BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN THỊ LỆ THUYỀN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MATHML ĐỂ QUẢN LÝ CÁC CƠNG THỨC TỐN HỌC TRÊN VĂN BẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN THỊ LỆ THUYỀN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MATHML ĐỂ QUẢN LÝ CÁC CƠNG THỨC TỐN HỌC TRÊN VĂN BẢN Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ TRUNG HÙNG Đà Nẵng - Năm 2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng truyền đạt cho em kiến thức chuyên ngành xã hội Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Võ Trung Hùng – Đại học Đà Nẵng, trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành luận văn Trong q trình làm luận văn, em gặp nhiều khó khăn thầy động viên đưa định hướng giúp em hồn thành tiến độ Thầy gương cho em công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học, sống Em xin cảm ơn thầy Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng 06 năm 2011 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: - Những nội dung luận văn thực hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Võ Trung Hùng - Những nội dung tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố - Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Tác giả Phan Thị Lệ Thuyền MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC T VI T T T vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 SOẠN THẢO, LƯU TRỮ VÀ TÌM KIẾM CÁC CƠNG THỨC TỐN HỌC TRÊN VĂN BẢN 1.1.1 Khái niệm văn 1.1.2 Hệ soạn thảo văn 1.1.3 Q trình nhập cơng thức 1.1.4 Tình trạng sử dụng phần mềm gõ cơng thức toán học 1.1.5 Biểu diễn cơng thức tốn học máy tính 1.1.6 Thực trạng tìm kiếm cơng thức tốn học 10 1.1.7 Các phần mềm hỗ trợ soạn thảo cơng thức tốn học .10 1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ NGƠN NGỮ ĐÁNH DẤU TỐN HỌC .12 1.2.1 Ngôn ngữ đánh dấu LaTex 12 1.2.2 Ngôn ngữ đánh dấu AMS-Latex 15 1.2.3 Ngôn ngữ đánh dấu HTML 16 1.3 NGÔN NGỮ ĐÁNH DẤU MATHML 18 1.3.1 Lịch sử MathML 19 iii 1.3.2 Tính MathML 19 1.3.3 Cách thức hiển thị MathML 19 1.3.4 Cấu trúc MathML 20 1.3.5 Tạo cơng thức tốn học 21 Tiểu kết chương 28 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 29 2.1 MÔ TẢ ỨNG DỤNG 29 2.2 MƠ HÌNH TỔNG QT 29 2.3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 30 2.3.1 Tiêu chuẩn lưu trữ nội dung 31 2.3.2 Hệ thống soạn thảo 33 2.3.3 Giải pháp quản lý, tìm kiếm cơng thức toán học 34 2.3.4 Giải pháp sử dụng ClipBoard chép cơng thức tốn học 45 Tiểu kết chương 56 CHƯƠNG TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG 57 3.1 XÂY DỰNG MÔI TRƯỜNG SOẠN THẢO 57 3.2 SỬ DỤNG TRÌNH DUYỆT AMAYA 62 3.3 TÍCH HỢP PHẦN MỀM GÕ CƠNG THỨC TOÁN HỌC 63 3.4 THỬ NGHIỆM 64 Tiểu kết chương 70 K T LUẬN 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .72 DANH MỤC CÁC T VI T T T Từ viết tắt Tên đầy đủ Diễn giải CSS Cascading Style Sheets Các bảng định kiểu theo tầng HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ Đánh dấu Siêu văn MathML Mathematical Markup Language Ngơn ngữ Đánh