（应用数学专业论文）基于mathml的科技文献公式编辑器的设计与实现.pdf

基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 应用数学 硕士生：曾青松 指导教师：伍小明副教授 摘要 在数学等学科中大量的数据是以公式的形式描述，过去人们通常使用l a t e x 来编辑和排版科技文献，通过转换工具输出为p d f 文件或者网页的形式，完成信 息交流。 w 3 c 定义了一神标准的数学标记语言m a t h m l ，用于完成数学公式的描述。 m a t h m l 是一种结构化的层次分明的树型数据结构，便于搜索引擎做全文检索。 本文重点讨论在w e b 应用系统中编辑和显示数学公式的方法，并实现这样一 个系统：该系统使用m a t h m l 描述数学公式，可视化方式或者使用基木的t e x 命 令输入和编辑复杂数学公式，提供m a t h m l ，l a t e x ，m a t h e m a t i c a ，j p e g ，g i f ， p n g 等格式输出，通过扩展可以支持其它格式的输出。使用m a t h e m a t i c a 作为后 台的符号计算服务器实现远程符号计算功能，系统可以应用于远程的w e b 教学系 统中解决符号输入和自动解题问题。 本文采用递归技术实现公式的解析、输出和绘制。编辑过程中采用缓冲技术 解决了大多数公式编辑部存在的闪烁问题。动态计算公式的显示属性，准确的绘 制数学公式。基于树数据结构和单一根类设计的思想，只需要简单的扩展现有类 的功能就可以增加对颜的标记的支持。系统完整实现了w 3 cm a t h m ld o m 模型， 采用u m c o d e 编码解决了大部分公式编辑器不能输入汉字的问题。设计的组件可 以非常方便的用于w e b 应用系统或者w i n d o w s 应用系统开发中。 关键词：排版，公式编辑，m a t h m l ，t e x ，组件对象模型 摘要 t h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ff o r m u l a e d i t o rf o rs c i e n t i f i c d o e u m e n t sd e s c r i b e dw i t hm a t h m l a p p l i e dm a t h e m a t i c s n a m e ：z e n gq i n g s o n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rw ux i a o m i n g a b s t r a c t t h e r ea r eal a r g ea m o u n to fd a t at ob es t o r e di nt h ea r e ao fs c i e n c er e s e a r c h & p u b l i s h ，m u c ho ft h e s ed a t ad e s c r i b ew i t hm a t hf o r m a l a w eu s u a l l yu s el a t e xe d i t a n dt y p e s e ts c i e n c ed o c u m e n t a sw e l lf o rt e x ti n p u ta n df o rr e n d e r i n gt h eo u t p u t i n d u ec o u r s el a r e xm a vb ec o m p l e m e n t e db yas e m a n t i c a l l yr i c h e rm a t h m l r e p r e s e n t a t i o n h o w e v e r , l a t e x sg r e a t e s ti m p a c t w i l lr e m a i nj nt h ea r e ao f t y p e s e t t i n g ，w i t ht e xb e c o m i n ga ni m p o r t a n ti n t e r m e d i a t ef o r m a tf o rg e n e r a t i n g h i g h q u a l i t yp r i n t a b l ep d fo u t p u t m a t h m li si n t e n d e dt of a c i l i t a t et h eu s ea n dr e - u s eo fm a t h e m a t i c a ia n d s c i e n t i f i cc o n t e n to nt h ew e b a n df o ro t h e ra p p l i c a t i o n ss u c ha sc o m p u t e ra l g e b r a s y s t e m s ，p r i n tt y p e s e t t i n g ，a n dv o i c es y n t h e s i s m a