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Informationsdarstellung mit XML Klaus Becker 2008.

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1 Informationsdarstellung mit XML Klaus Becker 2008

2 2 Ziele und Inhalte Informationsdarstellung mit XML XML - ein Thema für den Informatikunterricht Einblick in XML Schach dem König Datenformate - Ein Blick hinter die Kulissen Grundlagen von XML Dokumenttypen und ihre Validierung XML-Vokabulare Exkurs: Namensräume, Formatierung,... Verarbeitung von XML-Dokumenten XML im Informatikunterricht

3 3 Teil 1 Schach dem König

4 4 Schach-Spielzustände Oktober 1999: "Garri Kasparow setzt die Welt matt." "Die Welt ist doch noch matt gegangen. Nach 62 Zügen hat sich der beste Schachspieler des Planeten, Garri Kasparow, im Internet gegen mehr als 3,5 Millionen Gegner durchgesetzt.... " siehe: Nach 29 Zügen ist auf dem Schachbrett folgender Spielzustand entstanden. Kasparow (weiß) ist jetzt am Zug.

5 5 Schach-Spielzustände Möglichkeiten zur Fortsetzung der Partie sollen mit verschiedenen Schachprogrammen durchgespielt werden. Der gewünschte Spielzustand wird hierzu rekonstruiert und abgespeichert.

6 6 Schach-Spielzustände Will man den gespeicherten Spielzustand mit anderen Schachprogrammen verwenden, so ergeben sich Schwierigkeiten.

7 7 Schach-Spielzustände Ein Blick hinter die Kulissen soll klären, wodurch die Schwierigkeiten zustande kommen.

8 8 Schach-Spielzustände Die Programme benutzen unterschiedliche Speicherformate p.kpQ....np.....p..b.BP..q..p PP......RK. W0000 8/1p1kpQ2/2np4/1p2b1BP/2q2p2/8/5PP1/5RK1 w

9 9 Schach-Spielzustände p.kpQ....np.....p..b.BP..q..p PP......RK. W0000 schwarze Figuren: Bauer: (p)awn Turm: (r)ook Springer: k(n)ight Läufer: (b)ishop Dame: (q)ueen König: (k)ing weiße Figuren: Bauer: (P)awn Turm: (R)ook Springer: k(N)ight Läufer: (B)ishop Dame: (Q)ueen König: (K)ing

10 10 Schach-Spielzustände schwarze Figuren: Bauer: (p)awn Turm: (r)ook Springer: k(n)ight Läufer: (b)ishop Dame: (q)ueen König: (k)ing weiße Figuren: Bauer: (P)awn Turm: (R)ook Springer: k(N)ight Läufer: (B)ishop Dame: (Q)ueen König: (K)ing 8/1p1kpQ2/2np4/1p2b1BP/2q2p2/8/5PP1/5RK1 w

11 11 Schach-Spielzustände Die Forsyth-Edwards-Notation (FEN) oder in der erweiterten Form (X-FEN) ist eine Kurznotation, mit der jede beliebige Brettstellung im Schach niedergeschrieben werden kann. siehe: rnbqkbnr/pppppppp/8/8/8/8/PPPPPPPP/RNBQKBNR w KQkq Die FEN ist in 6 Gruppen aufgeteilt, die durch Leerzeichen getrennt sind (in EBNF): FEN := Position " " Spieler " " Rochade " " en-passant " " Halbzüge " " Zugnummer Beispiel: Die Grundstellung des Schachbrettes in FEN:

12 12 Schach-Spielzustände "Weiß ist am Zug...." rnbqkbnr/pppppppp/8/8/8/8/PPPPPPPP/RNBQKBNR w KQkq Information Daten Repräsentieren Darstellen Zur Darstellung der Information (Brettstellungen im Schach) wird eine formale Sprache (FEN) benutzt. Die Wörter dieser Sprache müssen nach bestimmten Regeln gebildet werden. Diese Regeln legen die Syntax der Sprache fest.

13 13 Schach-Spielzustände "Weiß ist am Zug...." rnbqkbnr/pppppppp/8/8/8/8/PPPPPPPP/RNBQKBNR w KQkq Information Daten Interpretieren Deuten Zur Darstellung der Information (Brettstellungen im Schach) wird eine formale Sprache (FEN) benutzt. Schachexperten (und manche Schachprogramme) verstehen diese Sprache. Sie können zu den Wörtern der Sprache die entsprechenden Brettstellungen erzeugen und somit die Bedeutung / Semantik der Wörter erschließen.

14 14 Schach-Spielzustände Neben der FEN gibt es andere Sprachen zur Beschreibung von Brettstellungen im Schach. Wünschenswert ist eine Standardisierung der Sprachen, um eine babylonische Sprachverwirrung zu vermeiden p.kpQ....np.....p..b.BP..q..p PP......RK. W0000 rnbqkbnr/pppppppp/8/8/8/8/PPPPPPPP/RNBQKBNR w KQkq Weltenchronik_001.jpg tower-of-babel.jpg

15 15 Aufgabe Neben speziellen Spielzuständen ermöglichen Schachprogramme es auch, den Spielverlauf zu speichern. Schauen Sie auch hier hinter die Kulissen und erkunden Sie die Sprache PGN (Portable Game Notation).

16 16

17 17 Teil 2 Datenformate - Ein Blick hinter die Kulissen

18 18 Darstellung von Schachspielen [Event "F/S Return Match"] [Site "Belgrade, Serbia JUG"] [Date " "] [Round "29"] [White "Fischer, Robert J."] [Black "Spassky, Boris V."] [Result "1/2-1/2"] 1. e4 e5 2. Nf3 Nc6 3. Bb5 a6 4. Ba4 Nf6 5. O-O Be7 6. Re1 b5 7. Bb3 d6 8. c3 O-O 9. h3 Nb8 10. d4 Nbd7 11. c4 c6 12. cxb5 axb5 13. Nc3 Bb7 14. Bg5 b4 15. Nb1 h6 16. Bh4 c5 17. dxe5 Nxe4 18. Bxe7 Qxe7 19. exd6 Qf6 20. Nbd2 Nxd6 21. Nc4 Nxc4 22. Bxc4 Nb6 23. Ne5 Rae8 24. Bxf7+ Rxf7 25. Nxf7 Rxe Qxe1 Kxf7 27. Qe3 Qg5 28. Qxg5 hxg5 29. b3 Ke6 30. a3 Kd6 31. axb4 cxb4 32. Ra5 Nd5 33. f3 Bc8 34. Kf2 Bf5 35. Ra7 g6 36. Ra6+ Kc5 37. Ke1 Nf4 38. g3 Nxh3 39. Kd2 Kb5 40. Rd6 Kc5 41. Ra6 Nf2 42. g4 Bd3 43. Re6 1/2-1/2 Quelle: Wikipedia Unten finden Sie verschiedene Formate zur Darstellung von Schachspielen. Welche Vor- und Nachteile haben diese Darstellungen? PGN ChessGML

19 19 Datenformate für Schachspiele ChessGML: The Why and Wherefore Andreas Saremba Chapter 1. Brave new chess world Computers and the Internet have revolutionized the way how chess games are communicated to the public.... Besides the two reasons everyone knows and acknowledges, the triumph of the Internet and the enormous development of chess database programs, there was one factor that was equally important for this development: A common language for the encoding of chess games. It is Stephen J. Edward's merit that such a language exists; he not only perceived the need for a lingua franca of the chess world but defined and implemented it in a strict and concise way. In short time PGN (Portable Game Notation) has become indispensable, and no chess software can afford not to be able to read and write this format. So why would anybody be foolish enough to propose something different? Chapter 2. On closer inspection, however... The joy about the undeniable progress the chess world has made has blurred the view for some aspects of the situation that are a bit less obvious. Let us look at a few examples: - While you can get an ocean of uncommented games on the Internet, there is a remarkable lack of commented ones. I this due to mystery mongery, is it indolence or are there other reasons? There is a remarkable lack of quality and consistency in the published PGN files. For example, more often than not you will find several spellings of a player's name in one file, making it impossible to perform simple automatic processing like building a tournament table or gathering of statistical data. It is my conviction that the primary reason for these and other insufficiencies is the lack of an interchange format for chess that is not only open but also powerful.... (Quelle:

