由出錯-認知到信息特征映射的信息交互界面優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由出錯-認知到信息特征映射的信息交互界面優(yōu)化方法，可分析信息系統交互界面的出錯問題，為設計改良提供一種可靠的分析方法。根據出錯-認知集，獲得出錯-認知的關聯屬性；分析信息特征的設計因素，建立設計信息集，獲得設計信息特征的關聯屬性；建立出錯-認知到設計信息映射的求解過程；對現有的實際信息界面進行出錯因子提取，從而獲得出錯-認知到信息特征映射的求解方案；該方法可為信息交互界面提供可行的設計方法，為信息界面的設計改良提供依據。
【專利說明】由出錯-認知到信息特征映射的信息交互界面優(yōu)化方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種由出錯-認知到信息特征映射的優(yōu)化方法，特別涉及一種信息交 互界面中由出錯-認知到信息特征映射的優(yōu)化方法。

【背景技術】
[0002] 由于復雜系統視覺信息界面呈現的信息量大，信息關系復雜，操作者進入復雜性 認知，可能會由于操作失誤、誤讀誤判、反饋不及時等認知困難導致任務失敗，嚴重時會產 生系統故障，甚至重大事故，這需要從出錯-認知的角度解決設計源頭問題。與人機交互較 近的設計方法學研宄領域，上世紀末就開始將設計過程看成一個由概念一功能到結構映射 的系統模型進行深入研宄，應用于機械、產品設計領域。例如，由功能向結構的直接映射，以 功能-結構映射和結構-子功能映射的交替往復映射，以及在功能域和結構域之間引入行 為域的多層次混合映射。利用矩陣描述、遺傳算法等映射方法形成的設計求解過程，為機械 結構設計開辟了一條有效的設計方法廣泛應用于產品創(chuàng)新設計中。對于信息交互領域，復 雜信息界面的優(yōu)化設計方法，亦可探討由出錯-認知到設計映射的可行性，是否也能夠開 辟一條由出錯-認知到信息特征映射的界面設計求解過程。
[0003] 因此，本論文將研宄出錯-認知-設計三者可能存在的映射關系。在出錯域和設 計域之間加入認知域作為二者的轉化橋梁，使如何優(yōu)化界面信息這一過程，從出錯因子的 導入，結合信息界面的視覺認知行為，展開復雜信息界面的設計求解過程。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種由出錯-認知到信息特征映射的優(yōu)化方法，可分析 信息系統交互界面的出錯問題，為設計改良提供一種可靠的分析方法。根據出錯-認知集， 獲得出錯-認知的關聯屬性；分析信息特征的設計因素，建立設計信息集，獲得設計信息特 征的關聯屬性；建立出錯-認知到設計信息映射的求解過程；對現有的實際信息界面進行 出錯因子提取，從而獲得出錯-認知到信息特征映射的求解方案；該方法可為信息交互界 面提供可行的設計方法，為信息界面的設計改良提供依據。
[0005] 一種由出錯-認知到信息特征映射的優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0006] (1)、根據出錯-認知集，通過集合內因子的相互關系，確定出錯-認知因子間的重 要度，獲得出錯-認知的關聯屬性；
[0007] (2)、分析信息特征的設計因素，建立設計信息集，獲得設計信息特征的關聯屬 性；
[0008] (3)、建立出錯-認知到設計信息映射的求解過程，并對目標進行約束；
[0009] (4)、對現有的實際信息界面進行出錯因子提取，從而獲得出錯-認知到信息特征 映射的求解方案，為信息交互界面的優(yōu)化提供依據。
