考试与学位论文

出题老师最终走向 LaTeX，理由通常只有一个：试卷和答案分成两个文件管理，迟早会对不上。改了题目忘了改答案，改了分值忘了改总分。exam 类用结构解决了这件事：答案就写在题目旁边，有没有一行 \printanswers，决定同一份源文件产出试卷还是答案两种 PDF。实测下来：带答案 2 页，空白卷 3 页——同一个文件，出来的是两份不同的文档。本页讲这个 exam 类，以及另一类结构化文档——学位论文：report、book、memoir 的区别，哪些类里 \frontmatter 根本没有定义，以及最要紧的一条建议：别跟学校的模板较劲。

exam 类的骨架——\question、parts 与分值

exam 类的结构是三层嵌套：questions 环境里放 \question，其下的 parts 环境里放 \part，再下面 subparts 环境里放 \subpart。分值写在方括号里——\question[10]——加上类选项 addpoints，它就会自动为你求和。题数、总分、总页数可以在正文中用 \numquestions、\numpoints、\numpages 引用，于是「共 4 题，满分 30 分，共 3 页」这样的说明再也不用手工改。选择题有四个环境：choices 竖排，oneparchoices 排成一行，checkboxes / oneparcheckboxes 带可勾选的方框。正确选项不写 \choice 而写 \CorrectChoice，正是它让后面讲的答案显示得以运作。

分值印在哪里可以细致地选。默认跟在题号之后，但 \pointsinmargin / \pointsinrightmargin 能把它挪到页边，\pointsdroppedatright 则把右边距变成记录扣分的栏位。把「points」换成别的词，只需重定义 \pointname 一行。页眉页脚在选择 \pagestyle{headandfoot} 之后按三段书写——\header{左}{中}{右} 和 \footer{左}{中}{右}——而 \firstpageheader / \runningheader 让首页与其余页不同。印出「第 2 页 / 共 3 页」是这个类的标准配置，光凭这一点就能认出少了一张纸的答卷。

\documentclass[addpoints,12pt]{exam}
\pagestyle{headandfoot}
\header{Calculus I --- Midterm}{}{Page \thepage\ of \numpages}
\begin{document}
\begin{center}\gradetable[v][questions]\end{center}

\begin{questions}
  \question[10] Differentiate $f(x)=x^3$.

  \question[5] Pick the correct answer.
  \begin{oneparchoices}
    \choice wrong \CorrectChoice right \choice wrong
  \end{oneparchoices}

  \question Answer both parts.
  \begin{parts}
    \part[3] State the definition.
    \part[7] Prove the claim.
  \end{parts}
\end{questions}
\end{document}

\printanswers 改变了什么——同一份源文件产出试卷与答案

\printanswers 是「显不显示答案」的开关，但真正有意思的是答案被隐藏时，取而代之的是什么。solution 环境只管印或不印；改写成 solutionorlines[2.5in]，显示答案时给出答案，不显示时则留出 2.5 英寸的横线。同样的思路还有 solutionorbox（方框）、solutionordottedlines（虚线）、solutionorgrid（方格纸）。把一份六道题、每题都包在 solutionorlines[2.5in] 里的文档按两种设置各编译一次，结果是 \printanswers 版 2 页，\noprintanswers 版 3 页。答案文字在前者出现 6 次，在后者一次都没有。多出来的那一页，正是被隐藏的答案换成的书写空间。

% One source, two documents.
%   \printanswers   -> the key   (measured: 2 pages, 6 solutions printed)
%   \noprintanswers -> the paper (measured: 3 pages, 0 solutions printed)
\documentclass[addpoints,12pt]{exam}
\printanswers          % comment this line out to get the blank paper
\begin{document}
\begin{questions}
  \question[10] State the definition and prove the claim.
  \begin{solutionorlines}[2.5in]
    $f'(x)=3x^2$ by the power rule.
  \end{solutionorlines}
\end{questions}
\end{document}

