CN101261554A - 公式、表达式的手写输入及计算系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公式、表达式的手写输入及计算系统，所述系统包括手写输入模块、识别模块、微处理器模块、计算模块以及显示模块。所述识别模块把所述手写输入模块接收的公式或表达式信息串整体识别为文本符号信息。所述计算模块对所述微处理器模块传送的文本符号信息进行计算，得到计算结果。所述显示模块显示所述微处理器模块传送的计算结果。本发明的手写输入及计算系统采用了整体输入、整体识别、整体选择的技术，因此输入快、识别快、选择快。另外，本发明可以进行算数和代数运算，可以求解方程、方程组、不等式、不等式组以及微积分，实用范围广，具有很大的市场潜力。本发明也公开了一种公式、表达式的手写输入及计算方法。

Description

公式、表达式的手写输入及计算系统和方法

技术领域

本发明涉及便携手持设备领域，尤其涉及对手持设备进行文字、符号等信息输入领域，更具体地涉在手持设备上手写输入理科公式、表达式并执行计算功能的系统及方法。

背景技术

在日常工作生活中，人们会大量地遇到数学计算问题，一般是通过计算器或者其他便携式手持设备上的计算功能模块进行公式输入及计算。一般来讲影响一次运算效率包括处理器的处理速度和公式输入的快慢，对于处理器的计算速度目前的微处理技术已经能满足人们生活中的简单运算，因此，要提高运算效率应该着眼于如何提高公式输入速度。

目前市面上的图形计算器、科学计算器采用的是按键输入方式输入一个公式。例如，若要计算一个表达式： $\sin \frac{\mathrm{\π}}{7}+\frac{\sqrt{2}}{2}+2^4,$ 现在的图形计算或科学计算器要求如此输入： $\sin (\mathrm{\π}/7)+\sqrt{2}/2+2^4,$ 按键分别是sin，(，π，/，7，+，√，2，/，2，+，2，^，4共计击键次数为14次。再加上键盘上数字、符号的排布复杂，要输入计算这样一个简单的表达式对一般用户来说是相当烦琐的。若要计算一个相对复杂一些的表达式，传统的按键输入是不能满足用户快速计算需求的。而且， $\sin (\mathrm{\π}/7)+\sqrt{2}/2+2^4$ 这样的书写格式不符合数学书写规范及人们思维习惯，同时也不利于用户检查、验证和纠错。

随着便携手持设备的广泛普及使用，手写输入识别作为最自然、最人性的输入方法，被广泛的应用在诸如手机、掌上电脑、学习机、电子词典等手持设备上。但目前手写输入还处于单字输入的阶段，比如要是输入计算一个数学表达式：sin45°+cos30°，则要如此s-i-n-4-5-°-+-c-o-s-3-0-°逐个手写输入识别。这样的输入方式是以机器为中心的输入方式，不但大大降低了书写速度，还让手写输入变得不符合自然书写习惯，人们通常自然书写习惯是：sin45°+cos30°一气呵成。另外，目前手写输入的识别方式为单字逐个识别，并将该逐个识别的结果提供给用户选择，如此的识别方式不仅识别效率低，而且用户选择效率低，这进一步降低了数学符号演算和数值计算的效率。

因此，急需一种与实际数学印刷、书写习惯一致的，与人们思维习惯相符的，更自然更人性的信息输入方式以及方便、快捷的信息计算方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种公式、表达式的手写输入及计算系统，使用户可以与实际数学印刷、书写习惯一致、与人们思维习惯相符、更为自然和人性的方式手写输入信息，并进行更为方便、快捷、直观的数学符号演算和数值计算。

本发明的另一目的是提供一种公式、表达式的手写输入及计算方法，可使用户进行与实际数学印刷、书写习惯一致、与人们思维习惯相符、更为自然和人性的方式手写输入信息，并进行更为方便、快捷、直观的数学符号演算和数值计算。