20 20 Datenformate für Schachspiele Subject: XMl for chess Date: :09:25 From: KymFarnik As a Chess player of many years and an IT Professional the idea of a new (XML) text game format is not a good idea. Why you ask? PGN is both human and machine readable. It is *very* easy for a human to read and that is the reason it is so successful and no one has 'updated' the spec since '96. PGN uses SAN. SAN is the official way players record their moves in a tourney. PGN adds some headers and a terminator (*, 1-0, 0-1 1/2-1/2). PGN allows the insertion of comments {} and nested variations (). As a Chess player what more do you need? The problem with any XML format is the tagging and the fact that Chess players need a readable text format. The fact that the de-facto PGN standards has lived without change for so long is a huge indication of stability and usefulness. I have a database of 3.4million games (using the Scid product) and have loaded all collected games from PGN! PGN is good for Chess as it is easily paresed by tools and readable by the players at the same time. *If aint broken - dont 'fix' it* Regards, kym Quelle:

21 21 Textverarbeitung Mit OpenOffice wurde ein Text über den Kölner Dom erstellt und anschließend in verschiedenen Ausgabeformaten abgespeichert... Der digitale Dom Der Kölner Dom ist so etwas wie ein Star. Ein Meisterwerk, sagen Architekten. Eine Perle, sagen Historiker. Ein Glücksfall, sagen Archäologen. Das berühmteste Bauwerk seiner Epoche, der Gotik, und das Markenzeichen seiner Stadt. Kaum eine andere Kirche ist im Lauf der Zeit fotografisch so ausführlich dokumentiert worden wie der Kölner Dom. All diese Bilddokumente sollen demnächst per Mausklick abrufbar sein für eine virtuelle Entdeckungsreise. Mehrere tausend Fotos lagern dann in der eigens eingerichteten Bilddatenbank. Gescannt, im Computer digitalisiert- also in Nullen und Einsen verwandelt und als größere oder kleinere Datenpakete abgelegt. Auch der berühmte mittelalterliche Bauplan kommt dann per Klick auf den Bildschirm: Die Ansicht der Westfassade, der so genannte "Riss F". Der Originalbauplan ist eine Kostbarkeit und lagert lichtgeschützt im Inneren des Doms. 750 Jahre hat es überdauert: Tinte auf Pergament, die Vision des Baumeister im 13. Jahrhundert. Lesbar ist es auch heute noch. Denn der originale Bauplan wurde nicht codiert oder in Nullen und Einsen zerlegt. Nur deshalb konnte der Kölner Dom so erbaut werden, wie wir ihn heute kennen.

22 22 Darstellung des Textes... als MS-Word-Datei im doc-Format (siehe "dom_koeln.doc"). Mit einem Text-Editor geöffnet sieht diese Datei so aus:

23 23 Darstellung des Textes... als OpenOffice-Datei (siehe "dom_koeln.odt"). Mit einem Text-Editor geöffnet sieht diese Datei noch unverständlicher aus.

24 24 Darstellung des Textes Wenn man die von OpenOffice erzeugte Datei "dom_koeln.odt" entpackt, klärt sich einiges (siehe "content.xml").

25 25 Darstellung des Textes... als DocBook-Datei (siehe "dom_koeln.xml"). Hier kann man deutlich die Struktur des Textes ablesen.

26 26 Formate zur Informationsdarstellung Repräsentieren Interpretieren Repräsentieren Interpretieren doc: proprietäres Format ODF: standardisiertes Format

27 27 Macht über die Dokumente ODF ist ein lizenzfreier Standard und seit 2006 als internationale Norm ISO/IEC veröffentlicht. Zu diesen De-Facto-Standards zählt beispielsweise das Doc- oder Xls-Format von Microsoft. Software-Programme dürfen diese Formate nur laden, wenn der Hersteller für die Programme auch eine Lizenz von Microsoft kauft. Das Doc-Format konkurriert mit dem Open Document Format for Office Applications (ODF), einem Dokumentformat für den Austausch von Daten zwischen Büroanwendungen. ODF ist, im Gegensatz zu den Microsoft-Formaten, ein lizenzfreier Standard, der vielfältig interoperabel ist. Produkte, die den Standard verwenden sind unter anderem die Büro- Software-Pakete Openoffice, Staroffice, Neooffice und Koffice. Hinzu kommt die Online-Text- und Tabellenverarbeitung von Google. Über externe Plug-Ins wird auch der ODF-Import und - Export in Microsoft-Office-Anwendungen wie Word oder Excel unterstützt. Streit um Anerkennung Für Unternehmen und Behörden liegt damit der wirtschaftliche Nutzen von ODF auf der Hand. Anders als bei Microsoft fallen nämlich keine Lizenzgebühren an. In den letzten Jahren stiegen viele Organisationen aus Kostengründen sowie aus Gründen der Interoperabilität auf quelloffene Software-Produkte sowie auf den ODF-Standard für Daten- und Dateiaustausch um. Das wiederum konnte Microsoft nicht gefallen. Im Zuge der Einführung von Office 2007 beschloss der Computer-Konzern aus Redmond, das bisherige Doc- und Xls-Format durch das OOXML-Dateiformat (Open Office Extended Markup Language) abzulösen. Gleichzeitig wollte der Software-Konzern das neue Format als ISO-Standard anerkennen lassen, ohne jedoch etwaige Patentrechte daran aufzugeben. Standardisierte Formate

28 28 Standardisierung Es war wie ein verrücktes Fussballspiel. Die eine Mannschaft gehört einem reichen Konzern, die andere bestand aus brillanten, unabhängigen, aber mittellosen Spielern. Als die reiche Mannschaft zu verlieren drohte, schickte der Konzern mehr Spieler aufs Feld - und es gab keine Regel, die ihn daran hindern konnte. Am Ende standen einem freien Spieler fast vier Konzernspieler gegenüber. Der Kampf schien am Dienstag gelaufen. Hans Rudolf Thomann sagte gegenüber der WOZ: «Wir haben entschieden: Die Schweiz empfiehlt, Open XML von Microsoft als internationalen Standard anzuerkennen.» Thomann sagte noch, das dürfe nicht vor Donnerstag kommuniziert werden, es sei eine heisse Sache. Thomann ist ein wichtiger Mann: Er leitet das offizielle Schweizer ExpertInnenkomitee, das über die Microsoft-Frage zu befinden hat.... Es geht um die Frage, wie ein Computerdokument verpackt sein soll, damit es später auch mit Programmen geöffnet werden kann, mit denen es nicht erstellt wurde. Firmen, aber auch Behörden, die ihre Dokumente elektronisch ablegen wollen, verursacht dieses Problem Kopfzerbrechen. Ein elektronisches Archiv ist nur brauchbar, wenn sich die archivierten Texte auch nach Jahren noch öffnen lassen, sonst sind sie für immer verloren. Um das zu vermeiden, braucht es einen Standard, der festlegt, wie die Datenstruktur eines Textes oder einer Tabelle aussehen muss. Der Standard muss einfach und für alle offen zugänglich sein, sonst kann er ja nicht in jede neue Software eingebaut werden. Ein solcher Computerstandard existiert bereits, er heisst Open Document Format (ODF), wurde von unabhängigen Softwareleuten entwickelt und im Mai 2006 von der internationalen Zertifizierungsbehörde ISO anerkannt.

