好的，我想我已经弄清楚了。这个谜题有几个要素，我感谢@kcoppock提供的帮助，帮助我解决了其中一些问题。
首先，在确定选择哪种预览尺寸时，需要考虑方向。例如，来自ApiDemos的CameraPreview中的getOptimalPreviewSize()由于他们的应用程序版本将方向锁定为横向，所以并不知道方向。如果您希望让方向浮动，则需要反转目标宽高比以匹配。因此，getOptimalPreviewSize()中有：
double targetRatio=(double)width / height;
你还需要：
if (displayOrientation == 90 || displayOrientation == 270) {
targetRatio=(double)height / width;
}
其中displayOrientation是一个0到360的值，我从大约100行一些非常丑陋的代码中确定了这个值，这就是为什么我正在将所有这些内容包装在一个可重用的组件中，很快我会发布它。该代码基于setDisplayOrientation() JavaDocs和这个StackOverflow答案。
（顺便说一句，如果您在2013年7月1日之后阅读此内容，并且您在此答案中看不到链接，则请发表评论提醒我，因为我忘记了）
其次，在控制您正在使用的SurfaceView/TextureView的纵横比时，您需要考虑显示方向。来自ApiDemos的CameraPreview活动具有其自己的PreviewViewGroup来处理纵横比，在这里，您需要反转纵横比以供竖屏使用：
if (displayOrientation == 90
|| displayOrientation == 270) {
previewWidth=mPreviewSize.height;
previewHeight=mPreviewSize.width;
}
else {
previewWidth=mPreviewSize.width;
previewHeight=mPreviewSize.height;
}
其中displayOrientation是相同的值（90和270分别是纵向和反向纵向，注意我没有尝试让反向纵向或反向横向工作，因此可能需要进行更多微调）。
第三个问题——也是我发现令人恼火的问题——您必须在调用Camera.Parameters上的setPictureSize()之前启动预览。否则，就好像图片的宽高比应用于预览帧，会弄乱事情。
因此，我曾经有过类似以下代码的代码：
Camera.Parameters parameters=camera.getParameters();
Camera.Size pictureSize=getHost().getPictureSize(parameters);
parameters.setPreviewSize(mPreviewSize.width, mPreviewSize.height);
parameters.setPictureSize(pictureSize.width, pictureSize.height);
parameters.setPictureFormat(ImageFormat.JPEG);
camera.setParameters(parameters);
camera.startPreview();
那是错误的。你真正需要的是：
Camera.Parameters parameters=camera.getParameters();
Camera.Size pictureSize=getHost().getPictureSize(parameters);
parameters.setPreviewSize(mPreviewSize.width, mPreviewSize.height);
camera.setParameters(parameters);
camera.startPreview();
parameters=camera.getParameters();
parameters.setPictureSize(pictureSize.width, pictureSize.height);
parameters.setPictureFormat(ImageFormat.JPEG);
camera.setParameters(parameters);
如果不进行这个更改，即使在横屏模式下也会出现拉伸的纵横比问题。对于
ApiDemos的
CameraPreview来说，这并不是一个问题，因为它们没有拍照，所以从未调用
setPictureSize()。
但是，到目前为止，在Nexus 4上，我现在有了竖屏和横屏的正方形纵横比，带有浮动方向（即不锁定为横屏）。
如果我遇到其他设备需要的其他技巧，并且发布了我的CameraView/CameraFragment组件，我会尝试记得修改此问题并链接到它们。
更新 #1
当然，它肯定不可能这么简单。:-)
解决 setPictureSize() 搞砸长宽比的问题的方法是……直到你拍照为止。那时，预览会切换到错误的长宽比。
一种可能的方法是将图片限制为与预览相同（或非常接近）长宽比的图片，以便不存在任何问题。我不喜欢这个答案，因为用户应该能够获取相机提供的任何图片尺寸。
您可以通过以下方式限制损坏的范围：
- 仅在拍照之前更新
Camera.Parameters 的图片大小等信息
- 在拍照后恢复到拍照之前的
Camera.Parameters
这仍然会在拍照时出现错误的长宽比。我认为，长期的解决方案将是在拍照时暂时用静态图像（最后一个预览帧）替换相机预览。我会尝试这样做。
更新 #2: 我的CWAC-Camera库 的 v0.0.1 版本现已发布，包含上述代码。
setPreviewSize()的高度/宽度，这是不起作用的（除非反转后的大小恰好是有效的预览大小）。然而，通过反转预览View本身（例如，SurfaceView）的高度/宽度，我离正确的纵横比更接近了一些。它还不够准确，但它不像上面展示的那样过分了。谢谢！ - CommonsWare