автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Исследование и разработка методики проектирования адаптивных интерфейсов с учетом человеческого фактора

На правах рукописи

ЗУДИЛОВА Елена Валентиновна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ С УЧЕТОМ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА

Специальность 05.13.11 - математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов, систем и сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург -1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Т.А.Гаврилова

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор А.М.Алехсандров

кандидат технических наук, доцент В.Б.Вальковский

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН

заседании диссертационного совета К.063.38.07 Санкт-Петербургского государственного технического университета по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул. 29, корпус 9, аудитория 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технического университета по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул. 29.

Автореферат разослан « Л » С/ив^/яги 1998г.

Защита состоится

1998г. в

часов на

Ученый секретарь диссертационного совета

С.С.Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В течение последнего десятилетия существенно изменилось отношение к проектированию вычислительных систем. Сегодня успехи разрабатываемых программных продуктов в большей мере стали определяться удобством человеко-машинного взаимодействия, которое обеспечивается пользовательским интерфейсом. Автоматизация практически всех сфер человеческой жизни обусловила необходимость учета человеческого фактора в области компьютерной техники В первую очередь, это связано с появлением массового пользова теля программных изделий, не имеющего специальной подготовки. С одной стороны, такому пользователю не может быть предоставлена полная свобода действий, а с другой стороны, с течением времени он может «перерасти» отводимую ему роль ведомого.

Пока пользовательский потенциал был сравнительно небольшим, данную проблему удавалось решить с помощью усредненного проектирования диалоговых интерфейсов, обеспечивающего расширенный вариант интерактивного взаимодействия, отражающий особенности всех пользователей, при условии ограниченного числа людей, участвующих в эксплуатации. Однако, усредненный интерфейс не может удовлетворить массового пользователя.

Резкое расширение потребителей программных изделий, неоднородных по потребностям и уровню подготовки, не желающих тратить много времени на изучение всех возможностей интерактивного взаимодействия, предоставляемых диалоговой системой, обусловило появление программных систем, поддерживающих гибкий адаптивный интерфейс, подстраивающийся под конкретного пользователя Исследованиями в области адаптивного интерфейсного проектирования занимаются такие отечественные и зарубежные ученые, как А.М Довгялло, М.А.Герасимов, Д.А.Поспелов, Е.Рич, Д Мэйхыо, Е.Вагнер и др.

Гибкое ишерфейсное проектирование, возникшее на западе в конце 70-х годов, к сожалению, в нашей стране не пользуется особой популярностью из-за значительной трудоемкости и дороговизны проектов данного плана. Недостаточность научной обоснованности и систематизации существующих в данной области методик и рекомендаций обусловливает ряд недостатков, которыми на сегодняшний день страдает большинство адаптивных систем, а именно: узкую предметную направленность; несопоставимость адаптационных критериев, отбираемых разработчиками в основном на интуитивном уровне; а также недостаточный учет гуманитарных аспектов человеко-машинного взаимодействия.

Цель и задачи работы. Основной целью диссертационной работы является разработка методики проектирования адаптивных интерфейсов, основанной на модели пользователя и модели индивидуальной диалоговой структуры, позволяющих представить данный процесс как последовательную настройку манипули-руемых интерфейсных параметров.

В работе поставлены следующие задачи: 1. Разработать математическую модель пользователя в виде совокупности информации о факторах, описывающих личностные характеристики пользователей адаптивной вычислительной системы. Формализовать понятие пользователь-

ского профиля как реального представления о человеке, полученного на основании модели пользователя.

2. Разработать методику организации процесса интерфейсной адаптации, подразумевающую реализацию серии независимых настроек манипулируемых интерфейсных параметров, формирующих модель индивидуальной диалоговой структуры вычислительной системы.

3. Сформировать обобщенную модель пользователя в виде наращиваемой иерархической сети, а также выделить основные интерфейсные объекты для включения в состав обобщенной модели индивидуальной диалоговой структуры на основании существующего опыта из области разработок адаптивных программных систем.

4. Установить взаимосвязь между факторами, входящими в состав обобщенной модели пользователя, и манипулируемыми параметрами, подверженными интерфейсной настройке.

5. Разработать архитектуру и основные алгоритмы функционирования интеллектуальной системы, предназначенной для подготовки и проведения тестирования пользователей.