t h m lc a nb eu s e dt oe n c o d eb o t h t h ep r e s e n t a t i o no fm a t l l e m a t i c a ln o t a t i o nf o rh i g h - q u a i l t yv i s u a id i s p l a y , a n d m a t h e m a t i c a ic o n t e n t f o ra p p l i c a t i o n sw h e r et h es e m a n t i c sp l a y sm o r eo fak e yr o l e s u c ha ss c i e n t i f i cs o r w a r eo rv o i c es y n t h e s i s t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fas y s t e mf o rt y p e s e t t i n g m a t h e m a t i c sw h i c hu s e sm a t h m la si n n e rm a r k1 a n g u a g e 1 nt h i ss y s t e my o uc a n i n p u ti n a t h e m a t i cf o r m u l aw i t hg u io rt e xf o r m a t w h i l ey o uw a n tg e tt h er e s u l t y o u c a nc a l it h es y m b o lc o m p u t a t i o ne n g i n ei n s t a l l e dj 1 1t h er e m o t eh o s t a n dt h es y s t e m c a na n a l y s i st h er e s u l ta n dd i s p l a yi tw i t hc o r r e c tf o r m a t w eu s er e c u r s i v ec o m p o s i t i o nt e c h n o l o g ya sf o rm a t h m lr e s o l v ea n df o r r e n d e r i n gt h eo h t o u t w eu s eas p e c i a li m a g eb u f rs o l v et h eb l i n k i n gp r o b l e m w e i m p l e m e n tt h ew 3 c sm a t h m ld o m u s eu n i c o d ea sd e f a u l te n c o d i n gm e t h o d d i s p l a yc h i n e s ec h a r a c t e r a sac o m p o s et o o lf o ru s et o g e t h e rw i t hw 曲a p p l i c a t i o n u s i n gm i c r o s o f td o t n e tt e c h n o l o g yo rt ou s ea sas t a n d a l o n ea p p l i c a t i o n k e y - w o r d s ：t y p e s e t t i n g ，f o r m u l ae d i t o r , m a t h m l ，t e x ，d o m i i 基于m a t h m l 的科技丈献公式编辑器的设计与实现 1 1 前言 第1 章综述 本章首先简要概述了数学公式编辑器的应用现状，然后讨论了目前主流的公 式编辑器【6 8 j 所使用的编辑和显示技术，重点介绍了m a t h m l 8 , 9 , 1 0 , 3 9 , 4 5 , 7 4 数学标记 语言的规范和使用方法。最后介绍了常用的公式编辑软件。 由于个人计算机应用的普及，缩减了创建电子文档的成本，尤其是互联网的 普及和发展使得这种成本变得更低。在科技领域，许多资料首先在网络上发表以 后才被印制成杂志、专刊等书面的材料供人们阅读，这些领域的许多的数据，人 们希望能够以一种方便的可重用的方式使用，因为数据资料一旦被印制成文字或 者转化为图形，给重用带来不必要的麻烦。对于科学研究来说，希望有一种好的 方式来描述数据。 编辑和排版科技文章，目前流行的方法有基于t e x 2 4 , 4 9 , 5 5 技术、m a t h m l 8 , 9 , t 0 1 技术和其他的专有技术的编辑器。基于t e x 技术的编辑器一般不提供所见即所得 方式编排功能，使用其他技术的以m a t h t y p e 4 3 1 为代表的编辑器一般具有所见即 所得的功能。 在科技文章出版领域，l a t e x 2 4 , 6 8 可以排版出高质量的文章，并且占用的空 问非常的小。但是编辑和修改都是基于命令形式，所以要求文档的编辑人员熟记 常用的t e x 指令，对于熟练用户，编排速度只取决于编辑人员的打字速度。 