scientific-drawing

Scientific Plotting Skill

0. Core constraints (non-negotiable)

Constraint	Specification
Font size	Body font size small four (12pt) = \normalsize (TikZ) = font.size=13 (matplotlib)；Prohibited \small、\footnotesize
Whitespace	Not too large; standalone border 10–15pt；matplotlib bbox_inches="tight"
Occlusion	No content may be occluded (except axis legend); text must be strictly separated from arcs/nodes
Color scheme	Restrained top-journal style; schematic diagrams ≤ 5 hues, data plots ≤ 3–4 hues;ProhibitedLight gray (#999999、#CCCCCC etc.), rainbow prohibited
Compiler	TikZ must use xelatex(pdflatex prohibited)
Output	matplotlib always outputs SVG; TikZ outputs PDF → export SVG

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1. Decision tree: choosing the technical route

需要画什么？
│
├─ 示意图 / 原理图 / 机制图 / 架构图 / 流程图 / 网络拓扑图 / 扇形图 / 同心圆
│   └─→ TikZ（xelatex 编译）
│
├─ 数据图：曲线、折线、散点、热图、雷达、柱状、ROC
│   └─→ Python matplotlib
│
└─ 算法伪代码
    └─→ LaTeX article + algorithm2e

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2. TikZ quick workflow

# 1. 新建 figures/子目录/fig.tex（从下方模板开始）
# 2. 开调试网格确认位置
# 3. 编译
cd figures/子目录/ && xelatex -interaction=nonstopmode fig.tex
# 4. 预览
pdftoppm -r 200 -png fig.pdf fig_preview && mv fig_preview-1.png fig.png
# 5. 确认无遮挡后导出 SVG
pdftocairo -svg fig.pdf fig.svg
# 6. 清理
rm -f *.aux *.log *.fls *.fdb_latexmk fig_preview*.png

Preamble that must be included:

\documentclass[border={15pt 10pt 10pt 10pt}]{standalone}
% border 顺序：left bottom right top（非 CSS 顺序！）
\usepackage{xeCJK}
\setCJKmainfont{PingFang SC}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{positioning, shapes.geometric, arrows.meta, fit, calc, backgrounds}
\usepackage{xcolor}

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3. matplotlib quick workflow

# 1. 新建 figures/子目录/fig.py（从下方模板开始）
# 2. 运行
python3 figures/子目录/fig.py
# 3. 验证 SVG 输出
ls figures/子目录/fig.svg

File header must include (copy into every script):

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.font_manager as _fm
import os, sys

_SANS_PATH = "/Users/sunyue/Library/Fonts/SourceHanSansCN-Regular.ttf"
_fm.fontManager.addfont(_SANS_PATH)           # 必须在 rcParams 之前

plt.rcParams['font.family']        = 'sans-serif'
plt.rcParams['font.sans-serif']    = ['Source Han Sans CN', 'PingFang SC', 'Arial Unicode MS', 'DejaVu Sans']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
plt.rcParams['font.size']          = 13       # 小四 ≈ 13pt（正文对齐）
plt.rcParams['axes.titlesize']     = 20
plt.rcParams['axes.labelsize']     = 16
plt.rcParams['xtick.labelsize']    = 13
plt.rcParams['ytick.labelsize']    = 13
plt.rcParams['legend.fontsize']    = 13
plt.rcParams['figure.dpi']         = 150

_SCRIPT_DIR = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
sys.path.insert(0, os.path.join(_SCRIPT_DIR, ".."))   # 调整层级
from color_palette import BLUE, RED, BLACK, GRID_COLOR, GRID_ALPHA, SPINE_COLOR, SPINE_WIDTH

Standard axes style (required for every figure):

ax.spines[["top", "right"]].set_visible(False)
for sp in ["left", "bottom"]:
    ax.spines[sp].set_color(SPINE_COLOR)
    ax.spines[sp].set_linewidth(SPINE_WIDTH)
ax.tick_params(axis="both", width=2.0, length=6, colors=BLACK, pad=5)
ax.grid(True, ls=":", lw=2.0, color=GRID_COLOR, alpha=GRID_ALPHA)

Save (must be SVG + bbox_inches="tight"):

plt.tight_layout()
plt.savefig(os.path.join(_SCRIPT_DIR, "fig.svg"), format="svg", bbox_inches="tight")

legend (do not pass both prop and fontsize):

ax.legend(loc="upper right", frameon=True, framealpha=0.85,
          edgecolor=BLACK, prop={'size': 13})   # ← 只用 prop，不加 fontsize=

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4. Color quick reference

Recommended: IEEE/Springer dark blue + dark gray

\definecolor{colPrimary}{RGB}{31,73,125}    % IEEE 深蓝
\definecolor{colSecondary}{RGB}{64,64,64}   % 深灰
\definecolor{colArrow}{RGB}{30,30,30}       % 近黑箭头

Nature low saturation (pie charts/pie charts)

\definecolor{clrGreen}{HTML}{8FBCB2}   % 灰绿
\definecolor{clrBlue} {HTML}{8AAAC8}   % 灰蓝
\definecolor{clrPurple}{HTML}{A99DC4}  % 灰紫
\definecolor{clrWarm} {HTML}{C8AD8A}   % 灰暖

Python primary palette (figures/color_palette.py imported uniformly)

BLUE="#1D4ED8"  RED="#DC2626"  GREEN="#16A34A"  AMBER="#F59E0B"  PURPLE="#7C3AED"

Prohibited colors：#999999、#CCCCCC、#EEEEEE and other light grays; pure primary colors #FF0000、#00FF00; mixing 4 or more colors.

