由出错-认知到信息特征映射的信息交互界面优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种由出错-认知到信息特征映射的信息交互界面优化方法，可分析信息系统交互界面的出错问题，为设计改良提供一种可靠的分析方法。根据出错-认知集，获得出错-认知的关联属性；分析信息特征的设计因素，建立设计信息集，获得设计信息特征的关联属性；建立出错-认知到设计信息映射的求解过程；对现有的实际信息界面进行出错因子提取，从而获得出错-认知到信息特征映射的求解方案；该方法可为信息交互界面提供可行的设计方法，为信息界面的设计改良提供依据。
【专利说明】由出错-认知到信息特征映射的信息交互界面优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种由出错-认知到信息特征映射的优化方法，特别涉及一种信息交 互界面中由出错-认知到信息特征映射的优化方法。
【背景技术】
[0002] 由于复杂系统视觉信息界面呈现的信息量大，信息关系复杂，操作者进入复杂性 认知，可能会由于操作失误、误读误判、反馈不及时等认知困难导致任务失败，严重时会产 生系统故障，甚至重大事故，这需要从出错-认知的角度解决设计源头问题。与人机交互较 近的设计方法学研宄领域，上世纪末就开始将设计过程看成一个由概念一功能到结构映射 的系统模型进行深入研宄，应用于机械、产品设计领域。例如，由功能向结构的直接映射，以 功能-结构映射和结构-子功能映射的交替往复映射，以及在功能域和结构域之间引入行 为域的多层次混合映射。利用矩阵描述、遗传算法等映射方法形成的设计求解过程，为机械 结构设计开辟了一条有效的设计方法广泛应用于产品创新设计中。对于信息交互领域，复 杂信息界面的优化设计方法，亦可探讨由出错-认知到设计映射的可行性，是否也能够开 辟一条由出错-认知到信息特征映射的界面设计求解过程。
[0003] 因此，本论文将研宄出错-认知-设计三者可能存在的映射关系。在出错域和设 计域之间加入认知域作为二者的转化桥梁，使如何优化界面信息这一过程，从出错因子的 导入，结合信息界面的视觉认知行为，展开复杂信息界面的设计求解过程。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种由出错-认知到信息特征映射的优化方法，可分析 信息系统交互界面的出错问题，为设计改良提供一种可靠的分析方法。根据出错-认知集， 获得出错-认知的关联属性；分析信息特征的设计因素，建立设计信息集，获得设计信息特 征的关联属性；建立出错-认知到设计信息映射的求解过程；对现有的实际信息界面进行 出错因子提取，从而获得出错-认知到信息特征映射的求解方案；该方法可为信息交互界 面提供可行的设计方法，为信息界面的设计改良提供依据。
[0005] 一种由出错-认知到信息特征映射的优化方法，包括如下步骤：
[0006] (1)、根据出错-认知集，通过集合内因子的相互关系，确定出错-认知因子间的重 要度，获得出错-认知的关联属性；
[0007] (2)、分析信息特征的设计因素，建立设计信息集，获得设计信息特征的关联属 性；
[0008] (3)、建立出错-认知到设计信息映射的求解过程，并对目标进行约束；
[0009] (4)、对现有的实际信息界面进行出错因子提取，从而获得出错-认知到信息特征 映射的求解方案，为信息交互界面的优化提供依据。
[0010] 上述步骤（1)中的出错类型，根据视觉感知、注意加工、记忆加工以及思维过 程的分析，并结合Resmussen、Norman、Reason等人的出错类型，得到了视觉认知层面上 信息界面的五种出错类型，主要为错误感知（Misperception)、知觉混淆（Perception Confusion)、注意失效（Attention Failures)、记忆失误（Memory Lapse)和疏忽 (Inattention)集合。根据出错-认知集，获得出错-认知的关联属性包括如下步骤：
[0011] (2-1)出错-认知域
[0012] 设 Reci= Ir el, re2, "TemJ 为出错-认知集。其中，:rei (i = 1，2,…，ml)为出错因 子，设 rei，:Tej G R E。。
[0013] 由于对应的认知信息加工过程不同，相同出错因子并不具有包容关系和交叉关 系。例如，视觉局限-D4误读与不合理匹配-D4误读，不具有包容性，也不具有交叉性。它 们属于不同角度的出错因子，确切地解释为不同内因导致的出错。因此，对于r ei和的关 系均表示为独立关系，即如果rei包含的出错因子与包含的出错因子无关，则认为r 与 是独立关系。
[0014] (2-2)出错-认知域的因子筛选
[0015] 根据出错-认知间存在的相关关系，在对出错-认知域的因子进一步筛选时，将具 有互斥关系的出错-认知因子间的取舍，可以根据重要度排序进行取舍。
