IEEE论文LaTeX模板解析（六）| 方程式、多行方程式

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1. 方程式

使用传统的方程式环境创建方程式：

\begin{equation} 
\label{eqn_example} 
x = \sum\limits_{i=0}^{z} 2^{i}Q 
\end{equation}

如果不需要方程式编号，请使用 displaymath 环境。在提及方程式时，IEEE 出版物中的文章通常不使用 "方程式 "一词，而只用括号将方程式编号括起来，例如：

... as can be seen in (\ref{eqn_example}).

IEEE 的双栏格式对方程式宽度有很大限制。因此，在格式化方程式时，通常需要花费相当大的精力来正确分割方程式 。作者有责任确保所有方程式都能适应给定的列宽。在极少数情况下，有可能有几个方程式同时跨两列，但绝大多数过长的方程式都必须跨多行。

2. 多行方程式

LaTeX2ε 的 eqnarray 环境可能是生成多行方程式最方便、最常用的方法。然而，eqnarray 有几个严重的缺点：

• 在默认配置中，使用 2×\arraycolsep 作为列分隔空间无法提供自然的数学间距；
• 列定义无法更改；
• 仅限于三列对齐；
• 在单个单元格中无法覆盖列对齐。

在多行数学格式化方面，有许多非常出色的软件包。其中最受欢迎的可能是 amsmath 软件包 。Amsmath 是一款综合性软件，除了增强的多行对齐环境外，还包含许多有用的工具。需要注意的一点是，amsmath 在加载时会将 LaTeX 配置为不允许在多行公式中（甚至在非amsmath 定义的环境中）分页。这里的理念是，作者应在需要的地方手动插入分页符，以确保分页符仅出现在可接受的位置。要恢复 IEEEtran 在多行等式中自动分页的功能，请像下面这样加载 amsmath：

\usepackage{amsmath} 
\interdisplaylinepenalty=2500

马克-伍丁（Mark Wooding）的 MDW 工具中的 mathenv.sty 提供了另一套极其强大的对齐工具，其中之一是完全重写的 eqnarray 环境。

最后，IEEEtran 提供了完全集成的自定义 IEEEeqnarray 系列命令，这些命令几乎普遍适用于许多不同类型的配准情况。

尽管如此，为了解释 LaTeX中数学间距的一些细微之处，使用标准 eqnarray 显示一个简单的示例还是很有启发性的。如下表所示，TeX 在排版数学时通常使用四种不同的间距。

为了产生精确（和正确）的数学对齐方式，了解如何控制这些间距至关重要。考虑一个多行方程式：

可以被下面的代码生成：

\setlength{\arraycolsep}{0.0em} 
\begin{eqnarray} 
Z&{}={}&x_1 + x_2 + x_3 + x_4 + x_5 + x_6\nonumber\\ 
&&+a + b\\ 
&&+{}a + b\\ 
&&{}+a + b\\ 
&&{+}\:a + b 
\end{eqnarray} 
\setlength{\arraycolsep}{5pt}

第（1）-（4）行显示了 + a + b 行的几种可能实现方式。在 TeX 的数学模式中，运算符的间距可以通过将运算符括在大括号中（例如 {=}）来限制，也可以通过用 “空符号”（例如 {}={}）来强制限制。需要注意的是，空标点本身没有宽度。但是，它们的存在会使 TeX 在运算符周围留出空间，就好像它们 "挨着什么 "一样。考虑到这一点，示例中的第一步就是将 \arraycolsep 设置为零，以防止 eqnarray 人为地加入不需要的列间距。然后，在等号周围放置空字符，这样就能获得正确的自然间距。另外，也可以将 \arraycolsep 设为 0.14 em，并消除等号周围的空行 。重要的是要记住在 eqnarray 完成后将\arraycolsep 恢复到默认值 5 pt，因为其他环境（如数组）都依赖于它。(或者，也可以将结构括在一组大括号中，以保持局部更改–这样做的另一个好处是不需要用户记住正确的默认值）。

第（1）行是错误的，因为 a 表示的是一个正量，而不是必须加到前一行的东西（即 + 被当作一元运算符，而不是二元运算符）。(在第（2）行中，在加号的右侧添加一个空命令，除了证明空命令的宽度为零外，没有任何作用。在加号的左侧添加一个空命令**（第（3）行**），确实可以实现二进制间距，但会导致行的不需要的 1 次右移。最后，仅在**第（4）**行加号的右侧手动添加一个中等大小的空格，就能达到目的。在这种情况下，不需要抑制加号 ({+}) 周围的自动间距，但在其他默认 "扩展 "此类运算符的对齐环境中可能需要。

解决间距问题的另一种方法是只使用两列对齐方式（amsmath.sty 的 \align 就是这样做的）。例如，在前面的例子中，**“Z =”**将包含在第一列中。

2.1 分支结构

顺便提一下，如果需要使用分支结构（Cases Structures），其中每个分支都可以用不同的方程（或子方程）编号来引用，则应使用 Donald Arseneau 的 cases.sty 包中的 numcases（或 subnumcases）环境：

因为从数组或 amsmath 案例环境中构建的等式将有一个包含两个分支的单一等式号。

请注意，如果要将 amsmath（如果用户没有加载，则会在 comsoc 模式下自动加载）与 cases.sty 一起使用，则应在前者之后加载后者，否则可能会出现 "命令 \subequations 已定义 "的错误。