Херсонський державний технічний університет

Ходаков Даніїл Вікторович

УДК 681.3

МОДЕЛІ, МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ АДАПТИВНОСТІ КОРИСТУВАЛЬНИЦЬКОГО ІНТЕРФЕЙСУ.

Спеціальність 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Херсон – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Литвиненко Володимир Іванович, доцент кафедри інформаційних технологій Херсонського державного технічного університету

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Петров Едуард Георгійович, завідувач кафедри системотехніки Харківського національного університету радіоелектроніки

доктор технічних наук, професор Бідюк Петро Іванович, професор кафедри математичних методів системного аналізу Інституту прикладного і системного аналізу, Національного технічного університету України(КПІ)

Провідна установа: Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жу-ковського „Харківський авіаційний інститут”

Захист відбудеться “ 04 ” липня 2003 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.01 Херсонського державного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, кор. 3, ауд. 320

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Херсонського державного технічного університету

Автореферат розісланий “ 15 ” травня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.О. Костін

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. У зв'язку з розвитком апаратних і програмних засобів змінюється місце і роль людського фактора в системах взаємодії “користувач-ЕОМ”. Зростання парку персональних комп'ютерів, розширення ринку програмних продуктів привело до появи кінцевих користувачів (КК), що у свою чергу обумовило істотне підвищення вимог до адаптивності користувальницьких інтерфейсів (КІ), як основного фактора ефективного функціонування систем управління й необхідність проведення подальших досліджень у цій області.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні задачі дисертації відповідають державним науково-технічним програмам, що сформульовані в Законах України “Про наукову і науково-технічну діяльність”, “Про національну програму інформатизації”, а також планам найважливіших науково-технічних робіт Міністерства освіти і науки України: 6 – Інформатика, автоматизація і приладобудування; 6.2.1. – Інтелектуалізация процесів прийняття рішень; 6.2.2. – Перспективні інформаційні технології і системи.

Робота виконувалася на кафедрі інформаційних технологій Херсонського державного технічного університету, відповідно плану науково-дослідної роботи зі створення обласної системи контролю за надзвичайними ситуаціями та плану інформатизації області (розпорядження голови облдержадміністрації від 29.05.2000 р. № 477 “Про формування та виконання регіональної програми і проекту інформатизації”).

Розроблені в дисертації моделі й алгоритми були використані при виконанні госпдоговірної теми в Управлінні з питань надзвичайних ситуацій Херсонської обласної державної адміністрації (договір ДР-028 від 20.09.1999р.) та в АРМ чергового системи контролю районих електричних мереж.

Мета й задачі дослідження. Метою дослідження є розвиток і доробка конструктивної теорії та проблемно-орієнтованого інструментарію формалізації й моделювання процесів взаємодії КК і комп'ютеризованої системи. Елементи теорії й інструментарій орієнтовані на розв’язання нових задач взаємодії за допомогою адаптивного інтерфейсу, в основу якого покладено модель кінцевого користувача (МК), яка вбудовується в інтерфейс, що й дозволяє досягти підвищення ефективності функціонування адаптивних інтерфейсів.

Поставлена мета вимагає вирішення наступних задач: виконати аналіз методів і підходів до побудови адаптивних КІ; розробити методологію системного проектування адаптивних КІ, що виключають суб'єктивність і кон'юнктурність традиційних методів; дати формалізований опис процесів взаємодії КК з інтерфейсом; розробити моделі та методи підвищення ефективності навчання КК; розробити методи й алгоритми формування МК, що вбудовується в інтерфейс; розробити методи й алгоритми адаптації до КК на основі МК і знань про процес взаємодії; розробити методи оцінки й узагальнений критерій ефективності використання розроблених методів, моделей і алгоритмів при побудові КІ; розробити концепцію КІ і реалізувати її в адаптивному КІ. Здійснити практичну реалізацію моделей і алгоритмів.

Наукова гіпотеза полягає в тім, що ефективний адаптивний інтерфейс “користувач – комп'ютеризована система” може бути побудований тільки на основі моделі користувача, що вбудовується в інтерфейс.

Об'єктом дослідження є процеси взаємодії КК із комп'ютеризованою системою управління.

Предметом дослідження є математичні моделі КК, взаємодії, системна методологія проектування адаптивних інтерфейсів.

Засоби досліджень. Елементи конструктивної теорії й проблемно-орієнтованого інструментарію формалізації та моделювання взаємодії “користувач - ЕОМ” базуються на комплексному використанні методів теорії ймовірностей, масового обслуговування, інженерної психології, теорії множин, теорії графів, прямих спостережень, компараторної ідентифікації. Достовірність наукових результатів підтвержується практичними застосуваннями програмних продуктів.

