（系统工程专业论文）基于XML的开放式模型交互体系研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 矿 摘要 f i 目前，各种建模工具环境缺乏彼此间的模型交互能力，即采用一种建模工具 环境得到的模型很难被另一种建模工具环境所识别。模型间的交互需要特定的 接口程序来实现。这大大加重了使用者自! 溷难( 在模型设计、模型重用、模型交易、 = 5 l 型的互操作等方面) 。为克服此困难，y 本文提山一利t 丌放式模型交互体系，实现 决策过程中模型、数据的开放式交互。 f 现今，基于x m l 标准应用的急剧增长，反映了x m l 的强大优势和当前对x m l 的迪切需求。x m l 的显著特征是t 结构化、自描述、可扩展和开放性。这些特征能 满足在i n t e r n e t w e b 时代建模工具与建模技术的日益增长的信息共享需求。掘此， 在模型领域内，可考虑采用基于x m l 标准的模型交互语言，来标准化模型结构和 模型数据。y 本文应用一种基于x m l 的建模描述语言o o s m l ，来表示和管理m s o r d s s 领域 内的决策模型。在此基础上，本文论述了基于x m l 的开放式模型交互体系结构， 提出了o s s 领域中开放式模型交互的一种解决方案。该体系结构允掣l ：用户从多个 模型的应用程序和在线分析处理工具中获得模型资源，并以用户所喜好的方式表 示模型结构，而无需考虑各资源间的差异。 基于标准化建模语言，本文深入论述了一种模型共享的集成建模环境，用来 表示和管理不同建模工具产生的模型，并详细论述了建模工具环境与x m l 之间的 交互方式和一般解决方法，给出了一个实现的原型系统。 最后，本文就武汉轨道交通有限公司系统总控方案( w r t - d r t p ) 的模型设计， 应用开放式模型交互的思想，提出一种信息系统模型在w e 上的集成设计开发环, b 境，着重探讨了s q l 与x m l 之间的转化步骤及注意事项。f 在模型开发过程中，此 环境可以协助用户参与到系统设计过程中来，开发者很容易处理决策过程中的模 型动态变化。开发者使用任意一种建模工具环境，只需通过一种交互方式( 使用 x m l 解释器和支持工具) ，就能够和其它建模工具间的模型信息实现信息通讯，并 在i n t e r n e t w e b 上与其他人共享模型系统。p 。 关键词：扩展标记语亩丌放式交互面向对丞，结构建模交互建模环境 、t 一。 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e s e d a y s ，m o d e l i n g t o o l s e n v i r o n m e n t sa r es h o r to ft h e a b i l i t y o fm o d e l s i n t e r c h a n g e ，i e ，i nam o d e l i n gt o o l e n v i r o n m e n t ，i t sh a r dt or e c o g n i z em o d e l sf r o m o t h e rt o o l e n v i r o n m e n t t h ei n t e r c h a n g eb e t w e e nm o d e l sn e e d ss p e c i f i ci m p o r t e x p o r t t r a n s l a t o r s t h i sg r e a t l yc a u s e su s e r s t r o u b l ei ns u c hf i e l d sa sm o d e ld e s i g n ，m o d e l r e u s e ，m o d e lt r a d i n g a n dm o d e l i n t e r o p e r a t i o n s o t h ea r t i c l e p r o p o s e s a n o p e n i n t e r c h a n g e a r c h i t e c t u r eo fd e c i s i o nm o d e l st os h a r em o d e l sa n dd a t ai nd e c i s i o n l n a r m g r e c e n t l y , t i l ee x p l o s i v eg r o w t ho f x m l - b a s e d p r o p o s a l sa n ds t a n d a r d s r e f l e c tt h e u r g e n tr e q u i r e m e n t s t h ed i s t i n c t i v ec h a r a c t e r i s t i c st h a tx m l c a l lp r o v i d e ：s t r u c t u r e d 。 