นักวิจัยพัฒนาเครื่องมือที่สามารถแปลงสมการเป็นภาพประกอบ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอนได้สร้างเครื่องมือที่สามารถแปลงความเป็นนามธรรมของคณิตศาสตร์เป็นภาพประกอบและแผนผังผ่านซอฟต์แวร์

กระบวนการทำงานโดยผู้ใช้พิมพ์นิพจน์คณิตศาสตร์ปกติซึ่งจะถูกแปลงเป็นภาพประกอบโดยซอฟต์แวร์ หนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญในโครงการนี้คือว่านิพจน์ไม่จำเป็นต้องเป็นฟังก์ชันพื้นฐาน เช่น ในกรณีของเครื่องคำนวณกราฟ แต่สามารถเป็นความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนจากสาขาต่างๆ ของคณิตศาสตร์

Penrose

เครื่องมือนี้ได้รับการตั้งชื่อว่า Penrose โดยนักวิจัย ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากนักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ Roger Penrose ซึ่งเป็นที่รู้จักในการใช้แนวคิดคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนผ่านแผนผังและภาพวาด

Penrose จะถูกนำเสนอโดยนักวิจัย ที่การประชุม SIGGRAPH 2020 เกี่ยวกับกราฟิกส์คอมพิวเตอร์และเทคนิคการโต้ตอบ การประชุมจะจัดขึ้นแบบออนไลน์ในปีนี้เนื่องจากการระบาดของโควิด-19

Keenan Crane เป็นอาจารย์ผู้ช่วยสาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์และหุ่นยนต์

“บางนักคณิตศาสตร์มีพรสวรรค์ในการวาดแผนผังที่สวยงามด้วยมือ แต่จะหายไปทันทีที่กระดานชอล์กถูกลบ” Crane กล่าว “เราต้องการให้พลังการแสดงออกนี้มีให้กับทุกคน”

แผนผังไม่ได้ใช้มากในการสื่อสารทางเทคนิค เนื่องจากต้องใช้ความเชี่ยวชาญและงานที่ต้องใช้ความพยายามมากในการผลิต เพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งนี้ เครื่องมือ Penrose ช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญเข้ารหัสขั้นตอนในระบบ และผู้ใช้รายอื่นๆ สามารถเข้าถึงได้โดยใช้ภาษาคณิตศาสตร์ ทั้งหมดนี้หมายความว่าคอมพิวเตอร์กำลังทำงานส่วนใหญ่

Katherine Ye เป็นนักศึกษาระดับ博士ในภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์

“เริ่มต้นด้วยการถามว่า ‘คนๆ หนึ่งจะแปลแนวคิดคณิตศาสตร์เป็นภาพในใจได้อย่างไร?'” Ye กล่าว “ส่วนผสมลับของระบบของเราคือการเพิ่มพลังให้กับผู้คนในการอธิบายกระบวนการแปลนี้ให้กับคอมพิวเตอร์ เพื่อให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานที่ยากในการสร้างภาพได้”

https://vimeo.com/416822487

กระบวนการ

คอมพิวเตอร์เรียนรู้ว่าผู้ใช้ต้องการให้วัตถุทางคณิตศาสตร์แสดงเป็นภาพอย่างไร เช่น สัญลักษณ์หรือจุด และจากนั้นจะวาดแผนผังหลายแผนผัง ผู้ใช้เลือกและแก้ไขแผนผังหนึ่ง

ตาม Crane นักคณิตศาสตร์ไม่ควรพบปัญหาในการเรียนรู้ภาษาโปรแกรมพิเศษที่ทีมพัฒนา

“นักคณิตศาสตร์สามารถมีความต้องการสูงเกี่ยวกับการใช้เครื่องหมาย” เขากล่าว “เราทำให้พวกเขาสามารถกำหนดเครื่องหมายที่ต้องการได้ เพื่อให้พวกเขาแสดงออกอย่างเป็นธรรมชาติ”

Penrose ถูกมองว่าเป็นก้าวแรกสู่สิ่งที่ยิ่งใหญ่กว่า

“วิสัยทัศน์ของเราคือการสามารถนำหนังสือคณิตศาสตร์เก่าๆ จากห้องสมุดมาใส่คอมพิวเตอร์และได้รับหนังสือที่มีภาพประกอบที่สวยงาม — เพื่อให้คนๆ หนึ่งเข้าใจมากขึ้น” Crane กล่าว

ทีมที่พัฒนา Penrose ยังรวมถึง Nimo Ni และ Jenna Wise ซึ่งเป็นนักศึกษาระดับ博士ในสถาบันวิจัยซอฟต์แวร์ของ CMU; Jonathan Aldrich ศาสตราจารย์ใน ISR; Joshua Sunshine นักวิจัยอาวุโสของ ISR; Max Krieger นักศึกษาระดับอุดมศึกษาสาขาวิทยาศาสตร์认知; และ Dor Ma’ayan อดีตนักศึกษาระดับมหาบัณฑิตที่ Technion-Israel Institute of Technology

การวิจัยได้รับการสนับสนุนจาก National Science Foundation, Defense Advanced Research Projects Agency, Sloan Foundation, Microsoft (MSFT ) Research และ Packard Foundation