Теоретичною базою для дисертаційного дослідження стали роботи вітчизняних та зарубіжних науковців: Глушкова В.М., Ломова Б.Ф., Темнікова Ф.Е., Павлова В.В., Галактіонова А.М., Хорошевського В.Ф., Венди В.Ф., Довгяло А.Н., Тарасова В.О., Дракіна В.І., Скуріхіна В.І., Гаврилової Т.А., Литвака І.І., та ін.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Проаналізовані підходи та методи побудови адаптивних інтерфейсів.

2. Доповнено елементи конструктивної теорії та проблемно-оріентованного інструментарію формалізації та моделювання взаємодії користувча й компьютеризованої системи.

3. Розроблено та обгрунтовано методологію системного проектування адаптивних інтерфейсів.

4. Запропоновано формалізованний опис процесів взаємодії кінцевого користувача з інтерфейсом.

5. Запропоновано та обгрунтовано методи підвищення ефективності оперативного навчання користувача.

6. Розроблено методи формування моделі користувача(МК).

7. Розроблено методи адаптації користувача до системи і системи до користувача.

8. Запропоновано методи оцінки й узагальнений критерій оцінки адаптивних інтерфейсів.

9. Адаптація розроблених моделей, алгоритмів у реальних задачах промислового виробництва підтверджує їхню високу ефективність.

Тлумачення даних положень є оригінальним і виноситься для захисту в поданій роботі.

Практична цінність роботи полягає в наступному. Проведені дослідження послужили основою для розробки адаптивних інтерфейсів взаємодії “користувач-ЕОМ” на основі моделі користувача у вигляді набору характеристик.

Реалізація результатів роботи. Розроблені моделі та алгоритми реалізовано у вигляді пакету прикладних програм, які впроваджені в Управлінні з питань надзвичайних ситуацій Херсонської обласної державної адміністрації згідно з договором ДР-028 від 20.09.1999 р. про створення обласної інформаційної системи контролю за надзвичайними ситуаціями. Впровадження засвідчено актом № 384 від 5.06.2000 р.

Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі.

Апробація результатів дисертації. Основні питання дисертації доповідались та обговорювались на: II Національній науковій конференції “Інформатика: теорія, технологія, техніка ITTT-95” (Одеса, 1995); ІІІ міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні ресурси, технології, комунікації”, (Генічеськ, 1997); науково-практичних конференціях “Інформаційні технології в освіті та управлінні”, (Н-Каховка, 1999, 2000, 2001, 2002); III Міжнародній конференції “Інформаційні ресурси: створення, інтеграція, використання (Київ, 1996); VII Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні ресурси науково-технічної інформації: проблеми створення і використання” (Київ, 2000), на семінарах наукової ради НАН України по проблемі “Кібернетика” “Прикладні проблеми інформатики” (Херсон, 1996-2002), науково-технічній конференції ”Регіональні інформаційні ресурси” (Херсон, 1997).

Особистий внесок дисертанта. Всі положення, що виносяться на захист, належать автору. З усіх робіт, опублікованих у співавторстві, на захист виносяться тільки ті, що належать автору.

Публікації. Результати роботи опубліковані в 17 друкованих роботах.

Структура та зміст роботи. Дисертаційна робота включає вступ, 5 розділів, висновок, список літератури, містить 160 сторінок основного тексту, 15 малюнків, 7 таблиць і додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані основна мета й завдання досліджень, наведено перелік отриманих результатів, відзначені їх новизна та практична цінність.

У першому розділі відбито основні етапи розвитку інформаційних технологій та засобів взаємодії “користувач-ЕОМ”. Найбільш перспективним напрямком досліджень є побудова адаптивних інтерфейсів, здатних підвищити ефективність взаємодії користувача з компьютеризованною системою. Виявлено, шо ключовим компонентом таких систем є МК, яка містить у собі найбільш важливу інформацію щодо користувача, необхідну для реалізації адаптивних властивостей інтелектуального інтерфейсу.

Показана необхідність розробки елементів теорії та конструктивних засобів побудови моделей взаємодії користувача й ЕОМ, концепції адаптивного користувальницького інтерфейсу на основі МК, що дозволяє підвищити ефективність взаємодії. Сформульовано предмет, межі та цілі дослідження.

Розділ 2. Діяльність користувача в АСУ, як ОПР, представлена як інформаційно-аналітична діяльність (ІАД) в умовах обмеженого часу і високої відповідальності за прийняття рішень. Особливості інформаційно-аналітичних задач визначають особливості діяльності ОПР. Ці особливості, а також специфічні риси знань і даних, використовуваних ОПР, визначають вимоги до інтерфейсу та пакетів прикладних програм для вирішення задач в АСУ.

Основними етапами діяльності користувача в системі, як ОПР, є наступні: сприйняття інформації; оцінка інформації; прийняття рішень управління.