dấu Tốn học OLE Object Linking and Embedding Liên kết nhúng đối tượng SVG Scalable Vector Graphics Một ngôn ngữ đánh dấu XML, dùng để miêu tả hình ảnh đồ họa véc tơ hai chiều, tĩnh động W3C The World Wide Web Consortium Hiệp hội Web giới WYSIWYG What You See Is What You Get Thấy nhận XHTML Extensible HyperText Markup Language Ngôn ngữ Đánh dấu Siêu văn Mở rộng XML eXtensible Markup Language Ngôn ngữ Đánh dấu Mở rộng DANH MỤC BẢNG Bảng 1 So sánh phần mềm soạn thảo 10 Bảng So sánh công cụ soạn thảo 12 Bảng So sánh ngôn ngữ đánh dấu 18 Bảng Một số thẻ đặc trưng MathML 21 Bảng Các định dạng ClipBoard phổ biến OpenOffice .46 Bảng 2 So sánh mã MathML ghi tập tin mml trình duyệt Amaya 50 Bảng So sánh hai ngơn ngữ đánh dấu hai trình soạn thảo .53 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Nhập công thức bảng menu ngữ cảnh Hình Hiển thị cơng thức hình soạn thảo Hình Cửa sổ soạn thảo TeXworks Hình Cửa sổ sau biên dịch sang pdf Hình Cửa sổ soạn thảo Equation 11 Hình Cửa sổ MathType 11 Hình Cơng cụ MyEqText soạn thảo trực tiếp cửa sổ Word 12 Hình Quá trình soạn thảo Latex 14 Hình Gói Amsmath cung cấp mơi trường subequations đánh số tự động 16 Hình 10 Biểu diễn công thức bậc hai theo phần tử 22 Hình 11 Mơ tả tính cấu trúc bình bày cơng thức 24 Hình 12 MathML biểu diễn theo cấu trúc câu 27 Hình Mơ hình tổng qt hệ thống 30 Hình 2 Hệ thống lưu trữ nội dung 33 Hình Mỗi công thức bắt đầu thẻ kết thúc .36 Hình Cấu trúc thẻ lồng vào 37 Hình Tìm kiếm ký tự a tìm kiếm ký hiệu bậc hai 41 Hình Hình ảnh định dạng thẻ SVG 49 Hình Sơ đồ trình chuyển đổi liệu ClipBoard .51 Hình Thuật tốn chuyển cơng thức từ OpenOffice.Org Math sang cấu trúc MathML Amaya 52 Hình Kiến trúc Amaya 57 viii Hình Lược đồ cấu trúc trình biên dịch nhị phân .59 Hình 3 Chức gõ cơng thức tích hợp phần mềm 63 Hình Sử dụng trình đơn để nhập cơng thức 64 Hình Giao diện hình soạn thảo văn 64 Hình Thanh trình đơn chứa menu chức 65 Hình Cửa sổ hiển thị nội dung mã nguồn 65 Hình Tìm kiếm cơng thức x ≥ y 66 Hình Tìm kiếm ký hiệu tốn học 67 Hình 10 Tìm kiếm số toán học 68 Hình 11 Duyệt trang: http://www.mathjax.org/demos/mathml-samples/ 68 Hình 12 Duyệt trang http://www.w3.org/Math/XSL/pmathml2.xml 69 Hình 13 Kết chương trình chuyển đổi Math Clipboard Converted 69 - Miễn phí sử dụng - Giao diện WYSIWYS - Sử dụng ngôn ngữ đánh dấu MathML đặc tả cơng thức tốn học - Hỗ trợ XML tất tiêu chuẩn W3 Nhược điểm - Chưa ổn định chưa thân thiện với người dùng - Nhiều tính giới hạn trình soạn thảo Web thương mại 3.2 SỬ DỤNG TRÌNH DUYỆT AMAYA Amaya cài đặt hệ điều hành Windows NT/2000/XP/Vista/ MacOS X Intel – MacBook/ MacOS X PowerPC – PowerBook/ … với dung lượng khoảng 12MB Về duyệt web, Amaya cung cấp số chức như: - Kích hoạt liên kết (link): Vì chương trình vừa duyệt vừa sửa, nên muốn kích hoạt liên kết chuột bạn phải bấm kép bấm chuột phải chọn liên kết để mở Nếu bấm chuột đơn (single click), link khơng kích hoạt, thay vào lệnh sửa chữa link - Phím truy cập: Cung cấp nhiều phím tắt để duyệt web thay cho