СодержаниеСодержание
Содержание 2
1 Введение 3
1.1 Описание предметной области 3
1.1.1 Общие вопросы представления математических текстов в Интернет 3
1.1.2 Представление математических выражений средствами MathML 4
1.1.3 Представление математических выражений средствами HTML 4
1.2 Неформальная постановка задачи 4
1.3 Обзор существующих методов решения 5
2 Требования к окружению 6
2.1 Требования к аппаратному и программному обеспечению 6
2.2 Требования к пользователям 6
3 Функциональные требования 7
4 Требования к совместимости 7
5 Описание формата входных данных 7
6 Проект 8
6.1 Средства реализации 8
6.2 Модули и алгоритмы 9
6.2.1 Модуль синтаксического разбора ТеХ (parser) 9
6.2.2 Модули генерации HTML и MathML кода (HTMLgen и MMLgen) 10
7 Реализация и тестирование 12
7.1 Характеристики реализации 12
7.2 Тестирование 12
Заключение 14
Список литературы 15
Приложение 1 16Введение1 Введение
Предметом данной работы является разработка технологии представления математических выражений в сети Интернет, сочетающей удобство использования и высокую совместимость с современными веб-стандартами, а также создание программного обеспечения, реализующего разработанную технологию.
1.1 Описание предметной области
1.1.1 Общие вопросы представления математических текстов в Интернет
В настоящее время, когда информация является важнейшим ресурсом, огромное значение приобретают технологии хранения, обработки и предоставления пользователям информации разнообразных видов. В связи с бурным развитием вычислительной техники и информационных технологий, электронная форма представления данных становится основной во многих областях человеческой деятельности.
Особенное значение имеет представление в электронной форме и распространение текстовой информации как наиболее подходящей для этой цели (наименее требовательной к аппаратным ресурсам по сравнению с другими видами, и представляющей вместе с тем высокую ценность для человечества). Благодаря изобретению гипертекста и созданием всемирной сети Интернет широкое распространение получили, многочисленные отдельные электронные публикации, электронные версии текущих периодических изданий, книг, чисто электронные издания, и целые электронные библиотеки.
Можно с уверенностью утверждать, что категория математических текстов составляет немаловажную часть всего объема знаний, требующих электронного представления, поэтому несомненную важность представляет задача размещения текстов, содержащих математические формулы на веб-сайтах. Вместе с тем существует ряд серьезных проблем, возникающих при публикации подобного рода документов. В число основных препятствий на пути предоставления математических текстов для широкого доступа в электронной форме, входят:
• Отсутствие общепринятого единого формата для представления математических текстов в электронной форме и публикации в Интернет
• Несовместимость различных специализированных форматов, предназначенных для представления математических формул
• Невозможность представления математических символов, либо описания сложной логической структуры математических формул широко распространенными программными средствами для представления текстовых данных в рамках существующих текстовых форматов.
• Сложность набора, связанная с большим разнообразием символов, используемых в математических выражениях
• Ориентация на относительно узкий круг пользователей в масштабах огромного сообщества пользователей электронных ресурсов
Несмотря на многообразие публикаций, посвященных различным подходам к решению данной задачи и существование широкого спектра программного обеспечения, предоставляющего разнообразные технологии, для ее решения, до сих пор не выработано универсального подхода, позволяющего максимально облегчить процесс публикации на веб-сайте математических текстов и минимизировать усилия со стороны клиента для просмотра документа.
Как правило, в качестве удобного средства набора математических текстов используется издательский пакет TeX, позволяющий в домашних условиях получить типографское качество публикации.
1.1.2 Представление математических выражений средствами MathML
Разработка в 1998 году консорциумом W3C спецификации языка математической разметки MathML, (Mathematical Markup Language), имеющей в настоящий момент статус рекомендации была призвана изменить к лучшему существующее положение вещей, однако, нельзя сказать, чтобы проблем с публикацией математических текстов не осталось вовсе.
Нужно признать, что MathML идеально подходит для представления структуры математических формул, для последующего их вычисления, однако на текущий момент не является ни стандартом для публикации математических текстов в Интернет, ни самым удобным средством набора формул.
К числу наиболее существенных недостатков MathML при использовании на веб-страницах относятся неудобство набора тегов MathML вручную и отсутствие поддержки со стороны большинства ведущих производителей Интернет-браузеров.
Если вторая проблема может решиться в ближайшем будущем с выходом новых версий программного обеспечения, то первая связана с самой сущностью языка разметки MathML, не предназначенного для ручного набора. К сожалению, существующие программные средства, позволяющие создавать документы MathML, или обладают графическим интерфейсом, замедляющим процесс набора, или собственным языком команд, что предполагает от пользователя трату некоторого времени на изучение.