6. Сформировать базу знаний интеллектуальной системы, включающей основные соответствия между интерфейсными параметрами и факторами, полученные экспериментальным путем.

7. Реализовав программно разработанные ранее алгоритмы, создать инструментальный комплекс, позволяющий проектировать тестирующие компоненты различных адаптивных систем.

Методы исследования. В диссертации используются методы факторного анализа, теории алгоритмов, математической статистики, теории множеств и графов, а также методы разработки интеллектуальных систем.

Научная новизна работы. В диссертации получены следующие новые результаты:

предложена формализация модели пользователя и модели индивидуальной диалоговой структуры, введено понятие пользовательского профиля;

выделены основные интерфейсные параметры, а также ряд индивидуальных характеристик пользователя для последующего изучения влияния последних на характер протекания интерактивного взаимодействия; сформированы две наращиваемые иерархические модели;

в ходе серии автоматизированных экспериментов выявлены основные закономерности влияния различных характеристик пользователя на манипулируе-мые интерфейсные параметры, рассчитаны приоритеты;

разработана и предложена комплексная методика организации процесса интерфейсной адаптации;

сформирована архитектура инструментального комплекса, предназначенного для разработки компонент предварительного тестирования адаптивных диалоговых систем;

разработана алгоритмически и реализована программно интеллектуальная

система 1SUM, позволяющая создавать с минимальными затратами системы тестирования различной предметной направленности.

Практическая ценность работы. Предложенная в диссертационной работе методика проектирования адаптивных интерфейсов с учетом человеческого фактора, можегг быть использована при разработке разнообразных экспертных систем, автоматизированных обучающих систем и справочных комплексов, систем интерактивного приобретения знаний, компьютерных средств контроля и т.д. Она позволяет:

- избежать нежелательных временных ц денежных затрат, связанных с отбором адаптационных критериев и выделением основных объектов интерфейсной настройки, за счет использования соответствующих обобщенных моделей;

- сократить сроки разработки сложных адаптивных систем путем автоматизации процесса проектирования адаптивного взаимодействия, связанного с формированием модели пользователя и организацией процесса интерфейсной настройки;

- перейти на, так называемую, безбумажную технологию проектирования различных оболочек тестирования.

К числу имеющихся на сегодняшний день пракпгческих применений диссертационных исследований можно отнести.

• экзаменационный комплекс EXAM (v. 1.0 и v. 1.1), внедренный в Ленинградском институте методов и техники управления,

• адаптивную систему обучения английскому языку, разработанную совместно с сотрудниками отдела автоматизации Санкт-Петербургского производственного объединения «Авангард-Светлана-Мультимедиа» и преподавателями кафедры иностранных языков Санкт-Петербургского государственного технического университета (СПбГТУ),

• компьютерную презентацию института высокопроизводительных вычислений и баз данных (ИВВиБД), кроме того на web-cepnepe данного института содержится информация о методике проектирования адаптивных интерфейсов с учегом человеческого фактора.

Актуальность диссертационной работы признана Российским Фондом Фундаментальных Исследований РФФИ (грает 94-01-01679-А), а интеллектуальная система ISUM на Международной конференции «Человеческие факторы компьютерных бизнес применений - 96» была отмечена специальной премией, предоставленной Американским Фондом «The Welles-Johnson Foundation ofMaryland»

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на научных семинарах СПбГТУ, ИВВиБД, петербургского отделения Российской ассоциации искусственного интеллекта, а также на следующих международных и отечественных конференциях: на научно методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки» (СПб, 1994-1995-1996); на международной конференции Восток-Запад «Взаимодействие человека с компьютером» -EWHCI (СПб, 1994; Москва, 1995-1996), на международной конференции Восток-Запад «Компьютерные технологии в образовании» - EW-ED'94 (Ялта, 1994); на Российской научно-технической конференции «Инновационные наукоемкие тех-