s e l f - d e s c r i p t i o n ，e x t e n s i b i l i t ya n do p e n n e s s t h e s ec h a r a c t e r i s t i c sc a l ls a t i s f ys o m en e w r e q u i r e m e n t sf o rm o d e l i n gt o o l si nt h ea g eo fi n t e r a c t w e b t h e r e f o r e ，i nm o d e l i n g c o m m u n i t y , w ec a na d o p ta nx m l - b a s e dm o d e li n t e r c h a n g el a n g u a g et os t a n d a r d i z e m o d e ls t r u c t u r ea n dd a t a t h ea r t i c l eu s e sa l lx m l - b a s e d m o d e l i n gr e p r e s e n t a t i o nl a n g u a g e - - o o s m l r e p r e s e n t i n ga n dm a n a g i n gd e c i s i o nm o d e l si nm s o 刚d s sc o m m u n i t y b a s e do nt h i s t h ea r t i c l ed i s c u s s e s8 l lx m l - b a s e da r c h i t e c t u r ef o ro p e ni n t e r c h a n g eo fm o d e l s a n d p r o p o s e sas o l u t i o no fo p e ni n t e r c h a n g eo f m o d e l si nd s s c o m m u n i t y t h e a r c h i l e c t u r e i sa b l et oa l l o wa p p l i c a t i o na n do n - l i n ea n a l y t i cp r o c e s s i n gt o o l st om o d e l so b t a i n e d f r o mm u l t i p l es o u r c e sw i t h o u t h a v i n gt od e a lw i m i n d i v i d u a ld i f f e r e n c e sb e t w e e nt h o s e s o u r c e s b a s e do nt h ex m l - b a s e ds t a n d a r d i z e d m o d e l i n gl a n g u a g e t h ea r t i c l e f u r t h e r p r o p o s e s 舳i n t e g r a t e dm o d e l i n g e n v i r o n m e n tf o rm o d e l s h a r i n g w i t h w h i c ht o r e p r e s e n ta n dm a n a g em o d e l sg e n e r a t e db yd i f f e r e n tm o d e l i n gt o o l s ，t h e nd i s c u s s e st h e i n t e r c h a n g em o d ea n dg e n e r a ls o l u t i o nb e t w e e nt h et o o l s e n v i r o n m e n ta n dx m li n d e t a i l a tt h ee n d ，t h ea r t i c l eu s e st h ei d e ao f o p e nm o d e li n t e r c h a n g e si nd e s i g n i n go f w r t - d r t p ( w u h a n r a i l r o a dt r a n s p o r t a t i o nd i g i t a lr a i l r o a dt r a n s p o r t a t i o np r o j e c t ) ， a n dp r o p o s e saw 曲- b a s e di n t e g r a t e dd e s i g n i n ge n v i r o n m e n tf o ri n f o r m a t i o ns y s t e m 、 m o d e l s ，w h i l el a ye m p h a s i so nt h et r a n s f o r m a t i o nb e t w e e ns q la n dx m l w o r k i n g r w i t ht h ee n v i r o n m e n tm a k