Onderzoekers van het Rochester Institute of Technology hebben MathDeck ontwikkeld, een online zoekinterface waarmee iedereen gemakkelijk kan creëren, bewerk en zoek geavanceerde wiskundige formules op de computer op.

Gemaakt door een interdisciplinair team van meer dan een dozijn docenten en studenten, MathDeck heeft tot doel wiskundige notatie interactief en gemakkelijk deelbaar te maken, in plaats van een obstakel voor wiskundige studie en exploratie. De wiskundebewuste zoekinterface is gratis voor het publiek en beschikbaar voor gebruik op mathdeck.cs.rit.edu.

Onderzoekers zeiden dat het project voortkomt uit een groeiende publieke belangstelling voor het kunnen uitvoeren van zoekopdrachten op het web met wiskundige trefwoorden en formules. Echter, voor veel mensen, het kan moeilijk zijn om geavanceerde wiskunde nauwkeurig uit te drukken zonder de wetenschappelijke opmaaktaal LaTeX te begrijpen.

Met MathDeck, gebruikers kunnen nu formules op meerdere manieren invoeren en bewerken, inclusief handschrift, het uploaden van een gezette formule-afbeelding en tekstinvoer met behulp van LaTeX. Met behulp van beeldverwerking en machine learning technieken, de interface kan formuleafbeeldingen en handgetekende symbolen herkennen.

"Met zo'n instrument in de hand, het zal veel gemakkelijker zijn voor experts en niet-experts om ingewikkelde formules en symbolen nauwkeurig in te voeren en de zoekmachines wiskundig relevante antwoorden snel en effectief te laten vinden, " zei Anurag Agarwal, universitair hoofddocent aan de RIT's School of Mathematical Sciences. "Het kan ook mensen uit verschillende disciplines helpen om samen te werken, deel hun bevindingen en voer zoekopdrachten productiever uit."

MathDeck is een onderdeel van een groter project genaamd MathSeer, die wordt ondersteund door bijna $ 1, 000, 000 in financiering van de National Science Foundation en de Alfred P. Sloan Foundation. MathSeer wordt geleid door Richard Zanibbi, hoogleraar informatica aan het RIT, Agarwal, Penn State University Professor C. Lee Giles en Universiteit van Maryland, College Park Professor Douglas W. Oard.

"Het doel van MathSeer is om nieuwe technologieën te produceren om 'wiskundeonderzoek voor de massa' te bieden, '" zei Zanibbi, die ook directeur is van RIT's Document and Pattern Recognition Lab in het Golisano College of Computing and Information Sciences. "Dit omvat het creëren van nieuwe zoekinterfaces, AI-algoritmen voor handgeschreven en beeldinvoer, en zoekmachinetechnologieën die formules bij zoekopdrachten beter ondersteunen."

Om een ​​handige interface voor MathDeck te maken, het team moest het zoekgedrag van gebruikers beter begrijpen, inclusief hoe gebruikers hun vraag uiten en naar wat voor soort documenten ze op zoek zijn. Ze merkten ook op dat in de wiskunde, uitdrukkingen en symbolen hebben vaak meerdere betekenissen en contexten.

"Om deze complexiteiten aan te pakken, we hebben onze kennis en expertise in wiskunde gebruikt om het systeem 'bewust' te maken van de wiskundige nuances, zodat het de wiskundige verbinding tussen de verschillende objecten in formules met hoge nauwkeurigheid kan interpreteren en weergeven, wat resulteert in een effectieve zoekactie, ' zei Agarwal.

De interface helpt gebruikers ook tijd te besparen, omdat ze hun sessies en favoriete formules kunnen opslaan. Gebruikers kunnen formules manipuleren en opslaan als chips, zodat ze de formule niet opnieuw hoeven in te voeren.

"Het invoeren van wiskundige formules is een grote uitdaging vanuit het perspectief van de gebruiker, aangezien wiskunde typisch wordt uitgedrukt in een tweedimensionale ruimte, terwijl typen alleen een reeks tekens produceert, " zei Gavin Nishizawa, een masterstudent informatica uit Aiea, Hawaii, die de hoofdontwikkelaar van het project was.

MathDeck bevat een functie voor automatisch aanvullen voor formules en trefwoorden. Als gebruikers op zoek zijn naar een populair symbool of formule, ze zullen waarschijnlijk een entiteitskaart vinden. De kaart toont de formule, de naam van het bijbehorende concept en een korte beschrijving.

"Bij het zoeken naar formules, er zijn wiskundige specifieke uitdagingen, inclusief 'equivalente' formules met verschillende namen van variabelen of termen in een andere volgorde, " zei Nishizawa, die in 2018 ook een software engineering diploma aan RIT heeft behaald. "Voor formule autocomplete, MathDeck doorzoekt entiteitskaarten door de structuur van een formule te herkennen, het doorgeven van de structuurrepresentatie in een neuraal netwerk, en vervolgens een inbeddingsvector te produceren die wordt vergeleken met formules in de entiteitskaarten."

Als het tijd is om een ​​vraag in te dienen, gebruikers kunnen kiezen uit 11 zoekmachines, inclusief standaardzoekmachines, zoals Google, en meer op wiskunde gerichte systemen, inclusief Wolfram Alpha en Math Stack Exchange.

In de toekomst, Zanibbi zei dat het team van plan is om MathDeck uit te breiden. Ze creëren technieken om formules doorzoekbaar te maken in grote PDF-collecties en werken aan het verbeteren van het zoeken naar formules en tekst, evenals het verbeteren van de herkenning van formules in handschrift en afbeeldingen.

Zanibbi, Agarwal, Oard en RIT informatica en informatiewetenschappen Ph.D. student Behrooz Mansouri runt ook ARQMath, een internationale taak om wiskundige zoektechnologieën te benchmarken en te verbeteren.

"Er is veel complexiteit rond wiskunde, dus door het gebruik van wiskunde intuïtiever te maken, kunnen veel problemen in wiskunde en wetenschap worden aangepakt, ", zei Nishizawa. "Onderzoek op dit gebied kan een significant positief effect hebben op zaken als rekenvaardigheid, wiskundige ideeën te begrijpen en de levenskwaliteit van mensen te verbeteren."