chuột - Duy trì nhật ký: Như hầu hết trình duyệt, Amaya trì nhật ký trang truy cập thời gian - Làm tươi trang (Reload): Chức yêu cầu trình duyệt tải lại trang hữu, tương tự chức refresh trình duyệt khác Về công cụ thiết kế, sửa chữa: Amaya dùng để thiết kế sửa web, nghĩ đơn giản dùng phần mềm để soạn thảo văn bản, đó, có phần văn (text), hình ảnh, có liệu dạng bảng (table) Khi soạn sửa web Amaya, không cần quan tâm đến phần ngôn ngữ nguồn (HTML, XHTML, CSS ), tự tạo Các cơng cụ Amaya tương tự công cụ chương trình soạn thảo văn thơng thường, chúng đặt sẵn giao diện, cụ thể như: Elements (các cơng cụ dùng nhập text, chèn hình, tạo bảng tính); Style (các cơng cụ dùng để canh lề, canh dòng sửa màu cho văn bản); ký tự đặc biệt (Special Characters); công thức toán học (Math) Điểm thú vị phần mềm cho phép vẽ hình ảnh trực tiếp lên giao diện web, vẽ phần mềm đồ họa Muốn vẽ vị trí web, đặt trỏ chuột vào Insert, chọn Graphics, sau chọn tiếp cơng cụ để vẽ Amaya cung cấp nhiều công cụ vẽ hình ảnh hình tròn, hình vng, elip, đường thẳng, vẽ tự Ngồi ra, với Amaya, tìm hiểu dễ dàng phần cấu trúc, phần code HTML,v.v trang web 3.3 TÍCH HỢP PHẦN MỀM GÕ CƠNG THỨC TỐN HỌC Trên Amaya, cơng cụ gõ cơng thức tốn học tích hợp sẵn nằm bên phải phía trình duyệt Hoặc sử dụng trình đơn Insert để tạo cơng thức Trên cơng cụ Element, có chứa cơng cụ tạo cơng thức Hình 3 Chức gõ cơng thức tích hợp phần mềm Hình Sử dụng trình đơn để nhập cơng thức 3.4 THỬ NGHIỆM Giao diện hình soạn thảo Sau khởi động trình duyệt, tạo tài liệu định dạng mở rộng html hình soạn thảo sau: Hình Giao diện hình soạn thảo văn Sử dụng trình đơn Thanh trình đơn vừa cung cấp công cụ ứng dụng soạn thảo văn vừa cung cấp cơng cụ trình duyệt Web Hình Thanh trình đơn chứa menu chức Cửa sổ hiển thị nội dung cửa sổ mã nguồn Trình duyệt Amaya, cho phép vừa soạn thảo (hoặc duyệt Web) vừa xem cấu trúc mã nguồn trang Hình Cửa sổ hiển thị nội dung mã nguồn Kết tìm kiếm ký hiệu cơng thức tốn học Cơng thức x ≥ y, Trong Amaya tả ngơn ngữ đánh dấu tốn học MathML sau: x ≥ y
Công thức bắt đầu thẻ biểu thức kết thúc thẻ , để tìm kiếm biểu thức cần tìm theo thẻ Ví dụ minh họa: Hình Tìm kiếm công thức x ≥ y Công thức x , Trong Amaya tả ngơn ngữ đánh dấu tốn học MathML sau: x Công thức bắt đầu thẻ biểu thức kết thúc thẻ , để tìm kiếm biểu thức cần tìm theo thẻ Ví dụ minh họa: Hình Tìm kiếm ký hiệu tốn học Cơng thức x −n , Trong Amaya tả ngơn ngữ đánh dấu tốn học MathML sau:
x − n Công thức bắt đầu thẻ biểu thức kết thúc thẻ , khơng tìm hết cơng thức mà tìm số mũ –n Vì để tìm kiếm số cần tìm theo thẻ Ví dụ minh họa: Hình 10 Tìm kiếm số tốn học Giao diện trình duyệt Web Amaya vừa trình soạn thảo văn vừa trình duyệt Web: Hình 11 Duyệt trang: http://www.mathjax.org/demos/mathml-samples/ Hình 12 Duyệt trang http://www.w3.org/Math/XSL/pmathml2.xml Kết chép cơng thức tốn học Chương trình thường trú Math Clipboard Converter thơng báo tìm thấy liệu chuỗi thực chuyển đổi liệu Hình 3.13, khung bên trái ngơn ngữ đánh dấu cơng thức tốn