XML 編碼原理與應用：Unicode、ISO 標準及 Schema

XML 是一種標記語言，用於描述資料的結構和內容。它允許開發者建立自己的標籤，並以結構化的方式組織和儲存資訊。本文將深入探討 XML 的編碼原理，包括 Unicode 與東南亞文字的整合、ISO 語言和國家編碼標準的應用，以及 XML、TEI 和 CDL 在自然語言處理中的應用。同時，我們也會介紹 XML Schema 的基礎結構，包括元素和複合型別的定義，以及如何使用 XML Schema 來驗證 XML 檔案的結構。最後，我們將探討 XML 檔案的組成部分，例如 XML 宣告、根元素、子元素、屬性和文字內容，並提供一個簡單的 XML 檔案範例和對應的 XML Schema 範例。

編碼原理

我們將使用越南語的組合字元來編碼文字資訊。越南語的組合字元是一種特殊的Unicode字元，用於表示語音的變化。例如，字元 “ă” 可以被編碼為單個Unicode字元 “ă” 或基礎字元 “a” 後面跟著組合字元 “̄”。

編碼規則

我們將使用以下編碼規則：

組合字元 “ă” 被編碼為單個Unicode字元 “ă”（活躍位，值 1）
基礎字元 “a” 後面跟著組合字元 “̄” 被編碼為分解序列（非活躍位，值 0）
大寫拉丁字母字元被編碼為 5 位二進位制數：

值 1-26 對應於字母 “A”-“Z”
值 0 對應於空格
值 27 和 28 對應於 “Message Start” 和 “Message End”
值 29、30 和 31 被忽略

通路和載體

在隱寫術術語中，越南語的Unicode編碼文字將作為我們的通路。載體將是我們使用組合字元的選擇，有效載荷將是一串大寫拉丁字母字元和空格，從 “Message Start” 開始，到 “Message End” 結束。

任務

開啟越南語版的《世界人權宣言》（UDHR）並將文字複製到一個檔案中，命名為 udhr-viet.txt。
寫一個Python程式來計算最大有效載荷字串的字元數（通路的容量）。
寫一個Python程式來重寫通路，將字串 “BAD WOLF” 隱藏其中。
寫一個Python程式來從通路中提取有效載荷。

練習

該隱寫術操作的密度是多少？即，需要多少通路字元來編碼一個有效載荷字元？
《白鯨》（Moby Dick）有多少頁？需要多少越南語資料來編碼整本章？越南語維基百科（作為一個檔案）是否足夠來編碼簡化版的《白鯨》？

Unicode與東南亞文字的實作

Unicode是一個全球通用的字元編碼標準，旨在統一各種語言和文字的表示方式。在東南亞地區，許多語言使用自己的文字系統，例如泰語、高棉語、緬甸語等。這些文字系統都源自古代的婆羅米文字，隨著時間的推移，各個地區發展出了自己的文字特點。

Unicode對泰語和高棉語的實作

泰語和高棉語是東南亞地區兩種重要的語言，兩者的文字系統都源自婆羅米文字。然而，在Unicode的實作中，泰語和高棉語的處理方式略有不同。泰語的Unicode編碼範圍是U+0E00–U+0E7F，而高棉語的編碼範圍是U+1780–U+17FF。

泰語的實作中，Unicode使用了一種稱為「組合字元」的方法來表示泰語的聲調和發音。這種方法可以精確地表示泰語的複雜發音和聲調變化。另一方面，高棉語的實作中，Unicode使用了一種稱為「基礎字元」的方法來表示高棉語的基本字元和聲調。

Unicode對簡體和繁體中文的處理

簡體中文和繁體中文是兩種不同的中文書寫系統。簡體中文是在20世紀中期由中國政府推行的，目的是簡化中文書寫和提高識字率。繁體中文則是傳統的中文書寫系統，仍然被使用在臺灣、香港和其他地區。

Unicode對簡體和繁體中文的處理方式是將兩者視為不同的字元集。簡體中文的Unicode編碼範圍是U+4E00–U+9FFF，而繁體中文的編碼範圍是U+3400–U+4DBF。這意味著簡體和繁體中文的字元在Unicode中是不同的，儘管兩者可能代表相同的意思。