Виконано формалізацію діяльності КК, як ОПР у системі. КК спостерігає об'єкт S. Об'єкт S представляється набором параметрів L={L1, L2, …, Lkщо приймають значення на множині A={A1, A2, …, Ak

Кожному Аі можна задати імовірну міру і таку, що для будь-якого а А, і(а)>0,

Кожному Аi ставиться у відповідність вага .

(w1, w2, … ...) і (1, 2, … ...) природним образом індуцирують на множині А імовірну міру Р, таку, що для

a=(a1, a2, … ...) А

Запроваджено функцію таку, що

,

де

Величина характеризує інформаційну значимість події {L(t)=a

Задана множина критичних станів , що визначає ті з можливих значень а випадкового процесу L(t), яким відповідає найбільш важливий стан об'єкта й яким відповідає найбільше значення функції . Прогнозування таких станів є основним змістом діяльності КК.

Пари , де , і , а y N0, є інформаційним повідомленням. Трійка є змістом цього повідомлення.

- реалізація випадкового процесу a(t) у момент часу , і x=.

Множина V - інформаційний простір. Множина V скінчена й розбивається на попарно непересічні підмножини: V=V1V2….

характеризується ціною інформаційного повідомлення і часом збереження повідомлення, що надійшло в сегмент у момент часу t .

Кожному інформаційному джерелу І відповідає множина слів Х. Під впливом запитів Q1, Q2, … , Qk, у моменти часу інформаційне джерело I виробляє послідовність інформаційних повідомлень

, , … , .

Об'єкт S описується множиною інформаційних джерел

{I1, I2, … , IM}...

.

Інформаційні джерела виробляють послідовність повідомлень

(x1, y1), (x2, y2), … , (xN, yN)... (1)

Інформаційно-аналітична робота користувача включає: інформаційний пошук й інформаційний аналіз.

, містить всі інформаційні повідомлення з послідовності (1), вироблені до моменту часу t=0 включно. Множина DA(0) є вихідними даними користувача КК. Множина VКК(t) є множиною адрес сегментів інформаційного простору, доступних КК у момент часу t[0,T0]. Для будь-якого t[0,T0] |VКК(t)|=L, а VA(0)=. КК може замінити кожній на будь-який , чи додати до VКК(t) кожний , якщо |VКК(t)|<L.

Інформаційний пошук це:

- класифікація повідомлень за ознаками, які належать до одного джерела, множини інформаційних джерел;

- класифікація представників цієї множини за значеннями параметрів, точності та конкретності;

- вилучення перспективних інформаційних джерел;

- означення траекторії інформаційних джерел в інформаційному просторі;

- оптимізація власної траекторії в інформаційному просторі.

Інформаційний аналіз - процес вироблення користувачем рішень. Рішення – повідомлення , вироблене користувачем на основі інформаційних повідомлень, що входять у набір даних DA(t).

(2)

- рішення, вироблювані користувачем на проміжку часу t[0,T0], що підрозділяються на регулярні та термінові.

Регулярні рішення – це рішення, вироблювані відповідно до розкладу .

.

Термінові рішення виробляються користувачем за власною ініціативою.

.

Користувач прогнозує критичні стани об'єкту S.

Основними підсумками інформаційно-аналітичної роботи є повідомлення, отримані в результаті інформаційного пошуку, і рішення, вироблені за підсумками інформаційного аналізу.

Інформаційне повідомлення (х, у) інформативно стосовно події , якщо , неінформативно, якщо , і дезінформативно, якщо .

Цінність інформаційного повідомлення (х, у) визначається змістом , а по (х, у) відношенню до події прямо пропорційна інформаційній значимості цієї події.

У розділі 3 як узагальнена модель “користувач – комп’ютеризована система” використовується функціонал виду

Ki=Ki(t, zвх, zвих, zк, zф),

де t – інтервал часу; zвх ={gп, gс, gо, gд, gоп} – множина вхідних параметрів, що характеризують вимоги користувача; gп, gс – до процесу і середовища функціонування моделі; gо – до технічних, програмних, інформаційних, аналітичних й інших засобів взаємодії користувача з ЕОМ; gд, gоп – до взаємодії та обслуговування користувачів у системі; zвих={bi=z(t, Dп, Dу, Dа)} – множина вихідних параметрів; Dу – умови діяльності користувача; Dп – процеси діяльності користувачів; Dа={Dау, Dао} – процеси системної адаптації до потреб користувачів: ті, що відбулися – Dау, а також ті, що відбуваються до індивідуальних характеристик користувача - Dао.

zк – характеристики особистості класу користувачів; zф – характеристики предметної області.

