МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Бень Андрій Павлович

УДК 681.3:519.7

МЕТОДИ ПОБУДОВИ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИХ АДАПТИВНИХ

ІНТЕРФЕЙСІВ "ЛЮДИНА – КОМП'ЮТЕРИЗОВАНА СИСТЕМА"

НА ОCНОВІ МОДЕЛІ КОРИСТУВАЧА

05.13.06 – Автоматизовані системи управління

та прогресивні інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті,

Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор

Ходаков Віктор Єгорович,

Херсонський державний технічний університет,

завідувач кафедри програмного забезпечення ЕОМ

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор

Петров Едуард Георгійович,

Харківський державний технічний університет

радіоелектроніки, завідувач кафедри системотехніки

·

Бідюк Петро Іванович,

Національний технічний університет України (КПІ),

професор кафедри ММСА

Провідна установа: Інститут Кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України,

м. Київ.

Захист відбудеться 20.01.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 67.052.01 в Херсонському державному технічному університеті, за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе 24, корпус 1, а. 223.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного

технічного університету.

Автореферат розісланий 20.12.2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ___________________ Костін В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На порозі ХХІ століття відзначається швидке зростання рівня інформатизації суспільства, завдяки істотно новому, якісному стрибку можливостей сучасних ЕОМ, їхньому застосуванню практично в усіх сферах діяльності людини, орієнтованості на персональне використання. У законі України "Про національну програму інформатизації" підкреслюється необхідність впровадження прогресивних інформаційних технологій. Створення таких технологій потребує розробки широкого кола програмних засобів (ПЗ), здатних оперативно задовольняти існуючі інформаційні потреби: пошукових і довідкових систем, систем моніторингу, та ін. Однією з головних вимог, що пред'являються сьогодні до таких ПЗ є забезпечення зручності і ефективності роботи з ними, спроможності адаптуватися до вимог індивідуального користувача. У зв'язку з цим невпинно зростає доля досліджень, що присвячені вивченню проблеми ефективної взаємодії людини з комп'ютеризованою системою.

Істотний внесок у розв'язання теоретичних і прикладних питань підвищення ефективності і якості взаємодії з користувачем зробили такі видатні вчені, як: Глушков В.М., Павлов В.В., Скуріхін В.І., Герасімов Н.А., Гаврілова Т.А., Тарасов В.А., Рибаков Ф.І., Дракін В.І., Ходаков В.Є., В. Деннінг та ін. Важливою складовою частиною досліджень, що проводяться у даному напрямку, стала розробка інтелектуальних систем підтримки адаптивних інтерфейсів (ІСПАІ), спроможних коригувати процес взаємодії у відповідності з актуальними інформаційними потребами користувача. Існуючий стан справ у створені ІСПАІ такий, що вже є реальні технічні можливості їх практичного втілення як обов'язкового компоненту ПЗ, але відсутня достатня теоретична база для їх проектування. Початковий досвід дослідження і побудови таких систем довів необхідність серйозної розробки низки питань, пов'язаних насамперед з поданням і накопиченням знань про взаємодію з користувачем, формуванням моделі користувача, плануванням цілеспрямованої діяльності, моделюванням міркувань, оцінкою невизначеності дій. Їх вирішення потребує застосування методів штучного інтелекту (ШІ), значний внесок розробку теоретичних основ якого зробили такі відомі вчені, як: Поспєлов Д.O., Попов Е.В, Осіпов Г.С., П. Маккарті, Н. Нільсон та ін. Незважаючи на значні результати, досягнуті в останні роки в галузі ШІ, питання моделювання діяльності користувача вивчені недостатньо. Це пов'язано із відносно недавньою появою персональних ЕОМ і, як наслідок, самих понять "модель користувача", "інтелектуальний інтерфейс". З іншого боку, широкі можливості сучасних ЕОМ дозволяють використовувати у процесі вирішення частки з цих питань відомі, але незатребувані раніше через високу ресурсомісткість методи ШІ. Наявність вказаних особливостей створення ІСПАІ, а також суттєва значущість останніх у процесі розвитку новітніх інформаційних технологій, обумовлює актуальність дисертаційного дослідження, що спрямоване на розробку перспективних методів і моделей подання знань про користувача і процес взаємодії з ним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика дисертаційної роботи, її мета і основні задачі відповідають державним науково-технічним програмам, які сформульовані в Законі України "Про наукову і науково-технічну діяльність" та в законі України "Про національну програму інформатизації": 6. Інформатика, автоматизація і приладобудування, 6.2.1. інтелектуалізація процесів прийняття рішень, 6.2.2. перспективні інформаційні технології і системи. Робота виконувалася на кафедрі програмного забезпечення ЕОМ Херсонського державного технічного університету, відповідно до плану науково-дослідної роботи з створення обласної інформаційної системи контролю за надзвичайними ситуаціями. Розроблені в дисертації моделі і алгоритми були використані під час виконання госпдоговірної теми в Управлінні з питань надзвичайних ситуацій Херсонської обласної державної адміністрації (договір ДР-028 від 20.09.1999 р.).

