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在網頁中顯示數學公式

本網站是一個理科網站，往往會涉及數學公式的輸入和顯示，而這在Web上一直是一個難題。所以參考了好幾篇網上的文章，現將自己的學習成果整理一下。主要參考網址：章楊的blog的Web數學公式的輸入和顯示。

一．計算機表現數學公式的幾種方法

1．面向桌面的TeX系統

TeX是Knuth教授開發的一種優秀的桌面電子排版系統。它提供了一套功能強大并且十分靈活的排版語言，有多達900多條指令，并且具有宏功能，用戶可以不斷地定義自己適用的新命令來擴展TeX系統的功能。

TeX系統有許多優點，如開源、易移植、排版質量高、輸出結果與設備無關等。同時，它也是公認的最好的數學公式排版系統，它在數學和工程領域得到了廣泛的使用，相關領域的學術論文基本都由TeX系統或其兼容系統（如LaTeX系統）排版生成。

在TeX系統中，各種數學符號和公式由不同的數學記號來表示，如\sin表示sin、\sqrt表示根號等。數學記號和數字的組合一般放在

和\]里面。下表中列出了幾個數學公式及其TeX指令：

數學公式	TeX指令
	\frac{3+x}{5}\]
f（x）＝x2－1	f(x)=x^2-1\]
	\sqrt[3]{x^4-3x+1}\]

一般來說，TeX指令和它所表示的數學公式本身非常接近，或者是該數學符號的英文縮寫。因此TeX指令比較直觀、易學，也很方便輸入，中小學數學涉及的數學符號更是如此。

但在中小學，公式的輸入幾乎不會用Tex，用的都是Word自帶的公式編輯器，我這些年通常使用域代碼，因為高中物理通常在輸入分數、根號時才會涉及公式的輸入，而這種簡單的情況用公式編輯器有點大材小用，也比較難輸，我通常只有在比較復雜的情況下（比如或矩陣）才使用公式編輯器。

2．面向互聯網的數學標記語言MathML

TeX系統雖然能完美地顯示數學公式，但是無法在互聯網上使用。目前我采用的方法是將Word中的公式進行截圖，在網頁中用圖像的方式顯示公式，用這種方法比較費時，而且修改也不方便。而HTML超文本標記語言由于自身的缺陷，也很難顯示數學公式。

針對這些問題，國際互聯網協會（World Wide Web Consortium，W3C）于1997年成立了W3C數學工作組，制定一種基于XML語言標準的數學標記語言（Mathematical Markup Language，MathML）。該組織于1998年發布了MathML 1.0版本，當前最新版本是3.0，發布于2010年10月21日。 MathML語言主要從表現（Presentation）和內容（Content）兩個維度來定義各種數學符號和公式。表現標記是從數學表達式的顯示形式來描述數學公式，如<msup>標記表示上標符號，<msub>表示下標符號等；而內容標記是從數學表達式本身的內在含義進行描述數學公式，如<plus>標記表示相加。二者可以從各自的角度表示同一個數學公式，以

 為例，表現標記和內容標記分別如下：

表現標記	內容標記
1 2 3 4 5 6 <math>     <mroot>         <mi>a</mi>         <mi>n</mi>     </mroot> </math>	1 2 3 <apply> <root/><degree><ci type="integer">n</ci> </degree><ci>a</ci></apply> 注意：在Firefox上顯示不正常，原因未知

MathML數學標記語言是一個國際標準，Mozilla/Firefox/Netscape（7.1+）瀏覽器已默認支持MathML語言，但Internet Explorer暫不支持MathML標準，需要安裝MathPlayer插件來解析含有MathML標記的網頁。

3．ASCIIMathML轉換方法

簡單地說，TeX指令和MathML標記語言是兩種互補性很強的語言。采用TeX指令描述的數學公式簡單、直觀，但瀏覽器不能直接識別和顯示；MathML數學標記語言雖然是為互聯網而設計的，但它的標記語言又相對復雜，不便于輸入。因此，有研究者結合兩者的優點，開發了TeX指令與MathML自動轉換的Java 程序，ASCIIMathML就是其中的佼佼者。

ASCIIMathML轉換程序由美國加州查普曼（Chapman）大學Peter Jipsen開發，其設計思想是在網頁上插入一段JS代碼，將網頁中的TeX指令（TeX/LaTeX-style）自動轉換成MathML表現標記語言，再返回給支持MathML標準的網絡瀏覽器識別和顯示。

由于微軟Internet Explorer瀏覽器不支持MathML標準，若要正確地顯示數學公式，IE客戶端還需要安裝MathPlayer插件，這增加了用戶的不便。因此，皮爾斯學院David Lippman在ASCIIMathML轉換方法基礎上，開發了ASCIIMath Image Fallback轉換程序，該轉換程序自動判斷客戶端瀏覽器是否支持MathML，若支持，則返回MathML表現標記；若不支持，則返回該公式的GIF圖像（遠程調用互聯網上的cgi程序生成圖像）。另外，作者也提供了ASCIIMathTeXImg轉換，直接由TeX指令生成GIF圖像，而無論用戶使用的瀏覽器是否支持MathML。

在ASCIIMathML網站的最新消息是推薦一個新的轉換程序MathJax，它是一個開源的JavaScript顯示引擎，能夠在所有當代瀏覽器上顯示漂亮的數學公式，同時支持Tex和MathML表示。

4．其他方法

上面的方法需要用戶在本地保留js文件，而有些網站將處理程序放置在服務器上，你只需在頁面上傳遞公式的Tex表達，就會返回公式的圖像，其實就是上述ASCIIMathTeXImg的服務器版本。我知道的是網站http://www.codecogs.com的服務，例如你想在網頁上顯示a²＋b² 的平方根，你只需在網頁所在位置輸入以下html代碼：

想使用起來更簡單，可用點js代碼，具體過程可參考在博客里輕松使用LaTeX數學公式，不再贅述。

二、在Web系統中顯示和輸入數學公式

從上面的內容可以知道，ASCIIMathML不是個好選擇，在Firefox顯示正常的公式在IE中只能顯示源ASCII字符，使用http://www.codecogs.com無需在客戶機下載js文件應該最快，但有點受制于人，萬一這個網站服務不正常，那么我的網站上的所有公式圖片都會顯示不出來。

考慮到國內IE用戶占絕大多數，因此決定采用ASCIIMath Image Fallback轉換程序的方法，但采用的是更漂亮的MathJax。你只需在網頁和之間添加js的地址即可：

由上面代碼可知我們是通過CDN（distributed network service）安裝這個js的，這也是推薦的方法，CDN可以自動從你的主機附近最快、最近的服務器上下載js文件，而且會自動升級。當然你也可以將MathJax下載到本地服務器上。然后在網頁任意位置書寫TeX指令描述的數學公式，注意：如果要讓公式單獨占一行，需用

和\]將公式包起來，即以block顯示，若想用inline，則用\ (和\)將公式包起來，而公式的具體表達可參見中文維基：數學公式，寫得非常詳細。

但是手工書寫Tex公式還是非常難的，我使用的是大名鼎鼎的MathType，如下圖進行設置，就可以復制MathType的公式并粘貼為Tex格式。

如果不使用桌面程序，你也可以使用在線的Tex公式編輯器，比方說http://www.codecogs.com/latex/eqneditor.php。