1. 简介
流程图是一种非常有效的工具，可以以图形化方式清晰表达流程和算法逻辑，例如条件判断、循环结构等。LaTeX 是一种基于标记和标签的文档排版系统，它不仅仅用于写论文，还可以通过各种扩展包实现图表绘制。
在众多 LaTeX 图形扩展包中，TikZ 是一个功能强大且通用的矢量绘图包，特别适合绘制流程图。它提供了丰富的图形元素和连接线样式，可以让我们从零开始构建专业的流程图。
在本文中，我们将学习如何使用 LaTeX 和 TikZ 绘制流程图：
- 如何搭建 TikZ 绘图环境
- 常见流程图元素的定义和使用
- 如何使用绝对坐标或相对定位绘制完整流程图
2. LaTeX/TikZ 图形环境
要在 LaTeX 中使用 TikZ 绘图，需要引入相关包并设置好绘图环境。以下是我们后续示例中会用到的基础模板：
\documentclass{standalone}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{shapes, arrows}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}
% 绘图内容写在这里
\end{tikzpicture}
\end{document}
说明：
\documentclass{standalone}：表示我们只绘制一张图，LaTeX 会自动生成一个仅包含这张图的 PDF。\usepackage{tikz}：引入 TikZ 包。\usetikzlibrary{shapes, arrows}：使用 TikZ 的图形形状和箭头样式库。\begin{tikzpicture} ... \end{tikzpicture}：这是 TikZ 图形的主环境，我们将在其中定义图形元素。
2.1. TikZ 坐标系统
TikZ 使用一个二维笛卡尔坐标系来定位图形元素，默认坐标原点 (0,0) 在图的中心。
- 正 X 向右，正 Y 向上
- 负 X 向左，负 Y 向下
比如：
(2,3)表示向右 2 个单位、向上 3 个单位的位置(-1,-2)表示向左 1 个单位、向下 2 个单位的位置
下图展示了 TikZ 坐标系统中不同象限的位置关系：
3. TikZ 中的流程图元素
流程图通常由多个基本图形元素组成。TikZ 提供了多种图形样式，我们可以自定义这些样式来表示流程图中的不同逻辑节点。
⚠️ 这些样式定义通常放在
\begin{document}之前
3.1. Terminator（开始/结束）
表示流程的开始或结束，通常用圆角矩形表示。
\tikzstyle{terminator} = [rectangle, draw, text centered, rounded corners, minimum height=2em]
使用方式：
\node [terminator] at (0,0) (start) {Start};
效果：
3.2. Process（处理）
表示流程中的一个处理步骤，通常用矩形表示。
\tikzstyle{process} = [rectangle, draw, text centered, minimum height=2em]
使用方式：
\node [process] at (0,0) (process) {Process};
效果：
3.3. Decision（判断）
表示条件判断，通常用菱形表示。
\tikzstyle{decision} = [diamond, draw, text centered, minimum height=2em]
使用方式：
\node [decision] at (0,0) (decision) {Decision};
效果：
3.4. Data（数据输入/输出）
表示输入或输出操作，通常用梯形表示。
\tikzstyle{data} = [trapezium, draw, text centered, trapezium left angle=60, trapezium right angle=120, minimum height=2em]
使用方式：
\node [data] at (0,0) (data) {Data\\In/Out};
效果：
3.5. Connector（连接线）
连接线用于连接流程图中的各个节点，箭头表示流程方向。
\tikzstyle{connector} = [draw, -latex']
使用方式：
\path [connector] (start) -- (process);
也可以使用折线连接：
\path [connector] (decision) |- (process);
效果：
4. 流程图绘制示例
接下来我们通过两个示例来展示如何使用 TikZ 绘制完整的流程图：
4.1. 使用绝对坐标绘制流程图
通过指定每个节点的具体坐标，可以更灵活地控制流程图布局。
\begin{tikzpicture}
\node [terminator, fill=blue!20] at (0,0) (start) {\textbf{Start}};
\node [data, fill=blue!20] at (0,-2) (data) {Provide data};
\node [decision, fill=blue!20] at (0,-5) (decision) {Valid data?};
\node [process, fill=red!20] at (3.5,-5) (error) {Error};
\node [process, fill=green!20] at (0,-8) (success) {Success};
\node [terminator, fill=blue!20] at (0,-10) (end) {\textbf{End}};
\node[draw=none] at (1.85, -4.75) (no) {No};
\node[draw=none] at (0.35, -6.75) (yes) {Yes};
\path [connector] (start) -- (data);
\path [connector] (data) -- (decision);
\path [connector] (decision) -- (error);
\path [connector] (decision) -- (success);
\path [connector] (error) |- (end);
\path [connector] (success) -- (end);
\end{tikzpicture}
效果如下：
4.2. 使用相对定位绘制流程图
使用相对定位可以让流程图结构更清晰，减少手动调整坐标的繁琐。
\begin{tikzpicture}[node distance = 3cm]
\node [terminator, fill=blue!20] (start) {\textbf{Start}};
\node [data, fill=blue!20, below of=start] (data) {Provide data};
\node [decision, fill=blue!20, below of=data] (decision) {Valid data?};
\node [process, fill=red!20, right of=decision] (error) {Error};
\node [process, fill=green!20, below of=decision] (success) {Success};
\node [terminator, fill=blue!20, below of=success] (end) {\textbf{End}};
\node[draw=none] at (1.60, -5.75) (no) {No};
\node[draw=none] at (0.35, -7.80) (yes) {Yes};
\path [connector] (start) -- (data);
\path [connector] (data) -- (decision);
\path [connector] (decision) -- (error);
\path [connector] (decision) -- (success);
\path [connector] (error) |- (end);
\path [connector] (success) -- (end);
\end{tikzpicture}
效果如下：
5. 总结
通过本文我们学习了如何使用 LaTeX 和 TikZ 绘制流程图：
✅ TikZ 提供了丰富的图形元素和灵活的定位方式
✅ 使用相对定位可以提高流程图的可读性和可维护性
✅ TikZ 支持多种输出格式（如 PDF、PNG）便于集成到文档中
虽然学习曲线略陡，但一旦掌握，TikZ 是一个非常强大且专业的绘图工具。对于需要频繁绘制技术图表的技术人员来说，值得花时间掌握。