采用类似于m a t h t y p e 的编辑器具有可视化的界面，使用鼠标或者键盘输入 的数学公式立即可以以实际的外观反馈给用户，埘文档的编辑者的要求不高，但 是编辑和输入的效率会受到鼠标输入和菜单式输入的影响。 第1 页 基于m a t h m l 的科技史献公式编辑器的设计与买现 通常人们只需要在网上阅读科技文章，所以出版制作科技论文可以使用一些 文档创作工具如l a y e x 等编辑好文章后，使用l a t e x 2 h 1 m l 删或者使用 t e x 4 h t m l 【6 8 1 将文章转换为t t t m l 网页，这种方式，文章中的数学公式和非拉丁 符号都将被转化为p n g 或者g i f 图形文件，或者使用d v i p d f ，p d f t e x 将文章发 布为p d f 文件，使用a c r o b a tr e a d e r ，x p d f , g h o s tv i e w 等工具阅读m 。如果安装 了相应的插件，可以在浏览器中直接阅读l a t e x 格式或者m a t h m l 格式的公式， 插件加载和绘制公式的速度非常的方便并且，在网页中传输的足文本，传输量也 是非常的小，但要求用户方安装捅件，在很多情况下这种行为是被禁止的。此外 在一些交互型的资源，要求不仅能够阅读而且要求能够输入公式，目前的许多解 决方案都是使用j a v a 小程序的方式，速度非常的缓慢。 1 2 公式的显示和编辑的基本技术要求 分析目前的常用的数学公式编辑器，我们可以总结出公式编辑器的基本技术 要求，作为本地的编辑器从技术上来说相对简单一些，但是也必须满足： ( 1 ) 定义一种数学标记用于描述数学公式。 ( 2 ) 使得应用系统能够显示这种标记。 ( 3 ) 能够编辑已经存在的数学公式。 如果作为网络应用系统，公式的显示利编辑都在远程的客户端，通过w e b 浏览器来完成，由于w e b 应用的特点，需要有更多的限制。 如果w e b 应用系统需要提供符号运算功能，需要满足： ( 4 ) 提供一个符号运算模块，并支持远程通讯，以及设计一个格式转换器 实现在编辑器的公式脚本和符号计算软件脚本之间互相转换。 其中( 1 ) ，我们必须使用一种通用的标准化的方式，使得一日创作了文档， 篇2 页 基于m a t h m i 的科技文献公式编辑器的设计与实现 在任何一个平台上都可以使用，目前常用的有l a t e x 和m a t h m l 。其中( 2 ) 通 过针对特定的平台设计不同的解析器来实现。第( 3 ) 点对于本地的编辑器来说 实现相对容易，但是对于w e b 应用来说。根据具体的应用，如果只是需要显示 数学公式相对要容易实现，如果需要编辑功能，需要消耗大量的资源，而且目前 的实现都不是非常的理想。第( 4 ) 点要求通信量尽量的少。如果需要支持多种 不同的计算服务器，必须借助于一种中间数据格式来实现公式间的格式转换。 1 3 基于l a t e x 描述的数学公式显示和编辑方法 1 3 1 用t e x 编辑器编辑，d v i 格式显示 电子排版系统的出现给印刷出版业带来了一场革命，利用电子计算机及各种 辅助设备，可以完成从文稿、图表的录入、编辑、修改、组版，直至得到各种不 同用途、不同质量的输出结果。利用电子排版系统，可以减轻劳动强度，缩短出 版周期。目前世界上有许多电子排版系统。这些系统各有特点，也各有自己的适 用范围。t e x 就是一种优秀的电子排版系统。 t e x 提供了套功能强大并且十分灵活的排版语言，它多达9 0 0 多条指令， 并且t e x 有宏功能，用户可以不断地定义自己适用的新命令来扩展t e x 系统 的功能。许多人利用t e x 提供的宏定义功能对t e x 进行了二次开发，其中比 较著名的有美国数学学会推荐的非常适合于数学家使用的a m s t e x 以及适合 于一般文章、报告、书籍的l a t e x 系统。 t e x 系统是公认的数学公式排得最好的系统。美国数学学会( a m s ) 鼓励数 学家们使用t e x 系统向它的期刊投稿。世界上许多一流的出版社如k l u w e r 、 a d d i s o n w e s l e y 、牛津大学出版社等也利用t e x 系统出版书籍和期刊。 大部分的t e x 系统都是免费的。k n u t h 5 5 1 教授还公开了他的全部源程序。 第3 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 t e x 系统目前已经在数百 十1 - t 算机系统上得到实现。t e x 系统的排版结果d v i ( d e v i c ei n d e p e n d e n t ) 文件与输出设备无关。d v i 文件f ，以思示、打印、照排 几乎可以在所有的输出设备上输出。t e x 排版源文件及结果在各种计算机系统 上互相兼容。 l e s l i el a m p o r t 开发的l a t e x 是当今世界上最流行和使用最为广泛的t e x 宏集。它构筑在p l a i nt e x 的基础之上，并加进了很多的功能使得使用者可以更 方便的利用t e x 的强大功能。使用l a t e x 基本上不需要使用者自己设计命令 和宏等，因为l a t e x 已经替你做好了。