1.1.3 Представление математических выражений средствами HTML
Язык разметки HTML отображается всеми существующими Интернет-браузерами, и поэтому является универсальным средством для представления текстовой информации с точки зрения совместимости с клиентским программным обеспечением. Тем не менее, недостаток в языке возможностей для сложного форматирования, является существенным ограничением для представления математических формул. Обычно, для преобразования формул из более приспособленных для их набора форматов в HTML используются конвертеры. Основной сложностью данного подхода является необходимость учитывать различия между разными версиями клиентского программного обеспечения, в каждом конкретном случае имеющего свои особенности представления HTML, поскольку спецификация HTML не налагает достаточно жестких требований на конечный вид отформатированного текста.
1.2 Неформальная постановка задачи
Основной целью настоящей работы является разработка технологии представления математических выражений, записанных в нотации ТеХ, на веб-сервере средствами HTML. Результатом работы должен являться программный модуль, предоставляющий функции преобразования математических формул из нотации TeX в HTML и МаthML
Соответственно основными этапами выполнения работы являются
• Проведение обзора существующих программных средств для представления математических выражений с помощью HTML и изучение реализуемых ими технологий
• Выделение ограниченного подмножества команд TeX, необходимых для представления большинства математических формул и нахождение способов реализации, как отдельных элементов, так и их разнообразных сочетаний
• Проектирование и реализация модулей для синтаксического разбора TeX и генерации MathML и HTML
Среди основных требований к системе использование языка программирования Perl, для облегчения интеграции с веб-сервером, а также в силу его хорошей приспособленности для работы с текстовыми данными.
1.3 Обзор существующих методов решения
Из наиболее часто применяемых методов представления математических формул в гипертекстовых документах используются следующие:
• вставка математических формул в виде графических файлов, с использованием конвертеров, представляющих сложные символьные конструкции в виде рисунков (например, LaTeX2HTML)
• Собирание математических формул из символов специального шрифта, имеющегося на машине клиента, например, с помощью конвертеров (например, HeVeA)
• использование специализированных форматов в расчете на наличие на машине клиента соответствующего программного обеспечения, например plug'in для Интернет-браузера, позволяющего просматривать документы в формате TeX или PDF
• загрузка математических шрифтов на машину клиента и использование Java applet для их отображения (например, WebEq)
Из перечисленных способов последние два требуют со стороны клиента установки программного обеспечения, чем сильно усложняют процесс просмотра и снижают совместимость, поэтому в дальнейшем рассматриваться не будут.
Как следует из табл. 1, наилучшей совместимостью, т.е. независимостью от версии браузера у клиента обладают программы, представляющие сложные элементы в виде рисунков. Стоит отметить, что при таком подходе возникают серьезные недостатки при использовании на веб-сервере. В частности можно говорить о существенно более низкой производительности при создании изображений по сравнению с генерированием текста в формате HTML. Кроме того, для рисования графики обычно используются сторонние инструменты, что так же затрудняет использование на веб-сервере и требует установки дополнительных программ.
Как следствие, достоинства предлагаемого в рамках курсовой подхода заключаются в следующем
• отсутствие графики
• Удобство использования на веб-сервере
• отсутствие необходимости в стороннего ПО
• высокая совместимость с различными версиями браузеров
Поскольку на сегодняшний день существует не один десяток программных средств единообразной генерации MathML, поддержка этой функции не представляет особого интереса, являясь типовой для всех видов программных продуктов.
табл. 1 Сравнение различных средств преобразования из ТеХ в HTML
HeVeA Tth Latex2HTML T4h
мой
модуль
Совместимость
с браузерами Низкая,
только Internet Explorer Низкая,
только Internet Explorer Высокая Высокая Высокая
Средства реализации Objective Caml C Perl С Perl
Лицензия Бесплатная Бесплатная для некоммерческого использования. Сложный процесс регистрации Бесплатная Бесплатная Бесплатная
Необходимость дополнительного ПО нет нет Требуется LaTeX Требуется LaTeX нет
Технология представления математических формул HTML HTML HTML
+
рисунки HTML
+
рисунки HTML
+
CSS 1ЛитератураСписок литературы
[1] Knuth Donald Ervin The TexBook, Addison-Wesley, May 1991
[2] Cascading Style Sheets, level 1 W3C Recommendation 17 Dec 1996, http://www.w3.org/TR/1999/REC-CSS1-19990111
[3] Math Typesetting for the Internet, http://mathforum.org/typesetting/
[4] Mathematical Markup Language (MathML) Version 2.0 (Second Edition), W3C Recommendation 21 October 2003, http://www.w3.org/TR/2003/REC-MathML2-20031021/
[5] Phoenix T., Randal L. Learning Perl, 3rd Edition: O'Reilly, July 2001
[6] Steve Mayer, Comparisons of Conversion Programs, http://www.mayer.dial.pipex.com/samples/comparisons.htm
[7] Кленин А.С. Методические указания по подготовке и защите отчётов на специализации «Прикладная математика. Системное программирование» (Версия 0.7).
|
|