e si tp o s s i b l ef o rm o d e l e r st ou s em o d e l i n gt o o l sa p p r o p r i a t e + f o rt h e i ro b j e c t i v e s ；a sw e l lu s e r sc a nt a k ep a r ti nm o d e l i n ga c t i v i t i e s t h em o d e l sa r e s h a r e di 1 1i n t e r n e t w e b k e yw o r d s ：e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，o p e ni n t e r c h a n g e ， o b j e c t o r i e n t e d ，s t r u c t u r e dm o d e l i n g ，i n t e r c h a n g em o d e l i n ge n v i r o n m e n t 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 【摘要】本章介绍了进行基于x m l 的开放式模型交互体系研究的目的和意义。然后从开放式交 互和建模环境体系两方面综述了国内外相关领域的研究状况。晟后，对本文的研究工作进行了 规划。 1 1 课题意义 任何一项新技术的产生都是有其需求背景的，x m l ( e x t e n s i b l em a r k u p l a n g u a g e ，扩展标记语言) 的诞生是在i f f m l 遇到不可克服的困难之后。近年来h t m l 在许多复杂的w e b 应用中遇到了问题。要彻底解决这些问题，必须用功能强大的 x m l 来替代i i t m l 作为w e b 页面的书写工具。x m l 是网络科技中最闪亮的明日之星。 的确，过去一年里，在欧美各类信息类的杂志、网站里，都充斥着对x m l 的描述 及应用介绍。各大小信息产品，都争相和它攀关系，抢搭这班最热门的列车。押 重保在x m l 下的公司，可以说所有软件界的龙头全到齐了：微软、o r a c l e 、i b m 。 选择x m l 而非其它格式进行信息交互的关键原因：煳l 是一个简单、灵活、可标记 的语法描述语言，x m l 区分数据、元数据、表示形式和内容。这种区分有利于信息 的表达和结构化组织，从而使数据搜索更有效。简单的讲，x m l 的优越性体现在四 个方面：结构化、自描述、可扩展和浏览器自适应。 目前，任何一种建模工具环境，必须要了解市场上的其它建模工具环境，实 现建模工具之间的接口程序，模型才能交互，用户才能共享模型和模型间的数据。 这样就导致了大量的建模工具之间的模型导入导出接口翻译器。例如，在复杂系 统的设计开发过程中，大系统中分系统的设计采用不同的建模工具环境，这给整 个系统的集成，系统中的模型交互、模型重用设置了重重障碍。开发者和设计者 对模型的共享率低，用户真正能够接触到的模型可视化程度不高。作者参与开发 i的武汉轨道交通公司总控设计系统涉及了多行业领域内的知识，单靠系统项目总 控开发组来实现整个项目的方案设计显得力不从心，而分系统的设计人员对系统 的可控性又比较低，这就急需一个开放式的模型交互环境。 i n t e r n e t 网络化时代的今天，信息决策管理系统趋向于基于w e b 环境，该类 系统采用b $ ( b r o w s e r s e r v e r ) 方式进行管理操作。在决策领域中，基于w e b 方式 的问题求解，用户就可通过h t m l 的表格、e - m a i l 、或者i n t e r n e t 文件传输协议 华中科技大学硕士学位论文 来输入问题的参数，通过服务器计算返回结果。然而，用户仅仅能看到w e b 上的 结果或者得到i n t e r n e t 上的一个结果文件。一个简单的例子就是w e b 上的决策支 持系统( d s sw e b ) m 3 1 ，该系统通过服务器把用户的请求转给相应的模型处理程序， 稃把处理后的结果返回给用户。这样，模型对用户来讲是透明的，用户无法参与 到系统设计与维护中。 本论文的目的是探讨一种开放式模型交互体系，该体系允许模型应用程序和在 线分析处理工具共享各种模型，这些模型可取自多个资源库，而不需要考虑这些 模型资源之间的差异。而且，基于一种标准化模型共享交互语言，允许将数量众 多的单个模型进行组合应用，并且对模型实行统一管理，包括基于商业需要的模 型和数学应用的模型。 作者在华中科技大学系统所近三年的学习和科研实践中，参与了多项w e b 信息 管理系统、决策支持系统的设计开发工作，得到系统所的老师们在建模领域内的 模型结构的研究和决策支持系统的模型研究等方面的很大启发。作者体会到对于 较大系统的设计工作，高效性和交互性仍是一个尚需要解决的问题。针对此问题， 作者尝试提出一种解决闯题的方法。 本文余下章节的安排如下： 第一章( 本章) 阐述了本论文的提出，明确了研究的目的和意义，对国内外相 关的研究工作作了综述。 第二章介绍了开放式模型共享体系中的技术支持。