因此，即使使用者并不是很了解t e x ， 也可以在短短的时间内生成高质量的文档。对于生成复杂的数学公式，l a t e x 表现的更为出色。 表l - 1 描述了常用的数学结构的t e x 表示方法。 “璃能= ：蠹i 戳簿m _ _ ! | i | | ；| o a 2 a 2 上标 a2 呸 下标 一 a “【2 + 2 】 d 2 + 2组合 a i ，j j 以f ， 组介 x2 “3 搿! 结台l 下标 j x p i l i l l e 芏 ”他 s u m 一 k = 1 ) nk 4 2一连加 i p r o d 一 i = l ：“n x _ _ ii l z 。连乘 l i mm t o 1n f t y jxi ) l l i n 工，。 极限 i n t 卜n ) 蝌e “x ，d x 奠w | 积分 o i n t 一 c ) x 一3 d x + 4 y “2 ，d y珏j n ，4 9 2 d ”线积分 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 1 3 2 转换为p d f 格式显示 p d f p 6 ( p o r t a b l ed o c u m e n t f o r m a t ) 是a d o b e 公司设计的开放式电子文档 格式。a d o b e 是世界上著名的出版和图像处理软件公司，由该公司倡导的一系列 出版和印刷标准及编码方式受到国际一致的认可，如著名的精确页面描述语言 p o s t s c r i p t ，p d f 实际上也是这种编码的一个应用。p d f 格式主要是为了跨平台 而设计的，这意味着这种格式将在不同的硬件、软件、语言平台之间显示、打印、 编辑、传递和共享都能够保持一致的效果。由于i n t e r n e t 是一个覆盖全世界的网 络，平台和环境非常复杂，使一次制作即可通行全球的p d f 格式变得非常重要 和突出。总的来说，p d f 的优点是跨平台、高压缩、适合屏幕阅览及网络传输、 文件保护、电子批阅、打印质量高、标准开放等。p d f 2 6 1 文件的阅读软件a c r o b a t r e a d e r 是免费的，并且可以作为浏览器的标准插件进行使用。 出于p d f 文件的通用性和各种优点，当前绝大多数的网络出版都把它作为 一种标准的格式提供，如n a t u r e 、s c i e n c e 、j b c 、m o l e c u l e s 、万方数据库等。作 为网络电子出版的工业标准，大量软件正努力向这个软件靠拢。p d f 格式的缺点 是不可能无限的扩展，因此未必可以实现各种科学的现在和未来的各种特殊需 要，另外由于受到版本、格式等因素的限制，也未能确保长时期的正确阅读，而 电子信息的长期保存能力是有争议的。 使用d v i p d f m 或者p d f t e x 可以将l a t e x 格式的源文档转换为p d f 文件， 或者使用a c r o b a t 从p o s t s c r i p t 4 8 格式文件转换为p d f 格式。通过p d f 浏览器， 比如a c r o b a tr e a d e r ，x p d f 或者g h o s t v i e w 能够方便的阅读本地的p d f 文件，并 且保留l a t e x 文档中的超级链接。 1 3 3 转换为h t m l 格式 l a t e x 源文件也可以借助一些工具软件，如l a t e x 2 h t m l 或者t e x 4 b t 直接 第5 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 转换为h t m l 文件，并且保留原有文档的外观，超级链接也被转换为w e b 超级 链接。另一方面，转换工具通常将非拉丁字母符号转换为图形文件。通常一篇科 技文章转换完毕后会产生成百上千的小图形文件，并且转换工具转换完毕的 h t m l 文档只支持一种分辨率，一种背景色，如果在不同的分辨率和背景色下浏 览会破坏原有文档的外观。信息被转换为图形文件后会占用大量的磁盘空间，在 w e b 浏览器中加载文档花费的时间也会增加，给重用这些信息也带来一定的困 难。 1 3 4 通过浏览器插件支持显示 一些浏览器插件，如i b m 的t e c h e x p l o r e r 嗍，能够理解大部分的l a t e x 语 言标记，因此l a t e x 源文件能够直接在w e b 浏览器中显示。 另外w e b e q 4 4 1 应用程序能够理解和识别l a t e x 语言的一个子集，w e b e q 使用j a v a 语言编写具有定跨平台性。 1 4 基于m a t h m l 描述的数学公式编辑和显示方法 x m l 2 2 , 3 1 ( e x t a n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标汜语言) 是一套用来标记 文档的语法，它和现在的w e b 标记语言h t m l e 2 8 1 相同，都是由s g m l 发展而来 ( 由于s g m l 过于求大、求全，未能广泛应用) ，同样由w 3 c e 91 0 1 ( w o r l d w i d e w e b c o n s o r t i u m 万维网联盟) 制定标准。