Loovelj / LaTeX_OCR_PRO

:art: 数学公式识别增强版：中英文手写印刷公式、支持初级符号推导（数据结构基于 LaTeX 抽象语法树）

LaTeX_OCR_PRO

数学公式识别，增强：中文公式、手写公式

Seq2Seq + Attention + Beam Search。结构如下：

• 1. 搭建环境
• 2. 开始训练
• 3. 可视化
• 4. 部署
• 5. 评价
• 6. 更多细节
  • 模型实现细节
  • 解决方案
• 7. 致谢

1. 搭建环境

1. python3.5 + tensorflow1.12.2
2. [可选] latex (latex 转 pdf)
3. [可选] ghostscript (图片处理)
4. [可选] magick (pdf 转 png)

如果你想直接训练，不想自己构建数据集：

1. [可选] 新开一个虚拟环境

   virtualenv env35 --python=python3.5
   source env35/bin/activate

2. 安装依赖

   pip install -r requirements.txt     // cpu 版
   pip install -r requirements-gpu.txt // gpu 版

3. 下载数据集

   git submodule init
   git submodule update

如果你想自己构建数据集，然后再训练：

Linux

一键安装

make install-linux

或

1. 安装本项目依赖

virtualenv env35 --python=python3.5
source env35/bin/activate
pip install -r requirements.txt

2. 安装 latex (latex 转 pdf)

sudo apt-get install texlive-latex-base
sudo apt-get install texlive-latex-extra

3. 安装 ghostscript

sudo apt-get update
sudo apt-get install ghostscript
sudo apt-get install libgs-dev

4. 安装magick (pdf 转 png)

wget http://www.imagemagick.org/download/ImageMagick.tar.gz
tar -xvf ImageMagick.tar.gz
cd ImageMagick-7.*; \
./configure --with-gslib=yes; \
make; \
sudo make install; \
sudo ldconfig /usr/local/lib
rm ImageMagick.tar.gz
rm -r ImageMagick-7.*

Mac

一键安装

make install-mac

或

1. 安装本项目依赖

sudo pip install -r requirements.txt

2. LaTeX

我们需要 pdflatex，可以傻瓜式一键安装：http://www.tug.org/mactex/mactex-download.html

3. 安装magick (pdf 转 png)

wget http://www.imagemagick.org/download/ImageMagick.tar.gz
tar -xvf ImageMagick.tar.gz
cd ImageMagick-7.*; \
./configure --with-gslib=yes; \
make;\
sudo make install; \
rm ImageMagick.tar.gz
rm -r ImageMagick-7.*

2. 开始训练

生成小数据集、训练、评价

提供了样本量为 100 的小数据集，方便测试。只需 2 分钟就可以根据 ./data/small.formulas/ 下的公式生成用于训练的图片。

一步训练

make small

或

1. 生成数据集

   用 LaTeX 公式生成图片，同时保存公式-图片映射文件，生成字典 只用运行一次

   # 默认
   python build.py
   # 或者
   python build.py --data=configs/data_small.json --vocab=configs/vocab_small.json

2. 训练

   # 默认
   python train.py
   # 或者
   python train.py --data=configs/data_small.json --vocab=configs/vocab_small.json --training=configs/training_small.json --model=configs/model.json --output=results/small/
   

3. 评价预测的公式

   # 默认
   python evaluate_txt.py
   # 或者
   python evaluate_txt.py --results=results/small/
   

4. 评价数学公式图片

   # 默认
   python evaluate_img.py
   # 或者
   python evaluate_img.py --results=results/small/
   

生成完整数据集、训练、评价

根据公式生成 70,000+ 数学公式图片需要 2-3 个小时

一步训练

make full

或

1. 生成数据集

   用 LaTeX 公式生成图片，同时保存公式-图片映射文件，生成字典 只用运行一次

   python build.py --data=configs/data.json --vocab=configs/vocab.json
   

2. 训练

   python train.py --data=configs/data.json --vocab=configs/vocab.json --training=configs/training.json --model=configs/model.json --output=results/full/
   

3. 评价预测的公式

   python evaluate_txt.py --results=results/full/
   

4. 评价数学公式图片

   python evaluate_img.py --results=results/full/
   

3. 可视化

可视化训练过程

用 tensorboard 可视化训练过程

小数据集

cd results/small
tensorboard --logdir ./

完整数据集

cd results/full
tensorboard --logdir ./

可视化预测过程

打开 visualize_attention.ipynb，一步步观察模型是如何预测 LaTeX 公式的。

或者运行

# 默认
python visualize_attention.py
# 或者
python visualize_attention.py --image=data/images_test/6.png --vocab=configs/vocab.json --model=configs/model.json --output=results/full/

可在 --output 下生成预测过程的注意力图。

4. 部署

部署为 Django 应用

1. 安装部署需要的环境

   pip install django

2. 开启服务

   python manage.py runserver 0.0.0.0:8010

3. 开启图片服务

   cd data/images_train
   python -m SimpleHTTPServer 8020

4. 使用方法 在输入框里依次输入 0.png, 1.png 等等，即可看到结果

5. 评价

指标	训练分数	测试分数
perplexity	1.12	1.13
EditDistance	94.16	93.36
BLEU-4	91.03	90.47
ExactMatchScore	49.30	46.22

perplexity 是越接近1越好，其余3个指标是越大越好。

其中 EditDistance 和 BLEU-4 已达到业内先进水平

将 perplexity 训练到 1.03 左右，ExactMatchScore 还可以再升，应该可以到 70 以上。

机器不太好，训练太费时间了。

6. 更多细节

1. 模型实现细节

   包括数据获取、数据处理、模型架构、训练细节

2. 解决方案

   包括 “如何可视化 Attention 层”、“在 win10 用 GPU 加速训练” 等等

7. 致谢

十分感谢 Harvard 和 Guillaume Genthial 、Kelvin Xu 等人提供巨人的肩膀。

论文：

1. Show, Attend and Tell(Kelvin Xu...)
2. Harvard's paper and dataset
3. Seq2Seq for LaTeX generation.