（教育技术学专业论文）基于web的动态几何作图系统研究.pdf

磺壹擘柱谂囊 融鲻粼s 镊蝴 摘要 w e b 动态几何作图在网络远程教育，特别是在网络远程几何教育中具有重大的 意义。基于w e b 的动态几何智能作图系统可以促成有意义的数学学习，促进网络远 程几何教育的发展。 动态几何系统( d g s ，d y n 锄i cg e o m e t r ys y s t e m ) 通常是指上世纪9 0 年代发 展起来的一个计算机几何作图环境。通过建立点、线、圆等几何元素及几何关系， 使用者可以进行动态作图。较为熟知的动态几何工具包括国外的几何画板、国内的 超级画板。存在的主要问题：标准化问题，不同的图形格式互不兼容，不利于数据 交换和互联网图形搜索等；速度及浏览器安全问题、图形的再现问题等；智能操作 问题。本文利用s v g 技术设计、开发一个基于w e b 的动态几何作图系统。 本文首先进行相关理论及技术研究，研究了动态几何原理和s v g 技术；探讨了 s v g 技术的优势，及使用j a v a s c r i p t 动态操作s v gd o m 的方法。s v g 是w 3 c 制定的 一种w e b 上基于x 轧的标准开放的矢量图形文件格式，同时也是一种矢量图形标准 语言。s v g 是一种动态的、数据驱动的、交互式的图形。鉴于s v g 在标准和技术上 的优势，论文选择了s v g 技术研究和实现动态几何作图系统。 在此基础上，本文研究基于w e b 的动态几何作图系统的设计和实现。重点是作 图系统中动态作图和智能作图的设计与实现。论文提出了使用s v g 表示图形元素及 几何关系进行动态作图的策略，并设计了动态作图的算法；其次，根据人机交互界 面设计的基本原理、操作者个性特征以及图形关联特性，研究了智能作图策略，并 进行了智能作图算法的设计。此外，本文还研究w e b 页面文件操作、探讨s v g 和z j z 格式转换问题。 系统在w e b 上实现了动态几何的一些基本功能，如点、线、圆的动态绘制、作 直线上的点、圆上的点、直线与直线的交点、直线与圆的交点、圆与圆的交点、平 行线、垂直线等；而且修改图形时，定义的几何关系保持不变；在作图的过程中给 予智能引导；另外，实现了w e b 页面的文件操作。 开发的系统特色是：符合s v g 开放的国际标准，实现了符合动态几何作图标准 化；应用环境具有普适性，在w e b 环境上实现动态作图；操作具有智能特性，实现 交点、平行线、垂线等智能作图，交互性好。通过实例操作，证明该系统能实现动 态作图的基本功能。 关键词：s v g ；w e b ；动态几何；d o m ；j a v a s c r i p t ；) ( m l a b s t r a c t w r e bd ) 础珊血g m 酏哆d r 鄱沌1 9p l a y s 趾i n l p o n 跹tr o l ei nf h c 玳加，o r kd i s t a i l c e e d u c a t i o 玛p 枷c u l a d yi n l h eg m 鼬哆d i s t 蠲h 汜e d 醢c a 垃。也w g b b a s e d 主n t e l e g e 贰 由m a m i cg 跚酏哆d l 砒gs ) r s ；t e mc 觚缸i l 溉em e a n i n g f i l lm a t ：k 卸觚c a ll 明肛i i n 岛觚d 呻o t e t l l ed t e 1 唧e n to f n 既w 伪：kd i 舭e g 啪e t 叮e d u c a t i o 也 i ) ( 迟m a m i cg m 酏哆s y s t 锄) a 1 _ w a y sr e f e 璐t 0m ec 0 憷p 蝴舒姗咀酏叮d i 腻g 睨耐【r 0 衄e n ta 角盯t h e1 9 9 0 s u s e 璐c a nr e a l 沱e 由m 锄i cd i 铷i n gb yc r e a 6 n gg m e 仃y e l 锄献ss 眦沮丛p o i n t s ，鼬 鲫：t s ，缸dc i r c l 豁，m 优目卟，e fm em 删g m e 仃i cr c l a l i s 锄o n gt h e m n 圮w e l l 妇们岫d g s 腑a 他c o n t a i l 鸠g i 鲫嘁t e r ss k e t c l l p a d 曲m a 也锄d 坞c o 瑚奶，ss 印s 玉蛐a d 1 km a i np r o b l 锄篮n t a i n ：f i 嚼，s t 勰d a r d i z a t i o n 咖b l e m ，d i 丘宅r 锄t 辱a p h i c a l 重b m a li n c o m p a t i b l ew i me a c ho m tc 0 毗i v et ot h e c x c h 粕萨o f 纰a n di n _ t 伽q 既鲫c h ；s e c o n d ，也es p e e d 趾db m w s e rs e c u r i t ) ri s 蚰铬， g 隐p h i cr 印“) h l c l t i o n ；趾di n t e l h g e n to p a 妇gp i 0 b l e 珈略t h i sp a j p 盯a j 【i n st 0d e v e l o p i n g aw c b 由删cg e o m e t 巧d i 砒gs y s t 锄b 砌o ns v g ( s c a l a b l ev c c t o r 黟q ，1 l i c s ) t h i sp a p e r 句瞰潞e a r c h e so nm cr c l a t e dt h e 0 巧觚dt 池0 1 0 拐m a i n l yo n 由删c 蓼砌酏叮p 血c i p l e s ，s v gt c c h n 0 1 0 9 ys v g i sav c c t o r 零珥，h i c 蠡w m a to nt h ew e ；bb a s e d o n _ ) a 虹璐d t 删b yw 3 c 。s v gi sad 芦a 蹦c ，d a 嘻酗v 胁觚d 谳锄c 曲eg 嘎疽c i s c l 。c ts v gt e c t i n o l o g yf 0 rw e _ bd y n a n l i cg e 0 唧吲时d i 翟w i n gs ) 噶把mr c a r c h 锄d i m p l a 玳n 协c i o nb e c 哪eo f t l l e 幽唧曲ma n dt e c h n i c a la d v 撇g e so fs v g o n 也i sb a s i s ，t h i sp a p 盯r 锶e 缸c t i 铝o nd e s i g n 觚di m p l e m e t 渤崛o no f 也e 哪t 锄 t h es 协蚵f 0 c | l 塔e so nd y 删cd 或l 讹ga n d i n t e n 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阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 婶玉 日期砒年6 月弓日 导师签名：毒f f 漆龟 日期：训s 年6 月； 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程乃中的 规定享受相关权益。回童途塞堡銮厦进厦i 旦坐生；旦二生；旦三生筮查! 作者签名：聊锄 i 导师签名：妄l 痞彭 磺圣章箍稔囊 她徽瑚妒譬韵觚毽毽 1 1 引言 1 1 1 动态几何的重要性 第一章绪论 如今，以计算机和网络技术为主的信息技术已经在社会的各个领域中得到了广 泛的应用，极大的改变着人们的工作、学习和生活方式。在教育领域，多媒体教学、 网络教育都得到了很大的发展。 随着教育信息化的发展，现代教育技术在教学中的应用越来越广，主要表现为 多媒体教学、网络探究学习、以及信息技术与课程整合。网络和教育软件已经走进 了各类学校的课堂，成为教师教学、学生学习的最有效的工具。而且，信息化的学 习环境能够帮助学生进行自主探究式学习，深入理解学习内容，并且进行创新。 除此之外，现代远程教育也蓬勃发展。远程教育根据信息传送方式和手段的不 同，先后经历了三个发展阶段【l 】第一个阶段是指以邮件传输的纸介质为主的函授 教育阶段；第二个阶段是指以广播电视、录音录像为主的广播电视教育阶段；第三 个阶段是通过计算机、多媒体与远程通讯技术相结合的网络远程教育阶段。现代远 程教育主要以网络教育为主，它促进了终生学习体系的构建，推进了学习的个别化 与个性化。 多媒体教学、网络远程教育的发展，需要强有力的优秀教育软件或网络学习平 台的支持。在信息技术和课程整合的大背景下，在信息技术与数学学科整合的过程 中，在数学教育领域出现了从p p t ( p o w e r p o i n t ) 到动态几何( d y n 锄i cg e 伽e t r y ) 与超级画板的转变1 2 】。