其目标是统一未来跨平台数据交换的格 式，并取代现有的h t m l 成为下一代w e b 页的标准。 x m l 和h t m l 都采用标记来表示数据，但本质上却完全不同。h t m l 标记 由w 3 c 管理，只有w 3 c 能够定义、扩展和管理这些标记，因此，如果白定义 的标记不被w 3 c 承认，也就没有任何价值。同时，h t m l 本身不能帮助理解或 管理数据，例如，要从h t m l 文本中提取有效数据完全凭借人类的思维，我们 第6 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 无法编写这样的程序，让它从关于书本的h t m l 文本中获取作者的名称。因为 有的作者可能用 表示，有的可能被 包含，h t m l 并未对如何表示 个作者制定规范，因而没法让程序理解哪个标记包含作者，哪个没有。 x m l f 好相反，它的标记是可自定义的、可扩展的和可识别的。例如，我 们可以在关于书籍的x m l 文本中，定义 标记为书本的作者，只要遵循相 应的d t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n e ，文档类型定义) ，那么任何来源的x m l 文 本，其 元素都可以被正确识别，这在h t m l 是无法实现的。更重要的是 理论上任何应用都可以识别并处理这些数据，如w e b 浏览器、w a p 手机、数据 库系统或任何其它传统软件，只要它们能够理解并遵守d t d 规范就都可以。最 后，依照每个应用的需要，可以根据实际情况创建更多标记，或赋予标记不同的 含义。如前面的 ，在介绍书本的文档中可以是作者，在介绍古董的文档 中可以是古玩的名称，在学习化学的文档中可以是化学元素，完全可以根据需求 来处理，并且能够保证不被混淆。 另外，x m l 比h t m l 更加严格。它不允许出现不配对的标记，如常用的回 车符 ，在x m l 中，要么是 ，要么是 。也不允许标记的堆叠 女l l ，而且x m l 区分大小写。最后，x m l 文档有且仅有 一个根5 i 素。 x m l 可以应用到w e b ，但不限于w e b ，就像我们看到的那样，通过x m l 最终在前所未有的范围内，实现统一的数据格式规范和完善的处理方法。 由于x m l 的可扩展标记非常灵活，能够f 确解析它的浏览器非常稀少。现 有的x h t m l 做出了尝试，它是一种比x m l 更加严格的超文本标记语言，但它 毕竟还是属于固定标记的文档，在数据交换中还彳i 能和x m l 桐提并论。正是由 于目前的浏览器对x m l 的支持不够，造成x m l 在w e b 中的应用受到了严重限 第7 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 制，因此，将x m l 应用到w e b 必须采用其它的手段。目前，被广泛应用的主要 包括w 3 c 自己制定的x s l 和些服务器端脚本，如p h p 、j s p 等。 m a t h m l m 0 1 即m a t h e m a t i c a lm a r k u pl a n g u a g e ( 数学标记语言) ，可用来 使用x m l 语法描述数学表达式。m a t t v m l 的目标是将数学内容与它的表示分 离开来，并对数学表达式进行描述，以便数学软件工具可以评估该表达式并对其 执行计算。 m a t h m i 。的标记语言按照编码风格可以划分为三类：呈现导向的 ( p r e s e n t a t i o ne n c o d i n g s ) 、内容导向的( c o n t e n te n c o d i n g s ) 和混合型的( h y b r i d e n c o d i n g s ) 。呈现型标记一般用于以两维结构可视化地描述数学标记。m a t h m l 呈现型标记由大约3 0 种元素组成，支持的属性超过5 0 种。大部分呈现元素都属 布局模式，也就是说可以包含其它呈现元素。内容元素用途f i 在显示上，而关注 于数学表达式本身的语义，常常应用于象计算机代数、语音合成等领域。这样 在我们使用内容型标记时，控制表达式的显示相对来说会困难一些。内容型标记 支持元素约1 5 0 种，支持的属性约有1 2 个。混合编码介于呈现和内容两者之间 它混合使用两种编码方式。究竟使用何种编码方式，要根据应用环境而定。 现在的标准为m a t h m l2 0 ，它已经达到了w 3 c 推荐状态。m a t h m l 包含 了用于在浏览器中表示的标记，也包含了一些内容标记可用于明白地描述数学表 达式的意思。 尽管i n t e r n e te x p l o r e r 本身不会显示m a t h m l 内容，但是存在几个第三力 a c t i v e x 控件或d h t m l 行为，它们专门用于m a t h m l 的表示。其中一个这 样的程序为d e s i g ns c i e n c ei n c 的m a t h p l a y e r r ”1 。另一个是i b m 的 t e c h e x p l o r e r 。