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності взаємодії користувачів комп'ютеризованих систем, шляхом створення інтелектуальної системи підтримки інтерфейсу, що використовує модель користувача і модель взаємодії, засновані на знаннях. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

·

· розробити формально-логічний апарат для подання знань в ІСПАІ;

· розробити методи формалізації знань про користувача і процес взаємодії з ним на основі запропонованого формально-логічного апарату;

· побудувати моделі процесу взаємодії з користувачем, орієнтовані на оцінку його когнітивних характеристик;

· розробити методи і алгоритми визначення можливих цілей користувача і планів дій, що спрямовані на їх досягнення;

· визначити множину найбільш значущих показників якості функціонування системи і виконати оцінку ефективності застосування запропонованих методів та алгоритмів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

·

· розроблено методику формалізації знань про процес взаємодії з користувачем для об'єктно-орієнтованих і подійно-керованих інтерфейсів;

· набула подальшого розвитку нова концепція побудови ІСПАІ, що використовують модель користувача і модель взаємодії.

· вперше запропонована і розроблена модель користувача з комбінованою структурою на основі набору логіко-когнітивних характеристик.

· розроблено алгоритм визначення цільових настанов користувача і можливих планів його дій, що спрямовані на їх досягнення.

· вперше запропоновано використовувати для оцінки невизначеності дій користувача узагальнену модель наближених множин, доповнену внутрішніми механізмами визначення меж верхнього і нижнього наближень.

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що застосування розроблених методів, моделей, та програмних засобів дозволяє підвищити ефективність процесу взаємодії з користувачем, сприяє скороченню часу, що потрібний для аналізу ситуації і прийняття рішень в системах моніторингу стану об'єктів, знижує вірогідність помилкових дій користувача.

Практична цінність роботи полягає у тому, що 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 № 348 від 5.06.2000 р.

Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі на кафедрі програмного забезпечення ЕОМ Херсонського державного технічного університету при проведенні занять з курсів "Математичні основи подання знань" та "Основи проектування систем штучного інтелекту", їх втілено в науково-дослідну роботу студентів і магістрантів спеціальності 7.080403 - "Програмне забезпечення автоматизованих систем". Основні положення роботи можна застосовувати при проектуванні адаптивних інтерфейсів інформаційних систем, а запропонована методика формалізації знань може бути використана при розробці систем з ШІ.

Особистий внесок здобувача. Наукові положення, висновки, рекомендації, практичні результати, які викладено у дисертаційній роботі та виносяться на захист, отримані автором самостійно. У роботі [10], яка виконана в співавторстві, дисертанту належить розробка моделі предметної області і комбінованого логічного обчислення для опису характеристик об'єктів. У працях [5,8] автору належить розробка алгоритму формування МК, а в [7,12,15] - його програмна реалізація. У роботі [6] автором запропоновано метод структуризації гіпертекстових документів, в роботах [16,18,19] – модель подання знань в інтелектуальній системі. У працях [4,14,17] дисертанту належить постановка задачі та розробка алгоритму взаємодії модулів адаптивного інтерфейсу, в [2] - розроблена формальна модель процесу взаємодії з користувачем та структура модулів ІСПАІ. У працях [3,9] – автором запропонована методика оцінки характеристик користувачів, в [13] - розроблено метод комбінованого застосування епістемічних і темпоральних модальностей при формалізації знань.

Апробація результатів дисертації. Основні питання дисертації доповідались та обговорювались на: III міжнародній науково-практичній конференції "Информационные ресурсы: создание, интеграция и использование", (Гута, 1996); науковій конференції "Информационные ресурсы, технологии, коммуникации", (Генічеськ, 1997); міжнародній конференції з м'яких обчислень і вимірів "SCM-98", (С. Петербург, 1998); VI національної конференції з штучного інтелекту (з міжнародною участю) "КИИ'98", (Пущино, 1998); міжнародній науковій конференції "Интеллектуальное управление: новые интеллектуальные технологии в задачах управления", (Переславль-Залеський, 1999); I і ІІ міжнародних наукових конференціях "Информационная инфраструктура высших учебных заведений", (Херсон, 1999, 2000); науково-методичній конференції "Інформаційні технології в освіті та управлінні", (Н.-Каховка, 2000); науковій конференції "Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в природничих науках", (Кривий Ріг, 2000); VIІ національної конференції з штучного інтелекту (з міжнародною участю) "КИИ'2000", (Переславль-Залеський, 2000); На семінарах наукової ради АН України з проблем "Кібернетика", "Прикладні проблеми інформатики", (Херсон, 1997-2000).

