XML与化学标记语言CML是什么？如何表示分子？

CML是基于XML的化学标记语言，由Peter Murray-Rust等人开发，用于机器可读地表示分子结构、反应和光谱等化学信息；它通过<molecule>、<atom>、<bond>等标签定义化学实体，如水分子可用原子坐标和键连接关系精确描述；相比SMILES，CML在复杂数据交换、数据库存储和软件兼容方面具有优势，被广泛应用于化学信息学领域。

XML（可扩展标记语言）是一种用于定义文档结构的文本格式，它通过标签来组织数据，具有良好的可读性和跨平台兼容性。在科学领域，特别是化学中，利用XML的结构化特性可以精确描述分子、反应和实验数据。

CML是什么？

化学标记语言（Chemical Markup Language, CML） 是基于XML的一种专门用于表示化学信息的标准。它由Peter Murray-Rust等人开发，旨在以机器可读的方式存储和交换化学数据。CML能描述分子结构、光谱、晶体结构、反应过程等复杂内容。

CML使用一系列预定义的标签和属性来表示化学概念，例如 <molecule> 表示分子，<atom> 表示原子，<bond> 表示化学键。

如何用CML表示分子？

一个分子在CML中通常包含原子列表和键连接关系，通过坐标或连接表形式表达其结构。

基本结构如下：

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• <molecule id="mol1">：定义一个分子，赋予唯一标识
• <atomArray>：包含所有原子的信息，每个 <atom> 可指定元素符号、坐标等
• <bondArray>：定义原子之间的化学键，用原子ID和键级（单键、双键等）表示

示例：水分子（H₂O）的CML表示

<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>

这个例子中，氧原子位于原点，两个氢原子与其形成单键，构成典型的水分子几何结构。

CML的优势与应用

CML支持多种化学数据类型的表达，适用于数据库存储、文献发布、软件间数据交换。它的结构化特点便于程序解析，也利于搜索引擎索引化学内容。

现代化学软件如JChemPaint、Avogadro、Open Babel都支持CML格式读写。科研论文中的补充材料也常使用CML提供可机读的分子数据。

基本上就这些。CML把化学信息从图像或文本中解放出来，让计算机真正“理解”分子结构。虽然现在SMILES字符串更流行于简单表示，但CML在复杂场景下仍不可替代。

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