基于深广度的信息网格用户好用性评价.doc

基于深广度的信息网格用户好用性评价users convenience evaluation based on depth and width in information grid杨宁1，徐志伟2，周浩杰11(中国科学院计算技术研究所软件室, 北京 100080)；2(中国科学院计算技术研究所,北京100080)摘 要：信息网格利用网格技术实现信息资源的共享与协同工作1，用户使用系统的好用性评价因系统功能多样、页面复杂、用户操作繁琐等问题难于进行。提出基于深广度的用户好用性评价方法，并通过实际的例子和具体的测试数据分析了该评价方法在织女星信息网格中的应用。关键词：信息网格，好用性，全生命周期，织女星网格1 基本概念定义1信息网格用户好用性深度用户点击次数，用字母d表示自变量。d的取值范围为正整数。定义2信息网格用户好用性宽度平面上用户可点击数，用字母w表示自变量。w的取值范围为正整数。定义3用户操作指用户按规范和要领来操纵的动作。这不是一个严格的定义。对于信息网格而言，由于和上层应用的高耦合度使得相关的规范很难制定。信息网格功能、实现方法、表现形式的多样性本身就是信息网格主体研究的一个难点。目前业界并没有一个精确的定义来刻画“用户操作”这一概念，我们力求通过操作的几个性质来说明它在信息网格中的作用。性质1：用户操作是信息网格用户好用性研究的最小单位。即基于深广度的用户好用性评价研究可以就某一“用户操作”得到一个用户好用性数值，而不支持比“用户操作”更小粒度的研究。性质2：用户操作必须存在用户和系统之间的交互，系统定时备份文件等不属于用户操作。性质3：对于每一个用户操作，系统均会有相应的结果（成功或者失败）返回给用户。定义4信息网格用户操作好用性用字母c表示，其计算公式及取值范围和具体系统相关，可能根据计算方式的不同有不同的值域。信息网格用户的全生命周期2由注册、登录、使用、维护、挂起、重新接入、退出、注销几个阶段共同组成。通常来说一个用户阶段包括多个用户操作，如用户“使用”这个阶段就包括修改密码、访问资源、修改日程表等等多个操作。而对于用户“登录”这样的阶段就只包括一个操作即“登录”操作。定义5信息网格用户阶段好用性函数表示为p，以c为自变量、反映某个阶段用户使用信息网格难易程度的函数。p的定义域是c的值域，其值域和c的取值范围相关。定义6信息网格用户阶段好用性用表示，m为该阶段所包括的操作个数，m的取值范围为正整数。对于用户全生命周期的某一个阶段而言，尽管该阶段包含多个用户操作，但是每个操作在使用频率、占用资源（包括硬件软件资源）、完成操作所需时间等等方便显然存在很大的差异性。如对“使用”这个阶段来讲，经过采样测试得用户使用频率较高的是“查看”操作，费时较多的是“访问资源”等操作，而对于“修改主社区3”这样的操作，无论从使用频率还是从完成时间等方面都是比较低的。这里通过权重的概念优化定义6来体现这种区别。定义7信息网格用户操作好用性权重用大写字母u表示。由开发人员制定的用来反映用户在全生命周期的某个阶段的各个操作对该阶段的信息网格用户阶段好用性的影响程度。u的取值范围是：。定义8信息网格用户操作好用性权重函数用符号表示，用来表示用户操作好用性权重u对用户全生命周期中的某个阶段的各个操作的加权计算方法。的定义域和值域同c的值域相关。为了讨论方便有定理如下：定理1：，。性质4：信息网格用户操作好用性权重归一。信息网格用户操作好用性权重归一的限制是为了限定计算结果的值域范围，便于讨论、用户理解和用户好用性星级划分等等。定义9优化的信息网格用户阶段好用性，其中（i=1,2m）为该阶段各个用户操作的权重值。为操作i的用户操作好用性。2 信息网格用户全生命周期好用性定义10信息网格用户全生命周期好用性函数用表示，是以为自变量、反映全生命周期内用户使用信息网格难易程度的函数。g的定义域、值域和c的取值范围相关。定义11信息网格全生命周期用户好用性用大写字母表示，即由全生命周期用户好用性函数所反映的全生命周期下用户使用信息网格的难易程度。为全生命周期的阶段总数，n的取值范围是正整数。信息网格用户全生命周期的各个阶段在繁简程度、响应时间、使用频率等方面存在很大的差异。这里同样使用权重的概念来完善用户全生命周期好用性的评价。定义12信息网格用户阶段好用性权重用大写字母v表示。由开发人员制定的用来反映各阶段对用户使用信息网格的影响程度。v的取值范围是：。基于通常的认识和经验来看，用户登录的过程相对于用户全生命周期其他过程而言显然操作和实现简单，而各个不同的信息网格在这个阶段的差异性相对很小。