Публікації: За темою дисертації опубліковано 19 друкованих праць, з них – 9 статей в наукових журналах і 10 публікацій у матеріалах конференцій.

Структура і обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літературних джерел із 209 найменувань, додатків. Містить 17 малюнків, 13 таблиць. Загальний обсяг роботи складає 192 сторінки, в тому числі 154 сторінки основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані основна мета і завдання досліджень, наведено перелік отриманих у дисертації результатів, відзначені їх новизна та практична цінність. Зазначено особистий внесок здобувача у ті розробки, які виконані і опубліковані разом із співавторами. Викладена структура і анотований зміст окремих розділів, а також подано відомості про апробацію роботи і використання результатів проведених досліджень у народному господарстві.

У першому розділі подано огляд літератури, в якому відбито основні етапи розвитку інформаційних технологій та засобів взаємодії "користувач-ЕОМ". Підкреслено неухильне зростання впливу людського чинника на процеси створення нових інформаційних технологій, і, як наслідок, необхідності урахування його значущості при розробці нових ПЗ. Визначено, що найбільш перспективним напрямком досліджень у сучасних умовах є побудова ІСПАІ, здатних підвищити ефективність взаємодії користувача з комп'ютеризованою системою. Проаналізовано сучасний стан справ в цій галузі, наведено порівняльні характеристики існуючих ІСПАІ, визначено їх функціональні особливості. Виявлено, що ключовим компонентом таких систем є МК, яка містить в собі найбільш важливу інформацію відносно користувача, необхідну для реалізації адаптивних властивостей інтелектуального інтерфейсу. Наведено перелік основних параметрів МК, дано загальну характеристику методів, що застосовуються для її побудови, окреслено їх найбільш вагомі переваги і недоліки. Шляхом критичного аналізу відомих формальних підходів до подання знань про взаємодію з користувачем, сформульовані вимоги, що пред'являються до МПЗ, застосування якої доцільно в межах концепції ІСПАІ. Визначено, що пред'явленим вимогам в найбільшій мірі задовольняють семіотичні моделі побудови формальних систем. Обгрунтована необхідність додаткового використання засобів для уявлення неповної і суперечливої інформації про користувача. Отримано такі висновки:

1.Для побудови ІСПАІ необхідно розробити формально-логічний апарат, здатний забезпечити адекватне уявлення, обробку і накопичення знань про користувача і процес взаємодії з ним. Найважливішим компонентом ІСПАІ є МК, яка зберігається в базі даних системи.

2. У якості формальної основи для розв'язання поставленої задачі доцільно використовувати логічні МПЗ, що будуються у рамках семіотичного підходу.

3.Характерними рисами предметної області, яка досліджується, є неточність, неповнота і висока динамічність інформації, що обумовлює необхідність застосування у розроблених моделях додаткових засобів оцінки неповноти і неточності вихідних даних.

4.Застосовані методи й алгоритми повинні враховувати специфіку діяльності людини: мотиви, цілі і можливі плани дій, які визначаються в базисі знань про вихідну ситуацію.

5.Більша частка знань, що містяться в МК, повинна формуватися в процесі взаємодії з користувачем, що вимагає наявності в системі механізмів самонавчання на основі спостережень, реалізованих засобами індуктивних міркувань.

Запропоновано концепцію ІСПАІ, яка відповідає основним положенням і рекомендаціям, викладеним в першому розділі.

У другому розділі проаналізовані існуючі підходи до подання знань в інтелектуальних системах, показано, що логічні МПЗ мають суттєві переваги перед іншими з точки зору більш широких виразних можливостей і зручності практичної реалізації на ЕОМ. Застосування правил логічного висновку до інформаційних одиниць, що зберігаються в таких МПЗ, дозволяє реалізувати механізми самонавчання, завдяки можливості одержання нових знань на основі вже наявних. Логічна МПЗ, що будується в рамках семіотичного ду, може бути подана у вигляді вісімки:

,

де: - множина базових символів теорії , - множина синтаксичних правил побудови формул теорії з елементів , - множина формул, що є аксіомами в ,- множина правил логічного висновку, - множини правил зміни попередніх чотирьох компонент під впливом відомостей, що накопичуються в інтелектуальній системі відносно будови і функціонування сутностей предметної області, яка описується. Далі виявлено, що відомі логічні обчислення малопридатні для побудови МПЗ адаптивного інтерфейсу, через відсутність у них засобів, що дозволяють враховувати динамічність і суперечливість знань, які реально існують в ІСПАІ, а також через свою неконструктивність і неприйняття принципу відносності істини. В зв'язку з цим обгрунтовано доцільність використання логічної МПЗ на базі комбінованої модальної логіки (ТМЛ), яка містить епістемічні і темпоральні модальності:

ў - необхідно в минулому; Ј - необхідно в майбутньому; › - в минулому;

ї - можливо в минулому; Ї - можливо в майбутньому; ™ - в майбутньому;

- після; - можливо після; - знає;

– до; - можливо до; - упевнений.