[0010] 上述步驟（1)中的出錯類型，根據視覺感知、注意加工、記憶加工以及思維過 程的分析，并結合Resmussen、Norman、Reason等人的出錯類型，得到了視覺認知層面上 信息界面的五種出錯類型，主要為錯誤感知（Misperception)、知覺混淆（Perception Confusion)、注意失效（Attention Failures)、記憶失誤（Memory Lapse)和疏忽 (Inattention)集合。根據出錯-認知集，獲得出錯-認知的關聯屬性包括如下步驟：
[0011] (2-1)出錯-認知域
[0012] 設 Reci= Ir el, re2, "TemJ 為出錯-認知集。其中，:rei (i = 1，2,…，ml)為出錯因 子，設 rei，:Tej G R E。。
[0013] 由于對應的認知信息加工過程不同，相同出錯因子并不具有包容關系和交叉關 系。例如，視覺局限-D4誤讀與不合理匹配-D4誤讀，不具有包容性，也不具有交叉性。它 們屬于不同角度的出錯因子，確切地解釋為不同內因導致的出錯。因此，對于r ei和的關 系均表示為獨立關系，即如果rei包含的出錯因子與包含的出錯因子無關，則認為r 與 是獨立關系。
[0014] (2-2)出錯-認知域的因子篩選
[0015] 根據出錯-認知間存在的相關關系，在對出錯-認知域的因子進一步篩選時，將具 有互斥關系的出錯-認知因子間的取舍，可以根據重要度排序進行取舍。
[0016] 篩選后，出錯-認知集可表示為R' E= ir ei，Γ?，…，γ』，其中，rei(i = 1，2,…，P} 為出錯-認知因子，。那么，具有不相關關系、相互沖突和互相協作關系的出錯-認知因子， 將會通過重要度排序對其刪選并精化處理。
[0017] (2-3)確定出錯-認知間的重要度
[0018] 本方法中，將采用網絡分析法對出錯-認知間的重要度進行確定。利用網絡分析 法確定出錯-認知重要度的方法如下：
[0019] 步驟1 :在不考慮出錯-認知相關性的情況下，確定出錯-認知權重。采用1?9 數值序列表示，并進行歸一化處理，得到出錯-認知權重矢量Wy W1= (W p W2,…，Wp) τ，其中， P =1。 1=\
[0020] 步驟2 :確定出錯-認知間互相關關系。用矩陣E來描述出錯-認知間的互相 關關系。采用1-3-9表示出錯-認知間的弱協作關系、中等協作關系和強協作關系；采用 (-1)-(-3)-(-9)表示出錯-認知間的弱沖突關系、中等沖突關系和強沖突關系。0表示出 錯-認知間不相關。其中，eg= e ji，en= 9。
[0021]

【權利要求】
1. 一種由出錯-認知到信息特征映射的信息交互界面優(yōu)化方法，其特征包括如下步 驟： (1) 、根據出錯-認知集，通過集合內因子的相互關系，確定出錯-認知因子間的重要 度，獲得出錯-認知的關聯屬性； (2) 、分析信息特征的設計因素，建立設計信息集，獲得設計信息特征的關聯屬性； (3) 、建立出錯-認知到設計信息映射的求解過程，并對目標進行約束； (4) 、對現有的實際信息界面進行出錯因子提取，從而獲得出錯-認知到信息特征映射 的求解方案，為信息交互界面的優(yōu)化提供依據。
2. 根據權利要求1所述的由出錯-認知到信息特征映射的信息交互界面優(yōu)化方法，其 特征是，所述步驟（1)中的出錯-認知關聯屬性，包括如下步驟： (2-1)出錯-認知域 設Req=Irel,re2，…reml}為出錯-認知集，其中，rei(i= 1，2,…，ml)為出錯因子，設 rei，rej E R EO; (2-2)出錯-認知域的因子篩選 根據出錯-認知間存在的相關關系，在對出錯-認知域的因子進一步篩選時，將具有互 斥關系的出錯-認知因子間的取舍，根據重要度排序進行取舍； 篩選后，出錯-認知集可表示為R'E={rel，…，rqJ，其中，rei(i= 1，2,…，p}為 出錯-認知因子，那么，具有不相關關系、相互沖突和互相協作關系的出錯-認知因子，將會 通過重要度排序對其刪選并精化處理； (2-3)確定出錯-認知間的重要度 采用網絡分析法對出錯-認知間的重要度進行確定，獲得出錯-認知集中出錯因子的 重要度矢量。