нологии для России» (СПб, 1995); на IV международной конференции «Региональная информатика - 95» (СПб, 1995); на Международном семинаре по компьютерной лингвистике и ее приложениям «Диалог - 95» (Казань, 1995), на V национальной конференции «Искусственный интеллект - 96» (Казань, 1996); на VI Международной конференции «ЗНАНИЕ-ДИАЛОГ-РЕШЕНИЕ» КО Я'97 (Ялта, 1997), на научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах» (СПб, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано в общей сложности 17 работ, в том числе 6 на английском языке и б без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 132 страницы основного текста, 43 рисунка, 39 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 122 наименований и четырех приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируется ее цель, основные задачи, научная новизна, полученные результаты и структура диссертации.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проектирования интерфейсов «человек-компьютер». Выделяются основные проблемы, связанные с усредненным проектированием. Поскольку данный подход предполагает интерфейс, основанный на принципах, общих для всех, то реализуемое его средствами диалоговое взаимодействие не может удовлетворить любого пользователя даже при наличии нескольких режимов работы с системой.

С помощью усредненного интерфейсного проектирования практически невозможно учесть особенности человека, если заранее не известно, кто именно будет составлять пользовательский потенциал разрабатываемой системы. И даже, если это условие соблюдено, и будущие пользователи привлечены непосредственно к разработке программного изделия, нельзя гарантировать абсолютной приемлемости будущей системы, поскольку с течением времени могут измениться потребности эксплуатирующих ее людей.

Таким образом, если возникают перечисленные выше проблемы, следует придерживаться гибкого интерфейсного проектирования. В его основе лежит гибкая структура диалога, легко адаптирующаяся к различным пользователям, когда структура человеко-машинного взаимодействия изменяется непосредственно в процессе интерактивного общения. Гибкий адаптивный подход подразумевает автоматическую настройку программного окружения вычислительной системы в соответствии с рядом особенностей конкретного пользователя, таких как: уровень знакомства пользователя с системой, его профессиональная подготовленность, ряд психологических особенностей и т.д.

Адаптивность подразумевает многорежимный характер эксплуатации системы, увеличение способов ввода-вывода, богатый синтаксис и семантику, кооперацию с пользователем для достижения целей задачи, возможность ведения переговоров. Она позволяет упрочить жизнеспособность системы, расширить пользовательский потенциал, повысить точность действий, увеличить скорость выполне-

ния операций, сократить процесс обучения, а также удовлетворить многие другие

пользовательские потребности.

Предпочтение адаптивному интерфейсному проектированию, как правило, отдают при разработке систем, рассчитанных на массового пользователя, систем многофункционального или многозадачного назначения, а также систем, для которых важна повышенная надежность функционирования.

Далее выделяются основные адаптационные критерии, вводится понятие комплексного критерия - модели пользователя, под которым понимается представление о пользователе в виде совокупности его личных качеств, которое формируется системой либо на основании заранее собранной информации, либо в ходе наблюдений за интервенциями пользователя. Приводятся две традиционные методики организации процесса интерфейсной адаптации: индивидуальная и стереотипная.

Методика индивидуальной адаптации подразумевает выделение нескольких составляющих человеко-машинного взаимодействия, которые анализируются тестирующей компонентой адаптивного интерфейса в ходе слежения за поведением пользователя. Полученные на ее выходе заключения далее инициируют соответствующую интерфейсную настройку. В случае использования стереотипной методики разработчик заранее создает несколько пользовательских портретов (классов), при совпадении с каждым из которых, осуществляется загрузка определенного интерфейса, заранее спроектированного разработчиком.

Рассматриваются несколько реально существующих адаптивных iipoipa.v™-ных комплексов, использующих в качестве концептуальной основы построения интерфейса различные методики: американский «Personal Counselor», немецкий «Universal Personal Information Manager», французский «Telecommunication Event Manager», а также две отечественные разработки «Knowledge Engineer's Workbench) и «Education Program Environment».

Показывается недостаточная проработанность традиционных методик и обосновывается необходимость создания новой более систематизированной методики. Это вызвано, в первую очередь, тем, что традиционное определение модели пользователя довольно размыто и не позволяет провести четкую классификацию индивидуального и стереотипного видов интерфейсной адаптации. Кроме того, отсутствие подхода, позволяющего совмещать две данные методики в рамках одной системы приводит либо к созданию слишком упрошенных систем, либо к возникновению излишне громоздких.