Модель користувача представлена як модель знань, де елементом є пара, що складається з характеристики та її значення:

Gn(t)={(G0s-t, (pr(k), z pr(k)), …, (ps(q), z ps(q))},

де G0s-t – найменування користувача, що належить визначеній категорії; pr – найменування k-ї професійної характеристики користувача; ps – найменування q-ї психофізіологічної характеристики користувача; z – значення відповідних показників, що характеризують професійні чи психофізіологічні параметри користувача.

Множина показників, що описує користувача, представлена двома підмножинами: V={N1, N2, …, Nn; M1, M2, …,Mn},

де (N1, N2,…,Nn)–підмножина-набір інформаційних характеристик КК; (М1, М2,…,Мn) – підмножина-набір інформаційних потоків у системі. Кожна Nn-а інформаційна характеристика може бути представлена функцією виду:

Nk=F(Z,S,W,O,A,K),

де Z – уміння користувача (фізичні, моторні, лінгвістичні) та його методи розв’язання задачі; S – характеристики особистості (творчі, уважність, стійкість до стресів); W – рівень підготовки для роботи з системою; O – причини взаємодії з системою (мета, мотивації, плани); A – знання про прикладні галузі задачі; K – інформаційний потік по k-й задачі.

М може задаватися функцією виду: М=f(M1`, M2`, M3`, M4`),

де M1` - інформаційний потік до об'єктів, що споживають інформацію; M2` - інформаційний потік від об'єктів, що поставляють інформацію; M3` - інформаційний потік від об'єктів контролю та керування; M4` - інформаційний потік як результат рішення задач контролю та управління.

Адаптація користувача до системи здійснюється зміною в поводженні та роботі користувача за рахунок пластичності характеристик і поводження користувача; можливістю й бажанням користувача вибирати відповідний вид і характер роботи; навчанням користувача. Методи, засоби адаптації користувача до системи в основному засновані на вивченні та навчанні користувача. Одним з компонентів цього є тестування (діагностування) користувача, формування його динамічного психофізіологічного портрету.

Автором були апробовані й застосовані три тести – вербальний тест Айзенка для оцінки інтелектуальних здібностей і схильності до нестандартного мислення, шкала самооцінки Ч.Д. Спілберга та Ю.Л. Ханіна, призначена для визначення рівня реактивної й особистісної тривожності й опросник EPQ за методикою Айзенка для вивчення індивідуально-психологічних властивостей особистості.

Важливим підходом до моделювання інформаційної діяльності КК є контроль за правильністю співвідношення:

I = Iн + Iд + Iр I0, (3)

де I - сумарний інформаційний потік; Iн – складова частина вхідного потоку інформації, що направляється безпосередньо користувачу без попередньої обробки; Iр – оперативна інформація, що є тією частиною вхідного інформаційного потоку, що направляється через обчислювальну систему; Iд– службова й нормативно-довідкова інформація.

Для системи важливим є узгодження пропускних здібностей КК та ЕОМ. Пропускна здатність залежить від обсягу та способів представлення інформації, цілей і задач користувача, ступеня його навчання, суб'єктивних і зовнішніх факторів.

Трудова діяльність диспетчерів (відповідальних чергових) АСУ часто відбувається в екстремальних умовах середовища і пов’язана зі стресовими ситуаціями. Упоратися з роботою успішно в таких ситуаціях може тільки навчений користувач.

Для побудови оптимального процесу навчання вирішується питання про параметри: число етапів навчання, число задач, що відпрацьовуються, число повторень кожної вправи, тривалість його виконання й ін. Число етапів і задач можна визначити з аналізу ситуацій виробничої діяльності користувача. Таким чином, формується вектор стану процесу навчання:

S = (s1,…, si,…,sn)1...

Для кожної з названих операцій виходячи з аналізу процесів керування й вимог практики можуть бути зазначені кінцеві необхідні підсумкові результати zj, що утворять вектор Z.

Швидкість засвоєння інформації користувачем підвищується за рахунок попереднього представлення інформації користувачу у виді основних значеннєвих понять тексту. Перевірка цієї пропозиції була здійснена експериментальним шляхом. У результаті проведених експериментів було доведено, що загальний час засвоєння інформації скорочується не менше, ніж на 20%.

Розглянуті задачі адаптації комп'ютеризованого середовища до користувача: визначення й корекція помилок користувача при роботі з системою; адаптація параметрів інформаційного середовища, з яким взаємодіє користувач; зміна рівня складності інтерфейсу відповідно до характеристик користувача й рівнем його підготовки; адаптація до інтенсивності інформаційного обміну між користувачем і системою; адаптація системи цілям і намірам користувача; представлення оптимальних для конкретних користувачів форм і послідовностей представлення інформаційних ресурсів.

Користувач і комп'ютеризована система координують свої дії для досягнення цілей, поставлених користувачем перед системою. Процес розпізнавання планів користувача ґрунтується на інформації, одержуваної з моделі користувача.