29 29 Standardisierung Die Geschichte des Kölner Doms beginnt im Jahre 1248 mit der Grundsteinlegung für den Chor, der gigantisch war für mittelalterliche Maßstäbe. Es folgten der Abriss des alten Langhauses, die Arbeit an den Westtürmen - auch deren Ausmaße sprengten die damals üblichen Dimensionen. Allein diese Bauarbeiten dauern drei ganze Jahrhunderte, während derer man sich konsequent an die alten Baupläne hielt. Digital verschlüsselte Daten auf nicht beständigen Datenträgern wären zu dem Zeitpunkt längst unlesbar gewesen. Doch im 16. Jahrhundert kommen die Bauarbeiten am Großprojekt Dom zum Erliegen. Die genaue Ursache ist bis heute unbekannt. Der Dom bleibt unvollendet, eine Bauruine, und zwar ganze 300 Jahre lang. Erst zu Beginn des 19. Jahrhunderts kommt plötzlich wieder Bewegung in das Projekt "Dom". Und noch immer existiert der mittelalterliche Bauplan. 600 Jahre ist er mittlerweile alt. Das Pergament brüchig, die Tinte vergilbt und - uncodiert. Und damit ohne jegliche Software oder Hardware lesbar. Wäre er digital gespeichert gewesen, wohl niemand hätte nach sechs Jahrhunderten geschafft, ihn zu lesen. Doch mit einem Plan aus Tinte und Pergament war es kein Problem, den Dom bis zum Ende des 19. Jahrhunderts genau so zu vollenden, wie es sich sein visionärer mittelalterlicher Baumeister einst ausgedacht hat.

30 30 Standardisierung Users tend to think about software in terms of functionality and usability; they use to under- estimate the importance of data formats. How should they know better – it is the very purpose of good software to provide a wealth of functions while hiding the (necessary) complexity of the underlying data from the innocent user. After all, nobody cares for the bits and bytes that are scribbled on the disk. In fact, everybody should care. Not for the details of the bits and bytes, of course, but for their data. They are, after all, for what all the effort is made. You may not have noticed so far that data in a proprietary (i.e. vendor-specific) format is less valuable than data in an open and standardized format. But you will notice this once you try to switch to a different software, only to learn that you have to say Goodbye to most of your data because they cannot be read by the new program. A comparable, although less dramatic situation will occur when you try to send your data to somebody else who does not happen to use the same software as you do. The usual justification offered by software vendors says they have to use their own format because it's highly optimized for the particular needs of their program and that it saves both processing time and (main memory as well as disk) space. This would be more convincing if they wouldn't, at the same time, try to keep their formats secret by not documenting them or by even encrypting the data.

31 31 Informationsdarstellung mit XML Information kann auf ganz unterschiedliche Weise dargestellt und auch strukturiert werden. XML (eXtensible Markup Language) bietet eine Art Standard zur strukturierten Darstellung von Information, den inzwischen sehr viele Werkzeuge nutzen. Repräsentieren Interpretieren Repräsentieren Interpretieren...

32 32 Aufgabe Mit Hilfe von verschiedenen Struktogramm-Editoren wurde der Algorithmus zur Berechnung des ggT in Struktogrammform dargestellt. Vergleichen Sie die benutzten Datenformate. Öffnen Sie hierzu die Dateien mit einem Editor. StruktEdit NSCEdit

33 33 Datenformate für Struktogramme StruktEdit-Datei betrachtet mit einem Hex-Editor NSCEdit-Datei betrachtet mit einem Text-Editor

34 34 Aufgabe Das Simulationsprogramm JFlap wurde in den letzten Jahren mehrfach überarbeitet und weiterentwickelt. Insbesondere wurde auch das Speicherformat verändert. Vergleichen Sie das von JFlap40b8 und JFlap40b14 benutzte Format.

35 35 Datenformate für Automaten erstellt mit JFlap40b14 erstellt mit JFlap40b8

36 36 Aufgabe Erstellen Sie mit GeoGebra eine Zeichnung und speichern Sie diese unter einem geeigneten Dateinamen (z. B. "ableitung.ggb") ab. Entpacken Sie anschließend diese Datei und schauen Sie sich die entpackte Datei mit einem Editor an.

37 37 Datenformat für geometrische Konstr. hinter den Kulissen von GeoGebra......

38 38 Aufgabe Das folgende XML-Dokument soll den aktuellen Schach-Spielzustand darstellen. Welche Vor- und Nachteile hat diese Darstellung? b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1 8/1p1kpQ2/2np4/1p2b1BP/2q2p2/8/5PP1/5RK1 w

39 39 Aufgabe Ist XML ein guter Standard? Lesen Sie die folgenden Textauszüge. Als "beste Erfindung seit der Kreide" feierte ein Kommentator einmal XML, und dieser Vergleich trifft nicht schlecht: Beide Schreibwerkzeuge sind technisch unkompliziert, praktisch umsonst nutzbar, und beide helfen gerade dort, wo mehrere Parteien Information teilen wollen. Besonders dort, wo große Datenmengen aus verschiedenen Quellen zusammenfließen, etwa in Schnittbereichen mehrerer wissenschaftlicher Disziplinen oder in der Logistik zwischen Unternehmen und ihren Zulieferern, hat XML sich als mächtiges Werkzeug erwiesen. Inzwischen speichern auch viele Text- und Datenbankprogramme für Heimcomputer ihre Dateien in XML. Trotz des "Language" im Namen ist XML keine Sprache, sondern ein Sprachgerüst, Ähnlich der Grammatik natürlicher Sprachen: Die Regeln von XML legen fest, welche Struktur ein sinnvoller Ausdruck haben muss. Der Wortschatz dagegen bleibt bewusst offen. Er kann für jede Anwendung angepasst werden. Inzwischen sind XML-Dialekte für alle erdenklichen Gebiete entwickelt, vom Versicherungswesen über die biologische Bildgebung bis hin zu Schach.

40 40 Gute Standards Was ist ein guter Standard? Ein Essay über die Designprinzipien des W3C Autor: Bert Bos Deutsche Übersetzung: Michael Jendryschik Binär- oder Textformat Die meisten W3C-Spezifikationen definieren eine formale Sprache zur Beschreibung einer Art von Ressource: HTML beschreibt einfache Text-Dokumente, SVG beschreibt Vektorgrafiken, PNG beschreibt Rastergrafiken, HTTP beschreibt den Dialog zwischen einem Client und einem Server und URLs beschreiben den Pfad zu einer bestimmten Ressource. Es gibt Ausnahmen wie die verschiedenen WAI-Richtlinien, die Meta-Regeln beschreiben, wie Programme und Spezifikationen entworfen werden sollten (ein wenig wie dieser Essay, allerdings präziser...). Aber die meisten Menschen, die an W3C-Spezifikationen arbeiten, stehen am Anfang vor der Frage: Sollen wir ein Binär- oder ein Textformat entwerfen? In den meisten Fällen wird die Antwort »Textformat« lauten, denn Textformate sind einfacher zu laden, und Fehler lassen sich leichter finden und beseitigen: man kann Dateien mit einem Texteditor erzeugen, sodass der Entwurf eines geeigneten Editors oder Konverters auf einen späteren Zeitpunkt verschoben werden kann; man kann eine Datei überprüfen, um zu sehen, was passiert ist, wenn ein Programm nicht das macht, was man erwartet hat; und nicht zuletzt: wenn die Spezifikation in etwa 50 Jahren versehentlich verloren gegangen ist, gibt es eine Chance, allein durch das Analysieren einiger Dateien ausreichend viel von der Spezifikation zu rekonstruieren, um die essentiellen Informationen zurückzugewinnen. (Das wird manchmal, wohl eher optimistisch, »selbstbeschreibend« genannt. Das Format würde nur dann wirklich selbstbeschreibend sein, wenn jede Datei den Text der Spezifikation mit einbände...)