在w e b 浏览器中显示m a t h m l 内容还有一个选择就是在 x h t m l 文档巾包括m a t h m l ，并指定伴随w 3 c 提供的一个x s l t 3 1 1 样式 第8 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 表，该样式表会将其转换为格式良好的h t m l 。 图1 1i e 浏览器中使用m a t h p l a y e r 显示m a t h m l 下面的示例，说明了公式勾股定理d 2 + b 2 = c 2 在m a t h m l 中是如何表达的。 使用m a t h m lp r e s e n t a t i o n 标记表示，如图1 - 2 所示： 图1 - 2 a 2 + b 2 = c 2 的p r e s e n t a t i o n 标记表示 使用m a t h m lc o n t e n t 标记表示，如图1 - 3 所示 第9 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 图1 - 3 a 2 + b 2 = c 2 的c o n t e m 标记表示 我们可以看出，无沦使用p r e s e n t a t i o n 标记还是c o n t e n t 标记，m a t h m l 都 把所要描述的表达式分解成由数字、字母、文本或其它符号组成的一棵树。树根 标记表示m a t h m l 文档的丌始。 为了能在尽可能多的平台上呈现，m a t h m l 文档应该按照以下的规则卜| 编写 如果你使用w 3 c 标准化的编辑器，例如a m a y a ，这一切都将自动完成。 ( 1 ) 创建一个内含( i n l i n e d ) m a t l a 4 l 的x h t m l 文档。应该如图1 4 那样创 建一个内含m a t h m l 的x h t m l 文档 第1 0 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 图1 4 内含m a t h m l 的x h t m l 文档 m a t h m l 不应该在 标签中使用，也不应该通过 标签来引用 一个外部的m a t h m l 文档。 ( 2 ) 增加一个样式表( s t y l e s h e e t ) 处理指令 图1 5 粗斜体的那行代码应该放在一个x h t m l 页面的最开头，必须在 标签的前面，但是在x m l 声明的后面 ： 图1 - 5m a t h m l 文档的结构 这样文档将可以在大多数情况下使用：l i 作( 但是在i e 巾不行：冈为安全原因 i e 不会执行一个非本地的x s l t 3 5 1 样式表。如果一个包含m a t h m l 的文档需要 在本地运行x s l t 声明如下： m a t h m l n e tc o n t r o l 1 5 1 是- 款运行与n e t 平台的公式编辑器商业组件，它 提供所见即所得的方式编辑数学公式，编辑器实现了m a t h m l 2 0 标准，能够将 公式保存为图片格式，也呵以读取m a t h m l2 0 规范的数学公式。该组件使用c # 编写，运行于n e t 平台，可以结合a s p n e t 编写网络应用程序，用于公式的编辑 与显示。 开源项目a s c i i m a t h m l 1 采用j a v as c r i p t 技术动态将输入的纯文本的l a t e x 公式转换为m a t h m l 格式的公式，采用m a t h p l a y e r 可以实现动态和交瓦的显示 第1 1 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 和输入公式，如图1 - 6 所示。目荫许多的数学类技术网站都采用该技术支持公式 的输入。因为输入的是纯文本，对于熟悉l a t e x 的专业人员来说速度比较快而且 非常的方便，如果需要本地操作，只需要下载a s c i i m a t h m l j s 文件放在编辑的 h t m l 目录下即可实现。 图1 - 6a s c i i m a t h m l 编辑器结合m a t h p l a y e r 编辑和显示数学公式 1 5 基于其它方法的数学公式编辑和显示方法 ( 1 ) a n y e q a n y e q 6 9 1 使用文杰2 0 0 2 数学公式编辑技术与a c t i v e x 技术，可以在一般文 件中表示数学公式，也可以在网页中描述公式。可以通过所见即所得的方式、命 令或者公式脚本方式输入数学公式。 第1 2 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与宴现 例如 雪b ： l 蚕。