实际使用中，记住有两种切换方式会很方便：在源文件里写 \printanswers，或者传入类选项 [answers]。输出完全相同——在同一份文档上核对，两者都是 2 页、6 处答案。走选项这条路可以完全不动正文，于是 latexmk 规则或 Makefile 就能通过 \PassOptionsToClass 一次产出两种 PDF。此外还有 cancelspace 选项：既不印答案，也不留答题空间——它会完全忽略 solutionor… 环境的方括号参数，给出只有题目的清单，正适合把往年真题当作练习纸发下去。注意 cancelspace 在显示答案时完全不起作用。

印出评分表——\gradetable 与 \pointsonpage

\gradetable[v][questions] 一行，就能在封面印出题号、分值与得分栏排成的评分表。第一个参数是方向（v 竖排、h 横排），第二个是坐标轴：questions 按题一行，pages 按页一行。按页排的表在多人分工阅卷时最能发挥作用——它正好对应「第 3 页归谁批」的做法。求和相关的命令也齐备：\pointsofquestion{3} 返回第 3 题的分值，\pointsonpage{2} 返回第 2 页的总分。配合 addpoints 选项使用，改一个分值，表格和总分会同时跟着变。不必手工做加法，正是这项功能的全部价值。附加题有 \bonuspoints 以及对应的附加分表格。

这个 exam 类做得有多认真，从手册的厚度就能看出来。TeX Live 2024 里的 examdoc.pdf 长达 135 页——一个只为出试卷而生的类，配了一本 135 页的说明书。作者是 Philip Hirschhorn，韦尔斯利学院数学系教授，以著作 Model Categories and Their Localizations 闻名的拓扑学家。手册的版权行列着修订年份 1994、1997、2000、2004、2008、2011、2015、2017、2021、2023——也就是说，这是一位数学家为自己的教学、持续维护了将近三十年的类。TeX Live 2024 收录的是 v2.704，日期为 2023 年 7 月 9 日。

学位论文模板——别和学校发下来的那份较劲

先说结论：如果学校发了类或模板，就用它，并且尽量少改。理由不在排版，而在流程。页边距、行距、封面措辞、图表编号样式，在多数机构都被明文写进了提交要求，偏离了的论文不看内容就会被退回——而且退回的时间通常就是截稿当天。单看 TeX Live 2024，名字里含 thesis 或 diss 且提供 .cls 的目录就有 64 个：mitthesis、ucbthesis、uiucthesis、thuthesis、njuthesis、ut-thesis、york-thesis……。而那些从未上传到 CTAN 的本地模板数量更为庞大，其中多数以「从学长手里传下来的 .cls」的形式流通。

那么这类模板的内里究竟是什么？绝大多数情况下，就是在 book 或 report 之上罩了一层规定好的封面与页面尺寸的类。所以 \chapter、\tableofcontents 在其中都照常工作；反过来说，模板看起来坏掉时，毛病通常出在底座那一层。如果没有硬性规定、要自己选，有分章的论文用 report 或 book；想更细致地控制版式，就用 memoir（TeX Live 2024 中为 v3.8.2，日期 2024 年 1 月 26 日，它自称是「configurable book, report, article document class」）或 KOMA-Script 的 scrbook / scrreprt。下一节就从「各自到底定义了什么」来看它们的差别。

report 与 book 的区别——单双面，以及章从哪一页开始

区别就写在默认选项里。book.cls 是 \ExecuteOptions{letterpaper,10pt,twoside,onecolumn,final,openright}，report.cls 同一行则是 oneside 与 openany。也就是说，book 按双面排版，每章必定从奇数页（右页）开始，为此有时会插入空白页；report 按单面排版，章直接从下一页开始。若论文要装订成册提交，book 的行为才是对的；若以 PDF 提交、并不预设双面打印，report 更直截了当。article 根本没有 \chapter——需不需要 \chapter，正是选类时的第一个分岔口。