[0016] 筛选后，出错-认知集可表示为R' E= ir ei，Γ?，…，γ』，其中，rei(i = 1，2,…，P} 为出错-认知因子，。那么，具有不相关关系、相互冲突和互相协作关系的出错-认知因子， 将会通过重要度排序对其删选并精化处理。
[0017] (2-3)确定出错-认知间的重要度
[0018] 本方法中，将采用网络分析法对出错-认知间的重要度进行确定。利用网络分析 法确定出错-认知重要度的方法如下：
[0019] 步骤1 :在不考虑出错-认知相关性的情况下，确定出错-认知权重。采用1?9 数值序列表示，并进行归一化处理，得到出错-认知权重矢量Wy W1= (W p W2,…，Wp) τ，其中， P =1。 1=\
[0020] 步骤2 :确定出错-认知间互相关关系。用矩阵E来描述出错-认知间的互相 关关系。采用1-3-9表示出错-认知间的弱协作关系、中等协作关系和强协作关系；采用 (-1)-(-3)-(-9)表示出错-认知间的弱冲突关系、中等冲突关系和强冲突关系。0表示出 错-认知间不相关。其中，eg= e ji，en= 9。
[0021]
【权利要求】
1. 一种由出错-认知到信息特征映射的信息交互界面优化方法，其特征包括如下步 骤： (1) 、根据出错-认知集，通过集合内因子的相互关系，确定出错-认知因子间的重要 度，获得出错-认知的关联属性； (2) 、分析信息特征的设计因素，建立设计信息集，获得设计信息特征的关联属性； (3) 、建立出错-认知到设计信息映射的求解过程，并对目标进行约束； (4) 、对现有的实际信息界面进行出错因子提取，从而获得出错-认知到信息特征映射 的求解方案，为信息交互界面的优化提供依据。
2. 根据权利要求1所述的由出错-认知到信息特征映射的信息交互界面优化方法，其 特征是，所述步骤（1)中的出错-认知关联属性，包括如下步骤： (2-1)出错-认知域 设Req=Irel,re2，…reml}为出错-认知集，其中，rei(i= 1，2,…，ml)为出错因子，设 rei，rej E R EO; (2-2)出错-认知域的因子筛选 根据出错-认知间存在的相关关系，在对出错-认知域的因子进一步筛选时，将具有互 斥关系的出错-认知因子间的取舍，根据重要度排序进行取舍； 筛选后，出错-认知集可表示为R'E={rel，…，rqJ，其中，rei(i= 1，2,…，p}为 出错-认知因子，那么，具有不相关关系、相互冲突和互相协作关系的出错-认知因子，将会 通过重要度排序对其删选并精化处理； (2-3)确定出错-认知间的重要度 采用网络分析法对出错-认知间的重要度进行确定，获得出错-认知集中出错因子的 重要度矢量。
3. 根据权利要求2所述的由出错-认知到信息特征映射的信息交互界面优化方法，其 特征是，所述步骤（2-3)中网络分析法的步骤如下： 步骤1 :在不考虑出错-认知相关性的情况下，确定出错-认知权重； 采用1?9数值序列表示，并进行归一化处理，得到出错-认知权重矢量^ = P (W1,W2,…，Wp)τ，其中，=1 ; 步骤2 :确定出错-认知间互相关关系； 用矩阵E来描述出错-认知间的互相关关系，采用1-3-9表示出错-认知间的弱协作 关系、中等协作关系和强协作关系；采用（-1)-(-3)-(-9)表示出错-认知间的弱冲突关系、 中等冲突关系和强冲突关系，〇表示出错-认知间不相关，其中，eg=eji，e"= 9 ;
通过分析互相关矩阵E得到有关各出错-认知因子的相关性信息；以下信息是确定出 错-认知间相对重要度的基础： 正相关数Rpi，表示与rei正相关的出错-认知数； 负相关数Rni，表示与负相关的出错-认知数； 正相关度Rspi，表示与rei正相关的出错-认知的相关度总和； 负相关度Rsni，表示与rei负相关的出错-认知的相关度总和； 平均相关度R'avi，表示与rei相关的出错-认知的相关度平均值， 对于具有同等重要度的出错-认知的决策方法如下： 1) 首先找出Rni= 〇(i= 1，2，···，p)的子出错-认知集，然后对所得集合中各出错-认 知的M直从大到小排序进行选择； 2) 如果上一步的结果不能满足要求，则令Rni值增加1，找出对应的子出错-认知集，选 择集合中Rpi值大、Wavi值大并且与其具有负相关关系的出错-认知重要度低的出错-认 知因子； 3) 如果上一步的结果不能满足要求，则转至2)直至结束； 步骤3 :确定出错-认知间的重要度关系； 用矩阵I来描述出错-认知间的重要度关系；在考虑其他出错-认知与r的相关关 系基础上，确定针对rj%其他出错-认知间的相对重要度，得到相对重要度矩阵Wi;其中， [〇, 9]，当r^辛O时，rM= 1/ru，当!Tij=O时，取r#=O;利用层次分析法得到针对 L其他出错-认知间的相对重要度矢量^=(ww2i，…，Wii, "'Wpi,)1，其中，依 7=1 此可求得出错-认知间的重要度关系矩阵I
