Эта задача много где встречается кроме распознавания рукописного текста. Например Яндекс находит текст по словам, хотя не все слова могут присутствовать.
В общем-то все можно сделать прямо, но проблема в эффективности. Желательно как-то базу индексировать. Можно просто распаковать все выражения в строки из букв не содержащие операторов, проиндексировать это все (кстати индекс тоже похож на образ). Потом аналогично распаковать запрос и поискать все его варианты. Получится множество выборок, которые собрать (опять таки группу результатов тоже можно собирать в один образ).

Образы многозначные, наверняка потом будет выполняться перебор вариантов под некоторые условия. При поиске тоже возможен перебор вариантов при поиске унифицирующей два образа строки. Хорошо бы совместить эти два перебора, то есть указывать дополнительные условия при поиске. Например в запросе будет не один образ, а цепочка или дерево образов от более абстрактных и общих к конкретным и разным. Это так же реализует контекстное управление. Группа образов сама является образом, характеризующим некие тематику, стиль или что-то в этом роде. Желательно быстро перестраивать или фильтровать индекс с этими приоритетами.

Скорость проще получить как раз  за счет конкретности запроса. Просто выбираем самый уникальный элемент и сразу отбираем по нему небольшую часть базы.

Еще выражения напоминают уравнения. Каждое уравнение описывает некоторое множество решений. Нужно найти в базе уравнение, имеющее максимальное число общих решений с заданным уравнением.

Конечно можно разные языки приводить к одному смыслу. Но тут вроде смысл один, это сами строки в раскодированном виде. Их слишком много.
Тут я пока тольком не представляю даже как сделать какую-нибудь "каноническую форму", чтобы два выражения с совпадающим смыслом обязательно выглядели в ней одинаково.