详细论述了x m l 基本技术。 x m l 应用领域，x m ld o m 开发技术及采用x m l 作为开放式体系交互标准的原因。 第三章深入分析了开放式模型交互体系的体系结构。首先探讨了开放式交互 体系，接着论述了开放式决策模型交互的意义。围绕实现该交互体系的核心问题： 模型领域内交互标准的选择问题，论述了一种面向对象结构化标记建模语言的系 统实现方法。 第四章给出了模型共事机制的体系结构，在此结构基础上详细论述了系统 的一个原型实现方案和部分接口的程序设计。并进一步探讨了在不同建模环境中 模型的转化规则及原型实现最后提出基于w e b 的集成建模环境的框架结构。 第五章结合作者在武汉轨道交通有限公司总控系统( d r t p ) 设计过程中的体 会，设计了基于w e b 的模型联合设计管理系统。 2 华中科技大学硕士学位论文 最后，总结了本文，并探讨了未来的发展方向。 1 2国内外动态 1 2 1 国外开放式交互领域的研究 i n t e r n e t 广泛应用的今天，各行业j e 在努力朝基于本行业知识数据的x m l 编 码方向发展。基于x m l 的协议和标准，包括x m i ( x m lm e t a d a t ai n t e r c h a n g e ，x m l 元数据交互) 【4 】，r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf o r m a t ，资源描述规范) 5 1 ， c m l ( c h e m i c a lm a r k u pl a n g u a g e ，化学标记语言) ，m a t h m l ( m a t h m a t i c a lm a r k u p l a n g u a g e ，数学标记语言) ，o f x ( o p e nf i n a n c i a le x c h a n g e ，开放式财务交换格 式) ，c d f ( c h a n n e ld a t af o r m a t ，信道数据格式) 1 6 | 等，反映出目前对这种开放式 信息描述的迫切需要。 x m l e d i 电子数据交换 e d i ( e l e c t r o n i cd a t ai n t e r c h a n g e ，电子数据交换) 【7 j 是用电子技术代替基于 纸张的操作手段，用于公司之间的单据交换。x m l 的丰富的格式语言可用来描述不 同类型的单据，例如信用证、贷款申请表、保险单、索赔单以及各种发票等。结 构化的x m l 文档送至w e b 的数据可以被加密，并且很容易附加上数字签名。x m l 的安 全保密措施可在e d i 的应用中充分显示它的魅力，x m l 有希望推动e d i 的大规模的应 用。由于x m l 是非专有的，且易于阅读和编写，使得它成为在不同的应用间交换数 据的理想格式。当前正在开发的一种这样的格式是开放财务交换( o f x ) 格式。o f x 是为个人财务程序，数据可以在程序间来回交换，还可以与银行、经纪事务所和 其他机构交换数据。 x m i 1 9 9 9 年，o m g “h eo b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，对象管理组织) 推出了x m i 4 1 技 术。x m i 的主要目的就是在分布式的异构建模环境中，方便各种建模工具( 基于o m g u m l ) 之间的元数据以及元知识库交互( 基于o m gm o f ) 。在煳i 之前，不存在工业的 统一标准，因此导致了大量的专有格式的出现，每一个标准对应一个特殊的开发 工具。为结束这种局面，一种基于x m l 模型交互的中间件标准x m i 出现了。x m i 集 成了三种关键的工业标准： 华中科技大学硕士学位论文 l i , i l i l l i i l l i l l ( 1 ) x m l ，w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ，万维网组织) 标准： ( 2 ) u m l ( u n i f l e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) ，一种o m g 建模标准： ( 3 ) m o f ( m e t ao b j e c tf a c i l i t y ，元模型工具) ，一种o m g 元模型和元知识库标准。 将这三种标准集成到x m i ，构成了o m g 和w 3 c 最好的元数据和建模技术，它允 许分柿式系统开发者通过i n t e r n e t 共享对象模型和其它元数据。u n i s y s 、i b m 、 o r a c l e 、p l a t i h u m 、f u j i t s u 、s o f t e a m 以及d a i m l e r - b e n z 公司都是x m i 标准的有 力支持者。 p m m l p m m l ( p r e d i c t i v em o d e lm a r k u pl a n g u a g e ，预见性模型标记语言) l s j 用来描 述x m l 中的d m ( d a t a m i n i n g ，数据挖掘) 模型，它是结构化w e b 上的文档和数据的 通用格式，由w 3 c 组织设计。 