Unicode和維基百科的中文處理

維基百科是一個全球性的百科全書專案，支援多種語言，包括中文。維基百科對簡體和繁體中文的處理方式是使用不同的維基百科版本。簡體中文維基百科和繁體中文維基百科是兩個獨立的版本，各自使用不同的字元集和書寫系統。

圖表翻譯：

  graph LR
    A[Unicode] --> B[泰語]
    A --> C[高棉語]
    A --> D[簡體中文]
    A --> E[繁體中文]
    B --> F[組合字元]
    C --> G[基礎字元]
    D --> H[簡體中文維基百科]
    E --> I[繁體中文維基百科]

內容解密：

上述程式碼使用Mermaid語法繪製了一個圖表，展示了Unicode對泰語、高棉語、簡體中文和繁體中文的實作方式。圖表中，Unicode是核心節點，分別連線到泰語、高棉語、簡體中文和繁體中文的節點。每個節點都有自己的特點，例如泰語使用組合字元，高棉語使用基礎字元，簡體中文和繁體中文分別有自己的維基百科版本。這個圖表可以幫助讀者更好地理解Unicode對不同語言和文字的實作方式。

國際標準化組織（ISO）對語言和國家的編碼標準

國際標準化組織（ISO）為了方便全球通訊和資料交換，制定了一系列的標準來代表國家和語言的名稱。其中，ISO 3166-1:2006規定了國家的編碼標準，使用兩個字母的程式碼來代表每個國家。例如，中華民國（臺灣）的程式碼是"TW"，而中華人民共和國的程式碼是"CN"。

語言的編碼標準則分為三部分：ISO 639-1:2002規定了語言的兩個字母程式碼，例如英語的程式碼是"en"，而中文的程式碼是"zh"；ISO 639-2:1998規定了語言的三個字母程式碼，例如英語的程式碼是"eng"，而中文的程式碼是"chi"；ISO 639-3:2007則提供了一個更為全面性的語言編碼標準，使用三個字母程式碼來代表每種語言，例如英語的程式碼是"eng"，而中文的程式碼是"cmn"。

此外，ISO 639-5:2008規定了語言家族和語言群體的編碼標準，使用三個字母程式碼來代表每個語言家族或語言群體。例如，印歐語系的程式碼是"ine"，而漢藏語系的程式碼是"sino"。

這些標準的制定和使用對於全球通訊和資料交換具有重要意義，尤其是在多語言和多文化的環境中。同時，研究人員和學者也在不斷地探索和發展新的語言和國家編碼標準，以滿足日益複雜的全球通訊需求。

技術實作

在實際應用中，語言和國家的編碼標準可以使用多種技術來實作。例如，使用Python語言可以輕鬆地實作語言和國家的編碼和解碼。以下是一個簡單的例子：

# 定義語言和國家的編碼標準
language_codes = {
    "en": "英語",
    "zh": "中文",
    # ...
}

country_codes = {
    "TW": "中華民國（臺灣）",
    "CN": "中華人民共和國",
    # ...
}

# 實作語言和國家的編碼和解碼
def encode_language(language):
    return language_codes.get(language, "未知語言")

def decode_language(code):
    for language, name in language_codes.items():
        if language == code:
            return name
    return "未知語言"

def encode_country(country):
    return country_codes.get(country, "未知國家")

def decode_country(code):
    for country, name in country_codes.items():
        if country == code:
            return name
    return "未知國家"

# 測試語言和國家的編碼和解碼
print(encode_language("en"))  # 輸出：英語
print(decode_language("en"))  # 輸出：英語
print(encode_country("TW"))  # 輸出：中華民國（臺灣）
print(decode_country("TW"))  # 輸出：中華民國（臺灣）