Рассматриваются особенносш построения компоненты тестирования адаптивной диалоговой системы, на выходе которой формируется совокупность заключений в виде портрета (модели) пользователя и (или) серии рекомендаций, являющихся инициирующим звеном осуществления соответствующей интерфейсной настройки.

В заключении ставится задача разработать модель пользователя адаптивной вычислительной системы и модель индивидуальной диалоговой структуры, которые позволят ввести новую комплексную методику проектирования адаптивных интерфейсов. Обосновывается необходимость создания инструментальной про-

граммной системы для автоматизированной разработки тестирующих компонент адаптивных диалоговых систем.

Во второй главе предлагается параметрический метод настройки интерфейса, лежащий в основе построения комплексной методики адаптации, позволяющей описать как индивидуальный, так и стереотипный вид интерфейсной адаптации и провести разделительную черту между ними. Основу параметрического метода интерфейсной адаптации составляют две модели, одна из которых характеризует человеко-машинное взаимодействие с точки зрения человека, а другая с точки зрения диалога.

В качестве отправной точки выступает понятие модели пользователя (Ми) как некоторой совокупности факторов, которые следует учитывать при подборе наиболее релевантного интерфейса. Единичный фактор - это адаптационный критерий, являющийся идентификационной характеристикой потенциального пользователя вычислительной системы, оказывающей влияние на протекание интерактивного взаимодействия. Математически данная модель может быть интерпретирована следующим образом:

М и

п

и Л.

к » I

где г| - количество факторов, составляющих модель пользователя, а Ак={1\,Рк,ТкгМк,Вк} задает к-ый фактор для \/к=1,...г1, из числа учтенных в данной модели. Пятерка, формирующая А^ расшифровывается следующим образом: Бк - множество, содержащее описание данного фактора. ^ - совокупность коэффициентов или формул, необходимых для расчета десятичного значения фактора к на основании специальной интерпретационной шкалы (ключа).

Универсальное множество базовых значений каждого фактора {ук}, разбивается на три градационных множества Тк, Мк, Вк, служащих для описания трех лингвистических переменных, формирующих терм множество г* = {Т,М,В} = {высокий, средний, низкий}. Тк, Мк, Вк - это три нечетких множества, задающих соответственно три диапазона базовых значений к-го фактора, каждому из которых соответствует своя лингвистическая переменная (рис.1).

фактор к

М

ННЗКИИ

средний

ВЫСОКИЙ

7 \ -^[0,1]

Тк ¡В. Мк ¡(Ъ вк

Рис. 1. Трехмерная градация единичного фактора к

Функция принадлежности фактора к к одной из лингвистических переменных Ьетк в обобщенном виде может быть определена нечетким множеством

где п и п^ш - соответственно индексы минимальной и максимальной вел1гчшгы на множестве базовых значений фактора к, задающие соответствующий диапазон, в случае попадания в который данному фактору может быть поставлена в соответствие лингвистическая переменная Ь с определенной степенью принадлежности с^.

Нечеткую градацию фактора к можно превратить в четкую, если провести полученные экспериментально границы 01 и Рг (рис.1).

Трехуровневая система (ралации является традиционной и наиболее удобной формой обработки результатов тестирования. Однако, в том случае, если для фактора введено ограниченное значение базовых значений, можно применить систему двухуровневой градации, т.е. из рассмотрения исключается средний уровень и считается что Мк=0, а а = {Т,В\.

Наличие различных диапазонов значений одного и того же фактора позволяет моделировать портреты пользователей - пользовательские профили, отличные между собой: РI = (рч,ри,,,,ри,...рп1), где рк - значение к-го фактора модели пользователя для ьго пользовательского профиля (допустимая лингвистическая переменная); г| - количество факторов, составляющих модель пользователя. Пользовательский профиль формируется в процессе обработки десятичного числового профиля в соответствии с градацией, введенной для каждого фактора.

Если каждому пользователю вычислительной системы ставится в соответствие свой отличный от других (за редким исключением) профиль в рамках заданной модели пользователя, то это индивидуальный вид адаптации. Тогда, стереотипная адаптация - это интерфейсная настройка, основанная на выявлении точной принадлежности пользователя к определенному профилю, из числа предусмотренных данной моделью пользователя.

Далее вводятся понятия модели индивидуальной диалоговой структуры, текущей диалоговой структуры и сетевого графа диалоговых модификаций.