3. 根據權利要求2所述的由出錯-認知到信息特征映射的信息交互界面優(yōu)化方法，其 特征是，所述步驟（2-3)中網絡分析法的步驟如下： 步驟1 :在不考慮出錯-認知相關性的情況下，確定出錯-認知權重； 采用1?9數值序列表示，并進行歸一化處理，得到出錯-認知權重矢量^ = P (W1,W2,…，Wp)τ，其中，=1 ; 步驟2 :確定出錯-認知間互相關關系； 用矩陣E來描述出錯-認知間的互相關關系，采用1-3-9表示出錯-認知間的弱協作 關系、中等協作關系和強協作關系；采用（-1)-(-3)-(-9)表示出錯-認知間的弱沖突關系、 中等沖突關系和強沖突關系，〇表示出錯-認知間不相關，其中，eg=eji，e"= 9 ;
通過分析互相關矩陣E得到有關各出錯-認知因子的相關性信息；以下信息是確定出 錯-認知間相對重要度的基礎： 正相關數Rpi，表示與rei正相關的出錯-認知數； 負相關數Rni，表示與負相關的出錯-認知數； 正相關度Rspi，表示與rei正相關的出錯-認知的相關度總和； 負相關度Rsni，表示與rei負相關的出錯-認知的相關度總和； 平均相關度R'avi，表示與rei相關的出錯-認知的相關度平均值， 對于具有同等重要度的出錯-認知的決策方法如下： 1) 首先找出Rni= 〇(i= 1，2，···，p)的子出錯-認知集，然后對所得集合中各出錯-認 知的M直從大到小排序進行選擇； 2) 如果上一步的結果不能滿足要求，則令Rni值增加1，找出對應的子出錯-認知集，選 擇集合中Rpi值大、Wavi值大并且與其具有負相關關系的出錯-認知重要度低的出錯-認 知因子； 3) 如果上一步的結果不能滿足要求，則轉至2)直至結束； 步驟3 :確定出錯-認知間的重要度關系； 用矩陣I來描述出錯-認知間的重要度關系；在考慮其他出錯-認知與r的相關關 系基礎上，確定針對rj%其他出錯-認知間的相對重要度，得到相對重要度矩陣Wi;其中， [〇, 9]，當r^辛O時，rM= 1/ru，當!Tij=O時，取r#=O;利用層次分析法得到針對 L其他出錯-認知間的相對重要度矢量^=(ww2i，…，Wii, "'Wpi,)1，其中，依 7=1 此可求得出錯-認知間的重要度關系矩陣I
步驟4 :確定出錯-認知重要度； 用矢量w' 6表示出錯-認知重要度， W1e=WrXwr=(wel,wel, ···,wep)τ 步驟5 :確定最終出錯-認知； 根據出錯-認知的重要度排序，去掉不重要的出錯-認知因子，當出錯-認知重要度區(qū) 分不顯著時，采用步驟2中具有同等重要度的出錯-認知的決策方法進行決策；得到最終的 出錯-認知Re=Irε1，re2，…rj及對應的經歸一化處理的出錯-認知集的出錯因子重要度 矢量We= (WpW1, ···，Wm)T。
4. 根據權利要求1所述的由出錯-認知到信息特征映射的信息交互界面優(yōu)化方法， 其特征是，所述步驟（2)中的設計信息關聯屬性，首先分析信息特征的設計因素，建立設計 信息集，包括圖符、指示符、線符、字符、數據符、圖形、組合符7種信息呈現設計因子和信息 塊、功能分區(qū)、任務分區(qū)以及視覺流向4中界面布局設計因子，包括如下步驟： (4-1)、設計信息域 操作員按照監(jiān)控任務（Taski)可分為監(jiān)視/發(fā)覺、狀態(tài)查詢、響應計劃和響應執(zhí)行四 個過程，每種任務過程所執(zhí)行的信息搜索、信息認讀、信息辨識、信息選擇與判斷，都與相關 的設計信息InfoQ1.),InfoQ2.),…，Info(in，）聯系起來，經過包容關系、交叉關系和獨立 關系篩選后的信息特征集為Q= {qsl,qs2,…，qsp}，其中，qsiQ= 1，2,…，p}為信息特征，去 除冗余后的設計信息特征，在相關性方面同樣存在互斥關系、不相關關系、互相沖突關系和 相互協作關系； (4-2)、確定設計信息特征的重要度 接下來仍采用網絡分析法確定設計信息特征的重要度，首先確定信息特征的權重以及 確定信息特征間的相互關系，從而得到互相關關系矩陣Q