\frontmatter 为何报 ! Undefined control sequence，以及这三个命令实际做了什么

\frontmatter、\mainmatter、\backmatter 只在 book 系的类里有定义。在 \documentclass{report} 下写 \frontmatter，会得到 ! Undefined control sequence.，并指向 l.3 \frontmatter。检索类文件也证实了这一点：字符串 frontmatter 出现在 book.cls、memoir.cls、scrbook.cls 中，而在 article.cls、report.cls、scrreprt.cls 中没有。「学校模板里 \frontmatter 不起作用」的求助大多就是这个原因——那份模板的底座是 report。如果不需要章编号方面的行为，手写 \pagenumbering{roman} 与 \pagenumbering{arabic} 就能得到同样的效果，因为这三个命令的内容差不多就只有这些。

那么它们的内容究竟是什么？在 book.cls 里：\frontmatter 执行 \cleardoublepage，置 \@mainmatterfalse，并 \pagenumbering{roman}；\mainmatter 执行 \cleardoublepage，置 \@mainmattertrue，并 \pagenumbering{arabic}。而 \backmatter 只是换页并置 \@mainmatterfalse，完全不碰页码。这一点常被误传；凡是说「后置部分会改变页码」的讲解都是错的。\@mainmatter 为假时真正改变的是 \@chapter 的行为：不推进章计数器、标题中不印编号、目录条目不带 \numberline。也就是说，在前置与后置部分，章不带编号，但仍会进目录——致谢和参考文献没有编号却能从目录跳转，论文写作的这一整套惯例，就靠这一个开关实现。

% Measured page labels from this exact file (book, 12pt):
%   front matter -> i, ii, iii, iv   (roman, chapters unnumbered but in the ToC)
%   main matter  -> 1, 2, 3, 4       (arabic, "Chapter 1", "Chapter 2")
%   back matter  -> 5                (still arabic; chapter unnumbered)
\documentclass[12pt]{book}   % or your university's class
\begin{document}
\frontmatter
\chapter{Acknowledgements}
Thanks.
\tableofcontents

\mainmatter
\include{chapters/intro}
\include{chapters/method}

\backmatter
\chapter{Bibliography}
Refs.
\end{document}

实务——把章拆成文件，别在截稿前夜把它弄坏

写长论文首先该做的，是按章拆成文件，再用 \include 汇总。\include 会在每个文件前后另起一页，正好契合章的边界；而写上 \includeonly{chapters/method} 之后，就能只排一章而不排其余，并且页码与交叉引用仍然正确。在一篇 300 页的论文里只想改第 7 章时，有没有这一招，等待时间会差一个数量级。项目拆分和大型文档处理各有专门页面，请沿 related 前往。还有一个临近截稿时很管用的习惯：动版式之前先开分支。想把页边距再收紧 1 毫米的冲动，几乎无一例外出现在交稿前夜。

• 摘要写在 abstract 环境里——但在 book 系的类中，许多指定模板要求用 \chapter*{Abstract}，所以先看学校发的格式说明。
• 若要一个不带编号但仍出现在目录里的章，在 \chapter*{...} 之后写上 \addcontentsline{toc}{chapter}{...}。在 \frontmatter 之内，直接用 \chapter 就已经是这个效果。
• 被 \include 引入的文件里不能写 \documentclass 或 \begin{document}；写了就会得到 ! LaTeX Error: Can be used only in preamble.
• 提交前务必完整重编一次。 残留的 .aux 会让一个你已经删掉的交叉引用继续存活，而编译照样通过。
• 如果确实改动了学校的类，留一条注释说明改了什么。三个月后的你和下一届的学弟学妹都会读到它。

最后说一个这两类文档共有的格局。试卷和论文，都是内容与体裁分别由不同的人掌管的文档：试卷是出题者与阅卷者，论文是作者与审查机构。LaTeX 在这一领域之所以强，不是因为排版好看，而是因为那种分离可以直接表达为源文件的结构。一行 \printanswers 把试卷与答案分开，一行 \frontmatter 把带编号的章与不带编号的章分开。能否把一个分支折叠成一个开关，正是在截稿前夜见分晓的地方。