动态几何软件的使用激发了学生学习数学的兴趣，培养了学 生的数学思维能力，也搭建了学生自主学习、教师从事科研的平台。动态几何的学 习、应用和研究已经成为很活跃的领域，它在教育领域的积极作用已为国际公认。 1 1 2 动态几何的现状及存在的问题 动态几何系统( d g s ，d y n 锄i cg o e m e t r ys y s t e m ) f 3 】通常是指上世纪九十年代发 展起来的一个计算机几何作图环境。在这个环境下，使用者可以建立点、线、圆等 几何元素并且定义它们之间的几何关系。而且对于设定好的几何图形，使用者可以 通过鼠标操纵几何对象的位置，但整个几何图形中各元素的几何关系保持不变。 动态几何作图软件的研究始于二十世纪八十年代后期，二十世纪九十年代得到 大力发展和广泛应用。目前，人们了解最多、实际应用最广的要数几何画板l 叼 和超级画板【习了。谈到动态几何，就会与这两个软件相联系。国外著名的动态 几何系统除了几何画板外，还有c a b r ig e o 鹏t r y 旧，c i n d e r e l l 羽，d r g e o 哪，e u l ( l i d d y n a g e 删等，国内的主要有z + z 智能教育平台超级画板、 ：z + z 智能教育平 台之一：平面几何v 1 o 嗍、几何专家【l l l 、体验数学【1 习等。 几何画板软件是由美国k e yc u r r i c u l 岫p r e s s 公司制作并出版的优秀教 育软件【1 3 】，1 9 9 6 年该公司授权人民教育出版社在中国发行该软件的中文版。正如其 名“2 1 世纪动态几何一，它能够动态地展现出几何对象的位置关系、运行变化规律， 是数学与物理教师制作课件的“利剑 。几何画板适用于数学、平面几何、物理 的矢量分析、作图，函数作图，是一个适用于几何教学的软件，它给人们提供了一 个观察几何图形的内在关系，探索几何图形奥妙的环境。它以点、线、圆为基本元 素，通过对这些基本元素的变换、构造、测算、计算、动画、跟踪轨迹等，构造出 其它较为复杂的图形。几何画板因为其动态性、形象性、易操作性等优势，成 为数学、物理教学中强有力的工具。 z + z 智能教育平台是由著名数学家、数学教育家、计算机科学家、著名科普作 家、中国科学院院士张景中教授主持策划，由东方科技集团投资开发。超级画板 属于z + z 智能教育平台系列软件，它是经过两年多的时间广泛征集了一线教师的意 见和建议后所开发的产品，是为中国基础教育量身定做。智能作图更加方便、函数 作图功能更加强大、变换更加丰富。超级画板在平面几何、代数运算、解析几 何、函数图像、概率统计、立体几何、算法编程等方面都有广泛的应用。超级画 板自由行【1 4 】介绍了一些经典实例，以及如何运用 超级画板制作课件和进行教 学研究。学习者可以从超级画板网站【习获取相关的丰富资源。 随着计算机通信技术和网络技术的飞速发展，以及人们对网络远程教育的关 注，对动态几何系统网络化的需求也越来越强烈。g e o m e t r ya p p l e t 嗍，c a b r i j a v a 【1 6 l ， j a v a s k e t c h p a d 【，7 】等都是基于j a v aa p p l e t 技术实现的基于w e b 的动态几何作图的软 件版本。超级画板能将通过它作出的动态几何图形页面转化成交互性很强的动 态几何网页，同时，它拥有一个网页插彳牛【t 叼，它支持w e b 作图、添加文本等，不能 保存对图形的修改。 虽然动态几何w e b 作图取得了一些成绩，但是，相关研究仍处于起步阶段，而 且一般都是采用j a v aa p p le t 技术或插件技术来实现的，因此也存在着一些不足1 1 砑： 2 一是标准化问题。不同的图形格式互不兼容，没有标准化格式也不利于数据交 换和互联网图形搜索等。 二是速度及浏览器安全问题。基于j a v aa p p l e t 技术的动态几何作图网页在每 次浏览时都必须启动各自的a p p l e t ，网页显示速度慢。基于插件技术的动态几何网 页则必须下载特定的插件，用户必须修改浏览器的安全设置。 三是图形的再现问题。通过j a v a a p p l e t 技术或插件技术实现的w e b 页面作图， 无法保存图形、再现作图。 此外，还有智能操作问题。需要更好的根据人机交互界面设计的基本原理、操 作者个性特征以及图形关联特性，实现智能作图。 1 1 3 姗技术及其优势 s v g ( s c 8 1 a b l ey e c t o rg r a p h i c s ) 是船c ( 国际互联网联盟) 制定的一种w e b 上基于x 甩的标准开放的矢量图形文件格式，同时也是一种矢量图形标准语言。