自动将对齐环境拆分为列

Question

我一直在寻找一种解决方案，将一系列方程式排版成两列等宽，两列垂直对齐，没有多余的空间。具体来说，我正在寻找一种解决方案，我可以这样做：

\begin{envthatiwant}{2}
a &= a \\
b &= b \\
c &= c \\
d &= d
\end{envthatiwant}

它会自动分成两列（如果行数为奇数，并且它足够智能，能够找出在 c（在 abcde 中）处中断的方法，则可以获得加分）。

我尝试阅读其他解决方案，但尚未找到令人满意的解决方案。下面是 MWE 代码和五个案例。

第一种情况比较简单，只使用了multicols+ noindent。间距对于外行人来说是相当随机和不可预测的，所以这样的解决方案远非我想要的。

第二种情况是将aligns 放在 multicols 中，并将noindents（我也想知道是否有办法自动放置它们）放在特定环境的开头。然而，这里的问题是这些

第三种情况是使用与我想要的解决方案类似的代码，但是显然效果不太好。

第四种情况是使用aligned，这是我在之前的解决方案中看到的。由于 参数，所有内容都是垂直对齐的，因此这有点接近[t]。但是，它不会像多列的情况那样将其分成两列等长（参见情况 1、2）。当然，我可以添加\qquads 或其他任何东西，但每次都需要一些手动干预。

第五种情况滥用了align。这最接近我想要的，但从代码角度来看，这是一场噩梦，因为我必须提前计划并考虑要放入多少个方程式。如果我想在c和之间添加一个方程式d，那么我必须手动将所有内容向下移动一步。

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{multicol}

\begin{document}

\noindent Hello! This is Case 1.
\begin{multicols}{2} \noindent
$$a = a$$
$$b = b$$
\\ \noindent
$$c = c$$
$$d = d$$
\end{multicols}

\noindent Hello! This is Case 2.
\begin{multicols}{2} \noindent
\begin{align*}
a &= a \\ 
b &= b
\end{align*} \noindent
\begin{align*}
c &= c \\
d &= d
\end{align*}
\end{multicols}

\noindent Hello! This is Case 3.
\begin{multicols}{2}
\begin{align*}
a &= a \\ 
b &= b \\
c &= c \\
d &= d
\end{align*}
\end{multicols}

\noindent Hello! This is Case 4.
$$
\begin{aligned}[t]
a &= a \\ 
b &= b
\end{aligned} \qquad %if you want
\begin{aligned}[t]
c &= c \\ 
d &= d
\end{aligned}
$$

\noindent Hello! This is Case 5.
\begin{align*}
a &= a & c &= c \\
b &= b & d &= d
\end{align*}

Answer 1

此代码将存储行数并将数字四舍五入为#1（所需列数）的倍数。接下来，使用嵌套循环，它获取条目数

1+0*n, 1+1*n, ..., 1+(#1-1)*n
2+0*n, 1+1*n, ..., 2+(#1-1)*n
...
n+0*n, n+1*n, ..., n+(#1-1)*n

其中n是最终的行数，存储每个新行，并用 分隔项目&。

最后它给出结果，各行之间用 分隔\\。

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{xparse}

\ExplSyntaxOn

\NewDocumentEnvironment{columnalign}{m b}
 {% #1 = number of columns, #2 = body
  \guissmo_columnalign:nn { #1 } { #2 }
 }
 {\ignorespacesafterend}

\seq_new:N \l__guissmo_columnalign_in_seq
\seq_new:N \l__guissmo_columnalign_out_seq
\seq_new:N \l__guissmo_columnalign_temp_seq
\int_new:N \l__guissmo_columnalign_rows_int

\cs_new_protected:Nn \guissmo_columnalign:nn
 {
  % store the rows in the sequence
  \seq_set_split:Nnn \l__guissmo_columnalign_in_seq { \\ } { #2 }
  \int_compare:nF { \int_mod:nn { \seq_count:N \l__guissmo_columnalign_in_seq } { #1 } = 0 }
   {% number of rows not a multiple of #1, add empty entries
    \prg_replicate:nn { #1 - \int_mod:nn { \seq_count:N \l__guissmo_columnalign_in_seq } { #1 } }
     {
      \seq_put_right:Nn \l__guissmo_columnalign_in_seq {}
     }
   }
  \seq_clear:N \l__guissmo_columnalign_out_seq
  \int_set:Nn \l__guissmo_columnalign_rows_int 
   { \int_div_truncate:nn { \seq_count:N \l__guissmo_columnalign_in_seq } { #1 } }
  \int_step_inline:nn { \l__guissmo_columnalign_rows_int }
   {% clear the temporary sequence
    \seq_clear:N \l__guissmo_columnalign_temp_seq
    \int_step_inline:nnn { 0 } { #1 - 1 }
     {
      \seq_put_right:Nx \l__guissmo_columnalign_temp_seq
       {
        \seq_item:Nn \l__guissmo_columnalign_in_seq
         { ##1 + \l__guissmo_columnalign_rows_int * ####1 }
       }
     }
    \seq_put_right:Nx \l__guissmo_columnalign_out_seq
     {
      \seq_use:Nn \l__guissmo_columnalign_temp_seq { & }
     }
   }
   % now \l__guissmo_columnalign_out_seq contains the new rows
   \begin{align*}
   \seq_use:Nn \l__guissmo_columnalign_out_seq { \\ }
   \end{align*}
 }