在复杂的任务中，我们必须应用各种应用工具并且必须交互它们的结果。这 必须通过一种丌放的数据格式来支持。为达到这个目的，d m g ( d a t a m i n i n gg r o u p ， 数抛挖掘组织) 成员定义了p m m l 。p 洲l 提供了几种数据挖掘模型的x m l 说i ! i ：l ，f ： 且在可预见模型的非约束方面可进一步扩充该模型。p 删l 为企业提供了一利快速 容易的方法，用来定义可预见模型，以及在各种供应商应用程序间共享模型。一 个p m m l 文档提供了一个非过程定义模板，它定义了完全训练( f u l l yt r a i n e d ) 的 或者参数化的分析模型，这些模型具有足够的信息，应用程序可以直接进行操作。 对研究人员和商业用户来说，p m m l 开放格式具有很多优点：它使得采用不同 的工具来执行不同的数据挖掘任务( 例如，训练，测试，应用，可视化) 成为可能。 而且，用户可以通过一个简单的文本编辑器，就能够编辑这个模型( 作为一个x m l 文档) 。 o o s m l 在优化决策支持领域内，l l y o u n g d ok i m 提出一种用于模型交互的标准模型描 述语言o o s m l ( o b j e c t o r i e n t e ds t r u c t u r e dm a r k u pl a n g u a g e ，面向对象的结构 化标记语言) 1 9 1 。在模型共享方面，这种语言同p m m l 类似。使用者可使用任一种 x m l 解析器对o o s m l 表示的模型进行解析，然后，应用程序就可以确定模型的输入 输出数据类型、模型的详细格式以及如何解释它们。 也许有人会问为什么我们需要一种标准化的模型交换格式，基于x m l 的模型描 华中科技大学硕士学位论文 述语言优势在哪里呢? 这可以通过对模型的需求和x m l 与众不同的特点来解释。模 型的发展方向是实现基于i n t e r n e t 的协作式分布模型。x m l 的特点包括：简洁性、 可扩展性、瓦操作性和开放性。互操作性意味着x m l 能够应用于任意的操作平台， 可以采用多种工具进行x m l 的解释。由于文档结构的连续性，用来解释x m l 文档的 解释器可用任何一种相对低廉的成本语言开发。x m l 支持很多的字符编码标准，适 用于世界各地的任何一台计算机上的，r 发环境。开放性意味着标准本身是完全开 放的可在w e b 上自由获取，任何人都能得到组织良好的x m l 文档，如果提供x m ld t d 文档。我们还可以对文档进行验证。 对人和机器来说，x m l 严格的规则集有助于建立可读性更好的文档。x m l 文档是 建立于基础的嵌套结构，x m l 文档结构本身能扩展成复杂的层结构，可以增加对事 物的细节描写。且解释基于x m l 结构的文档不需要实现上的努力。x m l 体系在h t m l 体系基础上进行了两点扩充，其一，允许开发者建立自己的d t d 文档。有效的创建 了扩展标签集，有助于多重应用。从根本上讲，x m l 是一种原型语言，能够使用x m l d t d 来定义新的基于标记的语言格式。其二，为了更加便利地实现信息共享，w 3 c 及其它组织还制定出了一系列适用于不同情况下的应用标准，增加了在样式、链 接和引用方面的x m l 标准集。作为一种核心标准，x m l 提供了坚实的基础，其它的 标准在此基础上发展。 1 2 2 国内外建模环境体系研究 模型管理系统作为决策支持系统的核心部件，引起了许多学者的重视。近十几 年来，在模型表示和模型管理理论和方法上取得了不少研究成果l io 】。例如，b o n c z e k 等提出用一阶谓词表示模型和相应的模型管理方法，d o l k 等提出用模型抽象 ( m o d e la b s t r a c t ) 理论来进行模型管理，b l a n n i n g 提出了关系模型库理论，e l a m 等研究了以语义网络为基础的模型管理系统。这些模型管理方法大多只能支持一 类模型用户( 即d s s3 - 具建造者) ，少数能支持另一类模型用户( 即模型建造者) 。 而模型管理系统的主要的信息用户( 决策者) 却很难得到有效支持。一个有效的模 型管理系统应支持三类不同的模型用户。不同的模型用户，由于使用模型管理系 统的责任不同，要有不同的模型管理方法来支持i l 。 然而，在分布式d s s 的模型库体系结构中，信息用户、模型建立者、d s s 工具 建造者都面临着不同的问题。需解决的问题主要有以下几点j ： 华中科技大学硕士学位论文 对d s s 工具建造者： 建模语言与建模工具多样化：不同的决策模型需要不同的建模工具来建立，工 具之间的交互尚缺乏统一的接口标准。 对模型建立者： 重复构模问题：各部门往往根据他们的需要构造各种各样的模型。这难免带来 部门问的重复构模现象，山现这种现象是因为处于网络的一个节点上的用户不了 解其他结点上模型的信息或不能有效的访问这些模型。 模型的共享问题：受技术保密、模型所有权等条件的限制，在某些结点上不能 直接访问其他一些结点的模型，但又确实需要利用这些模型来完成决策分析任务， 因而就存在如何在限定的条件下实现模型共享的问题。 