Знання відносно характеристик об'єктів взаємодії, існуючих взаємозв'язків, а також впливу часу на їх зміну, подані ТМЛ формулами, що мають вигляд:

де: - одна з темпоральних або логічних зв'язок: , - одна з логічних зв'язок: , , - відповідно епістемічні (не містять модальностей часу) і темпоральні (не містять модальностей і ) формули.

Для практичного використання запропонована методика формалізації знань про процес взаємодії користувача та ЕОМ, яка включає наступні етапи:

1. Визначення множини об'єктів взаємодії, оцінка їх параметрів.

2. Реєстрація зміни станів об'єктів, формалізація змін, що сталися, у вигляді множин ,, формул ТМЛ обчислення .

3. Класифікація поточної ситуації , що виникла в результаті змін характеристик об'єктів.

4. Уточнення ситуації , виявлення нових об'єктів, зв'язків і правил, які характеризують зміни, що відбулися.

5. Заповнення системи баз даних новими знаннями про взаємодію.

У третьому розділі розглянуто основні фази процесу діалогової взаємодії, проаналізовано їхні особливості. Виявлено, що адаптація до інформаційних потреб користувача повинна здійснюватися у фазі формування повідомлень системи, шляхом зміни їх внутрішньої структури і змісту в залежності від результату аналізу даних, поданих у МК і БЗ про взаємодію. Визначено, що найбільш істотними особливостями процесу взаємодії є: наявність мети (цілей) взаємодії з боку користувача, наявність альтернативних ліній його поводження, що породжують недетермінованість взаємозв'язків "мета - ситуація – дія", необхідність урахування часових обмежень виконання окремих дій. Показано, що ефективність взаємодії "користувач-ЕОМ" може бути підвищена у випадку визначення локальних цілей користувача і розкриття можливих планів дій, що спрямовані на їх досягнення. Оскільки діалог розглядається в рамках подійно-ситуаційної моделі взаємодії й об'єктної концепції побудови інтерфейсу, то для формування потрібних правил адаптації необхідно аналізувати множину можливих ситуацій, які характеризують функціональний стан заданої множини об'єктів у обмежених проміжках часу. Зазначена множина ситуацій є простором пошуку робочих гіпотез і повинна бути звужена шляхом виявлення активних об'єктів (що візуально доступні і мають потенційні можливості до зміни стану системи при впливі на них з боку користувача або процесу, який діє) і реєстрації їх параметрів.

,

.

де - параметр відповідності МК, що залежить від відносного числа правильно визначених цілей. Умови активізації , визначають множину характеристик МК, які відповідають поточній ситуації : , , де: , - модальна формула, що задає умову активації для темпорального індексу , - об'єктний світ, що розглядається.

Множина можливих дій формується з застосуванням методів планування цілеспрямованої діяльності, що базуються на поняттях загальних і локальних цілей. Загальна мета задовольняє наступним умовам: в поточний момент часу користувач переконаний, що її не досягнуто, користувач переконаний у тому, що вона є досяжною, існує умова , що визначає необхідність досягнення мети, і умова , при виконанні якої мету досягнуто:

ЇЈ Ї.

Локальні і загальні цілі визначаються за допомогою правил індуктивного висновку. Оскільки множина ситуацій, що розглядаються в якості гіпотез, при пошуку мети в реальних умовах може бути значною, для її обмеження використано механізм класифікації, що базується на теоретичних положеннях узагальненої теорії наближених множин.

У четвертому розділі розглянуто методику побудови інтелектуальних інтерфейсів на базі розроблених автором моделей, визначено коло найбільш значущих проблем, які виникають, і шляхи їх подолання. Виконано опис інформаційної системи моніторингу станів об'єктів "МЕТА", створеної з застосуванням концепції ІСПАІ. Наведено структурно-логічну схему взаємодїї окремих програмних модулів і алгоритм її роботи. Згідно розробленого алгоритму процес функціонування ІСПАІ (рис.3), полягає в циклічно повторюваному виконанні наступних етапів:

1. Класифікація ситуації. Реєструються параметри візуально доступних користувачеві об'єктів і стан інтерфейсу. Отриманий опис поточної ситуації надходить у блок (1), де здійснюється її класифікація з використанням математичного апарату теорії наближених множин. Визначається міра близькості ситуації відносно тієї, що прогнозувалася ІСПАІ раніше, результат класифікації заноситься в БЗ про стан системи. У блоці (2) формується об'єктна структура світу, яка відповідає даному стану.

2. Накопичення інформації про взаємодію. Відбувається заповнення БЗ інформацією про системні події і дії користувача, що спостерігаються, з урахуванням їхнього контексту. Контекст являє собою структуру, показану на рис. 2, де - характеризує контекст дії, а - контекст події. Отримана інформація перетворюється в предикатну форму виду або і заноситься в БЗ про взаємодію.