从上述这两点意义上来看，登录阶段的权重值就会比较小。定理2： ，。性质5： 信息网格用户阶段好用性权重归一。和信息网格用户操作好用性权重归一一样，信息网格用户阶段好用性权重归一的限制是为了限定计算结果的值域范围，便于讨论、用户理解和用户好用性星级划分等等。两者一起保证了计算结果的值域范围。定义13信息网格用户阶段好用性权重函数用符号表示，用来表示用户阶段好用性权重v对用户全生命周期各个阶段的加权计算方法。的定义域和值域同c的值域相关定义14优化的信息网格用户全生命周期好用性用大写字母表示， （j=1,2n）为用户全生命周期各个阶段的权重值，为阶段j的用户阶段好用性。优化的信息网格全生命周期用户好用性评价方法充分考虑了用户使用网格的时间持续性即全生命周期，并考虑了全生命周期各个阶段对用户使用信息网格不同的影响程度，较全面的反映了用户使用信息网格的难易程度。性质6：信息网格中的用户好用性可以通过深度和广度的互换实现对基于深广度的信息网格用户操作好用性的影响。对于同一个信息网格系统，开发者希望它能够最大程度的适应尽可能多的使用场景，支持更多的用户使用模式。用户常用的使用模式包括pc，pda，手机，usb卡，指纹，瞳孔等等。以系统移至到pda为例，由于显示设备提供的屏幕面积骤减，不得不修改系统以适应新的需求。从基于深广度的信息网格用户好用性评价方法的角度出来考虑，移至到pda的系统界面显然要求用户好用性宽度降低，如果要保持系统的功能不产生变化，则系统可以改变用户好用性深度来达到目的。从这个例子可以看出具有用户好用性深度、广度互换的系统具有更强的适应能力。性质7：用户好用性宽度和用户好用性深度可以实现互换的信息网格系统具有更强的适应性和适用性。上述两条性质大致说明了用户好用性宽度和深度的互换给基于深广度的信息网格用户操作好用性带来的影响。下一节通过对信息网格用户行为最优树的研究来具体分析基于深广度的信息网格用户好用性对系统的设计和实现带来的好处并给出具体例子来论证。3 信息网格用户行为最优树本节中讨论的信息网格用户的所有行为定义为一棵树，我们不讨论用户的一系列操作形成一个环的情况，即不考虑用户经过一系列的页面又回到已经经过的页面上。对于出错操作，则直接退出结束本次操作。为了研究方便我们不考虑页面中的回退，仅考虑用户一次性成功的操作。定理3：信息网格用户行为是一棵树，用符号gt表示。性质8：（1）gt中任两个节点有且仅有一条通路。（2）gt中无圈。性质9：用户全生命周期的某一个阶段下的用户操作是一棵树，用pt表示这棵树。它是gt的一棵子树。性质10：用户某一个阶段的某一个操作下所有用户行为是一棵树，用ot表示，它是pt的一棵子树，同时也是gt的一棵子树。定理4：用户操作在信息网格用户行为最优树中表现为一棵每个节点出度都为1的子树。该定理是用户操作的必要非充分条件。下面使用带权树和最优树的理论来对用户行为树进行进一步的研究。定义15信息网格用户行为最优树用户全生命周期好用性c最小的信息网格用户行为树。定理5： 信息网格用户行为最优树上每一条路径上的权值为信息网格用户操作好用性权重和信息网格用户阶段好用性权重的乘积。性质10：用户行为最优树上的权值归一。证明：已知，；，m为当前阶段的操作总数，n为用户全生命周期阶段总数，则有。即得证信息网格用户行为最优树上的权值归一。信息网格功能复杂、功能多样、页面复杂、用户操作繁琐等问题使得信息网格的用户好用性评价困难，很多成熟的算法和技术在信息网格中可能都不适用。如经典的求解最优二叉树算法因信息网格用户行为树的节点出度不能统一为2而无法使用。最优树为信息网格提供了基于深广度的用户好用性评价思想，其具体的使用和函数f，p，g的定义有很大的耦合性。第四节将扩充定义前几节中的基本概念，并通过具体的计算给出用户好用性评价在vega4(织女星网格)ig（information grid）系统中的应用。4用户好用性评价方法应用基于深广度的用户好用性评价方法是信息网格的评价方法之一，或者说是其中的一个部分。前3节给出了用户好用性评价方法的一些共性，给出了基于深广度的信息网格用户好用性的广义定义。该评价方法只是对用户使用信息网格的难易程度给出一个评价，如果要系统的评价整个信息网格，还必须要将系统功能强大程度、基于系统硬件的系统响应时间、用户专业水平等多种因素考虑进去。用户操作中经常出现带有hotkey的便捷式操作，如查询操作（search）等等，本文的研究暂不讨论此种hotkey相关的用户操作。