s v g 是一种动态的、数据驱动的、交互式的图形。 s v g 不同于传统的平面图像和动画制作，它使用简单的文本，完成矢量图形。 使用s v g 可以在网页上显示出各种高质量的矢量图形及功能，如几何图形、动画、 色彩变化、滤镜、遮罩等。它使用x 眦的语法并集成了w 3 c 的很多标准，如 x 1i n k s p t r ，d o m ，s m i l ，c s s ，x s l ，r d f 等。 1 9 9 2 年2 月，s v g 草案出台，经过不断修改和完善，形成了第一份实验性的规 范。2 0 0 1 年7 月，w 3 c 正式发布了s v g 图像建议书，即s v g l 0 规范嗍。2 0 0 3 年1 月，s v g l 1 刚成为w 3 c 的推荐标准。w 3 c 对s v g 的解释是：s v g 是一种使用x 札来描 述二维图像的语言，允许三种图形对象存在，分别是矢量图形、点阵图像和文本。 各种图像对象能够组合、变换，能修改其样式，也能定义成预处理对象。s v g 支持 动画和交互，也支持完整的龇的d o m 接口。任何s v g 图形元素都能用脚本来处理 类似于鼠标单击、双击以及键盘输入等事件。 s v g 技术具有如下优势： 第一，s v g 是一个开放的国际标准。它是基于) 眦的矢量图形文件格式标准， 可以很容易的实现文件和图形的共享，以及建立与其他技术间的联系。 第二，s v g 具有强大的作图功能支持。s v g 提供专门的标记描述矩形、圆、椭 圆、直线、折线和多边形等矢量图形，对于不能用上述图形表示的复杂图形可以用 路径 来描述，这为几何作图提供了良好的支持。 疆击哮褴镪蕊 酶鲥躜酣譬们驰斓霞 第三，s v g 具有强大的交互能力。s v g 交互能力表现在支持链接、事件和脚本 等三个领域，其中s v g 支持x 1 i n k x p o i n t e r 且使用d o m 2 ( d o c 岫e n to b j e c tm 0 d e l ) 中的事件处理机制，支持d o m 2 一e v e n t 中定义的所有接口。同时，s v g 支持像v b s c r i p t 和j a v a s c r i p t 这样的脚本语言。 第四，s v g 图形是一种实时的、动态的、数据驱动图形。s v g 允许用户动态创 建、修改和删除矢量对象，可以方便的实现动画以及动态作图。 最后，s v g 特别适合网络应用。s v g 从制订标准开始，一直以网络应用为考虑 问题的核心，并以) 眦标准为基础，提供了一种适于网络环境使用的图形标准。而 且，s v g 是解释性语言，采用客户机本地解释生成图形的方式，既充分利用了客户 机的资源，又减轻了服务器端的负担。因此，它比其他图形文件标准具有得天独厚 的优势。 1 2 论文选题及研究意义 本文选题为基于w e b 的动态几何作图系统研究，是在学习了动态几何的文 献及系统的基础上进行的相关研究。通过对张景中院士编著的书籍超级画板自由 行【- 】的系统学习以及智能教育平台之超级画板软件的试用和体验，深刻体会了动 态几何的魅力，也为本文的研究提供了较好的条件。 本课题的研究意义主要体现在两点：一个是动态几何系统网络化，因为是基于 w e b 的动态几何作图；一个是动态几何系统标准化，因为它基于s v g 技术。 z + z 智能教育平台系列软件应用了自动推理和人工智能工程研究领域的先进成 果，具有动态作图、动态测量、自动推理、符号计算、轨迹显示、图形运动和变换、 文本与公式编辑等多种功能，它为探究学习提供了理想的研究平台，为教育软件开 辟了新的方向，对推动数学教育改革具有十分重要的意义。z + z 文件能转化为网页 格式，其网页插件支持w e b 作图、添加文本等。但是，系统中数学符号、公式、几 何图形等都采用自己的编码方式，不利于标准化和未来的发展。 根据本文的选题，研究的是基于w e b 的动态几何智能作图，必须弄清w e b 动态 几何智能作图的特点。主要有三个特点：第一作出的是动态几何图形，即图形中某 些几何元素可以被拖动，但拖动过程中图形其他部分会自动随之变化，以保持元素 间的几何关系不变。例如，在屏幕上画两条线段，在它们相交的地方用鼠标一点， 作出一个交点，用鼠标拖动线段的端点，线段就跟着动，这时交点也会跟着动，总 保持它是这两线线段的交点这个几何特征。第二是直接在w e b 页面上作图，作出的 图在w e b 页面上保持动态几何的性质，能够在页面上直接修改图形。