为了实现上述目的，本发明提供了一种公式、表达式的手写输入及计算系统，所述系统包括手写输入模块、识别模块、微处理器模块、计算模块以及显示模块。所述手写输入模块接收用户手写输入的公式或表达式信息串。所述识别模块与所述手写输入模块连接，用于把所述手写输入模块接收的公式或表达式信息串整体识别为文本符号信息。所述微处理器模块与所述识别模块连接。所述计算模块与所述微处理器模块连接，所述微处理器模块把所述识别模块识别的文本符号信息传送到所述计算模块，所述计算模块对所述文本符号信息进行计算，得到计算结果。所述显示模块与所述手写输入模块以及微处理器模块连接，以显示所述手写输入模块输入的公式或表达式信息串。所述微处理器模块把所述计算模块计算的计算结果传送到所述显示模块，所述显示模块显示该计算结果。

在本发明的一个实施例中，所述公式、表达式的手写输入及计算系统还包括与所述微处理器模块连接的存储模块，所述存储模块具有只读存储器，所述只读存储器用于存储所述识别模块的软件。另外，所述存储模块还具有可编程存储器，所述可编程存储器用于暂时存储所述识别模块识别的文本符号信息以及所述计算模块计算的计算结果，所述微处理器把所述可编程存储器暂时存储的文本符号信息发送到计算模块，以及把所述可编程存储器暂时存储的计算结果发送到显示模块。

在本发明的一个实施例中，所述识别模块包括特征向量提取单元、数学符号模型提供单元、对比识别单元以及格式转化单元。所述特征向量提取单元与所述手写输入模块连接，用于提取所述公式或表达式信息串的特征向量值。所述数学符号模型提供单元，用于提供公式和表达式信息串模型；所述对比识别单元与所述特征向量提取单元以及数学符号模型提供单元连接，用于把所述特征向量提取单元提取的特征向量值与所述数学符号模型提供单元提供的公式和表达式信息串模型进行对比，从而获取与所述特征向量值匹配的公式或表达式信息串。所述格式转化单元与所述对比识别单元连接，用于将所述匹配的公式或表达式信息串转化成文本符号信息。

所述公式或表达式信息串模型包括数字、数学符号、分式、根式、幂指数式、三角函数式、不等式、不等式组、方程、方程组以及极限表达式模型。

在较佳地，所述计算模块还包括与所述微处理器模块相连的文本符号信息类型判断单元，所述文本符号信息类型判断单元接收并判断所述文本符号信息的类型。

较佳地，所述文本符号信息的类型包括算数、代数、方程、不等式以及微积分，所述计算模块包括算术运算单元、代数运算单元、方程求解单元、不等式求解单元以及微积分运算单元。所述算术运算单元与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对算术式文本符号信息进行算术运算。所述代数运算单元与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对代数式文本符号信息进行代数运算。所述方程求解单元与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对方程式文本符号信息进行方程求解运算。所述不等式求解单元与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对不等式文本符号信息进行不等式求解运算。所述微积分运算单元与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对微积分式文本符号信息进行微积分运算。

一种公式、表达式的手写输入及计算方法，包括如下步骤：(1)用户手写输入公式或表达式信息串；(2)对所述公式或表达式信息串进行整体识别；(3)将所述识别的公式或表达式信息串转换为符合用户要求的文本符号信息；(4)对所述文本符号信息进行计算处理，得到计算结果；(5)显示所述计算结果。

在本发明中，所述手写输入的公式或表达式信息串包括数字、数学符号、分式、根式、幂指数式、三角函数式、不等式、不等式组、方程、方程组以及极限表达式

在本发明中，所述步骤(3)具体包括：将所述识别的公式或表达式信息串转换为候选文本符号信息；在所述候选文本符号信息中进行用户选择，从而得到符合用户要求的文本符号信息。

在本发明中，所述步骤(2)中的整体识别包括对所述公式或表达式信息串提取特征向量值，并把所述特征向量值与公式和表达式信息串模型进行整体对比识别。

较佳地，所述步骤(2)的整体识别包括对数学符号的识别判断。

较佳地，所述步骤(2)的整体识别还包括对相似或相近符号的识别判断。

在本发明中，所述步骤(4)的计算处理包括对文本符号信息的结构分析及类型判断。所述计算处理包括根据类型判断的结果进行算术运算或代数运算或方程求解运算或不等式求解运算或微积分运算。