41 41 Gute Standards Was ist ein guter Standard? Ein Essay über die Designprinzipien des W3C Autor: Bert Bos Deutsche Übersetzung: Michael Jendryschik Lesbarkeit Eine Notation kann zu kurz sein. Wenn der Name einer selten verwendeten Funktion nur aus einem Buchstaben besteht (»t«), dann muss man sie womöglich die wenigen Male, die man sie sieht, nachschlagen, wenn man alle Buchstaben nicht auswendig komplett überblickt. Ein komplettes Wort (»translate«) ist da die bessere Lösung. Eine Notation kann auch zu lang sein. Wenn ein Schlüsselwort, das man sehr oft verwendet, 20 Zeichen lang ist (»shapeoutlinedata«), dann sollte es womöglich besser abgekürzt werden (»d«). Diese Beispiele habe ich aus SVG (das die richtigen Bezeichnungen gewählt hat) entnommen, aber man kann ähnliche Fälle in den meisten Sprachen finden. Bedauerlicherweise stellen sich die besten Vermutungen als falsch heraus. Die Designer von XML dachten, es wäre hilfreich, ein Element mit dem vollen Elementnamen zu öffnen und zu schließen (... ), und für die Verwendung, die sie voraussahen, war das in der Tat vollkommen angemessen: in langen Texten mit wenig Markup ist die geringe Menge an Redundanz, die hinzukommt, gegenüber der Möglichkeit, zu sehen, welches Element geschlossen wird, zu vernachlässigen [XMLgoals]. Sie dachten, eine kürzere Form (etwa oder <>) zu erlauben, würde die Komplexität der Sprache erhöhen. Heute wird XML allerdings häufiger für Daten benutzt, deren Markup den eingeschlossene Inhalt übersteigt, und die vielen Start-Tags, die direkt End-Tags des gleichen Elementtyps folgen, verstecken die wesentliche Information durch ihre Redundanz. XML ist dadurch nicht kaputt, aber im Nachhinein betrachtet, hätte es so gestaltet werden können, dass dessen Verwendung nicht mit solchen Problemen verbunden ist.

42 42 Aufgabe Verschaffen Sie sich einen ersten Überblick über XML. Lesen Sie sich hierzu die Seite "XML in 10 Punkten" durch. 1. XML steht für strukturierte Daten 2. XML sieht ein wenig wie HTML aus 3. XML ist Text, aber nicht zum Lesen 4. XML ist vom Design her ausführlich 5. XML ist eine Familie von Techniken 6. XML ist neu, aber nicht so neu 7. XML überführt HTML in XHTML 8. XML ist modular 9. XML ist die Basis für RDF und das Semantic Web 10. XML ist lizenzfrei, plattformunabhängig und gut unterstützt siehe:

43 43 Teil 3 Grundlagen von XML

44 44 Strukturierte Darstellung v. Information XML-Dokumente werden benutzt, um Information strukturiert darzustellen. b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1

45 45 b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1 Hierarchische Baumstruktur Die Strukturierung erfolgt in Form eines Baumes. Anzeige mit einem Browser Darstellung im Editor

46 46 Der Baum der Elemente Grundbausteine eines XML- Dokuments sind die XML-Elemente. Ein (XML-) Element wird mit Hilfe von Tags (Anfangs- und Endtag) markiert. Ein Element kann selbst wieder Elemente enthalten (Container) oder nur noch Zeichen (eigentliche Daten) oder beides. Das erste Element eines XML- Dokuments ist das Wurzelelement, das alle anderen Elemente in sich einschließt. Ein XML-Dokument vermischt Inhalte mit Informationen über diese Inhalte (Meta-Information). Wurzelelement Element mit Zeicheninhalt Element als Container

47 47 Tags Mit Hilfe von Tags werden die verschiedenen Elemente begrenzt. Verschiedene Tags markieren dabei unterschiedliche Elementtypen. Tags werden (wie bei HTML) mit spitzen Klammern gebildet. Die Tag- Namen sind (fast) frei wählbar. Anfangs- und Endtag müssen immer exakt zueinander passen. Dabei wird auf Groß- und Kleinschreibung geachtet. Tags müssen korrekte geschachtelt werden. Bei einem leeren Element wird i. d. Regel eine verkürzte Tag- Schreibweise benutzt. Anfangstag Endtag leeres Element

48 48 Attribute Elemente können mit Hilfe von Attributen näher beschrieben werden. Attribute können dabei zusätzliche Informationen über den Inhalt eines Elements liefern, ohne selbst Teil des Inhalts zu sein. Jedem Attribut muss ein bestimmter Wert zugewiesen werden, der in Anführungszeichen geschrieben wird. Attribut Attributwert

49 49 Kommentare Kommentare erleichtern das Verständnis und werden vom Browser mit angezeigt. Kommentar

50 50 Prolog Ein XML-Dokument beginnt in der Regel mit dem Prolog. Der Prolog sollte hier stehen, um das Dokument als XML-Dokument zu kennzeichnen. Im Prolog kann der Zeichensatz festgelegt werden, der zur Kodierung benutzt wird. Fehlt die Angabe des Zeichensatzes, so wird UTF-8 als Vorgabe benutzt. Wenn deutsche Umlaute korrekt dargestellt werden sollen, sollte man den Zeichensatz ISO verwenden.

51 51 Wohlgeformtheit Ein XML-Dokument, das alle syntaktischen Bedingungen erfüllt, heißt wohlgeformt. wohlgeformte XML-Dokumente beachte: Nur wohlgeformte XML- Dokumente werden vom Browser in Baumform angezeigt.

52 52 Aufgabe Versuchen Sie, nicht-wohlgeformte XML-Dokumente mit dem Browser anzuzeigen. Testen Sie verschiedene Fälle: - die Tag-Namen stimmen nicht exakt überein - die Klammerung ist nicht korrekt - der Attributwert fehlt / ist nicht in Anführungszeichen geschrieben...

53 53 Aufgabe In beiden XML-Dokumenten stimmt etwas nicht. Was? Worin unterscheiden sich die Fehler? b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1 b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1

54 54 Aufgabe Was geschieht, wenn man die Elementstruktur verändert. Lassen Sie gezielt Tags weg bzw. verändern Sie gezielt die Baumstruktur, ohne gegen die Syntaxregeln von XML zu verstoßen. Eingabe: x, y SOLANGE y > 0 h := x mod y weglassen Testen Sie auch, wie die Anwendung reagiert, wenn man zusätzliche Elemente einführt.

55 55 Aufgabe Eine Bank möchte Überweisungen mit Hilfe von XML strukturiert darstellen. Entwerfen Sie ein passendes XML-Dokument.

56 56 Aufgabe Entwickeln Sie ein XML-Dokument, mit dem man Informationen über eine Schulklasse / ein Lehrerkollegium erfassen kann.

57 57 Aufgabe Graphen treten in sehr vielen Anwendungen auf. Entwickeln Sie ein XML- Dokument, mit dem man die Information eines Graphen strukturiert darstellen kann. TR KO RB BI KL AZ MZ FT SP

58 58

59 59 Teil 4 Dokumenttypen und ihre Validierung

60 60 Ungültige Dokumentenstruktur Wenn man das Element zur Darstellung der Struktogramm- überschrift weglässt, so wird das Dokument weiterhin vom Browser angezeigt. Das Dokument wird aber nicht mehr vom Struktogrammeditor akzeptiert, da es nicht mehr den geforderten Dokumenttyp hat. Eingabe: x, y SOLANGE y > 0 h := x mod y... Ausgabe: x GGT Zielsetzung: Im Folgenden sollen Verfahren vorgestellt werden, mit denen der Dokumenttyp präzise beschrieben werden kann.

61 61 Dokumenttyp Wir betrachten XML-Dokumente zur (vereinfachten) Beschreibung eines Schach-Spielzustands. Ein Schach-Spielzustand wird durch die schwarzen und weißen Figuren festgelegt und die Angabe, ob schwarz oder weiß am Zug ist. Folgende schwarze Figuren können auf dem Brett stehen: mehrere Bauern, mehrere Springer,..., mehrere Damen und genau ein König. Folgende weiße Figuren können auf dem Brett stehen: mehrere Bauern, mehrere Springer,..., mehrere Damen und genau ein König. Beschreibung des Kontextes b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1

62 62 Dokumenttyp informelle Beschreibung des Dokumenttyps b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1 Das Wurzelelement hat den Namen "Schach-Spielzustand". Ein Element vom Typ "Schach- Spielzustand" besteht aus einem Element vom Typ "schwarz" und einem Element vom Typ "weiss". Ein Element vom Typ "schwarz" (analog "weiss") besteht aus - beliebig vielen Elementen vom Typ "Bauer", - beliebig vielen Elementen vom Typ "Turm", -..., - genau einem Element v. Typ "König", - optional einem Element v. Typ "amZug". Ein Element vom Typ "Bauer" besteht aus Zeichen....