第三，智能作 4 稿壹擘獯静- 筵 鲺触葭勘r 墨韬骗霆疆 图是指在作图过程中根据已经作出的图形元素和鼠标的运动情形预测用户的意图 并给予引导。 本课题所研究的系统采用s v g 技术，主要是因为s v g 在标准和技术上的优势。 在标准上的优势表现为：s v g 是一个开放的国际标准，它是基于x 札的矢量图形格 式，是一种动态的、数据驱动的、交互式的图形。x 此作为通用标准，已经发展成 熟并得到了广泛的应用。其中，s v g 便是面向图像领域的舭标准应用。在技术上 的优势表现为：s v g 具有强大的作图功能，强大的交互能力，s v g 的绘图可以通过 动态和交互方式进行，可以方便的实现动画以及动态作图，且关键是它是一种适合 网络应用的图形标准。 总之，研究基于w e b 的动态几何作图系统可以推动动态几何的应用，促成有意 义的数学学习，促进信息技术与数学学科的整合，促进网络远程几何教育的发展， 因此具有重大的意义。同时，鉴于s v g 在标准和技术上的优势，选择基于s v g 技术 来进行基于w e b 的动态几何作图系统的研究和实现。 1 3 论文研究的主要内容与组织 本文主要研究利用s v g 技术实现一个基于w e b 的动态几何作图系统。具体研究 内容是： ( 1 ) 研究相关理论及技术：包括动态几何的原理；x 地及s v g 的基本原理、基础 知识及应用。研究的重点技术是s v g 技术，特别是使用j a v a s c r i p t 动态操作s v gd 伽。 s v g 技术包括s v g 文档的编写和s v g 文档的d o m 解析。其中s v g 文档的d 伽解析更 为重要。 ( 2 ) 基于w e b 的动态几何作图系统的设计和实现：这部分重点研究动态作图和 智能作图。论文提出了使用s v g 表示图形元素及几何关系进行动态作图的策略，并 设计了动态作图的算法；其次，根据人机交互界面设计的基本原理、操作者个性特 征以及图形关联特性，研究了智能作图策略，并进行了智能作图算法的设计。此外， 本文还研究w e b 页面文件操作、探讨s v g 和z j z 格式转换问题。 本文共六章，具体组织如下： 第一章：绪论。介绍研究背景，包括动态几何的重要性、动态几何的现状及存 在的问题、s v g 技术及其优势，阐述论文选题及研究意义、研究内容。 第二章：相关理论及技术研究。研究动态几何的原理与实现，探讨瑚l 技术及 应用、s v g 技术及应用。因为s v g 是基于) b 也、继承于) 眦的。另外，研究使用j a v a s c r i p t 动态操作s v gd o m 的关键技术。 磷釜举毯静 莛 融鲻黼s 硼鼬嗣隧 第三章：阐述基于w e b 的动态几何作图系统的概要设计。包括功能分析、架构 分析、总体设计。 第四章：阐述基于w e b 的动态几何作图系统的详细设计。包括系统主要功能模 块动态作图及智能作图的设计、其他功能模块的设计。 第五章；阐述基于w e b 的动态几何作图系统的实现。 第六章：总结和展望。总结论文主要工作和存在的不足，及下一步的研究计划。 6 磺垂哮拄稔囊 城触渊翟硼飘透1 3 | 第二章相关理论及技术研究 2 1 动态几何的原理及实现 2 1 1 动态几何的原理 动态几何作图要求作出的图形保持动态几何的性质，即修改或拖动图形要保持 基本的几何关系不变。图形中某些几何元素可以被拖动，但拖动过程中图形与之关 联的其他部分会自动随之变化，以保持元素问的几何关系不变。 例如，在屏幕上画一条线段，然后在这条线段上作出中点，用鼠标拖动线段的 端点，线段就跟着动，这时中点也会跟着动，总保持它是这条线段的中点这个几何 特征。 总之，在拖动图形时，图形变了，但图中的几何关系不变。中点还是中点，垂 足还是垂足，交点还是交点，切线还是切线等。 在数学学习中，常常涉及到动态几何问题。动态几何问题是关于几何图形存在 动点、动图形等方面的问题。是用运动变化的观点，创设一个由静止的定态到按某 一规则运动的动态情景，通过观察、分析、归纳、推理，动中窥定，变中求静，以 静制动，从中探求本质、规律和方法，明确图形之间的内在联系。 2 1 2 动态几何的实现 动态几何主要靠动态几何软件来实现。动态几何软件提供一个计算机几何作图 环境，实现动态几何作图，即使用者可以建立点、线、圆等几何元素并且定义它们 之间的几何关系。而且对于设定好的几何图形，使用者可以通过鼠标操纵几何对象 的位置，但整个几何图形中各元素的几何关系保持不变。 目前使用广泛的动态几何软件主要有几何画板和超级画板。 