相比于现有的单字输入、逐个识别以及单个选择的手写输入及计算方式，本发明的公式、表达式的手写输入及计算系统采用了整体输入公式或表达式信息串的手写输入方式，输入一气呵成，提高了输入速度，符合自然书写习惯，并且与实际数学印刷一致，与人们思维习惯相符，更为自然和人性。同时，本发明采用了对信息串进行整体识别的识别技术，因此识别更为快捷，识别效率高。此外，本发明在进行整体识别后，提供了整串的候选结果，因此选择效率大为提高，这进一步提高了数学符号演算和数值计算的效率。另外，本发明不仅可以进行算数和代数运算，而且可以对方程、方程组、不等式、不等式组以及微积分进行求解，因此很实用。总之，本发明的公式、表达式的手写输入及计算系统输入快、识别快、选择快、计算快并且实用范围广，因而具有很大的市场潜力。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1是本发明公式、表达式的手写输入及计算系统的结构框图。

图2是本发明公式、表达式的手写输入及计算方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。图1是本发明公式、表达式的手写输入及计算系统的结构框图。所述公式、表达式的手写输入及计算系统包括手写输入模块130、识别模块140、计算模块150、显示模块160、微处理器模块120(MCU)以及存储模块110。所述识别模块140与所述手写输入模块130连接，所述显示模块160与所述手写输入模块130连接，所述微处理器模块120与所述识别模块140、计算模块150、存储模块110以及显示模块160连接。所述手写输入模块130接收用户手写输入的公式或表达式信息串。所述显示模块160显示所述手写输入模块130输入的公式或表达式信息串。所述识别模块140把所述手写输入模块130接收的公式或表达式信息串整体识别为文本符号信息。所述微处理器模块120把所述识别模块140识别的文本符号信息传送到所述计算模块150，所述计算模块150对所述文本符号信息进行计算，得到计算结果。所述微处理器模块120把所述计算模块150计算的计算结果传送到显示模块160，所述显示模块160显示该计算结果。

所述存储模块110具有只读存储器111和可编程存储器112。所述只读存储器110用于存储所述识别模块140的软件。所述可编程存储器112用于暂时存储所述识别模块140识别的文本符号信息以及所述计算模块150计算的计算结果。所述微处理器120把所述可编程存储器112暂时存储的文本符号信息发送到计算模块150，以及把所述可编程存储器112暂时存储的计算结果发送到显示模块160。

所述识别模块140包括特征向量提取单元141、数学符号模型提供单元144、对比识别单元142以及格式转化单元143。所述特征向量提取单元141与所述手写输入模块130连接。所述对比识别单元142与所述数学符号模型提供单元144以及特征向量提取单元141连接。所述格式转化单元143与所述对比识别单元142连接。所述数学符号模型提供单元144用于提供公式和表达式信息串模型。所述公式或表达式信息串模型包括数字、数学符号、分式、根式、幂指数式、三角函数式、不等式、不等式组、方程、方程组以及极限表达式模型。所述特征向量提取单元141提取所述手写输入模块130接收的公式或表达式信息串的特征向量值。所述对比识别单元142把所述特征向量提取单元141提取的特征向量值与所述数学符号模型提供单元144提供的公式和表达式信息串模型进行对比，从而获取与所述特征向量值匹配的公式和表达式信息串。所述格式转化单元143将所述匹配的公式和表达式信息串转化成文本符号信息。

所述计算模块150包括文本符号信息类型判断单元151、算术运算单元152、代数运算单元153、方程求解单元154、不等式求解单元155以及微积分运算单元156。所述文本符号信息类型判断单元151与所述微处理器模块120连接。所述算术运算单元、代数运算单元153、方程求解单元154、不等式求解单元155以及微积分运算单元156均与所述文本符号信息类型判断单元151连接。所述文本符号信息类型判断单元151接收所述微处理器模块120传送的文本符号信息并对所述文本符号信息进行类型判断，并根据所述类型调用所述算术运算单元152、代数运算单元153、方程求解单元154、不等式求解单元155或微积分运算单元156。所述算术运算单元152对输入的算术式数学符号信息进行算术运算。所述代数运算单元153用于对输入的代数式文本符号信息进行代数运算。所述方程求解单元154用于对输入的方程式文本符号信息进行方程求解运算。所述不等式求解单元155用于对输入的不等式文本符号信息进行不等式求解运算。所述微积分运算单元156用于对输入的微积分式文本符号信息进行微积分运算。

