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XML如何表示化学结构？

月夜之吻

发布： 2025-09-03 10:39:01

原创

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CML（化学标记语言）是基于XML的化学信息表示标准，通过atomArray和bondArray等标签描述分子结构，如水分子的原子坐标与单键连接；其优势在于通用性与可扩展性，支持跨平台数据交换，常用工具包括Open Babel、JChem和RDKit；尽管如此，XML因冗长性导致文件大、解析慢，对大规模数据处理效率低，且对复杂化学概念表达有限，因此在实际应用中需权衡利弊，必要时选用更高效的二进制格式或图数据库替代。

xml如何表示化学结构？

XML 用于表示化学结构，主要是通过定义一套特定的标签和属性，来描述分子中的原子、键以及它们之间的连接关系。核心在于建立一种标准化的数据格式，使得不同的软件和数据库能够相互交换和理解化学信息。

XML 允许以结构化的方式存储和共享化学结构数据。

CML：化学标记语言

CML (Chemical Markup Language) 是专门为表示化学信息设计的 XML 应用。它定义了一系列标签，用于描述分子、原子、键、晶体结构、光谱数据等。 CML 的目标是提供一个通用的、可扩展的格式，以便于化学信息的存储、检索和交换。

例如，一个水分子的 CML 表示可能如下所示：

<molecule id="water">
  <atomArray>
    <atom id="a1" elementType="O" x3="0.0" y3="0.0" z3="0.0"/>
    <atom id="a2" elementType="H" x3="0.757" y3="0.586" z3="0.0"/>
    <atom id="a3" elementType="H" x3="-0.757" y3="0.586" z3="0.0"/>
  </atomArray>
  <bondArray>
    <bond atomRefs2="a1 a2" order="1"/>
    <bond atomRefs2="a1 a3" order="1"/>
  </bondArray>
</molecule>

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这段代码描述了一个水分子，包含一个氧原子和两个氢原子，以及它们之间的两个单键。

atomArray

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描述了每个原子的元素类型和三维坐标，

bondArray

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描述了原子之间的连接关系和键级。

XML 的优势

使用 XML 表示化学结构的主要优势在于其通用性和可扩展性。任何支持 XML 的软件都可以解析和处理 CML 数据。此外，CML 可以很容易地扩展以支持新的化学概念和数据类型。

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除了 CML 还有别的选择吗？

除了 CML，还有其他一些 XML 相关的格式用于表示化学信息，例如：

SMILES (Simplified Molecular Input Line Entry System)：虽然 SMILES 本身不是 XML 格式，但它可以嵌入到 XML 文档中，作为分子描述符。SMILES 是一种简洁的字符串表示法，用于描述分子的结构。
InChI (International Chemical Identifier)：InChI 也是一种非 XML 格式，但同样可以嵌入到 XML 中。InChI 是一种标准化的、基于算法的分子标识符，用于唯一地标识化学物质。
Other specialized XML schemas: 针对特定应用，例如晶体学数据 (CIF) 或光谱数据，可能存在定制的 XML schema。

如何使用 CML 处理化学结构？

要使用 CML 处理化学结构，你需要一个支持 CML 的软件库或工具。常见的选择包括：

Open Babel: Open Babel 是一个开源的化学工具箱，可以转换多种化学文件格式，包括 CML。它提供命令行工具和 API，可以用于读取、写入和操作 CML 数据。
JChem: JChem 是 ChemAxon 提供的商业化学信息学工具包，支持 CML 和其他化学格式。它提供 Java API 和 GUI 工具，用于分子建模、数据库管理和化学信息检索。
RDKit: RDKit 是另一个流行的开源化学信息学工具包，提供 C++ 和 Python API。虽然 RDKit 的主要格式不是 CML，但它可以通过 Open Babel 集成来处理 CML 数据。

使用这些工具，你可以读取 CML 文件，提取分子信息，进行结构操作，并将结果保存为 CML 或其他格式。