步骤4 :确定出错-认知重要度； 用矢量w' 6表示出错-认知重要度， W1e=WrXwr=(wel,wel, ···,wep)τ 步骤5 :确定最终出错-认知； 根据出错-认知的重要度排序，去掉不重要的出错-认知因子，当出错-认知重要度区 分不显著时，采用步骤2中具有同等重要度的出错-认知的决策方法进行决策；得到最终的 出错-认知Re=Irε1，re2，…rj及对应的经归一化处理的出错-认知集的出错因子重要度 矢量We= (WpW1, ···，Wm)T。
4. 根据权利要求1所述的由出错-认知到信息特征映射的信息交互界面优化方法， 其特征是，所述步骤（2)中的设计信息关联属性，首先分析信息特征的设计因素，建立设计 信息集，包括图符、指示符、线符、字符、数据符、图形、组合符7种信息呈现设计因子和信息 块、功能分区、任务分区以及视觉流向4中界面布局设计因子，包括如下步骤： (4-1)、设计信息域 操作员按照监控任务（Taski)可分为监视/发觉、状态查询、响应计划和响应执行四 个过程，每种任务过程所执行的信息搜索、信息认读、信息辨识、信息选择与判断，都与相关 的设计信息InfoQ1.),InfoQ2.),…，Info(in，）联系起来，经过包容关系、交叉关系和独立 关系筛选后的信息特征集为Q= {qsl,qs2,…，qsp}，其中，qsiQ= 1，2,…，p}为信息特征，去 除冗余后的设计信息特征，在相关性方面同样存在互斥关系、不相关关系、互相冲突关系和 相互协作关系； (4-2)、确定设计信息特征的重要度 接下来仍采用网络分析法确定设计信息特征的重要度，首先确定信息特征的权重以及 确定信息特征间的相互关系，从而得到互相关关系矩阵Q
通过分析互相关矩阵Q可以得到有关各信息特征的相关性信息，与出错-认知集的 方法相同，分别得到正相关数Qpi、负相关数Qni，正相关度Qspi，负相关度Qsni，平均相关度 Fi=' 然后，确定信息特征间的重要度关系W,，利用网络分析法求得信息特征间的相对重要 度矢量Wi= (Wli,W2i，…，Wii，…，Wpi，）T，其中，，可求得设计信息的重要度关系矩阵 J=I Wq
最后，确定设计信息的重要度W' ^=WqXwq=(w，…，Wqp)1。得到最终的设计信 息Q= {qsl,qs2，…，qsn}及对应的经归一化处理的设计信息重要度矢量wQ=(w^ W1,…，wn) T 〇
5. 根据权利要求1所述的由出错-认知到信息特征映射的信息交互界面优化方法，其 特征是，所述步骤（4)中的出错-认知到设计信息映射的求解过程，包括如下步骤： (5-1)、出错-认知与设计信息域的对应关系 出错-认知域与设计信息域对应以下三种关系： 一对一映射 出错-认知集R中的一个元素与设计信息集C中的某一个元素相对应； 多对一映射 出错-认知集R中的多个元素与设计信息集C中某一个元素相对应； 多对多映射 出错-认知集子集AF中的多个元素与设计信息集C中的多个元素相对应； (5-2)、出错-认知与设计信息间重要度分析 出错-认知与设计信息间的重要度关系用Wqe来表示，确定出错-认知与设计信息间的 重要度关系时，假设各设计信息不相关，针对每一项出错因子对设计信息进行相互比较得 到一个与该项出错因子相关的设计信息间的重要度关系矩阵，在利用网络分析法求得关于 该出错因子的各设计信息的重要度矢量Wqei=(Wn,W2i，…，Wii, "^wpi, )\由关于各出错因 子的设计信息间的重要度矢量组成出错-认知与设计信息间的重要度关系矩阵Wy
由矩阵Wq得到考虑了设计信息间相关性的出错-认知与设计信息间重要度关系 矩阵： Wqe= WqX(Wqe)1 综合考虑出错-认知重要度对设计信息的影响，得到设计信息的重要度矢量： Wq= WqeXwe (5-3)、界面布局的目标约束 按照目标规划的要求，从以下几个方面确定设计信息特征的目标约束，包括：界面区域 内的信息容量，界面信息的视觉流向，图元关系以及任务程度； (5-4)、目标规划的数学模型 将信息容量、视觉流向、图元关系和任务程度四个因素当作约束处理，均为定性目标约 束，采用加权的0-1目标规划法求得最优的设计优化信息特征集，目标规划的一般数学模 型如下：
<,<：>0 式中，ω?--目标权重（i= 1，2,…，m) di--与第i项目标的负偏差 di'--与第i项目标的正偏差 Xj--0-1变量，代表第j项设计信息特征（j= 1，2,…，η) wQj--第j项设计信息特征的重要度 Wij--第j项设计信息特征关于第i项定性约束目标的权重。
【文档编号】G06F17/50GK104462683SQ201410719719
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】吴晓莉, 薛廷 申请人:河海大学常州校区