分布环境中的模型组合问题：有时为了解决一个问题，需要很多简单的模型“搭 积木”一样组合成复杂的模型，而组成复杂模型的那些简单模型并不总是处于同 一结点上。这就产生了如何在分布环境下实现模型组合的问题。 模型的规范化：模型的规范化不仅影响模型的存储方式、运行方式、组合结构， 而且也直接影响到模型管理系统和模型库服务器的体系结构。 对信息用户： 模型的透明度低：信息用户很难参与到模型管理中来。 国内外对这些问题的研究较多，也取得了大量的应用成果】b l a n n i n g 设计 了模型定义语言( m d l ) 和模型操作语言( 删l ) ；j e k o t t e m a n n 描述了模型的定义集 成( d e f i n i t i o n a li n t e g r a t i o n ) 和过程集成( p r o c e d u r a li n t e g r a t i o n ) ；j i a nm a 等人讨论了面向对象的模型管理机制，描述了类型规则和继承理论在模型库系统 设计中的应用；m u h a n n aw a l e e da 提出了s y 删s ( s o f t w a r ep r o t o t y p em m s ) 的 概念，探讨了d s s 中模型的共享、重用和集成机制f 1 2 】；r i z z o l ia n d r e ae 等给 出了一个在分布式的环境资源决策系统中如何实现模型集成和重用的例子【1 3 4 】； w u ，i n g l o n g 在研究基于项目反应理论( i r t ，i t e mr e s p o n s et h e o r y ) 的决策支 持系统中，也提出了一个解决半结构和非结构化问题的模型库体系框架来实现集 成化、柔性的、友好的决策支持环境。 国内学者也作了大量的有益的工作，在基于结构模型的模型管理环境中，提出 把结构模型、模型网络图和模型描述语句作为模型的三个层次，用结构模型来支 6 华中科技大学硕士学位论文 持信息用户，用模型网络图来支持模型建立者，用模型描述语句来支持d s s 工具 建造者，并通过一定的方法使这三个层次的模型有机地统一起来u o l 。 丌放式模型交互体系目的就是集成管理模型，统一模型问的差异，使模型管理 体系建立在i n t e r n e t 开放的体系之中，这对模型之间、模型与外界之间( 与 i n t e r n e t ) 的信息交互也是一个很大的促进作用。且这种开放式模型交互体系允许 不i - j 领域内的用户对模型的浏览选抒自己喜欢的方式文本、图表和模型列表 等。 7 华中科技大学硕士学位论文 2x m l 技术 【摘要】本章首先介绍了煳l 的基本技术，从埘l 产生的背景，优势，体系结构谈到x m l 的应 j | j 。进一步探讨了分析x m l 文档的技术，x m ld o m 其中贯穿了采用j ( i i l 作为开放式体系交互 ，j ：准f l , , j 优坍。 x m l 是由s g m l d 5 1 ( s 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 ，标准通用标记语 言) 和h 1 m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ，超文本标记语言) 二者派生的语言。x m l 最重要的特征是：被标记的各个数据是保持其含义的，因此系统问交换数据的可 能性极大提高。x m l 最基本的概念是：结构化标记语言，实现了“文档结构化”的 语言规范，即采用d t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ) 文档类型定义的语言标准i l 6 j 。 x m l 是s g m l 的简化子集，保留了s g m l 的合理性、结构性和扩展性。图2 1 描 述了x m l 、s g m l 、h t m l 之间的关系。 圈2 ix m l 应川程序执行过程 s g m l 通过说明标签集和标签间的结构化关系，允许文档自适应描述。这种说 明就是d t d 标准。x m l 则保留了s g m l 的d t d 的自描述优势，同时避免了s g m l 的复 s 华中科技大学硕士学位论文 杂性。x m l 在通向标准化的进程中取得了巨大的进步。同时提高了诸多性能：结构 化、可维护性、易搜索性、信息表述和文档管理等其它方面。此外，x m l 允许定义 不同类型的文档关系，x m l 改变了我们的连接模型。并且，x m l 文档区分实际数据 与文档结构文档描述信息。x s l ( e x t e n s i b l es t y l el a n g u a g e ，扩展样式语言) 语 ；j 提供了格式化信息标准。用来更方便的浏览w e b 上的信息 6 , 1 7 , 1 8 】。 2 1x m l 产生的背景 标识语言的产生是与最初嵌入到电子文件中的控制代码分不开的。6 0 年代以 来，人们定义了许多各不相同的控制代码或所谓的宏，并把它们嵌入到电子文件 之中，使得这些电子文件在显示及打印时，取得某些特定的效果：如电子文件采 用什么样的字体，标题在版面上如何显示等。