Forskare vid Rochester Institute of Technology har utvecklat MathDeck, ett sökgränssnitt online som gör att alla enkelt kan skapa, redigera och slå upp sofistikerade matematiska formler på datorn.

Skapad av ett tvärvetenskapligt team av mer än ett dussin lärare och studenter, MathDeck syftar till att göra matematiknotation interaktiv och lätt att dela, snarare än ett hinder för matematiska studier och utforskning. Det matematikmedvetna sökgränssnittet är gratis för allmänheten och tillgängligt att använda på mathdeck.cs.rit.edu.

Forskare sa att projektet härrör från ett växande allmänintresse för att kunna göra webbsökningar med matematiska nyckelord och formler. Dock, För många personer, det kan vara svårt att korrekt uttrycka sofistikerad matematik utan en förståelse för det vetenskapliga märkningsspråket LaTeX.

Med MathDeck, användare kan nu ange och redigera formler på flera sätt, inklusive handstil, ladda upp en typuppsättningsformelbild och textinmatning med LaTeX. Använda bildbehandlings- och maskininlärningstekniker, gränssnittet kan känna igen formelbilder och handritade symboler.

"Med ett sådant verktyg i handen, det blir mycket lättare för experter och icke-experter att ange komplicerade formler och symboler korrekt och få sökmotorerna att hitta matematiskt relevanta svar snabbt och effektivt, " sa Anurag Agarwal, docent vid RIT:s Matematiska vetenskapshögskola. "Det kan också hjälpa människor från olika discipliner att samarbeta, dela sina resultat och utföra sökningar mer produktivt."

MathDeck är en del av ett större projekt som heter MathSeer, som stöds av nästan $1, 000, 000 i finansiering från National Science Foundation och Alfred P. Sloan Foundation. MathSeer leds av Richard Zanibbi, professor i datavetenskap vid RIT, Agarwal, Professor C. Lee Giles vid Penn State University och University of Maryland, College Park professor Douglas W. Oard.

"Målet med MathSeer är att producera ny teknik för att ge 'mattesökning för massorna, sa Zanibbi, som också är chef för RIT:s dokument- och mönsterigenkänningslab vid Golisano College of Computing and Information Sciences. "Detta innebär att skapa nya sökgränssnitt, AI-algoritmer för handskriven och bildinmatning, och sökmotorteknologier som bättre stöder formler i frågor."

För att skapa ett användbart gränssnitt för MathDeck, teamet var tvunget att bättre förstå användarens sökbeteende, inklusive hur användare uttrycker sin fråga och vilka typer av dokument de letar efter. De noterade också att i matematik, uttryck och symboler har ofta flera betydelser och sammanhang.

"För att ta itu med dessa komplexiteter, vi använde vår kunskap och expertis inom matematik för att göra systemet "medvetet" om de matematiska nyanserna, så att den kan tolka och representera det matematiska sambandet mellan de olika objekten i formler med hög noggrannhet, vilket resulterar i effektiv sökning, sa Agarwal.

Gränssnittet kommer också att hjälpa användare att spara tid, eftersom de kan spara sina sessioner och favoritformler. Användare kan manipulera och spara formler som marker, så att de inte behöver skriva in formeln igen.

"Att skriva in matematiska formler är en stor utmaning ur användarens perspektiv, som matematik vanligtvis uttrycks i ett tvådimensionellt utrymme, medan skrivning bara producerar en sekvens av tecken, " sa Gavin Nishizawa, en masterstudent i datavetenskap från Aiea, Hawaii, som var huvudutvecklare på projektet.

MathDeck innehåller en automatisk kompletteringsfunktion för formler och nyckelord. Om användare söker efter en populär symbol eller formel, de kommer förmodligen att hitta ett entitetskort. Kortet visar formeln, namnet på dess associerade koncept och en kort beskrivning.

"I formelsökning, det finns matematikspecifika utmaningar, inklusive "motsvarande" formler med olika variabelnamn eller termer i en annan ordning, sade Nishizawa, som också avslutade en programvaruingenjörsexamen vid RIT 2018. "För formel autokomplettering, MathDeck söker igenom entitetskort genom att känna igen en formels struktur, överföra dess strukturrepresentation till ett neuralt nätverk, och sedan producera en inbäddningsvektor som jämförs med formler i entitetskorten."

När det är dags att skicka in en förfrågan, användare kan välja mellan 11 sökmotorer, inklusive vanliga sökmotorer, som Google, och mer mattefokuserade system, inklusive Wolfram Alpha och Math Stack Exchange.

I framtiden, Zanibbi sa att laget planerar att utöka MathDeck. De skapar tekniker för att göra formler sökbara i stora PDF-samlingar och arbetar för att förbättra formel- och textsökning, samt förbättra formeligenkänningen i handstil och bilder.

Zanibbi, Agarwal, Oard och RIT datavetenskap och informationsvetenskap Ph.D. student Behrooz Mansouri kör också ARQMath, en internationell uppgift att benchmarka och förbättra matematikmedvetna sökteknologier.

"Det finns mycket komplexitet kring matematik, så att göra användningen av matematik mer intuitiv kan hjälpa till att lösa många problem inom matematik och naturvetenskap, ", sa Nishizawa. "Forskning inom det här området kan ha en betydande positiv inverkan på saker som mattekunnighet, förstå matematiska idéer och förbättra människors livskvalitet."