Модель индивидуальной диалоговой структуры (Мё) - это конечная совокупность манипулируемых интерфейсных параметров, где под манипулируемым интерфейсным параметром понимается независимый объект интерактивного взаимодействия, определяющий характер протекания интерфейсной адаптации в некоторой точке диалога (сценарная вложенность, уровень поддержки пользователя, характеристики рабочего окружения и т.д.). По своему формальному описанию модель индивидуальной диалоговой структуры близка к модели пользователя, рассмотренной выше:

М = и в , ,

где ц - число манипулируемых интерфейсных параметров, составляющих данную модель, а - множество, задающее ¡-ый параметр для У1=1,...ц: ЭД - на-

именование ¡-го интерфейсного параметра, V; - конечное множество его допустимых модификаций.

Под текущей диалоговой структурой понимается интерфейсная настройка, характеризующая состояние каждого интерфейсного параметра в составе модели индивидуальной диалоговой структуры в заданный момент времени: £>. = ... с/»,... ¿и), где ^¡еУ] - реальная модификация манипулируемого

интерфейсного параметра 1, учтенного в модели Мс1.

В случае индивидуальной интерфейсной адаптации число допустимых диалоговых структур будет определяться согласно формуле п = q.■ Цг., где 41 -количество элементов множества У| или, говоря иначе, количество допустимых модификаций параметра 1. В случае стереотипной адаптации величина п строго фиксирована и задается разработчиком на стадии проектирования вместе с допустимыми вариантами текущих диалоговых структур В={0,}, где ¡=1,...п (п, как правило, совпадает с количеством пользовательских профилей).

Тогда процесс интерфейсной адаптации будет подразумевать настройку ма-нипулируемых параметров, входящих в состав модели индивидуальной диалоговой структуры, в соответствии с тем, какой профиль был сформирован для конкретного человека на основе модели пользователя. Данный процесс можно представить с помощью сетевого графа интерфейсных модификаций (ТИМ), задающего процесс интерфейсной адаптации, основанный на механизме (Зт=(0,Р).

Представление интерфейсной адаптации посредством ГИМ позволяет интерпретировать процесс адаптации в виде целевой функции, реализующей цепочку загрузки текущей диалоговой структуры в соответствии с личными качествами конкретного пользователя.

Рис, 2. Обобщенная модель индивидуальной диалоговой структуры

Переход из одного состояния ГИМ в другое характеризуется обязательной сменой интерфейсной настройки. Генерация тестирующей компонентой адаптивного интерфейса нового пользовательского профиля Pj будет инициировать замену

текущей диалоговой структуры И; на текущую диалоговую структуру р^ где Ьд.

Причем, если в случае стереотипной адаптации загрузка соответствующей диалоговой структуры определяется одним единственным профилем, то в случае индивидуальной адаптации допускаются переходы, инициируемые некоторым подмножеством

На рис. 2 представлена обобщенная модель индивидуальной диалоговой

структуры, в которой манипулируемые интерфейсные параметры сгруппированы в соответствии с тем, какую составную часть интерфейса «человек-компьютер» они формируют. Процесс включения каждого интерфейсного параметра в обобщенную модель подробно рассматривается в диссертационной работе. Даттая модель не является окончательной, она может служить отправной точкой для построения специфичных диалоговых структур.

Рис. 3. Обобщенная модель пользователя

В третьей главе формируется обобщенная модель пользователя в виде наращиваемой иерархической сети (рис. 3), которая также является открытой. Выделяются основные направления интерфейсной адаптации и соответствующие им единичные факторы, определяющие необходимость внесения изменений в диалог.

Подробно обосновано использование каждой характеристики пользователя в качестве адаптационного критерия. Анализируется материал, накопленный в таких предметных областях, как: диалоговое проектирование, психология личности, эргономика, компьютерная лингвистика, инженерная психология и т.д.

Далее приводятся результаты серии автоматизированных экспериментов, проведенных для малых выборок из 18-25 человек, целью которой было установить соответствия между манипулируемыми интерфейсными параметрами, входящими в обобщенную модель индивидуальной диалоговой структуры (рис. 2), и характеристиками человека, формирующими обобщенную модель пользователя (рис. 3). Для проведения эксперимента был разработан специальный опросник интерфейсных предпочтений из 20 пунктов, а также подобраны материалы тестирования для каждой из характеристик, учтенной в обобщенной модели пользователя.