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6. Multi-Agent plotting-review iterative workflow (must be followed)

Core principle: Every figure must pass an independent review agent using look_at to read the PNG and confirm item by item before it is considered complete. The main Agent is prohibited from self-review—must not claim a figure is complete without calling the review agent.

6.1 Agent division of labor

Agent role	Responsibility	Allowed tools	Prohibited tools
Plotting Agent	Writes .tex/.py, compiles/runs, generates PNG previews; may use look_at to self-check obvious errors and fix them independently	Write, Edit, Bash, look_at	—
Review Agent	Calls look_at to read the PNG, checks the inspection checklist item by item, returns PASS / FAIL + parameter-level revision suggestions	look_at	Write, Edit, Bash
Main Agent (you)	Distributes tasks, receives results, coordinates iteration; exports SVG after receiving PASS	task(), background_output()	—

6.2 Complete execution flow (must follow this order)

Step 1 ── 主 Agent 启动绘图 Agent（run_in_background=false）
          task(category="unspecified-high", run_in_background=false,
               description="绘制 [图名]", prompt="[见 §6.4 绘图 Agent 首次模板]")
          → 获得 session_id_draw（保存！）
          → 获得 fig.png 路径

Step 2 ── 主 Agent 启动审查 Agent（run_in_background=false）
          task(category="unspecified-low", run_in_background=false,
               description="审查 [图名]", prompt="[见 §6.4 审查 Agent 模板，含 fig.png 绝对路径]")
          → 获得 session_id_review（保存！）
          → 获得 PASS 或 FAIL+问题列表

Step 3 ── 若 PASS → 主 Agent 执行导出 SVG（pdftocairo -svg），任务完成
          若 FAIL → 继续 Step 4

Step 4 ── 主 Agent 续接绘图 Agent（session_id=session_id_draw）
          task(session_id=session_id_draw, run_in_background=false,
               prompt="审查结果 FAIL，问题如下：\n[粘贴 FAIL 列表]\n请修改并重新生成 fig.png。")
          → 获得新 fig.png

Step 5 ── 主 Agent 续接审查 Agent（session_id=session_id_review）
          task(session_id=session_id_review, run_in_background=false,
               prompt="图已更新，请重新 look_at([fig.png绝对路径]) 并逐条核查。")
          → 获得新一轮 PASS 或 FAIL

Step 6 ── 重复 Step 4–5，最多 3 轮。
          超过 3 轮仍 FAIL → 主 Agent 直接介入阅读 FAIL 列表，判断是否需要架构重设计（非渐进修改）

Strict rules：

• Each review round must use a new look_at call (must not judge from memory or the previous round's conclusion)
• The Plotting Agent must regenerate the PNG after every modification (must not reuse old images)
• The main Agent must not skip the review step and directly claim that "the figure is complete"

6.3 Review Agent checklist (check item by item after each look_at, output □✓ / □✗)

【字体】
□ 所有文字是否清晰可读（与正文字号相当）？
□ 是否存在疑似 \small / \footnotesize 的过小字号？
□ 中文是否正常显示（无方块乱码）？

【遮挡】（最高优先级，任意一项 ✗ 即 FAIL）
□ 是否有文字压在圆弧/线条/节点边框上？
□ 是否有节点互相重叠（非刻意）？
□ 是否有箭头穿过文字或节点内容？
□ legend/图例是否遮挡关键数据区域？

【布局与留白】
□ 图形边距是否合适（standalone border 10–15pt，不过大也不被裁剪）？
□ 各列/各行间距是否均匀，无明显疏密不均？
□ 是否有内容超出图形边框被裁剪？

【配色】
□ 是否使用了浅灰（视觉接近 #999999 / #CCCCCC 的低对比色）？
□ 色相数量是否在限制内（示意图 ≤5，数据图 ≤4）？
□ 标注文字颜色是否与对应线条/元素保持一致？