由于早期的这些控制代码在灵活性、 重用性等方面都存在重要缺陷，1 9 6 9 年，i b m 公司的c h a r l e s g 0 1 d f a r b 等设计出 了g m l ( g e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ，通用标记语言) 1 1 9 1 ，旨在建立起一套电子 信息交换的通用标识，使文件信息与设备无关、与处理系统无关、与应用无关， 甚至与所用的语种无关。1 9 7 8 年美国国家标准局( a n s i ) 的一个工作组，对g m l 进 行了规范，推出了名为s g m l 的标准。1 9 8 6 年，国际标准化组织( i s o ) 发布了s g m l 的正式文本( s g m l i s 0 8 8 7 9 ：1 9 8 6 ) ，从而使s g m l 成为通用的描述各种电子文件的 结构及内容的国际标准。s g m l 的推出，为创建结构化、可互换的电子文件提供了 依据。利用它。我们可以把来源不同的原始资料( 如分别来自s g m l 片段，字处理 文件，数据库查询结果，图形文件，视频文件等各种方面的资料) 组装在同一个文 件之中；利用d t d 的文法，自由地定义文件结构；给一个文件添加新的标记，以 反映文件中的结构化单元；检测某个电子文件，以验证电子文件是否遵循在d t d 中所定义的结构。 然而也正如我们所熟知的，s g m l 作为一种老资格的标识语言，其定义冗长且 复杂，它所包括的许多可选特性，对于w e b 应用开发来说。有些显得并不是十分 必要，有些则显得不合适宜。而这些可选特性本身，为应用程序的开发增大了难 度。随着i n t e r n e t 的广泛应用，为了在i n t e r n e t 上发布电子信息，h t m l 语言应 运而生。h t m l 是s g m l 的一个简单应用，它有一个固定的s g m l 规范声明及一个d t d 。 这种语言在一定程度上支持超文本及多媒体，非常适用于在网上发布一些小型而 简单的电子文件。虽然h t m l 以s g m l 为基础，但它对s g m l 的过度简化，使得h t m l 9 华中科技大学硕士学位论文 i , , i i 儿乎不能体现s g m l 语言的特性。s g m l 允许自由地为文件定义它们的文法，也就是 说，人们可以自由地定义文件中的标记集及这些标记所反映的结构关系。与s g m l 相比，i i t m l 定义了唯一的一种文件类型，而且应用于这种文件类型的标记集不能 被改动。冻结标记集使用户不必去自行定义语言规范，由此能使得h t m l 更简单易 用，但是这种简单化是以牺牲h t m l 的语言性能为代价的。结果使得h t m l 在可扩 展性、结构化及类型校验方面都大打折扣： 从可扩展性方面看，h t m l 不允许用户自行定义他们自己的标识( 或属性) ， 以便更好地从语义上修饰数据； 从结构性上看，h t m l 不支持深层的结构描述，不能表示数据库模式或面向 。 对象的等级层次； 从类型校验方面看，h t m l 没有提供规范文件，以支持应用软件对h t m l 文 件进行结构校验。 与此相反，通用的s g m l 语言应该支持任意复杂的s g m l 语言规范，并且具有可 扩展性，结构性及可校验性等品质。s g m l 可以让你自行定义你的文件类型，处理 各种大型而复杂的文件，并且能够对信息库提供某些管理考虑到s g m l 过于复杂， 而h t m l 不能满足实现应用，w 3 c 组建了一个s g m l 工作组，希望创建一组规范，使 得s g m l 的优秀品质能够方便而直接地被用在w e b 开发之上，其结果就是x m l 。 2 2x m l 概述 x m l 被形象地称为是“简单的s g m l 方言”1 1 6 1 。然而，更确切的说，它是s g m l 的一个子集。由于x m l 对s g m l 进行了精简，重新定义了s g m l 的某些内部数值及 参数，并略去了许多s g m l 中复杂而少用的部分，而在语言的易用性、易懂性及其 对w e b 的适应性方面做了较大改进，因而，x m l 将使用户更加容易地定义自己的文 件类型，并且能让程序员更易编写出对这种文件进行处理的程序。当然，x m l 仍然 合乎s g m l 标准，它保存了所有的s g m l 结构化性能，所有的x m l 文件仍然可以象 其它s g m l 文件一样被应用程序解析和校验。与h t m l 语言相比，x m l 语言在性能方 面的改进可谓是“革命”性的。x m l 区别于h t m l 主要体现在以下三方面： 信息提供者能够根据需要，自行定义新的标识及属性名； 文件结构的嵌套复杂到任意程度； x m l 文件可以包括一个语法描述，使应用程序可以对此文件进行结构确认。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 x m l 追求最大限度的表现力、易懂性和易用性。尽管它不对h t m l 文件向下兼 容但符合w 3 c 的h t m l 3 2 规范的文件可以非常容易地被转换成x m l 文件，其它 普通的s g m l 文件及从数据库中生成的文件也可被转成x m l 文件。