Vědci vyvinuli nástroj, který dokáže převést rovnice na ilustrace

Vědci z Carnegie Mellon University vytvořili nástroj, který dokáže převést abstrakce matematiky na ilustrace a diagramy pomocí softwaru. 

Proces funguje tak, že uživatelé zadávají běžné matematické výrazy, které jsou poté převáděny na ilustrace softwarem. Jedním z hlavních vývoje v tomto projektu je, že výrazy nemusí být základní funkce, jako je tomu u grafického kalkulátoru. Místo toho mohou být komplexní vztahy z různých oblastí matematiky. 

Penrose 

Nástroj byl pojmenován Penrose výzkumníky, inspirovaný matematikem a fyzikem Rogerem Penrosem, který je známý tím, že používá komplexní matematické a vědecké nápady prostřednictvím diagramů a kreseb. 

Penrose bude prezentován výzkumníky na konferenci SIGGRAPH 2020 o počítačové grafice a interaktivních technikách. Konference se letos bude konat virtuálně kvůli pandemii COVID-19. 

Keenan Crane je asistent profesora počítačové vědy a robotiky.

“Někteří matematici mají talent pro kreslení krásných diagramů ručně, ale zmizí, jakmile je tabule vymazána,” řekl Crane. “Chceme zpřístupnit tuto expresivní sílu každému.”

Diagramy nejsou používány tolik v technické komunikaci, kvůli požadované výši kvalifikované a náročné práce, která je potřebná k jejich vytvoření. Abychom se vyhnuli tomu, nástroj Penrose umožňuje odborníkům zakódovat kroky v systému a jiní uživatelé poté mohou k tomu přistupovat pomocí matematického jazyka. To vše znamená, že počítač provádí většinu práce. 

Katherine Ye je doktorandka v oddělení počítačové vědy.

“Začali jsme tím, že jsme se zeptali: ‘Jak lidé překládají matematické nápady do obrázků v hlavě?'” řekla Ye. “Tajemství našeho systému spočívá v tom, aby lidé mohli snadno ‘vysvětlit’ tento překladový proces počítači, aby počítač mohl udělat veškerou těžkou práci při vytváření obrázku.”

https://vimeo.com/416822487

Proces

Počítač se nejprve učí, jak uživatel chce matematické objekty vizualizovat, jako je šipka nebo tečka, a poté nakreslí několik diagramů. Uživatel vybere a upraví jeden z těchto diagramů. 

Podle Cranea by matematici neměli mít žádný problém s naučením speciálního programovacího jazyka, který tým vyvinul.

“Matematici mohou být velmi nároční na notaci,” řekl. “Povolíme jim definovat jakoukoli notaci, kterou chtějí, aby se mohli vyjádřit přirozeně.”

Penrose je považován za krok k něčemu ještě většímu. 

“Naše vize je být schopni vzít starou matematickou knihu z knihovny, vložit ji do počítače a získat krásně ilustrovanou knihu — aby ji více lidí rozumělo,” řekl Crane.

Tým, který vyvinul Penrose, také zahrnoval Nimo Ni a Jennu Wise, kteří jsou doktorandi v Institutu pro softwareový výzkum (ISR); Jonathana Aldricha, profesora v ISR; Joshuu Sunshine, senior výzkumného pracovníka v ISR; Maxe Kriegera, studenta kognitivní vědy; a Dora Ma’ayana, bývalého magisterského studenta na Technion-Israel Institute of Technology. 

Výzkum byl podporován Národní vědeckou nadací, Agenturou pro pokročilý výzkum a vývoj, Nadací Sloana, Microsoft (MSFT ) Research a Nadací Packard.