N Характеристики, учтенные в Приоритет Приоритет

узла обобщенной модели пользователя характеристики направления

1 XI.1. возраст б 8

Х1.2. пол 3

2 Х2.1. обучаемость 7 12

Х2.2. конформизм 8

Х2.3. уровень субъективного контроля 5

3 Х3.1. внимание 7 и

Х3.2. подверженность ошибкам 8

4 Х4.1. основная когнитивная стратегия 4 б

Х4.2. вербальный интеллект 4

Х4.3. невербальный интеллект 4

5 Х5.1. предметная подготовленность 5 11

Х5.2. экспергезный уровень 6

6 Х6.1. текущие задачи 4 7

Х6.2. сложтшщиеся привычки 5

Табл. 1. Влияние характеристик пользователя на модификацию интерфейсных параметров

Организована статистическая обработка полученных результатов. Интервальное оценивание, проведенное методом Монте-Карло, показывает, что сформулированные на основании проведенных экспериментов гипотезы о зависимости-независимости интерфейсных параметров от соответствующих характеристик пользователя не противоречат натурным данным.

Для проверки достоверности гипотез используется критерий:

* Двойка (х,у) независима <=> С,:а(х,у)<1 и Ср(1-оо(х,у)>1.

* Двойка (х,у) зависима <=> Ста(х,у)>1 или Срц-<»(х,у)<1.

Здесь а - уровень значимости, Сра(х,у), Ср(1-«)(х,у) - определяемые методом Монте-Карло нижняя и верхняя границы (1-2а)% доверительного интервала коэффициента коллигации:

_ 1Г(х.у) Сг(х.у) = --- >

ПхЩу)

где АХу) - совместная плотность распределения,

/(*) = //(->:,}'Кт, /(у ) = \ / (х.у ~)йх,-маргинальные плотности распределения.

Сг(х,у)~1 - для независимых случайных величин (х,у).

Максимальный коэффициент коллигации, полученный в ходе эксперимента для существенно зависимой пары «фактор - интерфейсный параметр», составляет 1 78 при максимальной верхней границе доверительного 50% интервала, равной 2.1, и минимальной нижней границе, равной 1.364.

На основании сформированных гипотез определяются приоритеты единичных факторов и адаптационных направлений в целом (табл. 1). Обосновывается преимущественное использование в составе модели пользователя индивидуально-психологических и психомоторных характеристик человека, а также характеристик общей подготовленное™ пользователей к работе с системой.

И, наконец, непосредственно формулируется комплексная методика интерфейсного проектирования, состоящая из девяти последовательных шагов:

1. Выделяют направления интерфейсной адаптации: функциональное, интервальное, сервисное, оформительское.

2. С помощью обобщенной модели индивидуальной диалоговой структуры определяют соответствующие манипулируемые интерфейсные параметры, которые будут видоизменяться в процессе адаптации.

3. Формируют модель индивидуальной диалоговой структуры.

4 В соответствии со степенью влияния различных характеристик пользователя на характер протекания диалогового взаимодействия, выделяют несколько характеристик, влияющих на наибольшее количество интерфейсных параметров в составе сформированной модели индивидуальной диалоговой структуры.

5 Задают модель пользователя адаптивной диалоговой системы

6. Определяют вид интерфейсной адаптации, стереотипный, индивидуальный или смешанный.

7. Формируют базу знаний генерации текущей диалоговой структуры на основе конкретного пользовательского профиля.

8. Осуществляют подбор соответствующих материалов тестирования.

9. Разрабатывают ишеллектуальную компоненту тестирования пользователей адаптивной системы, обеспечивающую автоматическую настройку диалогового интерфейса.

Четвертая глава посвящена разработке инструментального программного комплекса, получившего название ISUM (Intelligent System for User Modeling) и предназначенного для создания тестирующих компонент адаптивных диалоговых систем.

Данная интеллектуальная система является средством для автоматизации процесса проектирования адаптивного интерфейса, а именно: интерактивного формирования модели пользователя и модели индивидуальной диалоговой структуры, подготовки тестовых материалов, написания правил загрузки текущей диалоговой структуры, организации непосредственного тестирования пользователей.