【整体】
□ 图的信息是否清晰传达（结构/流程/层次一目了然）？
□ 图形整体是否对称/平衡（无明显偏斜）？

Review Agent return format (strictly followed)：

PASS — 所有 □✓，无问题。
或
FAIL
□✓ 字体：文字清晰可读
□✓ 字体：中文正常
□✗ 遮挡：标注"发射波束"文字压在虚线箭头线上 → 建议 yshift=-20pt（当前 -8pt 不足）
□✗ 字体：右下角"输出"节点文字偏小，疑似 \small → 改为 \normalsize
□✓ 布局：边距合适
□✗ 留白：右侧空白过多（目测约 3cm）→ border right 从 20pt 缩至 10pt
□✓ 配色：无浅灰，色相数量合规
□✓ 整体：信息传达清晰

6.4 Main Agent dispatch prompt templates

Drawing Agent (first time)：

TASK: 根据以下要求创建 [图名] 的 TikZ/matplotlib 代码，编译并生成预览 PNG。

EXPECTED OUTCOME:
- 文件已创建：[绝对路径/fig.tex] 或 [绝对路径/fig.py]
- 编译/运行成功（无 Error、无 Warning 级字体缺失）
- PNG 已生成：[绝对路径/fig.png]（-r 200 分辨率）

REQUIRED TOOLS: Write, Edit, Bash

MUST DO:
- 从 scientific-drawing/SKILL.md §2（TikZ）或 §3（matplotlib）模板出发
- TikZ 用 xelatex 编译；matplotlib 用 python3 运行
- TikZ 生成 PNG 命令：
    pdftoppm -r 200 -png fig.pdf fig_preview && mv fig_preview-1.png fig.png
- 严格遵守 references/elements.md 和 references/tikz-rules.md 所有规则
- 每次小改后立即重新编译确认，不批量改动后才编译

MUST NOT DO:
- 不导出 SVG（审查通过后由主 Agent 执行）
- 不使用 \small、\footnotesize、pdflatex
- 可用 look_at 自查明显问题并自行修正，但最终质检由审查 Agent 独立完成

CONTEXT:
- 图的需求：[具体描述]
- 技能路径：[skill-root-path]/
- 输出目录：[figures/子目录/]

Review Agent (each round)：

TASK: 视觉审查 [绝对路径/fig.png]，逐条核查标准检验清单，返回 PASS 或 FAIL+问题列表。

EXPECTED OUTCOME:
- 对 §6.3 每条检查项输出 □✓ 或 □✗
- 若存在 □✗，每条给出：问题描述 + 定位到 TikZ/matplotlib 参数级别的修改建议

REQUIRED TOOLS: look_at（仅此一项）

MUST DO:
- 第一步必须调用 look_at，参数 file_path=[绝对路径/fig.png]，goal="检查字体大小、文字遮挡、节点重叠、边距留白、配色"
- 按 §6.3 检验清单顺序逐条输出结果
- 对每个 □✗ 给出具体参数修改建议（如：yshift=-20pt、border right=10pt、改 \normalsize）

MUST NOT DO:
- 不修改任何代码文件
- 不执行任何编译或运行命令
- 不根据代码推断图的外观——必须基于 look_at 实际图像内容判断

CONTEXT:
- 图片路径：[绝对路径/fig.png]
- 原始需求：[...]
- 检验清单：见 scientific-drawing/SKILL.md §6.3

Drawing Agent (iterative modification, must continue session_id)：

task(
  session_id="[上一轮绘图 Agent 的 session_id]",
  run_in_background=False,
  prompt="""审查 Agent 返回 FAIL，问题如下：
[粘贴完整 FAIL 列表，含每条 □✗ 和参数级修改建议]

请按上述问题逐条修改 fig.tex/fig.py，重新编译，重新生成 fig.png。
修改完成后，输出：已修改项目列表 + 新 fig.png 的绝对路径。"""
)

Review Agent (continue review, must continue session_id)：

task(
  session_id="[上一轮审查 Agent 的 session_id]",
  run_in_background=False,
  prompt="""绘图 Agent 已完成修改，新图已生成。
请重新调用 look_at([绝对路径/fig.png]) 并按 §6.3 检验清单重新逐条核查，返回新一轮 PASS 或 FAIL+问题列表。
注意：必须基于新图实际内容判断，不得复用上轮结论。"""
)

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• TikZ layout and templates：references/tikz-rules.md
  • When to read: multi-column layout / y-coordinate management / debug grid / layout-level Bug quick reference table
• Drawing rules for each element：references/elements.md
  • When to read: node shapes / arrows (fan-in, fan-out, cross annotations) / layer labels / fit boxes / background layers / fan charts / concentric circles / divider lines / element-level Bug quick reference table
• matplotlib full rules：references/matplotlib-rules.md
  • When to read: font registration / legend / spines / output / pitfall fixes
• Color scheme specification：references/color-standards.md
  • When to read: color selection principles / color selection by chart type / TikZ color palette / annotation text coloring / Python desaturation tool
• Color scheme JSON reference library：references/color-palettes.json
  • When to read: need specific hex values / choose a theme palette (themes.*) / qualitative, sequential, diverging palette arrays
• Compilation and export：references/compile-export.md
  • When to read: compilation commands / PDF→SVG / cleanup / macOS cairo issues