У розділі 4 розглядається методологія й концепція побудови адаптивних КІ. Процес проектування інтерфейсів представляємо у вигляді послідовності процесів прийняття рішень, у результаті яких одержуємо обьект - інтерфейс, що відповідає заданим властивостям. Задачу проектування можна представити в узагальненому виді

ZS={SMF(p);Ц(p)}, (4)

SMF(p) – задані умови системи; Ц(p)} – ціль, що визначає бажаний стан інтерфейсу, як об’єкта проектування. Процес рішення задачі (4) зводиться до пошуку процедури – операторів перетворення Pр , за допомогою якої здійснюється трансляція виду

Pр

SMF(p) SMF(p1)/ Ц(p).

У результаті застосування деякої кількості перетворень отримуємо кінцевий продукт синтезу – інтерфейс:

S=PPn(PPn-1(...( PP1(SM(P)...),

описуваний трійкою S={M,M,Ц}, якою забезпечується

extr F(x)

при обмеженнях fi(x)<0; i I,

де Мі – множина вузлів інтерфейсу, М – множина зв'язків між вузлами, Ц – множина цілей інтерфейсу, F(х) – функція узагальненого критерію ефективності, І – множина індексів обмежень.

Формалізовану схему проектування адаптивних інтерфейсів представлено у виді:

Ма={p, A, D, P},

де p – принципи побудови і формального представлення інтерфейсів; A – система адаптивних властивостей і показників їхньої оцінки; D – алгоритми формування проектних варіантів і оцінки їхньої адаптивності; P – множина задач адаптивного проектування на основі A і D.

Основним компонентом схеми проектування є бібліотека адаптивних властивостей (БАВ), наприклад у вигляді дерева адаптивних властивостей (ДАВ). ДАВ являє собою граф G(X, F), де X – множина вершин (адаптивних властивостей) графа; у X визначені: xr – коренева вершина, що відбиває повну множину адаптивних властивостей системи; Xi – множина вершин l-го рівня; l[1, L]; L – число рівнів у графі; X' – множина термінальних вершин, що відповідають адаптивним властивостям комплектуючих вузлів і утворюючих довідкову базу для проектного аналізу; F – множина орієнтованих дуг, що задають відношення між вершинами.

Предметна область технології проектування описується моделлю виду

M={Da, A, Dd, R, C*, L*, F},

де Da – узагальнений граф (дерево) адаптивних властивостей; A – інтегральний показник адаптивності інтерфейсу; Dd – узагальнений граф проектних рішень інтерфейсу; R – довідник асоціативних зв'язків “засоби – властивості” типу М:М, як набори адаптивних властивостей реалізуються конкретними комплектуючими засобами ; C* - максимально припустима вартість проекту системи; L* - система структурних обмежень, що характеризують можливість включення й стикування комплектуючих засобів у конкретну конфігурацію КІ; F – процедура проектування адаптивних інтерфейсів.

Найважливішим є формування варіантів структур системи. Для визначення структури адаптивного КІ вихідними даними для рішення є:

1. Виконувані функції у вигляді множини розв'язуваних задач Е = {Ei}, . Кожна з задач Ei, може складатися з qi етапів: . Для кожної з задач Ei, повинні бути задані можливі варіанти її рішення i, де .

Множина задач, покладених на КІ та їхні характеристики визначаються на етапі аналізу конкретного користувача, аналізу цілей системи і можливостей компонентів системи.

2. Зв'язок між задачами та їхніми етапами, що можуть задаватися у вигляді графа E. Дуги графа E характеризують співвідношення проходження, що існують між розв'язуваними задачами та їхніми етапами, і відповідають напрямкам інформаційних потоків.

3. Множина можливих вузлів системи М = {Mj}, , і зв'язків між ними, що задаються у виді графа М. Вершини відображають вузли, а дуги – зв'язки між вузлами системи.

4. Види і характеристики технічних засобів; А = {al – множина можливих технічних засобів і - тип технічного засобу.

5. Джерела та споживачі інформації з усіх етапів задач.

Задача визначення оптимальної структури полягає в пошуку оптимального складу вузлів системи М і зв'язків між ними М, у пошуку покладених на технічні засоби задач і варіантів їхнього рішення Е, , розподілі їх по рівнях і вузлах системи і вибору комплексу технічних засобів А, при яких максимізується ефект від упровадження задач, тобто

де - ефект від упровадження qi-го етапу i-ї задачі при використанні i-го варіанту його рішення; - змінна, приймаюча значення 1, якщо qi-й етап i-й задачі при використанні i-го варіанту його реалізації зважується в Мj-му вузлі за допомогою а-го технічного засобу 1-го типу й = 0 у іншому випадку.