j 季= 0 j j a 的h t m l 描述代码如下 图1 7 a n y e q 的界面 o b j e c tc l a s s i d = ”c l s i d ：8 f 2 a a 5 c 5 8 c 9 c - 11 d 3 - 8 a c 6 一o o a 0 2 4 c d 2 0 8 8 ” c o d e b a s e 2 ”h t t p ：h w w wh a a n s o f l c o m t a n y e q a n y e q c a b ” a l i g n = a b s m i d d l ew i d t h = ”18 0 ”h e i g h t 2 5 4 b 图1 - 8 a n y e q 脚本 a n y e q 自身的公式输入命令如下 p s is u bb t a b 一i n tt a bt a bt a b 、i n ta t a bt a b t a b v e c b t a bc d o td v e cs t a b 0 图1 - 9a n y e q 描述的公式例子 第1 3 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 ( 2 ) s v g s v g 3 0 1 ( s c a l a b e lv e c t o rg r a p h i c s ) 是一种以x m l 格式描述二维图形的规范。 这些x m l 文档以s v g 扩展名结尾，并且可由s v g 浏览器读取这些文件，然后显 示。目前大多数w e b 浏览器都支持用插件或a c t i v e x 控件( 比如a d o b es v g b r o w e r ) 查看s v g 文档。之所以称m a t h p l a y e r “可缩放矢量图形”是凶为s v g 处理的是矢量类型的图形，而不是光栅类型的图形。矢量图形是可缩放的，并且 在图形缩放或旋转时不会降低分辨率或模糊细节。可缩放矢量图形还可以采用轻 巧的可移植格式描绘复杂图形。与其它格式比较起来，矢量图形格式主要优l i 在 于：第一，用于包含图形信息的文件尺寸较小；第二，组织信息的方式便于理解。 在s v g 中所有图像都由图元组成，例如l i n e 、p a t h 、t e x t 等。 例如：公式j 2 4 3 荨。1 的s v g 文件 1 6 几种描述方法的比较 幽1 1 0 s v g 描述公式的例子 t e x 是当前在计算机上表达数学公式的标准，表达能力强，但它也有大的 缺点：不适合于互联网上的运用。这一方面表现在t e x 语法无法以网页语言 h t m l 表达；二方面体现在t e x 语法可以说是只是表达数学公式的外观形状而 第1 4 页 基于m a t h m l 的科技文献膺式编辑器的设计与实现 不能表达数学公式内在的含义，不利于网络的检索、开发和重用等。因此，我们 急需一种既有 r e x 的强大数学公式表达能力又能与互联网良好结合的表达语言 m a t h m l 就是顺应这种需要而产生的。 m a t h m l 语言是由国际万维网标准组织w 3 cf 的数学工作组制定的基于 x m l 语言标准的数学标记语言。x m l 语言被称为“下一代的互联网语言”，与 当前工f 在使用的网络表示语言h t m l 相比，它具有良好的数据存储格式、可扩 展性、高度结构化以及良好的网络传输能力等优点。m a t h m l 也继承了这些优点。 具体而言，使用m a t h m l 在计算机匕表达数学公式的优点是：可以得到最为 广泛的支持，可以被更多的软件支持而且直接被网络浏览器支持；具有强大的数 学公式表达能力，这种能力一方面表现在它继承了t e x 语言的优点，可以准确地 表达数学公式的形状，但更重要的是，它能够表达数学公式的内涵意义，可以方 便地对数学文献或含数学公式的其他文献进行自动处理、自动检索等功能 m a t h m i 。语言本身是由文本字符构成，代码小，有利于网络传输；具有可扩展性 将来可以方便与其他各种设备，如语音、盲文等进行信息交换。而m a t h m l 语言 的不足可能就是目前它尚未定义完整，能够完全支持它的软件还不是很多。 m a t h m l 语言一经提出之后就受到各方面的重视，世界各大软件公司都投入 t * h 当的重视，比如i b m 就率先推出了使i e 等浏览器能够显示m a t h m l 文件的 插件( w w w s o f t w a r e i b m c o m t e c h e x p l o r e r ) ，而世界最大的软件公司微软也宣称它 的下一代浏览器i e 7 将优先支持m a t h m l 语言。而所谓的数学软件四大家 m a t h c a d 、m a p l e 、m a t h e m a t i c a 和m a t l a b 也都在其最新推出的软件版本中支 持m a t h m l 语言。至于w 3 c 本身，他们自己的浏览器m o z i l l a 的第个正式版 本发布时所突出宣称的特点就是全面支持m a t h m l2 0 语言。 可以肯定地说：m a t h m l 语言代表着未来在信息领域使用数学公式的方向， 第1 5 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑器的设计与实现 但在当前尚不能很快普及，主要是因为：除了在与数学相关的软件系统中对 m a t h m l 语言有很好的支持外，m a t h m l 语言还没有能够在其他领域有很好的支 持，尤其是在字处理软件方而；而网络浏览器则要通过安装插件的方法或使用尚 未占主流的浏览器如m o z i l l a 、a m a y a 来观看。 