从表面上看，x m l 文件与1 1 1 、m l 文件比较相似，都是以一对相互匹配的起始和结束标记符，如 干 来标记信息。但二者的功用不尽相同，如果 既i 1 m l 可以使用一种通用 的方法来显示数据，那么x m l 则提供了一种通用的方法来描述数据。h t m l 利用标 记符来描述数据的显示形式，如按列表显示或按表格显示；而煳l 利用标识来描 述数据对象，如合同管理，合同基本信息等。这些数据可以按多种方式显示，也 可以被其它应用软件进行更深入的处理。清单2 1 是利用x m l 描述合同管理的例 子。 消单2 1 利j jx m l 描述合同管理的例子 m a r c h 2 5 ，2 0 0 1 武汉轨道交通有限公司 华中科技大学 ( 金额 ￥7 0 0 o o o m a r c h 0 1 ，2 0 0 1 刘玉华丁烈云 武汉轨道交通有限公司会议宣 m a y 0 1 2 0 0 1 合同管理系统的设计 ( 阶段i d = ”进度管理系统” j u l y o l 。2 0 0 1 进度管理系统的设计 该实例中，标签采用的是中文，这是x m l 的一大特性；世界通。x m l 在设计之 华中科技大学硕士学位论文 初就考虑了国际化的问题，打从一开始就构架在统一编码u n i c o d e 【2 0 j 之上。 显示方面，样式单能够将这种结构化的数据转化成为各种t l t m l 形式的显示方 式，从而可以在浏览器中浏览。在文档转化过程中，x m ld t d 与x m l 文件一起工作， 当接收到x m l 文件的应用程序没有这个x m l 文件的描述时，d t d 可以帮助应用程序 刘x m i 。进行校验。当然。是否将d t d 包括在x m l 文件之内是可选的。包括d t d 的 x m l 文件被认为是“可校验的( v a l i d ) ”x m l 文件，而不包括d t d 的x m l 文件被认 为是“组织良好的( w e l 卜f o r m e d ) ”x m l 文件。不论是可校验的x m l 文件，还是组 织良好的x m l 文件，经x m l 标记的数据都是能进行自我描述的。这就是既x m l 格 式具有，r 放性和灵活性。使得采用x m l 标记的数据能够被用于任何需要信息交换 及数据转换的环境中。 2 3 x m l 的体系结构 x m l 是山若干标准共同支撑起来的一个体系。这些标准组合在一起分别完成数 据的集成，数据的传输，数据的操纵与数据的显示。下面列出的是几个主要的标 准【6 1 。 x m l x m l 是x m l 体系的基础。它是较为成熟的标准，x m l l 0 己到了最后的表决阶段。 x s l x s l 是由m i c r o s o f t 公司，a r b o r t e x t 公司及i n s o 公司提出的一个标准。它的 作用在于将x m l 数据转换成为h t m l 或者是其它形式的显示格式x s l 相当于层叠 式样表单( c s s ) 语言的超集，能够让开发者创建独立于煳l 数据结构的显示结构。 例如x s l 可以使同一组x m l 数据在一个i i t m l 浏览器中以列表的形式显示，而在 另一个h t m l 文件中，以表格的形式显示。 x l l x l l 是x m l 链接语言，它与h t m l 中的h r e f - 风格的链接一样。实现超文本链接 功能，但x l l 的链接功能远远强于h t m l 语言。x l l 提供的链接是多方位的，而且 链接可以存在于对象级别，而不是i t t m l 的页面级别。 x m l o m ( x m lo b j e c tm o d e l ) x m l o m 以w 3 c 的d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e l 。文档对象模型) 为基础，定义了 一种平台及语言独立的接口，允许程序或脚本语言动态地存取和修改文件的内容、 华中科技大学硕士学位论文 结构及式样。 n a m e s p a c e ( 名字空间) x m ln a m e s p a c e 描述一种命名的方式，它帮助用户选取合格的标记名称，并使 它们与名字空间关联起来，以u r i ( u n i v e r s a lr e s o u r c ei d e n t i f i e r ，全球资源标 u 1 ) 来识别。利用它可以防i l = 标记名的冲突。 2 4x m ld o m 技术 x m l 为我们提供了一个对复杂的结构化数据进行描述和编码的标准方法，从编 程的角度来看，对x m l 数据流进行解析、操作和查询应该通过一个通用的对象集 合来实现，这就是x m l 的d o m 标准。d o m 在根本上是一个x m l 文档的结构化视图， 它将一个x m l 文档看作是一个节点树，每一个叶结点代表一个可以和它交互的列 象。由于在程序中大量的使用d o m 来操作x m l 。因此，让我们来看清单2 1 所示 x m l 文档，从d o m 的角度来看，这个x m l 文档的视图如图2 2 所示。 图2 2清单2 1 中x m l 合同文档的d o m 视图