如图2，本发明的公式、表达式的手写输入及计算方法包括如下步骤：(1)进入人机交互界面(步骤S1)；(2)用户手写输入公式或表达式信息串(步骤S2)；(3)对所述公式或表达式信息串提取特征向量，并把所述特征向量值与公式和表达式信息串模型进行整体对比识别，并判断是否能识别(步骤S3)，如果不能被识别，转步骤S2；若能识别，进入下一步；(4)将所述识别的公式或表达式信息串转换为候选文本符号信息(步骤S4)；(5)用户在所述候选文本符号信息中进行选择，判断是否有符合要求的文本符号信息(步骤S5)，如果不是，转步骤S2，如果是，进入下一步；(6)在所述候选文本符号信息中选择出符合用户要求的文本符号信息(步骤S6)；(7)对所述文本符号信息进行计算处理，得到计算结果(步骤S7)；(8)显示所述计算结果(步骤S8)；(9)判断是否继续输入公式或表达式信息串(步骤S9)，如果是，转步骤S2，如果不是，计算结束。

所述手写输入的公式或表达式信息串包括数字、数学符号、分式、根式、幂指数式、三角函数式、不等式、不等式组、方程、方程组，极限表达式。

所述整体识别包括对数学符号的识别判断以及对相似或相近符号的识别判断。所述数学符号的识别判断包括对数字、运算符、数学函数等的识别，所述相似或相近符号的识别判断为相近或相似符号进行判断处理，例如若输入的符号与“2”、“z”相似时，需要对该输入的符号进行精确判断，从而确定用户的主旨输入。再如，若输入的符号与“5”或“S”相似时，本发明判断用户的输入为“5”还是“S”。

所述计算处理包括对文本符号信息的结构分析及类型判断。所述对文本符号信息的结构分析是指分析文本符号信息是否为分式、根式、幂指数式等，例如对“

进行结构分析。所述对文本符号信息的类型判断是指分析文本符号信息是否为算术、代数、方程、不等式以及微积分。所述计算处理还包括根据类型判断的结果进行算术运算或代数运算或方程求解运算或不等式求解运算或微积分运算。本发明的代数运算包括多项式运算、有理式运算、三角函数式运算，例如本发明可以对三角函数式例如“5sin90°+2cos0°-3sin270°+10cos180°”进行运算，也可以对表达式

“ $\frac{(a+b)\·\sqrt{a^2-b^2}}{\sqrt{a^2-b^2}\·\sqrt{a^2-b^2}}$ ”进行运算。同时，本发明可以对方程或方程组，例如方程组“ $\left\{\begin{array}{c}x+y+z=10\\ x+3y+2z=17\\ 2y-x+3z=8\end{array}\right.$ ”进行求解。此外，本发明可以对不等式或不等式组，例如不等式“ ${\log }_3^{(x+2)}>3$ ”进行求解。本发明的微积分运算包括求极限、求导数和微分、求积分、求解微分方程、求无穷级数等。例如，本发明可以求解极限“ $\underset{x\→0}{\lim }[{(\frac{1}{x}+3)}^2-x{(\frac{1}{x}+2)}^3]$ ”。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (15)

1.一种公式、表达式的手写输入及计算系统，包括：

手写输入模块，用于接收用户手写输入的公式或表达式信息串；

识别模块，与所述手写输入模块连接，用于把所述手写输入模块接收的公式或表达式信息串整体识别为文本符号信息；

微处理器模块，与所述识别模块连接；

计算模块，与所述微处理器模块连接，所述微处理器模块把所述识别模块识别的文本符号信息传送到所述计算模块，所述计算模块对所述文本符号信息进行计算，得到计算结果；以及

显示模块，与所述手写输入模块以及微处理器模块连接，以显示所述手写输入模块输入的公式或表达式信息串，所述微处理器模块把所述计算模块计算的计算结果传送到所述显示模块，所述显示模块显示该计算结果。