通過分析互相關矩陣Q可以得到有關各信息特征的相關性信息，與出錯-認知集的 方法相同，分別得到正相關數Qpi、負相關數Qni，正相關度Qspi，負相關度Qsni，平均相關度 Fi=' 然后，確定信息特征間的重要度關系W,，利用網絡分析法求得信息特征間的相對重要 度矢量Wi= (Wli,W2i，…，Wii，…，Wpi，）T，其中，，可求得設計信息的重要度關系矩陣 J=I Wq
最后，確定設計信息的重要度W' ^=WqXwq=(w，…，Wqp)1。得到最終的設計信 息Q= {qsl,qs2，…，qsn}及對應的經歸一化處理的設計信息重要度矢量wQ=(w^ W1,…，wn) T 〇
5. 根據權利要求1所述的由出錯-認知到信息特征映射的信息交互界面優(yōu)化方法，其 特征是，所述步驟（4)中的出錯-認知到設計信息映射的求解過程，包括如下步驟： (5-1)、出錯-認知與設計信息域的對應關系 出錯-認知域與設計信息域對應以下三種關系： 一對一映射 出錯-認知集R中的一個元素與設計信息集C中的某一個元素相對應； 多對一映射 出錯-認知集R中的多個元素與設計信息集C中某一個元素相對應； 多對多映射 出錯-認知集子集AF中的多個元素與設計信息集C中的多個元素相對應； (5-2)、出錯-認知與設計信息間重要度分析 出錯-認知與設計信息間的重要度關系用Wqe來表示，確定出錯-認知與設計信息間的 重要度關系時，假設各設計信息不相關，針對每一項出錯因子對設計信息進行相互比較得 到一個與該項出錯因子相關的設計信息間的重要度關系矩陣，在利用網絡分析法求得關于 該出錯因子的各設計信息的重要度矢量Wqei=(Wn,W2i，…，Wii, "^wpi, )\由關于各出錯因 子的設計信息間的重要度矢量組成出錯-認知與設計信息間的重要度關系矩陣Wy
由矩陣Wq得到考慮了設計信息間相關性的出錯-認知與設計信息間重要度關系 矩陣： Wqe= WqX(Wqe)1 綜合考慮出錯-認知重要度對設計信息的影響，得到設計信息的重要度矢量： Wq= WqeXwe (5-3)、界面布局的目標約束 按照目標規(guī)劃的要求，從以下幾個方面確定設計信息特征的目標約束，包括：界面區(qū)域 內的信息容量，界面信息的視覺流向，圖元關系以及任務程度； (5-4)、目標規(guī)劃的數學模型 將信息容量、視覺流向、圖元關系和任務程度四個因素當作約束處理，均為定性目標約 束，采用加權的0-1目標規(guī)劃法求得最優(yōu)的設計優(yōu)化信息特征集，目標規(guī)劃的一般數學模 型如下：
<,<：>0 式中，ω?--目標權重（i= 1，2,…，m) di--與第i項目標的負偏差 di'--與第i項目標的正偏差 Xj--0-1變量，代表第j項設計信息特征（j= 1，2,…，η) wQj--第j項設計信息特征的重要度 Wij--第j項設計信息特征關于第i項定性約束目標的權重。
【文檔編號】G06F17/50GK104462683SQ201410719719
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權日:2014年12月2日
【發(fā)明者】吳曉莉, 薛廷 申請人:河海大學常州校區(qū)