3. Формування МК. Процес формування МК включає дві фази. Протягом першої відбувається визначення множини динамічних характеристик користувача, при цьому дані з БЗ про користувачів, БЗ про взаємодію і поточної моделі світу надходять у блок дедуктивного висновку. В другій фазі в блоках формування гіпотез і індуктивного висновку, на основі інформації з БЗ про взаємодію і блоку оцінки точності визначення передбачуваних дій, формуються стереотипичні компоненти МК. Отримані дані заносяться в БЗ про користувачів.

4 Вибір гіпотез. Із загальної множини гіпотез, що містяться в БЗ про взаємодію, блоком (3) вибираються тільки ті, що відповідають умовам класифікації, вони надходять у блок дедуктивного висновку, де на основі даних із БЗ про користувачів здійснюється вибір робочої гіпотези, за яку приймається найкраща, тобто з найбільшою оцінкою функції для цільової ситуації. Робоча гіпотеза уточнюється в блоці індуктивного висновку у відповідності з поточним планом дій користувача. У процесі зіставлення фактів також можуть бути сформовані нові гіпотези, що заносяться в БЗ про взаємодію. Якщо робочу гіпотезу виявити не вдалося, здійснюється повернення до пункту 2 і продовжується накопичення інформації про взаємодію.

5. Виявлення цілей. На основі висунутого припущення відбувається перебір типових локальних цілей, що досяжні для поточного стану системи і контексту події (дії), і виконання яких необхідно для реалізації цільової ситуації , що відповідає робочій гіпотезі.

6. Визначення обмежень. Обмеження визначають умови можливості виконання дій, що необхідні для реалізації локальних цілей. Множина обмежень формується в блоці (5) на основі інформації, що міститься в БЗ про взаємодію і БЗ про поточний стан у відповідності з існуючими цілями.

7. Побудова плану. У процесі побудови плану використовується блок (4). Задача визначення можливих планів користувача розглядається в об'єктному світі , де потрібно досягнути передбачувану цільову ситуацію з вихідної , шляхом виконання послідовності операцій, , з урахуванням обмежень по взаємодії, які були отримані на попередньому кроці. Перевага віддається плану, який має мінімальну кількість операцій за умови незбільшення передбачуваного загального часу виконання.

8. Вибір дій. У блоці дедуктивного висновку відбувається перебір знань, що пов'язаний з подією, яка виникла, і висунутою робочою гіпотезою. На основі інформації з БЗ про поточний стан, визначаються дії, необхідні для реалізації найближчої локальної мети. У випадку невідповідності локальної мети користувача, що спостерігається, висунутій робочій гіпотезі, здійснюється повернення до пункту 4. Отримана інформація надходить у блок (6), що реалізує зміни в структурі і послідовності візуалізації даних.

Запропоновано методику оцінки якості й ефективності функціонування ІСПАІ на основі показників адаптивності, ефективності, інформативності, стійкості і ресурсомісткості. Зазначені показники є "нечіткими", їх точна кількісна оцінка дуже ускладнена, і може бути визначена лише приблизно, за умови узагальнення набору часткових показників. В цьому випадку оцінка адаптивності визначається функцією , що залежить від наступних часткових показників: кількості звертань протягом заданого проміжку часу до файла допомоги; кількості тупикових ситуацій (неможливості виконання дій, які необхідні для розв'язання поточної задачі); відносного числа , що визначає частку правильно передбачених дій користувача; відносної частоти використання додаткових функцій інтерфейсу, які були активізовані системою в процесі адаптації до -го користувача; відносної швидкості переміщення користувача по інaормаційній моделі при пошуку визначених об'єктів із заданої множини ; часу , який було

користувачем на самостійне конфігурування системи. Оцінка ефективності роботи на операційному рівні визначається функцією , де: - відносне число успішно досягнутих користувачем цілей; - відносне число помилок в одиницю часу, що виникають при розв'язанні набору типових задач; -відносне число повернень у вихідну ситуацію, обумовлених необхідністю формування нового плану дій; - середній час пошуку об'єкта в системі; - середній час оцінки характеристик об'єкта; - загальний час оцінки характеристик і взаємозв'язків об'єктів в ситуації , яка задана; - час, що потрібний для формування загального плану дій у ситуації ; - середній час обробки інформаційного повідомлення про стан об'єкта. Показник інформативності визначається за допомогою часткових показників точності і повноти, які дозволяють оцінити релевантність інформації, що видається, до інформаційних потреб користувача. Аналіз показників адаптивності, ефективності, інформативності, показав поліпшення якості функціонування інтерфейсу за кожним із зазначених показників у 1.7, 1.2, 1.4 рази, відповідно. За результатами практичної реалізації визначено, що наявність ІСПАІ в системі моніторингу стану об'єктів сприяла значному скороченню витрат часу, який був необхідний для підготовки нових користувачів.