圖表翻譯：

  graph LR
    A[語言和國家的編碼標準] --> B[ISO 3166-1:2006]
    B --> C[國家的編碼標準]
    A --> D[ISO 639-1:2002]
    D --> E[語言的編碼標準]
    A --> F[ISO 639-2:1998]
    F --> G[語言的三個字母程式碼]
    A --> H[ISO 639-3:2007]
    H --> I[語言的全面性編碼標準]
    A --> J[ISO 639-5:2008]
    J --> K[語言家族和語言群體的編碼標準]

內容解密：

語言和國家的編碼標準是全球通訊和資料交換的基礎。透過使用這些標準，我們可以方便地進行語言和國家的編碼和解碼，從而實作全球通訊和資料交換的需求。同時，研究人員和學者也在不斷地探索和發展新的語言和國家編碼標準，以滿足日益複雜的全球通訊需求。

XML、TEI和CDL在自然語言處理中的應用

自然語言處理（NLP）是一個多學科領域，涉及電腦科學、語言學和認知科學等。其中，XML（可擴充套件標記語言）是一種重要的工具，用於表示和交換資料。在本章中，我們將探討XML、TEI（文字編碼倡議）和CDL（中國描述語言）在NLP中的應用。

XML簡介

XML是一種標記語言，用於描述資料的結構和內容。它的設計目的是簡單、通用和易於使用。XML檔案由元素、屬性和文字內容組成。元素是XML檔案的基本單位，用於描述資料的結構和內容。屬性是元素的附加資訊，用於描述元素的特性。文字內容是元素的內容，用於描述資料的值。

TEI簡介

TEI（文字編碼倡議）是一個開源的XML應用，用於編碼和交換文字資料。TEI的目的是提供一個標準化的方式，用於表示和交換文字資料，特別是用於人文學科的研究。TEI的核心是TEI標記語言，一種根據XML的標記語言，用於描述文字的結構和內容。

CDL簡介

CDL（中國描述語言）是一種用於描述中國文獻和文化資料的XML應用。CDL的目的是提供一個標準化的方式，用於表示和交換中國文獻和文化資料，特別是用於中國學研究。CDL的核心是CDL標記語言，一種根據XML的標記語言，用於描述中國文獻和文化資料的結構和內容。

XML、TEI和CDL在NLP中的應用

XML、TEI和CDL在NLP中的應用包括：

文字編碼和交換：XML、TEI和CDL可以用於編碼和交換文字資料，特別是用於人文學科的研究。
資料分析和處理：XML、TEI和CDL可以用於分析和處理文字資料，特別是用於NLP的任務，如文字分類、情感分析和機器翻譯。
知識圖譜構建：XML、TEI和CDL可以用於構建知識圖譜，特別是用於中國文獻和文化資料的研究。

內容解密：

在本章中，我們探討了XML、TEI和CDL在NLP中的應用。XML是一種標記語言，用於描述資料的結構和內容。TEI是一個開源的XML應用，用於編碼和交換文字資料。CDL是一種用於描述中國文獻和文化資料的XML應用。這些工具的應用包括文字編碼和交換、資料分析和處理、知識圖譜構建等。

圖表翻譯：

以下是XML、TEI和CDL的關係圖：

  graph LR
    A[XML] -->|根據|> B[TEI]
    A -->|根據|> C[CDL]
    B -->|用於|> D[文字編碼和交換]
    C -->|用於|> E[中國文獻和文化資料]
    D -->|用於|> F[資料分析和處理]
    E -->|用於|> G[知識圖譜構建]

這個圖表展示了XML、TEI和CDL的關係，以及它們在NLP中的應用。

XML與檔案結構的描述

XML（Extensible Markup Language）是一種用於描述檔案結構和內容的標記語言。它與傳統的文字編輯器不同，後者只顯示檔案的原始內容，而XML則提供了一種方式來描述檔案的結構和格式。

XML的基本概念

XML根據明確的「內容」和「標記」的分離。這意味著XML檔案中的內容和標記是分開的，標記用於描述內容的結構和格式。XML使用了一套嚴格的規則來定義標記的語法和語義，包括三個特殊字元：小於號（<）、大於號（>）和與號（&）。