Выделяются основные блоки системы ISUM. Разрабатывается база знаний организации процесса интерфейсной адаптации. Данная база знаний, основанная на фреймовой модели, содержит две разновидности фреймов: опознавательные

ИБ-фреймы, задающие пользовательские профили, и интерфейсные ШБ-фреймы, описывающие текущие диалоговые структуры.

Обобщенная структура НР-фрейма может быть представлена следующим образом:

М< = {Ц/патг(0,

<соск(/1): \'о!ите(/1)> <с<хк(р): \о1ите(Р)>

<code(fri): volume(fri)>},

где RF - фрейм, задающий модель пользователя адаптивной системы; Rfname(i) -уникальное имя RF-фрейма; имя слота code(fk) - уникальный код k-го фактора модели пользователя; значение слота volume(fk) - лингвистическая переменная, которая должна быть присвоена фактору к в результате тестирования (ры), г] - количество учтенных факторов.

Обобщенная структура IMF-фрейма будет выглядеть следующим образом:

IMF ~ (lmmme(i),

<RF: RFname(k)>, <Iparl: volume(Ipwl)> <Ipar2: volume(Ipar2)>

<Iparft: volume(Ipar/j) >J,

где IMF - фрейм, задающий модель индивидуальной диалоговой структуры; Imname{i) - уникальное имя IMF-фрейма; <RF: RFname(k)> - слот, устанавливающий жестко фиксированную связь с родственным RF-фреймом, позволяющий осуществить переход от пользовательского профиля к текущей диалоговой структуре, подлежащей загрузке; имя слота 1раг/ - наименование параметра /, учтенного в модели индивидуальной диалоговой структуры; значение слота volume(Ipar/) -соответствующая настройка параметра /; ц - число учтенных интерфейсных параметров.

Далее подробно рассматриваются алгоритмы и механизм функционирования основных компонент системы ISUM: обучающей компоненты, генератора тестов, генератора правил вывода и экспериментальной подсистемы. Приводятся основные этапы создания демонстрационного прототипа тестирующей компоненты адаптивного интерфейса средствами данного программного комплекса.

Обосновывается возможность использования системы ISUM для автоматизации профотборов, сертификации, экзаменов, контрольных работ и т.д. Рассматривается возможность одновременной подготовки нескольких независимых испытаний.

В заключении рассмотрены основные результаты диссертации.

Приложение 1 содержит текстовый опросник интерфейсных предпочтений. Приложение 2 - сводные таблицы учета влияния идентификационных характеристик пользователя на манипулируемые интерфейсные параметры, а также таблицы, полученные в ходе статистической обработки результатов тестирования. Прило-

жение 3 содержит графическую интерпретацию сводных таблиц. Приложение 4 -

акты и справки об использовании результатов диссертационной работы.

ОСНОВПЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основной результат диссертационной работы состоит в том, что предложена и разработана новая методика организации процесса интерфейсной адаптации, использование которой позволит снизить временные и денежные затраты, связанные с процессом разработки гибких диалоговых систем.

При этом можно выделить следующие научные и практические результаты, полученные в работе.

1. Осуществлен анализ существующих адаптивных диалоговых систем, традиционных методик и подходов к проектированию диалоговых интерфейсов.

2. Предложена модель пользователя и модель индивидуальной диалоговой структуры в качестве концептуальных основ организации процесса интерфейсной адаптации. Сформированы наращиваемые обобщенные структуры двух данных моделей.

3. В рамках предложенной комплексной методики разработан механизм, позволяющий одновременно использовать индивидуальный и стереотиптшй вид адаптации диалогового интерфейса

4 В ходе серии автоматизированных экспериментов получены основные закономерности влияния различных характеристик пользователя на манипулируемые интерфейсные параметры. Выявлены основные приоритеты.

5 Разработана архитектура интеллектуальной системы ISITM, предназначенной для создания разнообразных компонент тестирования адаптивных диалоговых, систем.

