印刷体数学公式识别算法应用研究与系统研发

论文摘要

随着人工智能技术和互联网的渗透,在线教育发展迅猛。在高等数学在线教育中,大量数学公式存在于教学文档和作业题目中。数学公式结构复杂,识别难度大,其识别效果还不理想。本文通过研究印刷体数学公式识别技术,将其应用于微积分学习平台。首先,本文通过分析印刷体数学公式特点,重构数学字符标准库。该标准库充分考虑了印刷体数学公式的表现形式,以及数学公式字号大小、粗细体、正斜体、各种字体类型等差异性,涵盖数字、字母、数学符号等115个字符类别,共计字符样本21850个。其次,通过数值实验的方式,比较分析并验证OCR识别法、模板匹配法、ML方法等字符识别方法,最终选择支持向量机（Support Vector Machines,SVM）算法进行公式识别,效果最佳。此外,进一步提取字符特征,提升公式识别精度,实验结果显示识别精度约97.7%,识别结果良好。然后,基于字符的位置特征,并结合公式分布特点,采用数学公式结构分析方法,实现数学公式识别。在数学公式识别算法研究的基础上,用Python+PyQt5+Pycharm开发了一套印刷体数学公式识别系统。该系统能实现常规数学公式的识别,以及完成常规的数学公式图片处理工作。最后,通过设计微积分学习平台,该平台可通过用户行为数据分析,结合推荐算法,基于学生提问的题目,实现智能推荐解题思路、学习方法等,提升平台用户体验度和用户学习效率。通过精准的公式识别算法,能实现教师学生的高效协同,教学工作的个性化和去中心化。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 数学公式识别概述

1.2.2 数学公式识别关键技术

1.2.3 数学公式识别系统概述

1.3 研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 主要工作

1.4 章节结构

第二章相关理论介绍

2.1 数学公式图片预处理

2.1.1 二值化处理

2.1.2 图像倾斜校正

2.2 数学公式的切割

2.3 数学公式符号识别

2.3.1 模板匹配法

2.3.2 机器学习方法

2.4 数学公式的结构分析

2.4.1 结构分析方法概述

2.4.2 基于公式结构与语法特征的结构分析方法

2.5 本章小结

第三章印刷体数学公式识别模型构建

3.1 关键技术

3.2 公式行切割模型

3.2.1 公式行切割流程

3.2.2 公式行切割模型原理

3.2.3 公式行切割算法

3.3 公式行识别模型

3.3.1 公式行识别流程

3.3.2 公式行识别模型原理

3.3.3 公式行识别算法

3.4 结构分析

3.4.1 数学符号位置特征提取

3.4.2 特殊数学符号识别

3.4.3 特殊公式板块识别

3.5 本章小结

第四章印刷体数学公式识别实证分析

4.1 构建字符数据库

4.1.1 数据概述

4.1.2 数据获取

4.1.3 数据概况

4.2 数学符号识别结果

4.3 数学公式识别结果

4.4 本章小结

第五章印刷体数学公式识别系统的设计与研发

5.1 平台设计方案

5.1.1 设计目标

5.1.2 平台架构

5.2 公式识别系统设计方案

5.2.1 功能描述

5.2.2 开发环境

5.3 主要功能详细设计

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周瑶

导师: 杨立洪

关键词: 智能教育,数学公式识别,公式识别系统

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 数学,计算机软件及计算机应用,自动化技术

单位: 华南理工大学

分类号: TP18;TP391.41;O172

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.001297

总页数: 61

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