При визначенні структури інтерфейсу крім адаптаційних властивостей враховуються обмеження на ресурси, на технічну реалізацію, на завантаження технічних засобів, на своєчасність рішення задач, пропускну здатність користувача, тобто

де - тип ресурсів; - кількість ресурсів.

де - інтенсивність рішення qi-го етапу Еi-ї задачі при i-му варіанті рішення; - завантаження а-го технічного засобу i-го типу Мj-му вузлі; - час виконання qi-го етапу Еi-ї задачі в Мj-му вузлі за допомогою аi-го технічного засобу при i-му варіанті рішення, причому

де - трудомісткість (або обсяг) qi-го етапу Еi-ї задачі за допомогою аi-го технічного засобу.

Заключним етапом методології є перебір варіантів і оцінка адаптивності варіантів. За схемою постановки перераховані задачі відносяться до класу “задач формування вихідної множини альтернатив”, формулювання яких у загальному виді може бути представлене в такий спосіб. S - множина альтернатив (варіантів) проектованої системи. Нехай деяка властивість Pi альтернатив з S виражається числом Fi , тобто існує відображення : SFi .Тоді таку властивість називають критерієм, а число (S) – оцінкою альтернативи S за критерієм.

Задача формування S є задачею вибору <Su ,> де i - принцип ”задоволення”, що виражає умови можливості й допустимості альтернатив.

Множина S=(Su), отримана при рішенні задачі, є вихідною множиною проектних альтернатив (варіантів). Породження проектних альтернатив ведеться вже у формі проектних технологій D. У конфігураційному аналізі технологія D здійснює відображення D: KBS, де KB – декларативне й процедурне знання предметної області та розв'язуваної задачі проектування.

KB включає: Ka- множина конфігураторів (проектних шаблонів) архітектур КІ; K- множина конфігураторів (проектних шаблонів) технічних і програмних засобів, що вбудовуються рекурсивним образом у конфігуратор архітектури; R – правила комплектації Ka і K й компонування S відповідно до технічних вимог проекту; KB3 – кодована відомість задачі, формалізуюча технічні вимоги (організаційно-технологічна структура підприємства, функціональна структура проектованої ІС); F*m- критеріальний простір адаптивних властивостей, установлюваний замовником (ДАВ-Завдання); Q*a-інтегр показники адаптивності опірних проектів; (L*,C*) – принцип задоволення, що встановлює умови можливості й допустимості альтернатив. Альтернативи S включають:

F – структурну схему технічного, програмного й інформаційного забезпечення обраної архітектури;

(LL*,C<C*)- покажчик можливості альтернативи і припустимих альтернатив (з точки зору виконання обмежень на вартість);

Fm - критеріальний простір адаптивних властивостей альтернатив;

Qa-інтегр показник адаптивності альтернативи; Fk< Fm – критичні шляхи на ДАВ-Рішення, що показують потенційно “вузькі місця”, з якими можуть зіштовхнутися користувачі в майбутньому при модернізації.

При побудові адаптивного інтерфейсу використовують три види адаптації: повну, фіксовану та косметичну.

Визначено принципи побудови адаптивних інтерфейсів:

принцип відповідності призначення й структури інтерфейсу цілям та задачам; принцип мінімізації витрат ресурсів користувача; принцип природності, взаєморозуміння та несуперечності; принцип не надмірності; принцип безпосереднього доступу до системи допомоги; принцип гнучкості; принцип максимальної концентрації користувача на задачі, що розв’язується; принцип урахування професійних навичок користувача; принцип легкості користування та навчання; принцип надійності. Дана характеристика принципів.

Виділяють такі компоненти адаптивного КІ. Модель структури активного інформаційного домену (доменів) з яким у даний момент має справу користувач. Модель користувача, як системи, з яким взаємодіє ЕОМ. Модель безпосереднього процесу взаємодії користувача й ЕОМ.

Визначено набір положень, що формують концепцію КІ:

- методи одержання та накопичування знань про КК і процес взаємодії з ним;

- інформація про КК повинна бути отримана на основі спостережень за його діями і представлена у виді МК;

- наявність механізмів тестування, навчання й самонавчання, що забезпечують корекцію МК, відповідно до динаміки процесу взаємодії;

Модель користувача, що вбудовується в інтерфейс (апріорна МК), представлена у виді об'єкта:

MS = {ID, (m1, < z_m1 >), (m2, < z_m2 >),…,(mn<z_mi>)},

де ID – ідентифікатор; m1, m2,…,mi – імена полів; z_m1, z_m2, m1 >), …, z_mi – значення полів.

Як імена полів виступають характеристики КК, (вік, стать, стаж роботи, рівень підготовки, спеціалізація, стиль спілкування, та ін.) Цілком інформативним можна вважати набір з 15-25 характеристик. У процесі взаємодії із системою необхідно аналізувати динамічні характеристики КК, (зміна області інформаційного пошуку в процесі рішення задачі, зміна вимог до форми представлення інформаційних ресурсів, фактор втоми й ін.)

