I ricercatori del Rochester Institute of Technology hanno sviluppato MathDeck, un'interfaccia di ricerca online che consente a chiunque di creare facilmente, modificare e cercare formule matematiche sofisticate sul computer.

Creato da un team interdisciplinare di oltre una dozzina di docenti e studenti, MathDeck mira a rendere la notazione matematica interattiva e facilmente condivisibile, piuttosto che un ostacolo allo studio e all'esplorazione della matematica. L'interfaccia di ricerca basata sulla matematica è gratuita per il pubblico e disponibile per l'uso su mathdeck.cs.rit.edu.

I ricercatori hanno affermato che il progetto deriva da un crescente interesse pubblico per la possibilità di effettuare ricerche sul Web con parole chiave e formule matematiche. Però, per molte persone, può essere difficile esprimere con precisione matematica sofisticata senza una comprensione del linguaggio di markup scientifico LaTeX.

Con MathDeck, gli utenti possono ora inserire e modificare le formule in più modi, compresa la scrittura a mano, caricamento di un'immagine di formula composta e input di testo utilizzando LaTeX. Utilizzando tecniche di elaborazione delle immagini e apprendimento automatico, l'interfaccia è in grado di riconoscere le immagini delle formule ei simboli disegnati a mano.

"Con uno strumento del genere in mano, sarà molto più facile per esperti e non inserire formule e simboli complicati in modo accurato e fare in modo che i motori di ricerca trovino risposte matematicamente rilevanti in modo rapido ed efficace, " disse Anurag Agarwal, professore associato presso la Scuola di Scienze Matematiche del RIT. "Può anche aiutare persone di diverse discipline a collaborare, condividere i risultati ed eseguire ricerche in modo più produttivo."

MathDeck è un pezzo di un progetto più ampio chiamato MathSeer, che è supportato da quasi $ 1, 000, 000 in finanziamenti dalla National Science Foundation e dalla Alfred P. Sloan Foundation. MathSeer è guidato da Richard Zanibbi, professore di informatica al RIT, Agarwal, Professore C. Lee Giles della Penn State University e Università del Maryland, Professore Douglas W. Oard del College Park.

"L'obiettivo di MathSeer è produrre nuove tecnologie per fornire 'ricerca matematica per le masse, '" ha detto Zanibbi, che è anche direttore del Document and Pattern Recognition Lab del RIT presso il Golisano College of Computing and Information Sciences. "Ciò comporta la creazione di nuove interfacce di ricerca, Algoritmi di intelligenza artificiale per input scritti a mano e di immagini, e le tecnologie dei motori di ricerca che supportano meglio le formule nelle query."

Per creare un'interfaccia utile per MathDeck, il team doveva comprendere meglio il comportamento di ricerca dell'utente, incluso il modo in cui gli utenti esprimono la loro query e quali tipi di documenti stanno cercando. Hanno anche notato che in matematica, espressioni e simboli hanno spesso molteplici significati e contesti.

"Per affrontare queste complessità, abbiamo usato la nostra conoscenza e competenza in matematica per rendere il sistema "consapevole" delle sfumature matematiche, in modo che possa interpretare e rappresentare la connessione matematica tra i vari oggetti in formule con elevata precisione, con conseguente ricerca efficace, " ha detto Agarval.

L'interfaccia aiuterà anche gli utenti a risparmiare tempo, perché possono salvare le loro sessioni e le formule preferite. Gli utenti possono manipolare e salvare le formule come chip, così non devono reinserire la formula.

"Inserimento di formule matematiche è una grande sfida dal punto di vista dell'utente, poiché la matematica è tipicamente espressa in uno spazio bidimensionale, mentre la digitazione produce solo una sequenza di caratteri, " disse Gavin Nishizawa, uno studente di master in informatica dell'Aiea, Hawaii, chi era lo sviluppatore capo del progetto.

MathDeck include una funzione di completamento automatico per formule e parole chiave. Se gli utenti cercano un simbolo o una formula popolare, probabilmente troveranno una carta di entità. La carta mostra la formula, il nome del concetto associato e una breve descrizione.

"Nella ricerca di formule, ci sono sfide specifiche per la matematica, comprese formule "equivalenti" con nomi di variabili o termini diversi in un altro ordine, " disse Nishizawa, che ha anche completato una laurea in ingegneria del software presso RIT nel 2018. "Per il completamento automatico delle formule, MathDeck ricerca le carte entità riconoscendo la struttura di una formula, passando la sua rappresentazione della struttura in una rete neurale, e quindi producendo un vettore di incorporamento che viene confrontato con le formule nelle schede entità."

Quando arriva il momento di inviare una richiesta, gli utenti possono selezionare tra 11 motori di ricerca, compresi i motori di ricerca standard, come Google, e sistemi più incentrati sulla matematica, tra cui Wolfram Alpha e Math Stack Exchange.

Nel futuro, Zanibbi ha detto che il team prevede di estendere MathDeck. Stanno creando tecniche per rendere le formule ricercabili in grandi raccolte PDF e stanno lavorando per migliorare la ricerca di formule e testo, oltre a migliorare il riconoscimento delle formule nella scrittura a mano e nelle immagini.

Zanibbi, Agarwal, Dottorato di ricerca in informatica e scienze dell'informazione Oard e RIT. lo studente Behrooz Mansouri gestisce anche ARQMath, un compito internazionale per confrontare e migliorare le tecnologie di ricerca matematiche.

"C'è molta complessità intorno alla matematica, quindi rendere l'uso della matematica più intuitivo può aiutare ad affrontare molti problemi in matematica e scienze, " ha detto Nishizawa. "La ricerca in questo settore può avere un impatto positivo significativo su cose come l'alfabetizzazione matematica, comprendere le idee matematiche e migliorare la qualità della vita delle persone".