environment below
\pgfkeys{/mygraph/.is family, /mygraph,
  xmin/.initial = -3,         % defaults for xmin, xmax, ymin,ymax
  xmax/.initial =  3,
  ymin/.initial = -3,
  ymax/.initial =  3,
  ylabel/.initial = f(x),     % default function name
  xlabel/.initial = x,        % default independent variable
  scale/.initial = 0.9,       % tikzpicture scale
  xtics/.initial = {1},       % list of marked coordinates on x-axis
  ytics/.initial = {1},       % list of marked coordinates on y-axis
  xticsloc/.initial = below,  % default location for tick labels
  yticsloc/.initial = left,
  helplines/.initial = draw,  % Default to draw the help lines
}

% A new command to grab values from pgfkeys above
\newcommand\getVal[1]{\pgfkeysvalueof{/mygraph/#1}}

% A command to draw helplines. To not draw them, pass the option "hide"
\newcommand{\helplines}[1]{
  \ifthenelse{\equal{#1}{draw}}{
    \draw[help lines] (\getVal{xmin},\getVal{ymin}) grid (\getVal{xmax},\getVal{ymax});
  }{}
}

% The graph environment with optional arguments for changing defaults
\newenvironment{wcgraph}[1][]%
   {\pgfkeys{/mygraph, #1}% process settings
    \begin{tikzpicture}[scale=\getVal{scale}]
      \helplines{\getVal{helplines}}
      \draw[thin, black] [->] (\getVal{xmin}-0.3,0) -- (\getVal{xmax}+0.3,0);
      \draw[thin, black] [->] (0,\getVal{ymin}-0.3) -- (0,\getVal{ymax}+0.3);
      \node at (0,\getVal{ymax} + .6) {$\getVal{ylabel}$};
      \node at (\getVal{xmax} + .6,0) {$\getVal{xlabel}$};
      \xdef\xtics{\getVal{xtics}} % Can't use this directly for some reason
      \foreach \x in \xtics {
        \draw[black](\x,0)node[\getVal{xticsloc}]{\small$\x$};
      }
      \foreach \x in {\getVal{xmin},...,\getVal{xmax}}{
        \draw[black, thin, shift={(\x,0)}] (0pt,1pt) -- (0pt,-1pt);
      }
      \xdef\ytics{\getVal{ytics}}
      \foreach \y in \ytics {
        \draw[black](0,\y)node[left]{\small$\y$};
      }
      \foreach \y in {\getVal{ymin},...,\getVal{ymax}}{
        \draw[black, thin, shift={(0,\y)}] (1pt,0pt) -- (-1pt,0pt);
      }
    }
    {\end{tikzpicture}}

В моем .texфайле я использую worksheet.clsкласс, который (как я уже сказал выше) включает в себя много других вещей, чем те, что я разместил прямо над этим. MWE — это:

\documentclass{worksheet}

\begin{document}

  \begin{wcgraph}[xmin=-2, ymin=-2]
    \draw[domain=-1.828:1, smooth] plot ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
    \draw[domain=1:2.732, smooth] plot ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
    \pic at (1,2) {open};
    \pic at (1,1) {closed};
  \end{wcgraph}

  \begin{wcgraph}[helplines=hide, xmin=-2, ymin=-2, scale=1.8]
    \draw[domain=-1.828:1, smooth] plot ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
    \draw[domain=1:2.732, smooth] plot ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
    \pic at (1,2) {open};
    \pic at (1,1) {closed};
  \end{wcgraph}

\end{document}

что дает следующие графики:

Два графика

Возможно, это не то место, чтобы задавать дополнительный вопрос (и я с радостью отредактирую это и опубликую другой вопрос, если кто-то предложит это), но я хотел бы немного расширить тему. Я считаю, что это очень важно для исходного вопроса, поэтому и дополнительный. Я хочу добавить команду для рисования всех «открытых» узлов, необходимых для указания координат. У меня возникли проблемы с передачей «списка» координат в новой команде. Я хочу использовать \foreachon #1, аргумент моей новой команды. Это не работает так, как я ожидал, и не будет анализироваться как координаты. Я прочитал руководство PGF и множество сообщений на , \foreachно безуспешно.

Я хотел бы использовать следующий код для графического отображения вышеизложенного:

  \begin{wcgraph}[helplines=hide, xmin=-2, ymin=-2, scale=1.8]
    \draw[domain=-1.828:1, smooth] plot ({\x}, {-0.5*(\x-1)^2 + 2});
    \draw[domain=1:2.732, smooth] plot ({\x}, {-1*(\x-1)^2 + 1});
    \openpics{(1,2)};
    \closedpics{(1,1)};
  \end{wcgraph}

что было бы очень полезно, когда у меня будут более сложные графики.

Мое лучшее предположение относительно этой новой команды (будет добавлено в мой .clsфайл):

% A new command to draw all open pics I need.
\newcommand{\openpics}[1]{
  \foreach \coord in {#1}{
    \pic at \coord {open};
  }
}

И \closedpicsкоманда будет аналогичной.

решение4

Возможно, вы захотите рассмотреть pgfplotsпакет для своих целей, полный пример ниже.

введите описание изображения здесь

% arara: pdflatex
\documentclass{standalone}
\usepackage{pgfplots}

\pgfplotsset{every axis/.append style={
                    axis x line=middle,
                    axis y line=middle,
                    axis line style={<->},
                    xlabel={$x$},
                    ylabel={$y$},
                    line width=1pt,},
                    % line style
                    gnatplot/.style={color=blue,mark=none},
                    soldot/.style={color=blue,only marks,mark=*},
                    holdot/.style={color=blue,fill=white,only marks,mark=*},
                    }

% arrows
\tikzset{>=stealth}

\begin{document}
\begin{tikzpicture}
    \begin{axis}[
            xmin=-3,xmax=3,
            ymin=-2,ymax=3,
            grid=both,
        ]
        \addplot[gnatplot,domain=-1.828:1]{-0.5*(x-1)^2 + 2};
        \addplot[gnatplot,domain=1:2.732]{-1*(x-1)^2 + 1};
        \addplot[soldot]coordinates{(1,1)};
        \addplot[holdot]coordinates{(1,2)};
    \end{axis}
\end{tikzpicture}
\end{document}

Связанный контент