超级画板是z + z 智能教育平台系列软件之一，它使智能作图更加方便、函 数作图功能更加强大、变换更加丰富。超级画板在平面几何、代数运算、解析 几何、函数图像、概率统计、立体几何、算法编程等方面都有广泛的应用。 ：超级画板提供的动态几何智能作图可以实现以下智能作图【1 】： 自由点和风格点； 线段、直线和射线； 7 磺誊雌霞稔囊 鲺树翳礅譬觚撼落 等长线段； 等边三角形； 垂直相等； 圆； 线段的中点； 圆周上或线段上的点； 线段的延长线上的点； 圆周或线段之间的交点； 线段延长线与圆周、线段或另一线段的延长线的交点； 与已知线段垂直的线段； 点到直线( 或射线、线段、线段的延长线) 的垂足； 垂线与圆或直线的交点； 与已知线段平行的线段； 平等线与圆或直线的交点； 平等四边形； 圆的切线； 和直线相切的圆； 切点； 2 1 3 动态几何实例 下面是一个使用 超级画板动态作图的实例： 在超级画板中，用一个动画来实现证明三角形的面积公式。三角形的面积 公式是：“三角形面积等于底和高的乘积的一半 。 在超级画板自由行n 1 所附光盘中，找到文件“2 1 三角形面积公式z j z 并双击它打开，界面如图2 1 ： 8 图2 一l 超级画板“证明三角形面积公式”示例 单击“动画”按钮，则a e f 和a e g 分别绕点f 和g 转动，如图2 2 。转到如 图2 3 的位置停止，这时a b c 被剪拼成一个矩形，矩形的长等于三角形的边b c ， 宽等于三角形的高a d 的一半。单击动画按钮的副钮，图形逆向运动复原。 。 图2 2 动画截图 疆圣攀氆甍囊 豫a 燕重b 鼢譬翻融搭倦 ，。 蹙霪熏飘 鬟蘸黎 缀黝聪辎魏磁磁黝磁瀚繇粥 2 2 舭及其应用 2 2 1x 札简介 图2 3 动画停止状态截图 1 9 9 8 年2 月，全球网络委员会正式批准了x 儿( 可扩展标记语言) 嘲的标准定 义，意味着x 眦作为新一代的网络标记语言要广泛的发挥作用。x m l 的诞生和推广， 将给w 0 r l dw i d ew e b 带来一场革命性的变革，为w e b 站点开发者和相关行业提供 新的机会。 x 地是e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 的缩写。x 池是一种简单的数据存储语言， 使用一系列简单的标记描述数据，而这些标记可以用方便的方式建立，虽然x m l 占 用的空间比二进制数据要占用更多的空闯，但x 地极其筒单易于掌握和使用。 x 札的简单使其易于在任何应用程序中读写数据，这使x 地很快成为数据交换 的唯一公共语言。虽然不同的应用软件也支持其它的数据交换格式，但不久之后它 们都将支持x 札，那就意味着程序可以更容易的与w i n d o w s 、m a co s 、l i n u x 以及其 他平台下产生的信息结合，然后可以很容易加载) 眦数据到程序中分析，并以x m l 格式输出结果。 x 甩的前身是s g 儿( t h es t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ) 。同h t m l 一样，x 池是通用标识语言标准( s g 地) 的一个子集，它是描述网络上的数据内容和 结构的标准。尽管如此，x m l 不象h t 札，m 札仅仅提供了在页面上显示信息的通用 方法( 没有上下文相关和动态功能) ，捌l 则对数据赋予上下文相关功能，它继承了 s g 儿的大部分功能，却使用了不太复杂的技术。 l o 琐击哮莅稔藏 酝翻落脒嚣锯鹚璐 为了使得s g 地显得用户友好，x m l 重新定义了s g 儿的一些内部值和参数，去 掉了大量的很少用到的功能，这些繁杂的功能使得s g 札在设计网站时显得复杂化。 ) 眦保留了s g 皿的结构化功能，这样就使得网站设计者可以定义自己的文档类型， 瑚l 同时也推出一种新型文档类型，使得开发者也可以不必定义文档类型。 ) 咖。是w 3 c 制定的，x 虬的标准化工作由w 3 c 的x 地工作组负责，该小组成员 由来自各个地方和行业的专家组成。】眦是个公共格式( 它不专属于任何一家公司) ， ) a 也不是一个依附于特定浏览器的语言。 ) 咖。的语法类似盯札，都是用标签来描述数据。i r r 札的标签是固定的，我们只 能使用、不能修改；x m l 则不同，它没有预先定义好的标签可以使用，而是依据设 计上的需要，自行定义标签。) 强也是一个元语言，根据不同的行业和语义，由它可 以派生出许许多多的协议和规范。目前的基本协议有x s l ，】【l i n k ) 【p o i n t e r ，) 【p a t h ， 删，s c h e 勉等。