Для заданої множини адаптивних параметрів користувальницького інтерфейсу КІ З = {C1, C2, …, Cc}, множини станів системи R = {R1, R2, …, Rr}, і дій користувача P = {P1, P2, …, Pp} визначенні функції вибору fsгр({z_m}), що здійснюють настроювання параметрів інтерфейсу:

Аргументами функцій вибору є підмножини статичних характеристик моделі користувача. Вибір відповідної реакції системи (генерація відповідних повідомлень) виробляється з урахуванням множини динамічних характеристик користувача {Dj} і функцій вибору fdrk({dj}):

де - множина можливих відповідних повідомлень для r станів, кількість альтернативних варіантів для кожного стану kr; S – необхідне вихідне повідомлення.

Показниками оцінки діяльності користувача обрані:

Ініціативність, цілеспрямованість, результативність, інформованість, продуктивність.

Інтегральна оцінка ефективності адаптивного інтерфейсу “користувач-ЕОМ” включає оцінку трьох груп факторів: апаратного, програмного і користувальницького. Узагальнений коефіцієнт ефективності адаптивного інтерфейсу представлений функцією:

= f(A, B, C),

де А, В і С – відповідно коефіцієнти оцінки ефективності апаратного, програмного й людського фактора; , і - коефіцієнти значимості відповідних частин (ваги):

де , і - кількісний внесок у рішення поставленої задачі відповідно апаратної, програмної та користувальницької частин; Q - сумарний внесок усіх частин (Q = + +).

Отримано значення узагальненого коефіцієнту ефективності адаптивного користувальницького інтерфейсу:

П’ятий розділ присвячений викладенню результатів розроблених моделей, алгоритмів і програм. Розроблено адаптивний інтерфейс автоматизованного робочого місця оперативного чергового обласної системи контролю за надзвичайними ситуаціями та адаптивний інтерфейс для інформаційної системи контролю районих електричних мереж.

ВИСНОВКИ

Робота присвячена дослідженню й розробці математичних моделей, алгоритмів, інформаційних технологій рішення задач моделювання адаптивності взаємодії кінцевого користувача з комп'ютеризованою системою управління, використанню моделей при побудові адаптивних інтерфейсів, адаптивних систем. У результаті рішення поставленої задачі отримані наступні результати:

1. Показано, що підвищення ефективності функціонування адаптивних користувальницьких інтерфейсів може бути досягнуто використанням моделей кінцевого користувача, що вбудовуються в інтерфейс, та інтелектуальної системи керування інтерфейсом.

2. Розвинуті й дороблені елементи конструктивної теорії та проблемно-орієнтованого інструментарію формалізації й моделювання процесів взаємодії кінцевого користувача та комп'ютеризованої системи. Елементи теорії й інструментарій орієнтовані на рішення нових задач взаємодії за допомогою адаптивного інтерфейсу, в основу якого лягає модель кінцевого користувача.

3. Виконано аналіз взаємодії кінцевого користувача з системою управління. Запропоновано узагальнену модель системи з користувальницьким інтерфейсом. Розроблено формалізований опис процесів взаємодії кінцевого користувача з інтерфейсом.

4. Розроблено методологію системного проектування адаптивних користувальницьких інтерфейсів, що виключає суб'єктивність і кон'юнктурність традиційних методів і допомогає розроблювачам правильно орієнтуватися в умовах масового ринку засобів комп'ютерної техніки.

5. Розроблено моделі та методи підвищення ефективності навчання кінцевого користувача з метою підвищення швидкості засвоєння інформації. Дано формалізацію процесу оперативного навчання користувача.

6. Розроблено методи опису, методи й алгоритми формування моделі користувача, що вбудовується в інтерфейс.

7. Систематизовано методи й алгоритми адаптації кінцевого користувача на основі моделі користувача, що вбудовується в інтерфейс, методи й алгоритми адаптації комп'ютеризованої системи до користувача.

8. Розроблено методи оцінки, запропонований і розроблений узагальнений критерій ефективності використання розроблених методів, моделей і алгоритмів побудови адаптивних користувальницьких інтерфейсів.

9. Розроблено концепцію побудови адаптивного користувальницького інтерфейсу, що реалізована в користувальницькому інтерфейсі в складі інформаційної системи, зокрема підсистеми контролю за надзвичайними ситуаціями в управлінні надзвичайних ситуацій Херсонської обласної державної адміністрації.

Результати досліджень, математичні моделі використовуються також у навчальному процесі вузів при читанні лекцій, проведенні практичних занять, у курсовому і дипломному проектуванні.