XML名稱

XML名稱是一個字串，用於作為元素、屬性和實體的名稱。XML名稱的定義如下：

從一個字元開始，該字元可以是一個冒號、底線或任何書寫系統中的字母、音節或字。
隨後可以跟隨零個或多個字元，包括上述字元、連字號、句點、數字、中點或組合標點符號。

XML標記型別

XML有七種標記型別，包括：

元素標記：以小於號（<）開始，以大於號（>）結束。例如：、、
等。
實體：以與號（&）開始，以分號（;）結束。例如：<、>等。
XML宣告：一個必須在檔案開頭的標記，描述檔案的版本和編碼。例如：。
DOCTYPE宣告：以結束，包含檔案型別定義（DTD）。

平臺無關性：XML檔案可以在任何支援XML的平臺上被解析和處理。
語言無關性：XML檔案可以被任何語言的程式解析和處理。
自我描述性：XML檔案包含了自己的結構和內容描述，使得它們可以被方便地解析和處理。

XML的缺點

XML也有一些缺點：

複雜性：XML的語法和語義相對複雜，需要一定的學習和實踐才能掌握。
冗長性：XML檔案可能相對冗長，尤其是當描述複雜的結構和內容時。

XML 基礎與抽象語法樹結構

XML（Extensible Markup Language）是一種用於表示和交換資料的標記語言。它的設計目的是讓不同系統之間可以交換資料，並且能夠被各種不同的應用程式所理解。

XML 基礎

XML 檔案由以下幾個部分組成：

元素（Elements）：元素是 XML 檔案的基本構建單位。它由一個開始標籤（Opening Tag）和一個結束標籤（Closing Tag）組成，中間包含了元素的內容。元素可以巢狀在其他元素中，以表示資料之間的邏輯結構。
屬性（Attributes）：屬性是元素的額外資訊，它由名稱和值組成。屬性用於提供額外的資訊，例如元素的型別、語言等。
註解（Comments）：註解是用於提供額外資訊的文字，它不會被 XML 處理器解析。註解的開始和結束標籤分別是 。
處理指令（Processing Instructions）：處理指令是用於提供指令給 XML 處理器的標籤，它的開始和結束標籤分別是 <? 和 ?>。
CDATA 區段（CDATA Sections）：CDATA 區段是用於包含二進位制資料的區段，它的開始和結束標籤分別是 <![CDATA[ 和 ]]>

抽象語法樹結構

當 XML 處理器讀取 XML 檔案時，它會建立一個抽象語法樹（Abstract Syntax Tree, AST）結構。AST 是一個樹狀結構，表示 XML 檔案的邏輯結構。AST 的節點可以是以下幾種型別：

元素（Elements）：元素節點代表 XML 檔案中的元素，它包含了元素的名稱和內容。
屬性（Attributes）：屬性節點代表元素的屬性，它包含了屬性的名稱和值。
註解（Comments）：註解節點代表 XML 檔案中的註解，它包含了註解的文字。
處理指令（Processing Instructions）：處理指令節點代表 XML 檔案中的處理指令，它包含了指令的文字。
CDATA 區段（CDATA Sections）：CDATA 區段節點代表 XML 檔案中的 CDATA 區段，它包含了 CDATA 區段的資料。

AST 的結構可以用以下的範例來表示：

<list>
  <entry/>
  <entry>
    <list>
      <entry/>
    </list>
  </entry>
</list>