У додатках наведено довідкову інформацію, а також акти про впровадження результатів дисертаційного дослідження.

ВИСНОВКИ

1.Аналіз існуючих підходів до побудови адаптивних інтерфейсів комп'ютеризованих систем показав, що підвищення ефективності взаємодії з користувачем може бути досягнуте шляхом застосування інтелектуальної системи управління інтерфейсом, яка містить логічну модель знань про користувача і процес взаємодії. Виявлені особливості придбання знань такими системами дозволили визначити внутрішню структуру МК і формальні засоби, необхідні для її побудови. В результаті проведеного аналізу розроблено концепцію ІСПАІ, відмінною рисою якої є МК, що формується на основі спостережень за процесом взаємодії.

2.Розроблено методику формалізації знань про процеси взаємодії користувача з ЕОМ, призначену для застосування в об'єктно-орієнтованих, подійно-керованих графічних інтерфейсах комп'ютеризованих систем. Обгрунтовано доцільність використання в якості формальної основи запропонованої методики логічної МПЗ, що створена в межах семіотичного підходу.

3. Розроблено МПЗ на основі комбінованої модальної логіки, яка має широкі можливості до подання знань про властивості і зв'язкі об'єктів предметної області, а також зміну зазначених характеристик під впливом часу. Універсальний характер запропонованої МПЗ дозволяє використовувати її для подання знань в інтелектуальних системах, де виникає необхідність опису каузальних і часових взаємозв'язків між динамічними об'єктами в умовах неточності і неповноти інформації, що надходить.

4. Побудовано формальну модель процесу взаємодії, яка, на відміну від автоматних і графових моделей, не є жорстко детермінованою і дозволяє адекватно уявити невизначеності зв'язків між цілями, ситуаціями і діями користувача.

5.Розроблено МК з комбінованою структурою і методика її формування на основі множини логіко-когнитивних характеристик, що визначаються шляхом аналізу процесу взаємодії.

6.Розроблено алгоритм визначення цілей користувача з використанням основних положень теорії планування цілеспрямованих дій. Запропоновано правила породження гіпотез за допомогою індуктивних міркувань.

7.Запропоновано метод нечіткої класифікації ситуацій на основі математичного апарату теорії наближених множин. Його застосування дозволяє звузити простір пошуку гіпотез і здійснити процес класифікації без уведення додаткових оцінок схожості у вигляді функцій приналежності, що істотно підвищує об'єктивність даних, які одержуються.

8.Запропоновано методику оцінки ефективності і якості функціонування адаптивного інтерфейсу, реалізованого в межах концепції ІСПАІ, на основі узагальнених показників інформативності, адаптивності й ефективності. Проведений аналіз корисності застосування ІСПАІ довів її переваги у порівнянні з відомими підходами до побудови інтерфейсів, які не передбачують наявності внутрішніх засобів адаптації до користувача.

9.Результати проведених досліджень були використані при розробці підсистеми контролю за надзвичайними ситуаціями в Управлінні з питань надзвичайних ситуацій Херсонської обласної державної адміністрації. Отримані практичні результати довели ефективність застосування розроблених методів, моделей і алгоритмів, що підтверджує достовірність теоретичних положень і висновків дисертаційної роботи.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бень А.П. Комбинированые модальные логические исчисления для представления знаний// Вестник ХГТУ. – Херсон. – 2000. –№2(8).– С.132 –137.

2. Бень А.П., Ходаков В.Е. Формализация знаний о пользователях диалоговых систем средствами мультимодальной темпоральной логики. // Вестник ХГТУ. – Херсон. – 2000. – №1(7).– С. 144 –149.

3. Ходаков В.Е., Бень А.П., Методы сбора и структуризации знаний о конечных пользователях в адаптивных интерфейсах// Вестник ХГТУ. – Херсон. – 2000. –№1(7).– С. 126 –131.

4. Литвиненко В.И., Бень А.П., Дмитриченко В.М. Построение адаптивного интерфейса на основе взаимодействующих программных агентов.// Збірник наукових праць УДМТУ. – Миколаїв. 1999. –№ 5(365) – C. 110–115.

5. Ходаков В.Є., Бень А.П. Модель користувача у інтерфейсах вих систем// Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Серія : Технічна кібернетика та електрифікація об'єктів паливно-енергетичного комплексу. –Івано-Франківськ. –1999. –№36 (т.6) – С. 110–115.

6. Ходаков В.Е., Бень А.П., Дмитриченко В.М. Гипермедиа модель данных, адаптируемая к конечному пользователю.// Вестник ХГТУ. – Херсон. – 1999. –№ 1(5). – С. 19 –22.

