Pesquisadores do Rochester Institute of Technology desenvolveram o MathDeck, uma interface de pesquisa online que permite a qualquer pessoa criar facilmente, edite e procure fórmulas matemáticas sofisticadas no computador.

Criado por uma equipe interdisciplinar de mais de uma dúzia de professores e alunos, MathDeck visa tornar a notação matemática interativa e facilmente compartilhável, ao invés de um obstáculo para o estudo e exploração matemática. A interface de pesquisa com reconhecimento de matemática é gratuita para o público e está disponível para uso em mathdeck.cs.rit.edu.

Os pesquisadores disseram que o projeto decorre de um crescente interesse público em ser capaz de fazer pesquisas na web com palavras-chave matemáticas e fórmulas. Contudo, para muitas pessoas, pode ser difícil expressar com precisão matemática sofisticada sem uma compreensão da linguagem de marcação científica LaTeX.

Com o MathDeck, os usuários agora podem inserir e editar fórmulas de várias maneiras, incluindo caligrafia, upload de uma imagem de fórmula de composição e entrada de texto usando LaTeX. Usando técnicas de processamento de imagem e aprendizado de máquina, a interface é capaz de reconhecer imagens de fórmulas e símbolos desenhados à mão.

"Com essa ferramenta em mãos, será muito mais fácil para especialistas e não especialistas inserir fórmulas e símbolos complicados com precisão e fazer com que os mecanismos de pesquisa encontrem respostas matematicamente relevantes de forma rápida e eficaz, "disse Anurag Agarwal, professor associado da Escola de Ciências Matemáticas da RIT. "Também pode ajudar pessoas de diferentes disciplinas a colaborar, compartilhar suas descobertas e realizar pesquisas de forma mais produtiva. "

MathDeck é uma parte de um projeto maior chamado MathSeer, que é suportado por quase $ 1, 000, 000 em financiamento da National Science Foundation e da Alfred P. Sloan Foundation. MathSeer é liderado por Richard Zanibbi, professor de ciência da computação na RIT, Agarwal, O professor C. Lee Giles da Penn State University e a University of Maryland, Professor Douglas W. Oard de College Park.

"O objetivo do MathSeer é produzir novas tecnologias para fornecer 'pesquisa matemática para as massas, '"disse Zanibbi, que também é diretor do Laboratório de Reconhecimento de Padrões e Documentos da RIT no Colégio Golisano de Ciências da Computação e da Informação. "Isso envolve a criação de novas interfaces de pesquisa, Algoritmos de IA para entrada de imagem e escrita à mão, e tecnologias de mecanismo de pesquisa que oferecem melhor suporte a fórmulas em consultas. "

Para criar uma interface útil para o MathDeck, a equipe precisava entender melhor o comportamento de pesquisa do usuário, incluindo como os usuários expressam sua consulta e quais tipos de documentos estão procurando. Eles também notaram que em matemática, expressões e símbolos geralmente têm vários significados e contextos.

"Para enfrentar essas complexidades, usamos nosso conhecimento e experiência em matemática para tornar o sistema "ciente" das nuances matemáticas, para que possa interpretar e representar a conexão matemática entre os vários objetos em fórmulas com alta precisão, resultando assim em uma pesquisa eficaz, "Agarwal disse.

A interface também ajudará os usuários a economizar tempo, porque eles podem salvar suas sessões e fórmulas favoritas. Os usuários podem manipular e salvar fórmulas como chips, para que eles não precisem inserir a fórmula novamente.

"Inserir fórmulas matemáticas é um grande desafio do ponto de vista do usuário, como a matemática é normalmente expressa em um espaço bidimensional, enquanto a digitação produz apenas uma sequência de caracteres, "disse Gavin Nishizawa, um estudante de mestrado em ciência da computação da Aiea, Havaí, que foi o desenvolvedor-chefe do projeto.

O MathDeck inclui uma função de preenchimento automático para fórmulas e palavras-chave. Se os usuários estiverem procurando por um símbolo ou fórmula popular, eles provavelmente encontrarão um cartão de entidade. O cartão mostra a fórmula, o nome do conceito associado e uma breve descrição.

"Na pesquisa de fórmulas, existem desafios específicos de matemática, incluindo fórmulas 'equivalentes' com diferentes nomes de variáveis ​​ou termos em outra ordem, "disse Nishizawa, que também concluiu um diploma de engenharia de software na RIT em 2018. "Para o preenchimento automático de fórmulas, O MathDeck pesquisa cartões de entidade reconhecendo a estrutura de uma fórmula, passando sua representação de estrutura em uma rede neural, e, em seguida, produzir um vetor de incorporação que é comparado às fórmulas nos cartões de entidade. "

Quando chega a hora de enviar uma consulta, os usuários podem selecionar entre 11 mecanismos de pesquisa, incluindo mecanismos de pesquisa padrão, como o Google, e sistemas mais focados em matemática, incluindo Wolfram Alpha e Math Stack Exchange.

No futuro, Zanibbi disse que a equipe planeja estender o MathDeck. Eles estão criando técnicas para tornar as fórmulas pesquisáveis ​​em grandes coleções de PDF e trabalhando para melhorar a pesquisa de fórmulas e textos, além de melhorar o reconhecimento de fórmulas em caligrafia e imagens.

Zanibbi, Agarwal, Oard e RIT computação e ciências da informação Ph.D. o estudante Behrooz Mansouri também dirige o ARQMath, uma tarefa internacional para comparar e melhorar as tecnologias de pesquisa com conhecimento da matemática.

"Há muita complexidade em torno da matemática, portanto, tornar o uso da matemática mais intuitivo pode ajudar a resolver muitos problemas em matemática e ciências, "disse Nishizawa." A pesquisa nesta área pode ter um impacto positivo significativo em coisas como a alfabetização matemática, compreender ideias matemáticas e melhorar a qualidade de vida das pessoas. "