63 63 Dokumenttypdefinition Das Wurzelelement hat den Namen "Schach-Spielzustand". Ein Element vom Typ "Schach- Spielzustand" besteht aus einem Element vom Typ "schwarz" und einem Element vom Typ "weiss". Ein Element vom Typ "schwarz" (analog "weiss") besteht aus - beliebig vielen Elementen vom Typ "Bauer", - beliebig vielen Elementen vom Typ "Turm", -..., - genau einem Element v. Typ "König", - optional einem Element v. Typ "amZug". Ein Element vom Typ "Bauer" besteht aus Zeichen.... informelle Beschreibung des Dokumenttyps b7 e7... h5... f7 g1 formale Beschreibung des Dokumenttyps

64 64 Dokumenttypdefinition Eine Dokumenttypdefinition (DTD) legt eine Klasse von Dokumenten fest, die alle vom gleichen Typ sind. Eine Dokumenttypdefinition beschreibt die Struktur eines Dokuments mit Hilfe einer Grammatik. Eine DTD legt somit eine neue Sprache zur Informationsbeschreibung fest. b7 e7... h5... f7 g1

65 65 Einbindung einer DTD interne DTD Eine Dokumenttypdefinition kann direkt in das XML-Dokument nach dem XML-Prolog eingebunden werden (interne DTD). Eine Dokumenttypdefinition kann auch über eine Referenz auf eine Datei mit dem XML- Dokument verbunden werden (externe DTD). Mit dem Schlüsselwort PUBLIC wird auf eine veröffentlichte DTD verwiesen. Als Name der DTD wird der Name d. Wurzelelement benutzt. ... externe DTD

66 66 Deklaration von Elementen Elementtyp-Deklaration OperatorBedeutung ()Bildung von Elementgruppen,Trennzeichen innerhalb einer Sequenz von Elementen |Trennzeichen zwischen sich ausschließenden Alternativen *Element(gruppe) kann beliebig oft (auch gar nicht) vorkommen +Element(gruppe) muss mindestens einmal, kann mehrfach vorkommen ?Element(gruppe) kann einmal oder kein mal vorkommen

67 67 Inhaltsmodelle InhaltsmodellBeschreibung ElementinhaltDas Element enthält ausschließlich Unterelemente. #PCDATADas Element enthält nur Zeichendaten. gemischter InhaltDas Element kann Zeichendaten und Unterelemente enthalten EMPTYDas Element hat keinen Inhalt. Frau Christiane Meier e4 ANYDas Element kann beliebige Inhalte haben.

68 68 Deklaration von Attributlisten ...

69 69 Deklaration von Attributlisten Attributlisten-Deklaration CDATA: nur einfache Zeichenketten erlaubt, keine Tags... #REQUIRED: Attributwert muss in jeder Elementinstanz vorkommen #IMPLIED: Attributwert kann optional in einer Elementinstanz vorkommen...

70 70 Gültigkeit Ein XML-Dokument, das alle Bedingungen einer DTD erfüllt, heißt gültig bzw. valide bzgl dieser DTD. Ein gültiges XML-Dokument muss auch wohlgeformt sein. Gültigkeit bezieht sich immer auf eine spezielle Strukturbeschreibung (hier in Form einer DTD). Ein gültiges XML-Dokument ist somit ein Wort aus der mit der DTD neu festgelegten Sprache. b7 e7... h5... f7 g1

71 71 Validierung Die Gültigkeit eines XML-Dokuments kann mit einem sog. XML-Parser überprüft werden. Ein XML-Parser ist ein Programm, das überprüft, ob das XML-Dokument die von der angegebenen DTD geforderte Struktur hat bzw. ein Wort zu der durch die DTD festgelegten Sprache ist.

72 72 Validierung Viele XML-Editoren haben XML-Parser integriert. Open XML Editor

73 73 Aufgabe Entwickeln Sie eine DTD zur Beschreibung von Lehrerkollegien. Validieren Sie das gezeigte XML-Dokument. Testen Sie insbesondere interne und auch externe DTD. Meier Christiane mei Deutsch Erdkunde Schmitt Thomas sch Latein Musik Philosophie Müller Katharina mue Mathematik Informatik

74 74 Aufgabe Wir betrachten XML-Dokumente zur Beschreibung von Graphen. Entwickeln Sie jeweils passende DTD. TR KL... TR KL 116 KL TR

75 75 Aufgabe Entwickeln Sie eine DTD für Automatenbeschreibungen. Die von JFlap erzeugten XML-Beschreibungen sollen dabei als gültig erkannt werden.

76 76 Aufgabe Entwickeln Sie eine DTD für Struktogramme. Die von NSCEdit erzeugten XML-Beschreibungen sollen dabei als gültig erkannt werden.

77 77 Miniprojekt: MyXHTML Entwickeln Sie eine DTD für vereinfachte HTML-Dokumente. Dabei sollen HTML-Dokumente wie das folgende als gültig erkannt werden. Gehen Sie schrittweise vor. Beginnen Sie mit sehr einfachen Dokumenten wie in "MyXHML0.xml". IFB Weiterbildung am IFB Die Arbeit findet normalerweise in einem der Rechnerräume des IFB statt. Untergebracht wird man in dem schönen neuen S-Bau. Zurück

78 78

79 79 Teil 5 XML-Vokabulare

80 80 XML-Vokabulare ] > Regeln zur Festlegung der Lexik und Syntax von MyHTML XML ermöglicht es, mit Hilfe von DTD neue Sprachen formal festzulegen. Solche Sprachen werden auch XML-Vokabulare genannt. Die DTD ist die Grammatik des zugehörigen XML-Vokabulars, dargestellt in SGML unter Verwendung der erweiterten Backus-Naur-Form. "Die Erweiterte Backus-Naur-Form, kurz EBNF, ist eine Erweiterung der Backus- Naur-Form (BNF), die ursprünglich von Niklaus Wirth zur Darstellung der Syntax der Programmiersprache Pascal eingeführt wurde. Sie ist eine formale Metasyntax (Metasprache), die benutzt wird, um kontextfreie Grammatiken darzustellen." (wikipedia)

81 81 XHTML Weiterbildungskurse am IFB Weiterbildung am IFB Die Arbeit findet normalerweise in einem der Rechnerräume des IFB statt.... Zurück DTD zur Festlegung der Lexik und Syntax von XHTML Browser als Interpreter: Semantik von XHTML XHTML ist die XML-konforme Neufassung von HTML.

82 82 Aufgaben Aufgabe 1 Laden Sie sich die DTD von XHTML herunter und werfen Sie einen Blick in die sehr umfangreiche DTD. Alles klar? Sie finden die DTD unter der angegebenen URL. Aufgabe 2 Informieren Sie sich über den sog. DOCTYPE-switch. Sie können auch nach dem Stichwort "Quirks-Modus" suchen.

83 83 SVG SVG-Dokument Darstellung im Browser "Scalable Vector Graphics (SVG, deutsch Skalierbare Vektorgrafiken) ist ein Standard zur Beschreibung zweidimensionaler Vektorgrafiken in der XML- Syntax." (wikipedia)

84 84 Aufgaben Aufgabe 1 Testen Sie zunächst, ob ihr Browser SVG-Dateien anzeigt. Benutzen Sie eine der mitgelieferten svg-Dateien. Aufgabe 2 Unter der URL "http://de.wikipedia.org/wiki/Scalable_Vector_Graphics" finden Sie einige Hinweise zur Erstellung von SVG-Dokumenten. Testen Sie einige der dort angegebenen Elemente und erstellen Sie eine Grafik nach eigenen Vorstellungen.