7. Дмитриченко В.М., Бень А.П., Литвиненко В.И. Модель мультиагентной поисковой системы на основе открытой агентной архитектуры и наборе стереотипов// Вестник ХГТУ. – Херсон. – 1999. /Проблемы математического моделирования/. – С. 65 –67.

8. Ходаков В. Е., Соколова Н.А., Бень А.П. Применение модели пользователя при построении адаптивных интерфейсов диалоговых систем.// Вестник ХГТУ. – Херсон. – 1999. –№2(6). – С. 145–148.

9. Ходаков В.Е., Бень А.П., Радванская Л.Н. Модели деятельности конечного пользователя// Эргономика на автомобильном транспорте. Вестник ХГАДТУ (ХАДИ). – Харьков. 1997. – С. 26–28.

10. Бень А.П., Литвиненко В.И., Ходаков В.Е. "Использование эпистемических логических исчислений для представления знаний в интеллектуальных пользовательских интерфейсах"// Сб. науч. тр. VII Национальной конференции с международным участием КИИ-2000. – Переславль-Залесский: ИПС РАН. – 2000. –Т.1. – С. 158–165.

11. Бень А.П. Особенности разработки адаптивных интеллектуальных интерфейсов информационных систем// Сб. науч. тр. II Междунар. науч. конф. "Информационная инфраструктура высших учебных заведений" – Херсон: ХДПУ. – 2000. –T.2 – С. 259–263.

12. Ходаков В.Е., Шерстюк В.Г., Бень А.П. Адаптивное планирование в информационных системах предприятий и учреждений // Сб. науч. тр. II Междунар. науч. конф. "Информационная инфраструктура высших учебных заведений" – Херсон: ХДПУ. – 2000. –T.2 – С. 103–106.

13. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Дидык А.А. Мультимодальная логика для представления знаний в интеллектуальных обучающих системах// Збірник наукових праць конференції "Компютерне моделювання та інформаційні технології в природничих науках". – Кривий Ріг: КДПУ. – 2000. – С. 286–292.

14. Бень А.П., Дмитриченко В.М, Литвиненко В.И. Сеть Петри в многоагентном адаптивном пользовательском интерфейсе// Сб. тр. Междунар. науч. конф. "Интеллектуальное управление: новые интеллектуальные технологии в задачах управления". – Переславль-Залесский: ИПС РАН. – 1999. – С. 113–116.

15. Бень А.П., Бучинский И.В., Дмитриченко В.М. Адаптивная система подготовки и аттестации специалистов с встроенной моделью пользователя// Сб. науч. тр. I Междунар. науч. конф. "Информационная инфраструктура сших учебных заведений". – С. Петербург: СПГУТД. – 1999. –T.2 – С. 6–9.

16. Бень А.П., Боскин О.О. Использование ассоциативных принципов обработки информации при построении адаптивного пользовательского интерфейса поисковой системы// Сб. науч. тр. Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям "SCM-98". – С. Петербург. – 1998. –Т.2. – C. 177–181.

17. Бень А.П., Боскин О.О., Соколова Н.А. Использование ассоциативных принципов обработки информации в интеллектуальных пользовательских интерфейсах// Сб. науч. тр. VI Национальной конференции с международным участием КИИ-98, – Пущино: РАН. – 1998. –Т.1. – С. 95–99.

18. Бень А.П., Литвиненко В.И. Один из подходов к структуризации знаний// Сб. тр. науч. конф. "Информационные ресурсы: технологии, коммуникации". – Херсон. – 1997. – С. 70–72.

19. Ходаков В.Е., Шерстюк В.Г., Бень А.П., Сырчин Э.Б. Моделирование рассуждений по аналогии в интеллектуальных системах // Сб. науч. тр. III Междунар. науч.-практ. конф. "Информационные ресурсы: создание, интеграция и использование". – К. – 1996. – ч.2. – С. 103–106.

АНОТАЦІЯ

Бень А.П. Методи побудови інтелектуальних адаптивних інтерфейсів "людина – комп'ютеризована система" на основі моделі користувача. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук з спеціальності 05.13.06. – автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології. Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2000.

Дисертація присвячена питанням розробки адаптивних інтерфейсів комп'ютеризованих систем шляхом створення інтелектуальної системи підтримки інтерфейсу, заснованої на знаннях про процес взаємодії з користувачем. Запропоновано концепцію інтелектуальної системи підтримки адаптивного інтерфейсу (ІСПАІ), відмінною рисою якої є модель користувача (МК). Розроблено методику формалізації знань про взаємодію користувача з ЕОМ, призначену для застосування в об'єктно-орієнтованих, подійно-керованих графічних інтерфейсах. В якості теоретичної бази для створеної методики використано комбіноване модальне логічне обчислення. Побудовано формальну модель процесу взаємодії, яка не є жорстко детермінованою і дозволяє уявити невизначеності зв'язків між цілями, ситуаціями і діями користувача. Розглянуто питання формування МК і планування цілеспрямованої діяльності. У роботі вперше використано метод оцінки невизначеності дій користувача на основі математичного апарату теорії наближених множин.

