tikz 折线 箭头_[LaTeX 绘图] tikz 绘制流程图，概述和两个示例
本文已加入專欄文章目錄，歸入「示例」文章系列。
流程圖，或者類似流程圖的繪圖目標，主要指具有以下特征的圖形組合：多個帶框文本，框的形狀、框之間的位置關系有規律
多條帶箭頭的線，線連接框
(這里是想說，在具體的使用場景和學科背景下，圖形們各有各的叫法和名字，但從繪圖的角度，它們和本文所介紹的「流程圖」有很大的共性。)
以下，在無明顯歧義時，我們用 node 代指「帶框文本」，用 arrow 代指「帶箭頭的線」。
在 tikz 文檔的 Tutorials 中，有Sec. 3 Tutorial: A Petri-Net for Hagen和
Sec. 5 Tutorial: Diagrams as Simple Graphs
兩個流程圖繪制的例子。本文提及的大部分內容，都能在這兩個官方文檔示例中找到介紹。
引入例子
一個簡陋的例子
\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{positioning, shapes.geometric}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[node distance=10pt]
\node[draw, rounded corners] (start) {Start};
\node[draw, below=of start] (step 1) {Step 1};
\node[draw, below=of step 1] (step 2) {Step 2};
\node[draw, diamond, aspect=2, below=of step 2] (choice) {Choice};
\node[draw, right=30pt of choice] (step x) {Step X};
\node[draw, rounded corners, below=20pt of choice] (end) {End};
\draw[->] (start) -- (step 1);
\draw[->] (step 1) -- (step 2);
\draw[->] (step 2) -- (choice);
\draw[->] (choice) -- node[left] {Yes} (end);
\draw[->] (choice) -- node[above] {No} (step x);
\draw[->] (step x) -- (step x|-step 2) -> (step 2);
\end{tikzpicture}
\end{document}
上述例子中，故意略去了關于 node 的設置，如外框形狀
關于 arrow 的設置，例如線的樣式、箭頭的樣式等
關于顏色和字體的設置
這些都可以通過定義 tikz style 來解決。
上述例子中，值得關注的是這些：少用、甚至不用具體坐標第一個 node 省略了坐標，相當于指定了 (0, 0)
從第二個 node 開始，利用 tikz library positioning 提供的選項(例如 below=of )， 指定相對位置關系。
效果是，每組 node，外框之間的(最小)距離都相同，是 node distance 指定的 10pt；在需要手動調整距離時，可以使用right= of 。
繪制 arrow 時，完全使用 node name
在繪制 arrow 時一并輸入 arrow 周圍的文字標注
配合設置好的 tikz style，這已經是一個功能完整、可以接受的流程圖繪制方式了。這種繪制方式，在 tikz 文檔 Sec. 3 和 Sec. 5 里也能見到，但文檔中的例子沒有止步于此。
簡化 arrow 的輸入
例子中，繪制 arrow 用了一半的輸入行，而我們需要的不過是一串首尾相接的 arrow，例如 (start) -> (step 1) -> (step 2) -> (choice) -> (end)。
\graph 命令就接受這樣的輸入。(輸出效果同上，不重復貼圖)
\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{graphs, positioning, quotes, shapes.geometric}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[node distance=10pt]
\node[draw, rounded corners] (start) {Start};
\node[draw, below=of start] (step 1) {Step 1};
\node[draw, below=of step 1] (step 2) {Step 2};
\node[draw, diamond, aspect=2, below=of step 2] (choice) {Choice};
\node[draw, right=30pt of choice] (step x) {Step X};
\node[draw, rounded corners, below=20pt of choice] (end) {End};
\graph{
(start) -> (step 1) -> (step 2) -> (choice) ->["Yes"left] (end);
(choice) ->["No"] (step x) ->[to path={|- (\tikztotarget)}] (step 2);
};
\end{tikzpicture}
\end{document}
注意到新加載了兩個 tikz librarylibrary graph，用于提供 \graph 命令
library quotes，將 node label 的輸入從 label={[]} 簡化為 ""
雖然 (start) -> (step 1) -> (step 2) -> (choice) -> (end) 的語法大大簡化了輸入，但是標記 node label 和繪制非簡單 arrow 變麻煩了，帶來了學習成本
如果使用了選項 use existing nodes=true，輸入(start) -> (step 1) -> (step 2) 能進一步簡化為 start -> step 1 -> step 2。
tikz 文檔 Sec. 5.4.1 就介紹了這種繪制方式：帶框文字用 \node 結合 tikz library positioning
帶箭頭的線用 \graph 結合 tikz library quotes
其他可選的方案帶框文字用 \node 結合 tikz library positioning，帶箭頭的線用操作符 edge。這是 tikz 文檔 Sec.3 的最終狀態
優勢：代碼結構清晰，額外學習成本低
劣勢：每條線對應一個 edge，線多時仍然麻煩
用 \graph 同時處理兩件事。這是 tikz 文檔 Sec. 5 的最終狀態
優勢：線的標記十分輕量
劣勢：一定的額外學習成本，包括；
兩件事同時做，代碼可讀性降低；
圖的生長方向由代碼自動決定，如需 100% 控制圖的最終效果，手動調整不可少
用 \matrix 處理框的相對位置這是 tikz 文檔 Sec. 5.3 的狀態
優勢：配合 tikz library matrix 的 matrix of nodes 選項，在某些情況下能大幅簡化 node 的輸入