1 7 常用的公式编辑软件 6 8 , 7 0 , 7 1 1 m a t h m l2 0 规范中有着太多的标汜、实体和属性，如果全部记住，记忆会 承受很大的负荷。如果没有工具的支持，m a t h m l 的编辑和发布肯定会举步维艰 有如我们不使用d r e a m w e a v e r 或f r o n t p a g e 手q 2 仓, l 建和编辑h t m l 页而一样。这 样，自1 0 版本发布之后，相继出现了许多支持m a t h m l 的工具。除了一些副产 品和边缘工具外，m a t h m l 相关的工具大致可分下面几类 1 浏览器( v i e w e r 、r e n d e r e r 、r e n d e r i n ge n g i n e ) 2 编辑器( e d i t o r 、t y p e s e t t e r 、a u t h o r i n gt 0 0 1 ) 3 解析器( p a r s e r 、v a l i d a t o r ) 4 转换器( t r a n s l a t o r 、t r a n s f o r m e r ) 1 浏览器支持 通用浏览器如i e 、n e t s c a p e 、m o z i l l a 以及w 3 c 的a m a y a 等当前的版本都 不同程度地支持m a t h m l 。m o z i l l a1 0 版之后，现在三个平台下都已经支持 m a t h m l 。n e t s c a p e 7 1 在三个平台下也均已内嵌支持m a t h m l 。1 9 9 6 年由w 3 c 启动的a m a y a 是一个开源项目，编辑器和浏览器被集成在一起。作为一个框架 a m a y a 对诸如s v g 、c s s 等多种w 3 c 标准支持的都不错，a m a y a 中m a t h m l 显示速度明显比其它几个浏览器要快，支持的属性也比较全面，而且还支持 m a t h m l 文件内部结构的树型显示。由于微软对m a t h m l 的支持，未来的i e 7 及 第1 6 页 基于m a t h m l 的科技文献公式编辑嚣的设计与实现 其后续版本肯定将逐步支持公式的显示，d e s i g ns c i e n c e 也已经宣称微软将会提 供m a t h p l a y e r 支持m s n 用户，但目前i e6 0 以下的版本仍需安装第三方插件才 能正常显示m a t h m l 。 w i n d o w s 平台下常见的插件有d e s g i ns c i e n c e 的m a t h p l a y e r 和i b m 的 t e c h e x p l o r e r ( 现已转交i n t e g r e t e c l m i c a lp u b l i s h i n g c o ，维护) 。表1 - 2 列出了目 前主流操作系统平台f 浏览器对m a t h m l 的支持情况。 w i n d o w sl i n u x u i q i xm a c i n t o s h l e5 0 + t e c h e x p l o r e r n e t s c a p e 6 1 十 i e5 o + t e c h e x p l o r e rt e c h e x p l o r e r i e5 5 + m a t h p l a y e r 或者t e c h e x p l o r e rp l u g - i n n e t s c a p e7 1n e t s c a p e7 1 i e6 0 + m a t b p l a y e r 或者t e c h e x p l o r e rp l u g - i nm o z i l l a0 ，9 9m o z 川a0 9 9 n e t s c a p e61 十t e c h e x p l o r e rp l u g - i na m a y a 表1 2 各种操作系统对m a t h m l 的支持 2 编辑器支持 m a t h m l 的编辑器已有很多，除了上面讲过到同为浏览器的a m a y a 以外， 最著名的就属d e s i g ns c i e n c e 的w e b e qe d i t o r 了。a m a y a 对m a t h m l 的支持要 优于w e b e q ，所以推荐使用a m a y a 。但如果编辑公式不很复杂，使用w e b e q 也是一种不错的选择。许多常见的字符处理器如开源的o p e n o f f i c e ( w w w o p e n o f f i c e o r g ) 、m a p l e 【3 7 1 、m a t h c a d ( w w w m a t h c a d c o n l ) 、m a t h e m a t i c a 、 p u b l i c o n ( w w w p u b l i c o n c o r n ) 和m a c k i c h a ns o f t w a r e ( w v c w m