пропоновано методи оцінки якості і ефективності функціонування адаптивного інтерфейсу, створеного в межах концепції ІСПАІ.

Ключові слова: модель користувача, інтелектуальна система, адаптивний інтерфейс, формалізація знань, модальна логіка, наближені множини, планування цілеспрямованих дій.

Abstract

A.P. Ben. Construction techniques of "person – computer-based system" adaptive interfaces embodying a user's model. – Manuscript.

Dissertation for the degree of Candidate of Sciences, speciality 05.13.06 – Automated Control Systems and Progressive Information Technologies. Kherson State Technical University, Kherson, 2000.

The dissertation covers developing computer-based systems adaptive interfaces by creating an interface intelligent support system founded on the recognition of interaction with a user. A concept of an adaptive interface intelligent support system (AIISS) characterised by a user model (UM) has been proposed. An approach to formalise comprehension of interaction between a user and a PC has been developed. It is designed object-oriented and event-driven graphic interfaces. Combined modal logic is used as theory for new methods. A new formal model for interaction has been upbuilt. This model is not rigidly determined and permits to present the existent ambiguities of relations among the goals, situations and user's actions. A question of forming UM and purposeful activities has been canvassed. For the first time in the present work, in order to determine an ambiguity estimation regarding a user, a new method involving a body of mathematics for the theory of rough sets has been used. New methods to estimate AIISS interface effectiveness have been proposed.

Keywords: user model, intelligent system, adaptive interface, knowledge formalization, modal logic, rough set, motivated action planing.

Аннотация

Бень А.П. Методы построения интеллектуальных адаптивных интерфейсов "человек – компьютеризированная система" на основе модели пользователя. - 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, 2000.

Диссертация посвящена вопросам разработки адаптивных пользовательских интерфейсов, в основу которых положены модели и методы искусственного интеллекта. Целью исследования является повышение эффективности процесса взаимодействия "пользователь - компьютеризированная система" путем применения адаптивного интерфейса, учитывающего актуальные формационные потребности пользователя. Для достижения поставленной цели предлагается использовать интеллектуальную систему поддержки адаптивного интерфейса (ИСПАИ), содержащую модель пользователя (МП) и модель взаимодействия, основанные на знаниях. Формальной основой ИСПАИ является логическая модель представления знаний (МПЗ). В качестве теоретической базы для рассматриваемой МПЗ использовано комбинированное модальное логическое исчисление. Представленная МПЗ носит универсальный характер, что позволяет применять ее в интеллектуальных системах, где возникает необходимость описания каузальных и временных взаимосвязей между объектами, в условиях неполноты и неточности поступающей информации. Разработана методика формализации знаний, ориентированная на использование предложенной МПЗ в интеллектуальных пользовательских интерфейсах.

В работе проанализированы особенности процесса диалогового взаимодействия "пользователь-ЭВМ", показано, что его эффективность может быть повышена в случае определения локальных целей пользователя и раскрытия возможных планов действий, направленных на их достижение. Разработана формальная модель процесса взаимодействия, предназначенная для использования в объекто-ориентированных, событийно-управляемых графических интерфейсах. Построенная модель, в отличие от автоматных и графовых моделей, не является жестко детерменированной и позволяет адекватно представить неопределенности взаимосвязей между целями, ситуациями и действиями пользователя. Для определения возможных действий применены методы планирования целенаправленной деятельности. Разработана МП с комбинированной структурой на основе множества логико-когнитивных характеристик, а также методика ее формирования путем анализа процесса взаимодействия. Впервые предложено использовать для оценки неопределенности действий пользователя математический аппарат обобщенной теории приближенных множеств, что позволяет сузить пространство поиска рабочих гипотез при определении целевых ситуаций и повысить эффективность работы ИСПАИ.

В работе приведено описание информационной системы мониторинга состояния объектов "МЕТА", созданной с использованием концепции ИСПАИ. Представлена структурно-логическая схема взаимодействия отдельных программных модулей и рассмотрен алгоритм ее функционирования. Предложена методика оценки эффективности интеллектуального интерфейса на основе набора обобщенных показателей. Практические результаты работы показали, что в случае использования предложенной методики построения адаптивного интерфейса, возможно улучшение основных показателей, характеризующих качество процесса взаимодействия с пользователем в 1.2-1.3 раза.

Ключевые слова: модель пользователя, интеллектуальная система, адаптивный интерфейс, формализация знаний, модальная логика, приближенные множества, планирование целенаправленных действий.

Підписано до друку 24.11.2000 Формат 60ґ90/16

Папір друкарський. Умовн. друк. арк. 1,0.

Тираж 100 прим. Зам. №287

Видавництво ХДТУ, 73008, м. Херсон, Бериславське шосе 24