只讨论基于浏览器的信息网格用户好用性分析。本节将着重讨论该评价方法在vegaig中的应用。我们对于vegaig1.0和vegaig2.0分别采样、测试、计算得到相应的数据结果，并分析了试验数据的意义、对系统进行评价。4.1 定义的扩充针对vegaig系统用户好用性评价的需要，我们对前几节给出的定义作出必要的扩充。定义16vegaig用户操作好用性设操作由s个步骤组成，s的取值范围是正整数。基于页面的特性我们将vegaig中的用户操作好用性定义为：，其中w为操作界面宽度，w的取值范围定义为正整数，分别是步骤i的宽度和深度，log是以10为底的对数函数。因变量c的计算公式定义需要充分考虑自变量的定义域，从而控制值域。在这里取对数计算，是为了缩小计算结果的取值范围以便于讨论和用户理解（也可以取开方等随着自变量的增加，斜率逐渐减小的其他函数）。根据上述分析可以定义vegaig用户操作好用性c的值域。首先看c的下限，因倒数函数和以10为底的对数函数在本节讨论的定义域中分别是单调的递减函数和单调的递增函数，所以c的下限等同与表达式取上限的时候，根据采样数据取该表达式的上限为1000（当该表达式超过1000时，系统的复杂程度将导致用户无法使用）。则c的下限为1/3。又因w和s的取值范围均为正整数，所以的下限为2，则相应c的上限值约为10/3。得c的取值范围是。用户操作好用性函数是该评价方法一个很重要的内容，其函数定义不同会很大程度地影响到用户好用性的计算结果。定义17vegaig用户阶段好用性函数，为了便于讨论理解，简单的取，m为某阶段的用户操作总数。定义18vegaig全生命周期用户好用性函数同样取，即定义为数学意义上的加法。为了便于讨论理解，简单的取，n为用户全生命周期的阶段总数。基于对信息网格主体全生命周期的研究，在本文的讨论中取变量n=8。定义19vegaig用户操作好用性权重函数，为了便于讨论理解，简单的取，m为某阶段的用户操作总数。定义20vegaig用户阶段好用性权重函数，为了便于讨论，简单的取，n为用户全生命周期的阶段总数。基于上述扩充定义、计算公式和以及性质10（信息网格用户行为最优树上的权值归一）知用户全生命周期好用性c的取值范围是。性质11：用户操作在vegaig中是完备的。证明：在vegaig中用户可做的用户操作是有限的，每一个操作都是系统精确定义的，即存在一个操作集合op，集合元素个数是一个整数而非无穷大。有了上述的扩充定义，我们给出一个全生命周期阶段（包含3个用户操作）的用户好用性计算、优化和分析的例子。例2： 用户操作好用性计算过程图1 用户操作好用性示意图如图1所示。该阶段一共包括3个操作：分别表示为操作1、操作2和操作3，操作页面宽度w3。3个操作的权值分别为u1=1/16，u2=1/16，u3=7/8，即满足定理1：m为当前阶段的操作总数3，有，满足信息网格用户操作好用性权重归一的性质。以操作3为例，完成该操作需要经过3个步骤：步骤1、步骤2和步骤3，3个步骤的深度和宽度见表1中的描述。图中未表示出操作1和操作2每个步骤的深度和广度值，均在表1中描述。 操作好用性权重操作步骤数s步骤1步骤2步骤3用户操作好用性操作11/162w =3,d = 2w =1,d = 1无16/16操作21/162w =3,d = 2w =2,d = 1无17/16操作37/83w =3,d = 3w =3,d = 2w =4,d = 1434/16操作界面宽度w3用户阶段好用性c1/(log(467/16)0.682502表1 优化前的用户阶段好用性计算从用户操作好用性权重的角度考虑，对于用户操作好用性权重仅为1/16的操作1和操作2，我们通过增加它们的深度来降低操作界面宽度w，如图2所示，操作界面宽度w从3降为2，相应的操作1和操作2的操作步骤数升为3。我们对优化后的用户阶段好用性进行计算，结果如表2所示。图2 用户阶段好用性优化示意图操作好用性权重操作步骤数s步骤1步骤2步骤3用户操作好用性操作11/163w =2,d = 3w =3,d = 2w =1,d = 116/16操作21/163w =2,d = 3w =3,d = 2w =2,d = 119/16操作37/83w =2,d = 3w =3,d = 2w =4,d = 1378/16操作界面宽度w2用户阶段好用性1/(log(421/16)0.704145表2 优化后的用户阶段好用性计算对比表1和表2可以看出，优化后的用户阶段好用性比之先前有很大的提升，提升幅度约为。