\ExplSyntaxOff

\begin{document}

\begin{columnalign}{2}
a&=a \\
b&=b \\
c&=c \\
d&=d \\
e&=e
\end{columnalign}

\begin{columnalign}{3}
a&=a \\
b&=b \\
c&=c \\
d&=d \\
e&=e
\end{columnalign}

\begin{columnalign}{3}
a&=a \\
b&=b \\
c&=c \\
d&=d \\
e&=e \\
f&=f
\end{columnalign}

\end{document}

在此版本中，您还可以为块添加单个方程编号。新的可选参数设置列间距。

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath,array}
\usepackage{xparse}

\ExplSyntaxOn

\NewDocumentEnvironment{columnalign}{O{3em} m b}
 {% #1 = column spacing, #2 = number of columns, #3 = body
  \guissmo_columnalign:nnnn { #1 } { #2 } { #3 } { }
 }
 {}
\NewDocumentEnvironment{columnalign*}{O{3em} m b}
 {% #1 = column spacing, #2 = number of columns, #3 = body
  \guissmo_columnalign:nnnn { #1 } { #2 } { #3 } { * }
 }
 {}

\seq_new:N \l__guissmo_columnalign_in_seq
\seq_new:N \l__guissmo_columnalign_out_seq
\seq_new:N \l__guissmo_columnalign_temp_seq
\int_new:N \l__guissmo_columnalign_rows_int

\cs_new_protected:Nn \guissmo_columnalign:nnnn
 {
  \__guissmo_split:nnn { #1 } { #2 } { #3 }
  % now \l__guissmo_columnalign_out_seq contains the new rows
  \begin{equation#4}
  \begin{alignedat}{3}
  \seq_use:Nn \l__guissmo_columnalign_out_seq { \\ }
  \end{alignedat}
  \end{equation#4}
 }

\cs_new_protected:Nn \__guissmo_split:nnn
 {
  % store the rows in the sequence
  \seq_set_split:Nnn \l__guissmo_columnalign_in_seq { \\ } { #3 }
  \int_compare:nF { \int_mod:nn { \seq_count:N \l__guissmo_columnalign_in_seq } { #2 } = 0 }
   {% number of rows not a multiple of #2, add empty entries
    \prg_replicate:nn { #2 - \int_mod:nn { \seq_count:N \l__guissmo_columnalign_in_seq } { #2 } }
     {
      \seq_put_right:Nn \l__guissmo_columnalign_in_seq {}
     }
   }
  \seq_clear:N \l__guissmo_columnalign_out_seq
  \int_set:Nn \l__guissmo_columnalign_rows_int 
   { \int_div_truncate:nn { \seq_count:N \l__guissmo_columnalign_in_seq } { #2 } }
  \int_step_inline:nn { \l__guissmo_columnalign_rows_int }
   {% clear the temporary sequence
    \seq_clear:N \l__guissmo_columnalign_temp_seq
    \int_step_inline:nnn { 0 } { #2 - 1 }
     {
      \seq_put_right:Nx \l__guissmo_columnalign_temp_seq
       {
        \seq_item:Nn \l__guissmo_columnalign_in_seq
         { ##1 + \l__guissmo_columnalign_rows_int * ####1 }
       }
     }
    \seq_put_right:Nx \l__guissmo_columnalign_out_seq
     {
      \seq_use:Nn \l__guissmo_columnalign_temp_seq { &\hspace{#1} }
     }
   }
 }

\ExplSyntaxOff

\begin{document}

\begin{columnalign}{2}
a&=a \\
b&=b \\
c&=c \\
d&=d \\
e&=e
\end{columnalign}

\begin{columnalign}[2em]{3}
a&=a \\
b&=b \\
c&=c \\
d&=d \\
e&=e
\end{columnalign}

\begin{columnalign*}{3}
a&=a \\
b&=bbbb \\
c&=ccc \\
d&=d \\
e&=e \\
f&=f
\end{columnalign*}

\end{document}