LaTeX 算法

LaTeX 中的算法排版通常分为两层：algorithm 负责浮动体、标题和引用，algpseudocode 负责伪代码内容。下面的示例统一使用这组宏包。

1 基础设置

在导言区加载宏包：

\usepackage{algorithm}
\usepackage{algpseudocode}

algpseudocode 会自动加载 algorithmicx，不需要重复引入。若不想显示 end if、end while 等结束标记，可以使用：

\usepackage[noend]{algpseudocode}

注意

algorithmic、algpseudocode 和 algorithm2e 是不同的命令体系。比如 algorithmic 使用 \STATE，algpseudocode 使用 \State，不要混写。

2 使用 algpseudocode

2.1 基础语法

\begin{algorithm}[!t]
    \caption{Select the Least-Loaded Port}
    \label{alg:least-loaded-port}
    \begin{algorithmic}[1]
        \Require Nonempty port set $P$ and load function $L$
        \Ensure A port $p^\star$ with minimum load
        \State $p^\star \gets \Call{First}{P}$
        \ForAll{$p \in P$}
            \If{$L(p) < L(p^\star)$}
                \State $p^\star \gets p$
            \EndIf
        \EndFor
        \State \Return $p^\star$
    \end{algorithmic}
\end{algorithm}

algorithmic 后面的 [1] 表示每行都编号。数字改为 2 时，每两行显示一次行号；省略该参数则不显示行号。

2.2 常用命令

命令	功能
\Require	输入或前置条件
\Ensure	输出或后置条件
\State	普通语句
\Statex	不编号的普通语句
\If{条件}	条件判断
\ElsIf{条件}	追加条件分支
\Else	否则分支
\EndIf	结束条件判断
\For{循环条件}	for 循环
\ForAll{循环条件}	for all 循环
\EndFor	结束 for 循环
\While{条件}	while 循环
\EndWhile	结束 while 循环
\Repeat、\Until{条件}	先执行、后判断的循环
\Procedure{名称}{参数}	定义过程
\Function{名称}{参数}	定义函数
\Call{名称}{参数}	调用过程或函数
\Comment{注释}	添加行尾注释
\State \Return 返回值	返回结果

3 完整示例

下面的代码可以直接放进一个独立的 .tex 文件：

\documentclass{article}
\usepackage{algorithm}
\usepackage{algpseudocode}

\begin{document}

\begin{algorithm}[!t]
    \caption{Select the Least-Loaded Port}
    \label{alg:least-loaded-port}
    \begin{algorithmic}[1]
        \Require Nonempty port set $P$ and load function $L$
        \Ensure A port $p^\star$ with minimum load
        \State $p^\star \gets \Call{First}{P}$
        \ForAll{$p \in P$}
            \If{$L(p) < L(p^\star)$}
                \State $p^\star \gets p$
            \EndIf
        \EndFor
        \State \Return $p^\star$
    \end{algorithmic}
\end{algorithm}

See Algorithm~\ref{alg:least-loaded-port}.

\end{document}

\label 一般紧跟在 \caption 后面，引用时使用相同的标签名。

4 常用调整

4.1 添加注释

algpseudocode 本身提供 \Comment，不需要再加载其他伪代码宏包：

\begin{algorithmic}[1]
    \State $p^\star \gets \Call{First}{P}$ \Comment{Initial candidate}
\end{algorithmic}

4.2 自定义关键字

需要补充 algpseudocode 没有提供的关键字时，可以用 \algnewcommand 定义。例如添加 break：

\algnewcommand{\algorithmicbreak}{\textbf{break}}
\algnewcommand{\Break}{\State \algorithmicbreak}

\begin{algorithmic}[1]
    \While{condition}
        \If{stop condition}
            \Break
        \EndIf
    \EndWhile
\end{algorithmic}

4.3 隐藏结束标记

noend 适合版面紧张的论文，但嵌套较多时，保留结束标记通常更容易读：

\usepackage[noend]{algpseudocode}

4.4 使用 algorithm2e

algorithm2e 是另一套完整方案，不要与前面的 algorithm、algpseudocode 同时加载。

\usepackage[ruled,vlined,linesnumbered]{algorithm2e}

\begin{algorithm}[!t]
    \caption{An Example}
    \label{alg:algorithm2e}
    \KwIn{Input parameters}
    \KwOut{Output result}
    \If{condition}{
        perform operation\;
    }
    \KwRet{result}\;
\end{algorithm}

5 常见问题

5.1 算法位置不符合预期

[!t] 会优先把算法放在页顶。必须固定在当前位置时可以改用 [H]，但这样可能留下较大的页面空白，一般只在确有需要时使用。

5.2 行号不显示

检查 \begin{algorithmic}[1] 中的 [1] 是否存在。这个参数控制编号间隔，不是起始行号。

5.3 命令未定义

最常见的原因是混用了两套命令：

% algpseudocode
\usepackage{algpseudocode}
\State $x \gets 1$

% algorithmic（旧写法）
\usepackage{algorithmic}
\STATE $x \leftarrow 1$

新文档建议使用第一种写法。同一份文档里不要同时加载这两个宏包。

5.4 中文支持

需要在标题或伪代码中直接写中文时，可以使用 ctexart，并用 XeLaTeX 或 LuaLaTeX 编译：

\documentclass[UTF8]{ctexart}
\usepackage{algorithm}
\usepackage{algpseudocode}