học 5x +2 OpenOffice.Org Math khung bên phải đoạn mã có lệnh dán từ Clipboard hiển thị công thức tương ứng với mã lệnh Hình 13 Kết chương trình chuyển đổi Math Clipboard Converted Tiểu kết chương Mã nguồn mở Amaya biên dịch môi trường Microsoft visual C++ 6.0 windows chạy ổn định Khi tìm kiếm ký hiệu tốn học đặc biệt dấu căn, tích phân, số,… phải tìm tên thẻ điều khó khăn cho người sử dụng MathML Với việc bổ sung hai dòng lệnh vào hàm void SynchronizeSourceView(), tất ký hiệu đặc biệt tìm thấy đổi màu cửa sổ hiển thị Chương trình thường trú Math Clipboard Converted hoạt động liệu chép chuỗi xử lý trường hợp chuyển đổi hai ngơn ngữ đánh dấu cho phép tốn bậc hai Vì chọn chức Enabled có nhu cầu kích hoạt chương trình, ngược lại Điều tránh thơng báo chương trình gây kho chịu cho người sử dụng Chương trình chạy ổn định, khơng xuất lỗi chạy K T LUẬN Với tốc độ phát triển mạnh mẽ Internet, nhu cầu trao đổi tài liệu khoa học qua mạng ngày gia tăng mạnh mẽ Theo thống kê Internet World Stats thực học tập, nghiên cứu người chi phí khoảng 90% thời gian cho cơng tác tìm kiếm, phân tích tổng hợp tài liệu có [6] Do đó, nhu cầu tìm kiếm cơng thức tài liệu khoa học môi trường Web lớn Việc nghiên cứu công cụ soạn thảo công thức, chép công thức ứng dụng tìm kiếm cơng thức cần thiết Điều có ý nghĩa cao mặt khoa học lẫn thực tiễn Về mặt lý thuyết, trình thực đề tài tơi nghiên cứu mơi trường cơng cụ soạn thảo cơng thức tốn học sử dụng Từ phân tích thực trạng khó khăn người sử dụng Nội dung thực tìm hiểu ngơn ngữ đánh dấu MathML, đề xuất giải pháp xây dựng môi trường soạn thảo công thức học ngôn ngữ đánh dấu MathML, tìm kiếm cơng thức tốn học mơi trường chép công thức từ ngôn ngữ đánh dấu OpenOffice.org sang ngôn ngữ MathML Về mặt ứng dụng, biên dịch thành cơng trình duyệt Web giúp soạn thảo cơng thức tốn học ngơn ngữ đánh dấu MathML Bổ sung chức tìm kiếm vào trình duyệt xây dựng ứng dụng thường trú để chép cơng thức tốn học từ ứng dụng OpenOffice.Org Math sang trình duyệt Amaya Tuy nhiên, ứng dụng sử dụng cho trường hợp cụ thể nên mức độ trình diễn Trình duyệt Amaya tiền đề cho việc xây dựng hệ thống soạn thảo tìm kiếm cơng thức theo chuẩn MathML mơi trường Web tương lai Dựa vào kết này, tơi nghiên cứu thêm để hồn thiện cho trường hợp lại ứng dụng Hướng nghiên cứu tiếp theo, xây dựng kho liệu lưu trữ văn khoa học tìm kiếm lưu trữ máy chủ hệ thống Tất ứng dụng lưu trữ máy chủ hệ thống tương tác với dựa tảng HTTP DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng nước [1] David Carlisle, An introduction to MathML, IBM Published, 2009, http://public.dhe.ibm.com/software/dw/xml/x-mathml3/x-mathml3-pdf.pdf [2] David Carlisle, Patrick Ion, Robert Miner, Design Science, Mathematical Markup Language (MathML) Version 2.0 (Second Edition) 2003, http://www.w3.org/TR/MathML/ [3] Muhammad Adee, Hui Siu Cheung, Sikandar Hayat Khiyal, Math go! Prototype of a content Based mathematical formuala search engine, http://www.jatit.org/ [4] Gonzalo Navarro, Mathieu Raffinot (2002), Flexible Pattern Matching in Strings, Cambridge University Press [5] OpenOffice.Org, OpenOffice.Org –Chapter Office Development, http://www.openoffice.org/licenses/PDL.html Tiếng Việt [6] GS.TSKH Lê Thành Nhân, PGS.TS Võ Trung Hùng, ThS Cao Xuân Tuấn, ThS.Hoàng Thị Mỹ Lệ, Mathis - Hệ thống hỗ trợ tạo thích tìm kiếm tài liệu khoa học, Tạp chí “Khoa học Công nghệ”, Đại học Đà Nẵng, số 39 [7] Dr Nicola Talbot- dịch Thái Phú Khánh Hoà, Thiết kế luận án tốt nghiệp Latex [8] Hồng Hạnh, Gõ cơng thức tốn học Word? Q đơn giản với MyEqText 2.0, Tạp chí Echip số 164 31/10/2008 [9] Nguyễn Phú Cương, Nhóm vài tia hy vọng, thành MyEqText, Tạp chí Echip số 164 31/10/2008 [10] Nguyễn Tri Tuấn, Lập trình C Windows – Các kỹ thuật xử lý Clipboard, Khoa CNTT –ĐH.KHTN.TP.HCM [11] Tobias Oetiker, Hubert Partl, Irene Hyna Elisabeth Schlegl-Dịch nguyễn Tân Khoa, Một tài liệu ngắn gọn giới thiệu LATEX ε , Phiên 4.00 ngày 07 tháng 06 năm 2005 [12] Hội toán học Mỹ (AMS) 13/12/1999 (sửa đổi 25/02/2002)-Biên dịch Kỳ Anh, Hướng dẫn sử dụng gói amsmath (Phiên 2.0), Phiên 15/10/2005 [13] Nguyễn Phước Điền – Tiểu luận Tiếng việt, Vài nét văn (Tìm hiểu ảnh hưởng ngơn ngữ Internet dựng đoạn văn bản, soạn thảo văn tiếng việt), TP Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2009 [14] Th.s Vũ Duy Linh, Th.s Nguyễn Nhị Gia Vinh, Th.s Lê Thị Diễm, Giáo trình lý thuyết Lập trình B, Khoa Khoa học tự nhiên – Trường Đại học Cần thơ Trang web [15] W3C, Mathematical Markup Language (MathML) Version 3.0, http://www.w3.org/TR/MathML/ [16] Ramzi Guetari, Vincent Quint and Irène Vatton, Amaya: an Authoring Tool for the Web, http://opera.inrialpes.fr/people/Ramzi.Guetari/Papers/Amaya.html [17] From Wikipedia - the free encyclopedia, Tex, http://en.wikipedia.org/wiki/TeX [18] From Wikipedia - the free encyclopedia, AMS-Latex, http://en.wikipedia.org/wiki/AMS-Latex [19] Bách khoa toàn thư mở Wikipedia, Mozilla Firefox, http://vi.wikipedia.org/wiki/Mozilla_Firefox [20] INRIA and W3C, Amaya Overview, http://www.w3.org/Amaya/Amaya.html [21] OpenOffice.Org Wiki, Common Application Features, http://wiki.services.openoffice.org/wiki/Documentation/DevGuide/O fficeDev/Common_Application_Features#OpenOffice.org_Clipboar d_Data_Formats [22] Copyright 2011 Microsoft, Clipboard, http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms648709(v=VS.85).aspx [23] Copyright 2011 Microsoft, Clipboards Functions, http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms907128.aspx [24] W3Schools, HTML Tutorial, http://www.w3schools.com/html/ [25] W3C, HTML 4.01 Specification, http://www.w3.org/TR/html401/ [26] From Wikipedia, the free encyclopedia, LaTex, http://en.wikipedia.org/wiki/LaTeX [27] From Wikipedia, the free encyclopedia, Open Source http://en.wikipedia.org/wiki/Open_source Ý KI N CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Đà Nẵng, ngày tháng năm 2011 Cán hướng dẫn PGS.TS V T ung H ng Ý KI N CỦA HỘI ĐỒNG DUYỆT LUẬN VĂN Đà Nẵng, ngày tháng năm 2011 Hội đồng duyệt Luận văn