6. Сформирована база знаний для организации процесса интерфейсной адаптации,

основанная на фреймовом подходе. 7 Средствами объект но-ориентированно! о языка программирования Tkficrosoft С/С>- 7 0 создан программный инструментарий системы ISUM для операционных сред Windows 3.11 и Windows 95. Для данного комплекса разработана автоматизированная обучающая система средствами Microsoft PowerPoint. 8. Предложен демонстрационный прототип, иллюстрирующий функционирование интеллектуальной системы 1SUM

Содержание диссертации отражено в следующих публикациях.

1. Гавршюва Г.А., Зудилова Е В. (1994) Концептуальное проектирование интерфейсов для систем приобретения знаний Известия РАН. Техническая кибернетика. М: Наука, № 2, 3-12.

2. Гаврилова Т.А., Зудилова Е.В., Миронова A.A., Петров И.Б. (1994) Особенности разработки интеллектуальных интерфейсов на основе модели пользователя. Материалы научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки», СПб, 28-29 января 1994г., 48-50.

3. Гаврилова Т.А., Зудилова Е.В. (1995) Адаптивный диалог и модель пользователя Труды Международного семинара по компьютерной лингвистике и ее приложениям «Диалог - 95», Казань, 31 мая - 4 июня 1995г., 88-97.

4. Зудилова Е.В. (1995) Интеллектуальная система формирования модели пользователя. Материалы научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки», СПб, 31 января - 1 февраля 1995г., 82-84.

5. Зудилова Е.В. (1995) Концепция диалоговой адаптации. Тезисы докладов Российской научно-технической конференции «Инновационные наукоемкие технологии для России», СПб, 25-27 апреля 1995г., т. 8, 96.

6. Зудилова Е.В., Кудаков А.В., Речинский А.В. (1995) Человеко-центрический подход к проектированию экспертных систем. Тезисы докладов IV Санкт-Петербургской Международной конференции «Региональная информатика - 95», 15-18 мая 1995г., ч. 1, 135-136.

7. Гаврилова Т.А., Зудилова Е.В., Ильясов М.З. (1996) Интеллектуальные и обучающие системы. Учеб. пособие, СПб: СПбГТУ, 110с.

8. Зудилова Е.В. (1996) Индивидуальный подход к компьютерной форме обучения. Материалы Ш Международной научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки», СПб, 1-2 февраля 1996г., 194195.

9. Зудилова Е.В. (1996) Современное состояние в области проектирования адаптивных систем. Сб. науч. трудов V Национальной конференции «Искусственный интеллект - 96», Казань, 5-11 октября 1996 г., т. 2,255-260.

Ю.Зудилова Е.В. (1997) Две основные модели, характеризующие процесс интерфейсной адаггтации. Материалы научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах», 16-17 июня 1997г., 146-147.

П.Зудилова Е.В., Зудилова Т.В. (1997) Компьютеризированное тестирование слушателей Авторизованного учебного центра фирмы Microsoft. Сб. научн. трудов VI Международной конференции «ЗНАНИЕ-ДИАЛОГ-РЕШЕНИЕ», 15-20 сентября 1997г., т. 2,492-497.

12.Zudilova Н., Kudakov A., Rechinsky А. (1994) Interface Problems During Expert Systems Designing. Proc. of East-West Int. Conf. on Human-Computer Interaction, EWHCI'94, vol. 1, 280-289.

13.Gavrilova Т., Zudilova H. (1994) Individualised Teaching via User Modelling. Proc. of East-West Conf. on Computer Technologies in Education, EW-ED'94, vol. 2, 53-55.

14.Gavrilova Т., Zudilova H., Voinov A. (1995) User Modelling Technology in Intelligent System Design and Interaction. Proc. ofEast-West Int. Conf. on Human-Computer Interaction, EWHCI'95, vol. 2, 115-128.

15.Zudilova H. (1996) Some Aspects of User Computerized Testing. Proc. ofEast-West Int. Conf. on Human-Computer Interaction - Human Aspects of Business Computing, EWHCI'96, 146-156.

16.Gavrilova Т., Zudilova H. (1997) The Main Principles oflndividualised Teaching Organization. New Media and Telematic Technologies for Education in Eastern Europearn Countries // Edited by P.Kommers, part 1, 59-66.

17.Stankova E., Zudilova H. (1998) Numerical Simulation by means of Supercomputers. Proc. of HPCN Europe -1998 (в печати).