Публікації за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

Анотація

Ходаков Д.В. Моделі, методи та засоби адаптивності користувальницького інтерфейсу – рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології – Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2003.

Дисертаційна робота присвячена розробці та дослідженню методів, моделей та засобів задач взаємодії “користувач – комп’ютеризована система”. Вирішення цих задач можливе тільки завдяки використанню користувальницьких інтерфейсів. Ефективний адаптивний інтерфейс “користувач – комп’ютеризована система” може бути побудований на основі моделі користувача, що вбудовується в інтерфейс. Запропоновано формалізований опис процесів взаємодії кінцевого користувача з інтерфейсом. Запропоновано та обґрунтовано методи підвищення ефективності оперативного навчання кінцевого користувача. Розроблено методи формування моделі користувача. Систематизовано методи взаємної адаптації: користувача до комп’ютеризованої системи, та системи до користувача. Проаналізовано методи та засоби оцінки користувальницьких інтерфейсів та запропоновано і обґрунтовано узагальнений критерій оцінки адаптивних інтерфейсів, який враховує три компоненти: програмне забезпечення, апаратне забезпечення та людський фактор.

Ключові слова: ЕОМ, комп’ютеризована система, кінцевий користувач, модель користувача, адаптація, інтерфейс.

Аннотация

Ходаков Д.В. Модели, методы и средства адаптивности пользовательского интерфейса – рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2003.

Диссиртационное исследование посвящено вопросам разработки методов, моделей и средств взаимодействия конечного пользователя и компьютеризированной системы. Рост парка персональных компьютеров, расширение рынка программных продуктов привели к появлению массового, так называемого, конечного пользователя, что в свою очередь обусловило повышение требований к адаптивности пользовательских интерфейсов, как одного из основных факторов эффективного функционирования систем управления. Вышеизложенное объясняет повышенный интерес к разработке адаптивных интерфейсов, адаптивных систем, к необходимости разработки методологии проектирования адаптивных интерфейсов. Для решения таких задач в диссертационной работе выполнен анализ подходов и методов построения адаптивных пользовательских интерфейсов, разработана и обоснована формализация процессов взаимодействия конечного пользователя с интерфейсом, разработаны методы и алгоритмы формирования встроенной модели конечного пользователя в интерфейс, разработаны методы и алгоритмы адаптации к конечному пользователю адаптивного интерфейса на основе встроенной модели пользователя, разработаны методы оценки и предложен обобщенный критерий оценки эффективности адаптивного интерфейса. Обобщенный критерий базируется на учете трех групп компонентов: программного, аппаратного и человеческого(пользовательского). Разработана концепция построения адаптивного пользовательского интерфейса. На основе анализа принципов построения информационных систем с учетом пользовательского интерфейса сформулированы основные принципы построения адаптивных пользовательских интерфейсов.

Выполнена практическая реализация разработанных подходов, моделей и алгоритмов. Разработаны адаптивные пользовательские интерфейсы АРМ диспетчера систем электросетей и оперативного дежурного обласной информационной системы контроля за чрезвычайными ситуациями.

Ключевые слова: ЭВМ, компьютеризированная система, конечный пользователь, модель пользователя, адаптация, интерфейс.

Summary

Hodakov D.V. Models, methods and means of adaptibility of the user interface - manuscript

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. of speciality 05.13.06 - automated control systems and progressive information technologies. The Kherson state technical university, Kherson, 2003.

Dissertational the research is devoted to questions of development of methods, models both means of interaction of the end user and computer aided system. Growth of park of personal computers, expansion of the market of software have resulted in occurrence of the mass so-called the end user that has in turn caused increase of requirements to adaptibility of the user interfaces as one of major factors of effective functioning of control systems. Above-stated explains a heightened interest to development of adaptive interfaces, adaptive systems, to necessity of development of methodology of designing of adaptive interfaces. For the decision of such tasks in dissertational work the analysis of the approaches and methods of construction of adaptive user interfaces is executed, formalization of processes of interaction of the end user with the interface is proved, methods and algorithms of formation of the built - in model of the end user in the interface are developed, the methods and algorithms of adaptation to the end user of the adaptive interface are developed on the basis of the built - in model of the user, the methods of an estimation are developed and the generalized criterion of an estimation of efficiency of the adaptive interface is offered. The generalized criterion is based on the account of three groups of components: program, hardware and human (user). The concept of construction of the adaptive user interface is developed. On the basis of the analysis of principles of construction of information systems in view of the user interface the basic principles of construction of adaptive user interfaces are formulated.

Practical realization of the developed approaches, models and algorithms is executed. Adaptive user interfaces of an automated workplace of the dispatcher of systems of electric systems and operative attendant of the regional information monitoring system behind extreme situations are developed.

Key words: the COMPUTER, computerized system, end user, model of the user, adaptation, interface.