85 85 MathML c = a 2 + b 2 "Die Mathematical Markup Language (MathML) ist im Computer-Datenverkehr ein Dokumentenformat zur Darstellung mathematischer Formeln und komplexer Ausdrücke. Der Standard MathML 2.0 wird durch eine Spezifikation des World Wide Web Consortium von 2001 festgelegt. Wie in allen XML- Sprachen (z. B. XHTML) werden in MathML die Inhalte eines Dokumentes in einer logischen Struktur unabhängig von ihrer graphischen Gestaltung abgelegt." (wikipedia)

86 86 Aufgaben Aufgabe 1 Testen Sie zunächst, ob ihr Browser MATHML-Dateien anzeigt. Wenn Sie Firefox benutzen, müssen Sie evtl. weitere Zeichensätze installieren. Aufgabe 2 Versuchen Sie, einfache Formeln mit MATHML zu erstellen. Aufgabe 3 Das Dokument in "test3.xml" zeigt, wie man MATHML in XHTML einbettet. Wie wird es gemacht?

87 87 WML "Wireless Markup Language (WML) ist eine XML-basierte Seitenbeschreibungssprache, die eine stark reduzierte Fassung von XHTML darstellt. Sie ist Teil des Wireless Application Protocol (WAP) und zur Darstellung veränderlicher Inhalte auf Mobiltelefonen entwickelt worden." (wikipedia) Hausaufgaben in Mathematik Deutsch Englisch

88 88 Aufgaben Aufgabe 1 Installieren Sie den Handy-Emulator. Konfigurieren Sie ihn so, dass WML- Dokumente von einem lokalen Server abgerufen werden können. Informieren Sie sich in der mitgelieferten WML-Kurzeinführung, wie WML- Dokumente aufgebaut werden. Erstellen Sie auch eine einfache WML-Datei.

89 89 Aufgaben Aufgabe 2 Sie können Firefox dazu bringen, WML-Dateien anzuzeigen. Hierzu müssen Sie nur ein zusätzliches Add-on installieren. Sie finden es hier: "https://addons.mozilla.org/en-US/firefox/addon/62" Zusätzlich müssen Sie folgende Einstellung vornehmen: "Lokale Dateien mit Endung ".wml" als WML laden"

90 90 Aufgaben Auf der Seite finden Sie eine Übersicht über standardisierte XML-Vokabulare. Werfen Sie einen Blick auf diese Seite, um zu erahnen, wo weitere Anwendungsgebiete von XML liegen.

91 91 Teil 6 Exkurs: Namensräume, Formatierung, Strukturbeschreibung

92 92 Probleme Wie kann man mehrere XML-Dokumente zusammenführen, ohne Namenskonflikte zu erhalten? Wie kann man XML-Dokumente formatieren? Wie kann man die Struktur von XML-Dokumenten noch adäquater beschreiben?...

93 93 Exkurs: Namensräume Beispiel 1: Test Überschrift Absatz Test Überschrift Absatz Namensraum: Ansammlung von Namen für Elemente und Attribute

94 94 Exkurs: Namensräume Beispiel 2: Überschrift Absatz Test Überschrift Absatz Namensraumdeklaration URI als weltweit eindeutiger BezeichnerPräfix als Kurzorm

95 95 Exkurs: Namensräume Satz des Pythagoras In einem rechtwinkligen Dreieck mit den Katheten a und b sowie der Hypothenuse c gilt: a 2... Die folgende Zeichnung verdeutlicht diesen Zusammenhang. mehrere Namensräume Beispiel 3:

96 96 Exkurs: Namensräume "In Dokumenten, die unterschiedliches Markup-Vokabular enthalten, können Probleme mit der Erkennung und Kollisionen auftreten. Software- Module müssen die Tags und Attribute erkennen, für deren Verarbeitung sie geschaffen wurden, auch im Fall einer Kollision, wenn Markup, das für eine andere Software geschrieben wurde, die gleichen Elementtypen und Attributnamen verwendet. Diese Überlegungen erfordern, dass Dokumentkonstrukte, deren Geltungsbereich über den des beinhaltenden Dokuments hinausgeht, einzigartige Namen haben sollten. Diese Spezifikation beschreibt einen Mechanismus, XML-Namensräume, der diese Anforderungen erfüllt. Ein XML-Namensraum ist eine Zusammenstellung von Namen, identifiziert durch einen URI-Verweis, die in XML-Dokumenten als Elementtypen und Attributnamen verwendet werden." aus: Namensräume in XML.

97 97 Exkurs: Formatierung Beispiel 1: XML XML steht für Extensible Markup Language und wird benutzt, um Daten strukturiert darzustellen. keine Formatierungsangabe

98 98 Exkurs: Formatierung Beispiel 2: XML XML steht für Extensible Markup Language und wird benutzt, um Daten strukturiert darzustellen. Formatierung mit CSS ueberschrift{ color: blue; font-weight: bold; } definition{ color: green; } style.css

99 99 Exkurs: Formatierung Beispiel 3: XML XML steht für Extensible Markup Language und wird benutzt, um Daten strukturiert darzustellen. XML Formatierung mit XSLT style.xsl

100 100 Exkurs: Formatierung XML XSLT steht für Extensible Stylesheet Language Transformations. XSLT ist eine Sprache zur Transformation von XML-Dokumenten in andere XML- Dokumente, z. B. XHTML-Dokumente. Für weitere Informationen und Beispiele siehe z. B.:

101 101 Exkurs: XML-Schema b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1 Schach-Spielzustand - Version 1: Strukturbeschreibung mit einer DTD

102 102 b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f5 f1 f7 g1 Exkurs: XML-Schema Nachteile von DTD: zu unflexibel Strukturbeschreibung mit einer DTD nur bestimmte Feldbezeichner erlaubt mögliche Anzahl der Bauern: 0..8

103 103 Exkurs: XML-Schema b7 e7 d6 b5 f4 c6 e5 c4 d7 h5 f2 g2 f1 f5 f7 g1 Schach-Spielzustand - Version 2: Strukturbeschreibung mit einem XML-Schema xsi: XML-schema-instance

104 104 Exkurs: XML-Schema Spielbrett während eines Schachspiels Schach-Spielzustand - Version 2: Schema-Definition mit e. XML-basierten Sprache

105 105 Exkurs: XML-Schema Validierung: z. B. mit

106 106 Exkurs: XML-Schema "XML Schema ist eine Empfehlung des W3C zum Definieren von XML- Dokumentstrukturen. Anders als bei den klassischen XML-DTDs wird die Struktur in Form eines XML-Dokuments beschrieben. Darüber hinaus wird eine große Anzahl von Datentypen unterstützt. XML Schema ist eine komplexe Schemasprache zur Beschreibung eines XML-Typsystems. Dieses XML-Typsystem umfasst die Spezifikation neuer XML-Elemente, deren Attribute, sowie deren Kindelemente. Im Gegensatz zu DTDs kann bei Verwendung von XML Schema zwischen dem Namen des XML-Typs und dem in der Instanz verwendeten XML-Tagnamen unterschieden werden. Vermutlich werden DTDs irgendwann vollständig von XML-Schemata abgelöst. Allerdings sind XML-Schemata durch ihre erweiterten Möglichkeiten wesentlich komplexer und nicht so einfach ohne Hilfsmittel auszuwerten.... Ein konkretes XML-Schema wird auch als eine XSD (XML- Schema-Definition) bezeichnet und hat üblicherweise die Dateiendung ".xsd"." siehe:

107 107 Teil 7 Verarbeitung von XML-Dokumenten

108 108 Verarbeitung von XML-Dokumenten Die Verarbeitung von XML-Daten erfolgt in zwei Stufen, mit einem so genannten Parser und einer Anwendung. Die Aufgabe des Parsers ist es, das vorhandene Dokument auf Wohlgeformtheit und Gültigkeit zu überprüfen und die Daten geeignet aufzubereiten (d. h. in einer bestimmten Weise intern darzustellen). Eine Anwendung kann dann über eine geeignete Schnittstelle auf diese interne Darstellung zugreifen und das Dokument in einer bestimmten Weise verarbeiten (z. B.: erzeugt ein Browser eine grafische Seitendarstellung). Die Verarbeitung legt demnach erst die Bedeutung (Semantik) des Dokuments fest.