4.2 vega-ig用户好用性评价基于4.1节中给出的vegaig用户操作好用性c的定义，我们对vegaig1.0和vegaig2.0的部署结构进行了采样、测试、计算、分析等等工作。下面从权重恒定时用户好用性评价和权重变更时基于评价的系统调整两个方面进行分析。4.2.1权重恒定时用户好用性评价比较该部分的评价内容主要涉及在信息网格用户操作好用性权重恒定的情况下，通过对系统的用户界面结构间的调整来提高用户好用性。由于用户身份、角色上的差距导致用户在信息网格中可进行的操作数量具有很大差别，在评价一个系统的用户好用性必须考虑到这点上的差异。本节的讨论基于中级用户（计算所学生）的角色，其可执行的操作数目相比于高级用户（如管理员、高层领导）和初级用户（guest用户）来说属于中等数目。首先表3给出了vegaig1.0的用户好用性计算结果。阶段名称阶段权重值用户阶段好用性操作个数注册1/10240.6481登录64/10241.6611使用27/320.528（0.537）43（45）维护30/10240.6724挂起000重新接入000退出64/10240.7561注销1/10240.7561用户全生命周期好用性c0.6144用户全生命周期好用性c0.6220用户全生命周期好用性提升1.237%表3 vegaig2.0用户好用性计算 （注： vegaig尚不支持挂起和重新接入）下面以“使用”阶段的变化为例分析在vegaig2.0中，当信息网格用户操作好用性权重保持不变时引起用户好用性变化的可能因素。变化后结果见表3中粗体字内容。变化体现在两个方面：首先“使用”阶段增加2个操作，操作个数由43增加到45，用户阶段好用性权重根据归一性进行重新分配。由于增加的2个操作是显示页面的操作，因此使用阶段的用户阶段好用性有所上升。其次对社区的组织进行了修改，除该学生常用的“研究生部”和自己所在的“软件实验室”之外的其他社区一同放入“其他实验室”的连接中（操作如图3所示），从而提升了用户阶段好用性。图3社区组织变更示意图4.2.2 权重变更时基于评价的系统调整用户操作好用性权重和用户阶段好用性权重发生变更时，用户的全生命周期好用性通常会发生变化，若变更前系统的好用性已经经过优化，则变更的结果将是降低用户好用性，此时如果不对页面的组织结构进行一定的调整，将会影响用户使用系统的效率。图6.5说明了权重变更对系统好用性的影响。图中横轴的权重表示用户操作好用性权重或者用户阶段好用性权重，纵轴的好用性则表示相应的用户操作好用性或者用户阶段好用性。例3：期末时期引起的权限变更示例鉴于用户操作好用性和用户阶段好用性计算的相似性，为了便于讨论，本例将操作和阶段两个概念统称为过程。进入期末阶段，学生大量访问学习资料、考试资料，而娱乐等信息无人问津。基于此场景，改变系统的过程好用性（用户操作好用性或者用户阶段好用性）以提高用户全生命周期好用性。图4 权重变更对用户好用性的影响示意图如图4所示，五个过程（操作或者阶段）中过程权重（用户操作好用性权重或者用户阶段好用性权重）发生变更的是过程4（学习考试相关）和过程5（娱乐相关），过程4的权重由3/20增加为5/20，变更为过程4，由权重归一的特性知必有其他过程的权重发生变化，图中是过程5的权重由8/20减少为6/20，变更为5。无需详细的计算过程就可以从图中看出：深色的部分其面积大小直观地说明了用户好用性增加的部分。注：时至本文成稿时vega-ig2.0并没有全部完成，本文中的讨论是基于vega-ig2.0的测试版来进行的。5 结束语本文提出了基于深广度的信息网格用户好用性评价方法，从操作、阶段和全生命周期三个粒度上的相关概念入手，精确定义了信息网格的全生命周期用户好用性及计算方法，在第三节中结合最优树的概念进一步定义了用户操作的概念，描述了信息网格用户行为最优树上的权值归一等性质。在第四节中通过具体的例子和数据统计、计算给出该评价方法在vegaig中的应用。实践证明该方法对信息网格的用户好用性评价具有实际意义，并对系统的组织建设和结构调整具有指导意义。参考文献1 徐志伟. 信息网格的特点和关键问题 织女星网格文档 vgs-0 2001.9.3.2 李晓林,杨宁等.网格的全生命周期原理及应用. 计算机研究与发展,2003,40(12):17101714.3 xiaolin li, zhiwei xu, xingwu liu. community-based model 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