2.如权利要求1所述的公式、表达式的手写输入及计算系统，其特征在于：还包括与所述微处理器模块连接的存储模块，所述存储模块具有只读存储器，所述只读存储器用于存储所述识别模块的软件。

3.如权利要求2所述的公式、表达式的手写输入及计算系统，其特征在于：所述存储模块还包括可编程存储器，所述可编程存储器用于暂时存储所述识别模块识别的文本符号信息以及所述计算模块计算的计算结果，所述微处理器把所述可编程存储器暂时存储的文本符号信息发送到计算模块，以及把所述可编程存储器暂时存储的计算结果发送到显示模块。

4.如权利要求2所述的公式、表达式的手写输入及计算系统，其特征在于：所述识别模块包括：

特征向量提取单元，与所述手写输入模块连接，用于提取所述公式或表达式信息串的特征向量值；

数学符号模型提供单元，用于提供公式和表达式信息串模型；

对比识别单元，与所述特征向量提取单元以及数学符号模型提供单元连接，用于把所述特征向量提取单元提取的特征向量值与所述数学符号模型提供单元提供的公式和表达式信息串模型进行对比，从而获取与所述特征向量值匹配的公式或表达式信息串；

格式转化单元，与所述对比识别单元连接，用于将所述匹配的公式或表达式信息串转化成文本符号信息。

5.如权利要求4所述的公式、表达式的手写输入及计算系统，其特征在于：所述公式或表达式信息串模型包括数字、数学符号、分式、根式、幂指数式、三角函数式、不等式、不等式组、方程、方程组以及极限表达式模型。

6.如权利要求1所述的公式、表达式的手写输入及计算系统，其特征在于：所述计算模块还包括与所述微处理器模块相连的文本符号信息类型判断单元，所述文本符号信息类型判断单元接收并判断所述文本符号信息的类型。

7.如权利要求6所述的公式、表达式的手写输入及计算系统，其特征在于：所述文本符号信息的类型包括算术、代数、方程、不等式以及微积分，所述计算模块包括：

算术运算单元，与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对算术式文本符号信息进行算术运算；

代数运算单元，与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对代数式文本符号信息进行代数运算；

方程求解单元，与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对方程式文本符号信息进行方程求解运算；

不等式求解单元，与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对不等式文本符号信息进行不等式求解运算；以及

微积分运算单元，与所述文本符号信息类型判断单元相连，用于对微积分式文本符号信息进行微积分运算。

8.一种公式、表达式的手写输入及计算方法，包括如下步骤：

(1)用户手写输入公式或表达式信息串；

(2)对所述公式或表达式信息串进行整体识别；

(3)将所述识别的公式或表达式信息串转换为符合用户要求的文本符号信息；

(4)对所述文本符号信息进行计算处理，得到计算结果；以及

(5)显示所述计算结果。

9.如权利要求8所述的公式、表达式的手写输入及计算方法，其特征在于：所述手写输入的公式或表达式信息串包括数字、数学符号、分式、根式、幂指数式、三角函数式、不等式、不等式组、方程、方程组以及极限表达式。

10.如权利要求8所述的公式、表达式的手写输入及计算方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括：将所述识别的公式或表达式信息串转换为候选文本符号信息；在所述候选文本符号信息中进行用户选择，从而得到符合用户要求的文本符号信息。

11.如权利要求8所述的公式、表达式的手写输入及计算方法，其特征在于：所述步骤(2)中的整体识别包括对所述公式或表达式信息串提取特征向量值，并把所述特征向量值与公式和表达式信息串模型进行整体对比识别。

12.如权利要求8所述的公式、表达式的手写输入及计算方法，其特征在于：所述步骤(2)的整体识别包括对数学符号的识别判断。

13.如权利要求8所述的公式、表达式的手写输入及计算方法，其特征在于：所述步骤(2)的整体识别还包括对相似或相近符号的识别判断。

14.如权利要求8所述的公式、表达式的手写输入及计算方法，其特征在于：所述步骤(4)的计算处理包括对文本符号信息的结构分析及类型判断。

15.如权利要求14所述的公式、表达式的手写输入及计算方法，其特征在于：所述计算处理包括根据类型判断的结果进行算术运算或代数运算或方程求解运算或不等式求解运算或微积分运算。

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