具體例子 1，\matrix 配合 tikz library chains
注意，示例只是說明「在這種情況下，可以這么做」，不傳遞類似「這是最佳操作」的信息。
實際使用中，應結合圖形特征和自己的 tikz 知識，決定使用的輸入方式。
繪圖的首要目的是「能畫出來」，資源允許時兼顧輸入的優雅。
忽略 tikz style 的定義，只看例 1 中 tikzpicture 環境內容的輸入方式和輸出效果。
\begin{tikzpicture}
%% upper nodes \matrix (m1) [upper matrix] {
|[box 1=01000000]| sentry &
|[box 1=01000001]| 2 &
|[box 1=01001001]| 18 &
|[box 2=11000000]| sentry &
|[box 2=11000001]| 3 &
|[box 2=11010001]| 11 &
|[box 2=11011001]| 27 \\
};
%% chain \begin{scope}[start chain]
\foreach \i in {1, ..., 7} {
\chainin (m1-1-\i);
}
\end{scope}
%% lower nodes \matrix (m2) [at=(m1-1-3), lower matrix] {
0 & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 \\
};
%% curving arrows \draw[loose arrow=0.6, out=120, in=-50] (m2-1-3.north) to (m1-1-1.south);
\draw[arrow, out=90, in=-105] (m2-1-4.north) to (m1-1-4.south);
\end{tikzpicture}
解釋說明：上下分成兩個 \matrix 進行輸入，上方 \matrix 的特征是，每個 node 頂部都有 node label，這里以選項參數的形式輸入 node label text
matrix of nodes 模式下，每個 node 的參數可通過 |[]| 輸入
帶箭頭的線可分為兩類連接(上方 \matrix)相鄰 node 的直線。因為 matrix 中的 node name 有規律，這里借助 tikz library chains，以循環的方式適當簡化輸入
連接上下方 node 的曲線。每條曲線對應一根三次貝塞爾曲線。
這里通過選項 in 和 out 控制曲線出發和到達時的角度，再通過選項 looseness 控制曲線的「彎曲程度」。
這三個選項的綜合效果，和直接調整貝塞爾曲線的控制點不等價；在額外使用選項 in control 和 out control 后，能等價。
例 1 有一個變體。主要變化是，在下方 \matrix 中通過使用 set color= 改變之后所有 nodes 的填充色，適當簡化下方 \matrix 的輸入。
%% lower nodes \matrix (m2) [below right=30pt and -10pt of m1-1-3, lower matrix] {
0 & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 &
|[set color=DodgerBlue3]| 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15 \\
};
最后，看一眼例 1 的 tikz style 部分
% \PassOptionsToPackage{x11names}{xcolor}
\usetikzlibrary{
arrows.meta,
chains,
matrix,
positioning,
}
\makeatletter
\def\@currentColor{white}
\tikzset{
set color/.code = { \gdef\@currentColor{#1} },
%% node box/.style = {
draw,
rounded corners=2mm,
minimum width=4.5em,
minimum height=2em,
font=\color{white}\ttfamily,
text height=1.5ex,
text depth=.25ex,
label={[black]above:#1},
},
box 1/.style = {box=#1, fill=orange},
box 2/.style = {box=#1, fill=cyan},
box 3/.style = {box=#1, fill=yellow!80!red},
lower box/.style = {
draw,
fill=\@currentColor,
minimum height=2.5em,
inner xsep=2pt,
font=\color{white}\ttfamily
},
%% matrix matrix default/.style = {
matrix of nodes
},
upper matrix/.style = {
matrix default,
column sep=15pt
},
lower matrix/.style = {
matrix default,
column sep=0pt,
set color=Green3, % set default color before key "lower box" is passed nodes=lower box
},
%% arrow arrow/.style = {
arrows={ -Triangle[angle=45:2.5pt 3] },
line width=1pt
},
%% chain every on chain/.style = {
join=by arrow
},
}
\makeatother
值得一看的是box/.style 的部分，展示了設置「固定寬高的 node」常用的選項
arrow/.style 的部分，展示了通過 arrows 選項指定箭頭樣式的方式
具體例子 2，edge 與 node 分離，tikz libraryfit
本例中，值得一看的是node 允許包含多行文本時，如何控制文本的最大寬度和對齊方式
使用單獨的 \path 命令，通過 edge 集中繪制帶箭頭的線(能簡化為 \graph)
使用 tikz library fit 繪制「包含若干個 node 的矩形」 ，避免使用具體坐標
其他技巧還涉及利用坐標運算，使得通過 fit 繪制的矩形，關于包含的 nodes 左右對稱
(因為 edge 的 node label 偏向右側的緣故，如果矩形只是 "fit" nodes 和 node labels，矩形看起來會偏右。)
允許指定增加值，以「讓某個 node 更高和更寬一些」，免去記憶默認高寬，簡化輸入
示例源碼tikz-example-flowchart1.* 和
tikz-example-flowchart2.*
(注：不包含簡陋示例)
總結
以上是生活随笔為你收集整理的tikz 折线 箭头_[LaTeX 绘图] tikz 绘制流程图，概述和两个示例的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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