這個範例可以被表示為以下的 AST 結構：

元素節點：list
- 元素節點：entry
- 元素節點：entry
  - 元素節點：list
    - 元素節點：entry

這個 AST 結構表示了 XML 檔案的邏輯結構，並且可以被用於進一步的處理和分析。

XML 基礎知識

XML（Extensible Markup Language）是一種用於表示和交換資料的標記語言。它是一種自我描述的語言，意味著它可以描述自己的結構和內容。

XML 元素

XML 元素是 XML 檔案的基本單位。它由一個開始標籤、內容和一個結束標籤組成。開始標籤和結束標籤之間的內容可以是文字、其他元素或兩者的組合。

例如：

<winner rank="1">Laure Thileman</winner>

這個元素的名稱是 winner，它有一個屬性 rank，其值為 1，內容是文字 Laure Thileman。

XML 屬性

XML 屬性是用於描述元素的額外資訊。它由一個名稱和一個值組成，名稱和值之間用等號 (=) 分隔。

例如：

<winner rank="1">Laure Thileman</winner>

這個元素有一個屬性 rank，其值為 1。

XML 名稱空間

XML 名稱空間是用於避免元素名稱衝突的機制。它允許你為元素和屬性指定一個唯一的名稱空間。

例如：

<xhtml:table xmlns:xhtml="http://www.w3.org/1999/xhtml">
  <xhtml:tr>
    <xhtml:td>X</xhtml:td>
  </xhtml:tr>
</xhtml:table>

這個例子中，xhtml 是一個名稱空間的字首，它指向 http://www.w3.org/1999/xhtml 這個名稱空間。

XML 註解

XML 註解是用於新增額外資訊的機制。它由  分隔。

例如：

<!-- 這是一個註解 -->

XML 處理指令

XML 處理指令是用於指定如何處理 XML 檔案的機制。它由 <? 和 ?> 分隔。

例如：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

這個例子中，處理指令指定了 XML 檔案的版本和編碼。

XML 文位元組點

XML 文位元組點是用於表示文字內容的機制。它可以包含任意字元，包括 <、> 和 &。

例如：

<winner>Laure Thileman</winner>

這個例子中，Laure Thileman 是一個文位元組點。

XML 實體

XML 實體是用於表示特殊字元的機制。它由 & 和 ; 分隔。

例如：

&lt; --> <
&gt; --> >
&amp; --> &

這些實體可以用於表示 <、> 和 & 這些特殊字元。

XML Unicode 字元

XML Unicode 字元是用於表示 Unicode 字元的機制。它由 &#x 和 ; 分隔。

例如：

&#x1F60A; --> 😊

這個例子中，😊 代表了 Unicode 字元 U+1F60A，😊。

XML 檔案的抽象語法樹和結構

XML 檔案可以被視為一個抽象語法樹（Abstract Syntax Tree, AST），其中每個節點代表一個元素、屬性或文字內容。這個樹狀結構使得 XML 檔案可以被輕鬆地解析和處理。

XML 檔案的組成部分

一個 XML 檔案由以下幾個部分組成：

檔案節點（Document Node）：這是抽象語法樹的根節點，包含了整個 XML 檔案的內容。
元素節點（Element Node）：代表 XML 檔案中的元素，例如 <xhtml:h1> 或 <me:place>。
屬性節點（Attribute Node）：代表元素的屬性，例如 xml:lang 或 xml:id。
文位元組點（Text Node）：代表元素或屬性的文字內容，例如 "Some Beloved Places"。

XML 檔案的特殊屬性

XML 檔案中有一些特殊的屬性，例如：

xml:lang：指定元素的語言。
xml:id：指定元素的唯一識別符號。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
           xmlns:xhtml="http://www.w3.org/1999/xhtml"
           xmlns:me="http://example.com/me"
           targetNamespace="http://example.com/me"
           elementFormDefault="qualified">
  <xs:element name="statement">
    <xs:complexType>
      <xs:sequence>
        <xs:element ref="xhtml:h1"/>
        <xs:element ref="xhtml:ul"/>
      </xs:sequence>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
  <xs:element name="h1" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
    <xs:complexType mixed="true"/>
  </xs:element>
  <xs:element name="ul" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
    <xs:complexType>
      <xs:sequence>
        <xs:element ref="xhtml:li" maxOccurs="unbounded"/>
      </xs:sequence>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
  <xs:element name="li" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
    <xs:complexType mixed="true">
      <xs:sequence>
        <xs:element ref="me:place"/>
      </xs:sequence>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
  <xs:element name="place">
    <xs:complexType mixed="true">
      <xs:attribute name="wd:qid" type="xs:string"/>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
</xs:schema>