109 109 Beispiel: Browser Test Weiterbildung am IFB... Grafische Aufbereitung (Festlegung der Semantik) Syntax- Analyse OK! Parser Anwendung

110 110 Beispiel: Automatensimulator fa c... Simulation Syntax- Analyse OK! Parser Anwendung Eingabewort: Ergebnis: ok!

111 111 Realisierung: Verweissucher Die Verarbeitung von XML- Dokumenten soll hier zunächst mit einer einfachen Anwendung verdeutlicht werden. Ein Verweissucher soll in einer XHTML-Seite sämtliche Verweise suchen und in Form einer Liste als Ergebnis zurückgeben. Verweissucher BurgGymnasium | Home... BurgGymnasium Kaiserslautern...

112 112 Realisierung: Verweissucher Verweissucher BurgGymnasium | Home... BurgGymnasium Kaiserslautern... # verweissucher1.py from xml.dom.minidom import * dokument = parse("BurgGymnasiumHome.htm") def verweissuche(): verweisknoten = dokument.getElementsByTagName("a") verweisliste = [] for knoten in verweisknoten: verweisliste = verweisliste + [knoten.getAttribute("href")] return verweisliste # Test for verweis in verweissuche(): print verweis Der folgende Quelltext zeigt eine Implementierung in Python.

113 113 Realisierung: Automatensimulator Um einen Einblick in die Verarbeitung von XML-Dokumenten zu gewinnen, soll hier ein eigener Automatensimulator entwickelt werden, der XML- Automatenbeschreibungen verarbeiten kann. Simulator Ok! fa c...

114 114 Vorgehensweise Schritt 1: Strukturbaum erzeugen Schritt 2: Auf die Knoten des Strukturbaums zugreifen fa state x #text: 60.0 type #text: fa #comment: #document Id: 0 y #text: 59.0 initial #comment: structure

115 115 fa Erzeugung des Strukturbaums state x #text: 60.0 type #text: fa #comment: #document Id: 0 y #text: 59.0 initial #comment: structure Zunächst wird der XML-Quelltext mit Hilfe eines Parsers verarbeitet. Dabei wird ein sog. DOM-Objekt erzeugt, das den gesamten Strukturbaum verwaltet. >>> from xml.dom.minidom import * >>> dokument = parse(".../ DA1.jff") >>> dokument Python DOM: Document Object Model (W3C-Standard)

116 116 Zugriff auf den Wurzelknoten Dokument- knoten >>> from xml.dom.minidom import * >>> dokument = parse(".../ DA1.jff") >>> dokument >>> wurzel = dokument.documentElement >>> wurzel Wurzelknoten state x #text: 60.0 type #text: fa #comment: #document Id: 0 y #text: 59.0 initial #comment: structure Wurzel- knoten

117 117 Aufgabe >>> from xml.dom.minidom import * >>> dokument = parse(".../ DA1.jff") >>> dokument >>> wurzel = dokument.documentElement >>> wurzel >>> wurzel.nodeName u'structure' Testen Sie die Erzeugung des DOM-Objekts. Achten Sie darauf, den Pfad zur XML-Datei richtig einzugeben.

118 118 Attribut- knoten Navigation im Strukturbaum state x #text: 60.0 type #text: fa #comment: #document y #text: 59.0 initial #comment: structure state PreviousSibling LastChild ParentNode NextSibling Operationen: Grafik aus: Introducing the Document Object Model using OpenXML (Part 1) by Craig Murphy Text- knoten Dokument- knoten Element- knoten Id: 0 Id: 1 FirstChild

119 119 Navigation im DOM-Baum Achtung: Zeilenumbrüche und Leerzeichen zwischen Tags werden mit zusätzlichen Text-Knoten erfasst. >>> wurzel.firstChild >>> wurzel.firstChild.nextSibling >>> wurzel.firstChild.nextSibling.nextSibling >>> wurzel.firstChild.nextSibling.nextSibling.nextSibling

120 120 Aufgabe >>> wurzel.firstChild >>> wurzel.firstChild.nextSibling >>> wurzel.firstChild.nextSibling.nextSibling >>> wurzel.firstChild.nextSibling.nextSibling.nextSibling Navigieren Sie sich durch den Baum bis zum ersten "state"-Knoten.

121 121 >>> wurzel.childNodes [,, ] >>> wurzel.childNodes[2] >>> wurzel.childNodes[3] >>> wurzel.childNodes[5] >>> wurzel.childNodes[5].firstChild >>> Navigation im DOM-Baum

122 122 >>> wurzel.childNodes [,, ] >>> wurzel.childNodes[2] >>> wurzel.childNodes[3] >>> wurzel.childNodes[5] >>> wurzel.childNodes[5].firstChild >>> Aufgabe Navigieren Sie sich durch den Baum bis zum "initial"-Knoten.

123 123 >>> wurzel.childNodes[5] >>> wurzel.childNodes[5].childNodes[1] >>> wurzel.childNodes[5].childNodes[1].firstChild >>> wurzel.childNodes[5].childNodes[1].firstChild.nodeValue u'60.0' >>> wurzel.childNodes[5].nodeName u'state' >>> wurzel.childNodes[5].nodeValue >>> Zugriff auf die Knotendaten Operationen: nodeName: Name des Knotens nodeValue: Wert des Knotens

124 124 >>> wurzel.childNodes[5] >>> wurzel.childNodes[5].childNodes[1] >>> wurzel.childNodes[5].childNodes[1].firstChild >>> wurzel.childNodes[5].childNodes[1].firstChild.nodeValue u'60.0' >>> wurzel.childNodes[5].nodeName u'state' >>> wurzel.childNodes[5].nodeValue >>> Aufgabe Wie erhält man den neuen Zustand, wenn im Zustand "2" die Eingabe "c" erfolgt. Bestimmen Sie diesen neuen Zustand mit geeigneten Navigations- und Zugriffsoperationen.

125 125 >>> wurzel.childNodes[5] >>> wurzel.childNodes[5].attributes >>> wurzel.childNodes[5].attributes.item(0) >>> wurzel.childNodes[5].attributes.item(0).nodeValue u'0' >>> wurzel.childNodes[5].attributes.item(0).nodeName u'id' Zugriff auf die Attributwerte Operationen: attributes: Attributobjekte item(...): Zugriff auf den...-ten Knoten

126 126 >>> wurzel.childNodes[5] >>> wurzel.childNodes[5].attributes >>> wurzel.childNodes[5].attributes.item(0) >>> wurzel.childNodes[5].attributes.item(0).nodeValue u'0' >>> wurzel.childNodes[5].attributes.item(0).nodeName u'id' Aufgabe Wie erhält man den Attributwert des zweiten Zustands?

127 127 from xml.dom.minidom import * dokument = parse("...") def anfangszustand(): wurzel = dokument.documentElement for knoten1 in wurzel.childNodes: if knoten1.nodeName == "state": for knoten2 in knoten1.childNodes: if knoten2.nodeName == "initial": return knoten1.attributes.item(0).nodeValue print anfangszustand() Bestimmung des Anfangszustands Pfad / Dateiname ergänzen!

128 128 def naechsterZustand(zustand, eingabe):... # liefert den Folgezustand, wenn bei dem gegebenem Zustand die # Eingabe verarbeitet wird. def endzustand(zustand):... # liefert den Wert True / False, wenn der eingegebene Zustand # ein / kein Endzustand ist Aufgabe Ergänzen Sie die Funktionsdefinitionen.