不同的行业和领域都可以制订自己的龇规范，用于横向和纵 向的信息交流和数据传输。x 札规范有大有小，大的可以为全世界范围内的商务数 据制订格式，像e b x 肌、b i z t a l k 、e c o ；小的有专门用于电子钱包的e c 儿。有为数 学制订的m a t h 地，还有为多媒体数据同步的s m i l 。像x s l 是专门用于显示的，他 制订了许多有显示语义的标签。而) 【l i n k 是描述文档之间关系的语言。 王维 相思 红豆生南国，春来发几枝。 愿君多采撷，此物最相思。 在上面例子中， 称为根元素， 代表一条数 据， 、 、 这三个标签，则是每一条数据的项目。一份x 此文件 只能有一个根元素，其它没有限制。 x m l 的优势是自由与开放，超越固有格式，遵循严格的语法要求，便于不同系 统之间信息的传输，具有较优好的保值性。 磺垂哮柱稔囊 簸鲥葭莓甜莓髓秘蓬臻 2 2 2x 札与_ 在做x m l 的应用开发时，一个统一的x m l 数据接口是必需的。w 3 c 制定了一套 书写) a 几分析器的标准接口规范d 侧阳。此外，x 虬_ p e v 邮件列表中的成员根据 应用的需求也自发定义了一套对) 眦文档进行操作的接口规范- s a 】【。这两种接 口规范各有侧重，互有长短，应用都比较广泛。 应用程序不是直接对x 札文档进行操作的，而是首先由x 札分析器对x 甩文档 进行分析，然后，应用程序通过) 眦分析器所提供的d o m 接口或s a x 接口对分析结 果进行操作，从而间接地实现了对) 眦文档的访问刚。 蓄 + 叫d o m 接口l 应、 ，誉分 蓄 霾 - 叫s 似接口 錾 文 序 档 图2 4d o m 与s a ) 【在应用程序开发过程中所处地位 d o m 的全称是d o c u e n to b j e c tm o d e l ，即文档对象模型。在应用程序中，基 于d o m 的x m l 分析器将一个x m l 文档转换成一个对象模型的集合( 通常称为d o m 树) ， 应用程序正是通过对这个对象模型的操作，来实现对) a 几文档数据的操作。通过d o m 接口，应用程序可以在任何时候访问) a 也文档中的任何一部分数据。因此，这种利 用d o m 接口的机制也被称作随机访问机制。 作为w 3 c 的标准接口规范，目前，d o m 由3 部分组成，包括：核心( c o r e ) 、 h t 札和x 虬。核心部分是结构化文档比较底层对象的集合，这一部分所定义的对象 已经完全可以表达出任何h t 虬和x m l 文档中的数据了。h t 儿接口和x m l 接口两部 分则是专为操作具体的 f n 儿和x 札文档所提供的高级接口，使对这两类文件的操 作更加方便。 d o m 接口提供了一种通过分层对象模型来访问x 池文档信息的方式，这些分层 对象模型依据x m l 的文档结构形成了一棵节点树。无论x 札文档中所描述的是什么 类型的信息，即便是制表数据、项目或一个文档，利用d o m 所生成的模型都是节点 树的形式。也就是说，d o m 强制使用树模型来访问x m l 文档中的信息。在节点树中， 1 2 有一个根节点( d o c 岫e n t ) ，所有其他的节点都是根节点的后代节点。节点树生成 之后，可以通过d 伽接口访问、修改、添加、删除、创建树中的节点和内容。 而s a 】( 的全称是s i m p l ea p i sf o r ) n 儿，也即) 强也简单应用程序接口。与d 伽 不同，s a x 提供的访问模式是一种顺序模式，这是一种快速读写x 札数据的方式。 当使用s a x 分析器对x 虬文档进行分析时，会触发一系列事件，并激活相应的事件 处理函数，应用程序通过这些事件处理函数实现对) 眦文档的访问，因而s a ) ( 接口 也被称作事件驱动接口。 2 2 3x 札d 叫编程 我们已经知道，d o m 是“d o c u m e n to b j e c tm 0 d e l 刀( 文档对象模型) 的首字母 缩写。d 伽把一份文档表示为一棵树，这是我们理解和运用这一模型的关键。更具 体地说，d 删把文档表示为一棵家谱树。 家谱树本身又是一种模型。家谱树的典型用法是表示一个人类家族的谱系并使 用p a r e n t ( 父) 、c h i l d ( 子) 、s i b l i n g ( 兄弟) 等记号来表明家族成员之间的关系。 家谱树可以把一些相当复杂的关系简明地表示出来：一位特定的家族成员既是某些 成员的父辈，又是另一位成员的予辈，同时还是另一位成员的兄弟。 