圖表翻譯：

  graph LR
    A[XML 檔案] --> B[檔案節點]
    B --> C[元素節點]
    C --> D[屬性節點]
    D --> E[文位元組點]
    E --> F[XML Schema]
    F --> G[驗證]
    G --> H[組合性]
    H --> I[XML 檔案]

這個圖表展示了 XML 檔案的抽象語法樹和結構，包括檔案節點、元素節點、屬性節點和文位元組點。它還展示了 XML 檔案的驗證過程和組合性。

XML 檔案簡介

XML（Extensible Markup Language）是一種用於儲存和傳輸資料的標記語言。它被設計用於儲存和傳輸資料，而不是像 HTML 一樣用於顯示資料。

XML 檔案結構

一個 XML 檔案由以下部分組成：

XML 宣告：指定 XML 檔案的版本和編碼。
根元素：XML 檔案的頂級元素。
子元素：根元素下的元素。
屬性：元素的屬性。
文字內容：元素中的文字內容。

XML 檔案範例

以下是一個簡單的 XML 檔案範例：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<statement xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
           xsi:noNamespaceSchemaLocation="places.xsd">
    <h1>Some Beloved Places</h1>
    <ul>
        <li><place qid="Q207239">Κύθηρα</place></li>
        <li><place qid="Q2522847">Shoshone</place></li>
    </ul>
</statement>

這個 XML 檔案有一個根元素 statement，其中包含一個 h1 元素和一個 ul 元素。ul 元素中包含兩個 li 元素，每個 li 元素中包含一個 place 元素。

XML Schema

XML Schema 是用於定義 XML 檔案結構的語言。它描述了 XML 檔案中允許的元素、屬性和資料型別。

以下是一個簡單的 XML Schema 範例：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
           elementFormDefault="qualified">
    <xs:element name="statement">
        <xs:complexType>
            <xs:sequence>
                <xs:element ref="h1"/>
                <xs:element ref="ul"/>
            </xs:sequence>
        </xs:complexType>
    </xs:element>
    <xs:element name="h1" type="xs:string"/>
    <xs:element name="ul">
        <xs:complexType>
            <xs:sequence>
                <xs:element ref="li" maxOccurs="unbounded"/>
            </xs:sequence>
        </xs:complexType>
    </xs:element>
    <xs:element name="li">
        <xs:complexType>
            <xs:sequence>
                <xs:element ref="place"/>
            </xs:sequence>
        </xs:complexType>
    </xs:element>
    <xs:element name="place">
        <xs:complexType mixed="true">
            <xs:attribute name="qid" type="xs:string"/>
        </xs:complexType>
    </xs:element>
</xs:schema>

這個 XML Schema 定義了 statement、h1、ul、li 和 place 元素的結構和屬性。

圖表翻譯：

  graph LR
    A[XML 檔案] --> B[XML Schema]
    B --> C[元素定義]
    C --> D[屬性定義]
    D --> E[資料型別定義]
    E --> F[XML 檔案驗證]

這個圖表描述了 XML 檔案、XML Schema、元素定義、屬性定義、資料型別定義和 XML 檔案驗證之間的關係。

XML Schema 基礎結構：元素與複合型別

在 XML Schema 中，xs:element 用於定義元素，而 xs:complexType 則用於定義複合型別。讓我們深入瞭解這些基本構建塊。

從技術架構視角來看，利用越南語組合字元進行資訊編碼的隱寫術方案，巧妙地將資料隱藏於Unicode文字中。分析其核心機制，可以發現方案的密度取決於越南語文字中可利用的組合字元數量，直接影響可嵌入資訊的容量。其優勢在於隱蔽性高，不易被察覺；然而，其技術限制也顯而易見，編碼效率低，需要大量的載體文字才能隱藏少量資訊。考量實務應用，此方案適用於對安全性要求極高，而對資訊容量要求不高的特殊場景。展望未來，隨著Unicode標準的演進和自然語言處理技術的發展，更精巧的根據語言特性的隱寫術方案值得期待。玄貓認為，此技術方向在特定領域具備實用價值，但仍需突破容量瓶頸。

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。