129 129 def naechsterZustand(zustand, eingabe): wurzel = dokument.documentElement for knoten1 in wurzel.childNodes: if knoten1.nodeName == "transition": for knoten2 in knoten1.childNodes: if knoten2.nodeName == "from": hfrom = knoten2.firstChild.nodeValue if knoten2.nodeName == "to": hto = knoten2.firstChild.nodeValue if knoten2.nodeName == "read": hread = knoten2.firstChild.nodeValue if (hfrom == zustand) and (hread == eingabe): return hto return "?" Lösungsvorschläge def endzustand(zustand): wurzel = dokument.documentElement for knoten1 in wurzel.childNodes: if knoten1.nodeName == "state": if knoten1.attributes.item(0).nodeValue == zustand: for knoten2 in knoten1.childNodes: if knoten2.nodeName == "final": return True return False

130 130 # automatensimulator2.py from xml.dom.minidom import * dokument = parse("D:/Python/XML/ DA1.jff") def anfangszustand():... def naechsterZustand(zustand, eingabe):... def endzustand(zustand):... def verarbeiten(zeichenkette): zustand = anfangszustand() for zeichen in zeichenkette: zustand = naechsterZustand(zustand, zeichen) if endzustand(zustand): return True else: return False # Test print print Simulator

131 131 DOM-Schnittstelle "Das Document Object Model (DOM) ist eine Programmierschnittstelle (API) für den Zugriff auf HTML- oder XML-Dokumente. Sie wird vom World Wide Web Consortium definiert. Im Sinne der objektorientierten Programmierung besteht das DOM aus einem Satz von Klassen zusammen mit deren Methoden und Attributen. Es erlaubt Computerprogrammen, dynamisch den Inhalt, die Struktur und das Layout eines Dokuments zu verändern." Siehe: ument_Object_Model DOM-Knotenbaum state x #text: 60.0 type #text: fa #comment: #document y #text: 59.0 initial #comment: structure state PreviousSibling LastChild ParentNode NextSibling Id: 0 Id: 1 FirstChild

132 132 DOM-Schnittstelle Attribute der Klasse "Node": childNodes Returns a NodeList of child nodes for a node firstChild Returns the first child of a node lastChild Returns the last child of a node nextSibling Returns the node immediately following a node nodeName Returns the name of a node, depending on its type nodeType Returns the type of a node nodeValue Sets or returns the value of a node, depending on its type parentNode Returns the parent node of a node previousSibling Returns the node immediately before a node... (siehe: state x #text: 60.0 type #text: fa #comment: #document y #text: 59.0 initial #comment: structure state PreviousSibling LastChild ParentNode NextSibling Id: 0 Id: 1 FirstChild

133 133 Delphi-Implementierung Open XML is a collection of XML and Unicode tools and components for the Delphi/Kylix programming language. All packages are freely available including source code. Siehe:

134 134 Delphi-Anwendung Eine Delphi-basierte Implementierung eines Automatensimulators unter Verwendung von OpenXML finden Sie in den Materialien zum Weiterbildungslehrgang X: Weitere Hinweise zur Benutzung von OpenXML finden Sie hier: Mit anderen gängigen Programmiersprachen kann man natürlich auch auf den DOM-Baum zugreifen. Wie das mit JavaScript geht wird hier gezeigt:

135 135 Teil 8 XML im Informatikunterricht

136 136 Muss man das alles wissen? POP SQL OOA RSA FTP GPL PBM RFC QbE CRC XML PostOfficeProtocol StructuredQueryLanguage ObjektOrientierteAnalyse RivestShamirAdleman FileTranferProtocol GeneralPublicLicense PortableBitMap RequestForComment QueryByExample CyclicRedundancyCheck eXtensibleMarkupLanguage L/S

137 137 Lehrplan für das Grundfach Informatik fundamentale Idee XML unterrichtliche Umsetzung

138 138 Fundamentale Ideen fachliche Bedeutung Darstellung mit formalen Sprachen Vermittelbarkeit Eine fundamentale Idee bzgl. einer Gegenstandsbereichs ist ein Denk-, Handlungs-, Beschreibungs- oder Erklärungsschema, das in verschiedenen Gebieten des Bereichs vielfältig anwendbar oder erkennbar ist. (Horizontalkriterium) auf jedem intellektuellen Niveau aufgezeigt und vermittelt werden kann. (Vertikalkriterium) in der Entwicklung des Bereichs deutlich wahrnehmbar ist und längerfristig relevant bleibt. (Zeitkriterium) einen Bezug zu Sprache und Denken des Alltags und der Lebenswelt besitzt. (Sinnkriterium) Vermittelbarkeit fachliche Bedeutung Vgl.: Schubert / Schwill: Didaktik der Informatik, S. 86 ff Nach: J. S. Bruner: The Process of Education

139 139 Fachgegenstand Lerngegenstand Formale Sprachen Klasse 1: Anwendung auch außerhalb der Informatik (Bsp.: Problemlösestrategie) Klasse 2: Charakteristisch für alle Informatiksysteme (Bsp.: Komplexität) Klasse 3: Relevant für eine Klasse von Informatiksystemen (Bsp.: Datenstruktur) Klasse 4: Relevant für ein spezielles System (Bsp.: Syntax einer Programmiersprache) Je weiter oben / unten ein Fachgegenstand in der Klassifikation eingeordnet werden kann, desto eher / weniger eignet er sich als Lerngegenstand. Nach P. Hubwieser: Didaktik der Informatik, S. 83 ff Validierer XML ODF Inhaltliche Ausrichtung des Unterrichts an fundamentalen Fachkonzepten der Informatik

140 140 Problemorientierter Unterricht Gestaltung problemorientierter Lernumgebungen Situiert und anhand authentischer Probleme lernen: Lernen an aktuelle Probleme, authentische Fälle oder persönliche Erfahrungen anknüpfen. In multiplen Kontexten lernen: Gelerntes in unterschiedlichen Anwendungssituationen erproben. Unter multiplen Perspektiven lernen: Gelerntes unter verschiedenen Sichtweisen betrachten. In einem sozialen Kontext lernen: Probleme gemeinsam mit einem Partner oder in einer Gruppe bearbeiten.... Siehe: Hense, Mandl, Gräsel: Problemorientiertes Lernen. In. CuU 44/2001, S. 6ff. Orientierung an konkreten Problemstellungen bei der Gestaltung des Unterrichts.

141 141 Kompetenzorientierter Unterricht Kompetenz: erlernbare, kognitive Fähigkeit, bestimmte Probleme zu lösen bzw. die Bereitschaft, diese Fähigkeit in variablen Situationen verantwortungsvoll und erfolgreich zu nutzen Ein Schüler besitzt also dann Kompetenz, wenn er seine Fähigkeiten nutzen kann, auf vorhandenes Wissen zurückgreifen und sich auch neues Wissen beschaffen kann, zentrale Zusammenhänge des jeweiligen Faches versteht, angemessene Handlungsentscheidungen treffen kann, bei der Durchführung der Handlung auf verfügbare Fähigkeiten zurückgreift, diese Gelegenheiten zum Sammeln von Erfahrungen nutzt und aufgrund handlungsbegleitender Kognitionen genügend Motivation zu angemessenem Handeln hat. Siehe: Hense, Mandl, Gräsel: Problemorientiertes Lernen. In. CuU 44/2001, S. 6ff. Kompetenzentwicklung erfordert handlungsorientierte Auseinandersetzung mit Fachkonzepten in geeigneten (speziellen) Kontexten Information zur Weiterverarbeitung in Informatiksystemen aufbereiten... (Grundfach-LP)

142 142 Thesen XML ist heute schon Standard bei der strukturierten Darstellung von Information und sollte daher im IU thematisiert werden. XML ist die Basis von XHTML (DOCTYPE...). Eine kurze Behandlung trägt zum vertieften Verständnis von XHTML bei. XML ist ein guter Ausgangspunkt zur Behandlung des Themas "formale Sprachen" (Grammatik, Parser,...). XML kann (im LK) als Ausgangspunkt zur Behandlung des Themas "Bäume" genutzt werden. Mit XML können fundamentale Ideen der Informatik mit sehr aktuellen Unterrichtsbeispielen (WML,...) behandelt werden ("IU am Puls der Zeit").

143 143 Literaturhinweise Folgende Materialien wurden hier benutzt: J.-C. Hanke: XML leicht & verständlich. KnowWare. H. Vonhoegen: Einstieg in XML. Galileo Computing G. Born: XML. Markt+Technik M. Näf: Einführung in XML. M. Jeckle: Vorlesung XML. XML in 10 Punkten: SELFHTML: Weitere benutzte Materialien sind auf den jeweiligen Folien zitiert.


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