对于) 眦应用开发来说，d 伽就是一个对象化的x m l 数据接口，一个与语言无 关、与平台无关的标准接口规范。它定义了h t 儿文档和x m l 文档的逻辑结构，给 出了一种访问和处理h ，r 甩文档和x m l 文档的方法。利用d 伽，程序开发人员可以动 态的创建文档，遍历文档结构，添加、修改、删除文档内容，改变文档的显示方式 等。可以这样理解，文档代表的是数据，而d o m 代表了如何去处理这些数据。 一个x 札分析器，在对x 儿文档进行分析之后，不管这个文档有多简单或者多 复杂，其中的信息都会被转化成一棵对象节点树。在这棵节点树中，有一个根节点 帆，c 咖e n t 节点，所有其他的节点都是根节点的后代节点。生成节点树之后，就 可以通过d o m 接口访问、修改、添加、删除、创建树中的节点和内容。 下面是我们熟悉的同学录的x m l 文档片段。 郑素 历史文化学院 z x x 1 6 3 c 伽 1 3 磺誊擘柱谂l 蔓 酝确翳隧s 舶辆露隧 张强 化学学院 z q i a n g 1 6 3 c 鲫 用d 伽来表示这段文档，如图2 5 所示： q 学列一鼬 一甲中， i 郑素历史文化学院z 瑚 1 6 3 m张强化学学院啦g 1 6 3 c 眦i 图2 5x m l 文档的d o m 树 在这棵文档对象树中，文档中所有的内容都是用节点来表示的。一个节点又可 以包含其他节点，节点本身还可包含一些信息，例如节点的名字、节点值、节点类 型等。文档中的根实际上也是一个元素，其它元素都是根元素的后代元素，而且根 元素是唯一的，具有其他元素所不具有的某些特征。 总之，一份文档就是一棵节点树。节点分为不同的类型，包括元素节点、属性 节点和文本节点等。这些节点中的每个都是一个对象。 文档对象模型利用对象来把文档模型化，这些模型不仅描述了文档的结构，还 定义了模型中对象的行为。即节点不是数据结构，而是对象，对象中包含属性和方 法。在d o m 中，对象模型要实现：用来表示、操作文档的接口；接口的行为和属性； 接口之间的关系以及互操作。 1 4 境垂擎植静更 磁鲥黼譬锯燃 在d 伽接口规范中，有4 个基本的接口伽：d o c u 舱n t 、n o d e 、n o d e l i s t 以及 n 锄e d n o d e m a p 。在这4 个基本接口中，d o c u 舱n t 接口是对文档进行操作的入口，它 是从n o d e 接口继承过来的。d e 接口是其他大多数接口的父类，像d o c 岫e n t 、 e l e m e n t 、a t t r i b u t e 、t e x t 等接口都是从n o d e 接口继承过来的。n o d e l i s t 接口是 一个节点的集合，它包含了某个节点中的所有子节点。n 锄e d n o d e m 印接口也是一个 节点的集合，通过该接口，可以建立节点名和节点之间的一一映射关系，从而利用 节点名可以直接访问特定的节点。 d o c u 鹏n t 接口： 它代表了整个潮l h t 札文档。因此，它是整棵文档树的根，提供了对文档中 的数据进行访问和操作的入口。 由于元素、文本节点、注释、处理指令等都不能脱离文档的上下文关系而独立 存在，所以d o c 衄e n t 接口提供了创建其他节点对象的方法，通过该方法创建的节 点对象都有一个o m e r d o c 姗e n t 属性，用来表明当前节点是由谁创建的以及节点同 d o c u m e n t 之间的联系。 n o d e 接口： 它在整个d o m 树中具有举足轻重的地位，它代表了树中的一个节点。d o m 接口 中很大一部分接口从n o d e 接口继承过来的。d e 接口提供了访问d o m 树中元素内 容与信息的途径，并给出了对d 伽树中的元素进行遍历的支持。 n o d e l i s t 接口： 它提供了对节点集合的抽象定义，它并不包含如何实现这个节点集的定义。用 于表示有顺序关系的一组节点，比如某个节点的子节点序列。 n 锄e d n o d e m a p 接口： 它包含了可以通过名字来访问的一组节点的集合。表示的是一组节点和其惟一 名字的一一对应关系。这个接口主要用在属性节点的表示上。 下面简单介绍d o m 提供的四个主要方法。 g e t e le m e n t b y i d ( ) 方法： 返回一个与那个有着给定i d 属性值的元素节点相对应的对象。事实上，文档 中的每一个元素都对应着一个对象。利用d o m 提供的方法，我们可以把与这些元素 相对应的任何一个对象筛选出来。 g e t e le m e n t b y t a g n 锄e ( ) 方法： 返回