（基础心理学专业论文）面向用户行为模型的软件可用性研究.pdf

摘要 面向用户行为模型的软件可用性研究 专业基础心理学博士研究生赖祥伟 研究方向人工智能与认知指导教师邱玉辉教授 摘要 随着软件开发技术的发展和用户水平的逐步提高，用户对于软件提出了 更高的要求。用户不仅要求软件具有强大的功能，而且对软件的其它非功能特 征也更加苛求。近年来软件可用性问题已经日益为开发者和用户所重视。可用 性是从用户角度衡量i t 产品是否有效、易学、高效、好记、少错和令人满意 的质量指标，是决定产品市场竞争力的关键因素。 本文在研究过程中从软件自身固有特征出发，结合软件工程、认知科 学、工业心理学和人工智能的相关技术，针对软件可用性度量、测试、改进等 相关问题做了一系列研究和改进；提出了一些将软件开发流程和用户使用习惯 相结合的软件可用性保证方法。通过这些方法的综合使用，能够为软件可用性 工程师和相关从业人员提供一些有效的工具，进行软件可用性度量和改进，从 而提高软件质量，不断满足用户需求。 本文的研究和创新点主要包括一下几个方法： 1 研究基于用户情绪模型的软件可用性度量方法。 通过借鉴认知科学中人机交互的相关理论和度量方法，从软件用户的软 件使用体验着手，提出了基于p a d 用户情绪空间模型的软件用户体验投射技 术，将软件用户的使用体验投射到用户p a d 心理模型，并在此基础上给出了 基于上述模型的软件可用性度量技术。在度量过程中，采用统计学习理论对相 关度量参数进行了寻优，得到了最高可用性度量基准数据，并在心理学上对该 数据进行了解释。 2 提出了基于用户行为模型的软件可用性测试方法。 通过深入分析软件的用户交互行为，使用马尔可夫随机过程模型对于用 户使用过程进行建模。通过对于模型参数的分析，给出了用户行为模型的形式 化描述方法，并在此基础上提出了用户行为模式检查算法，为软件可用性测试 提供了相应的理论指导。 3 构建软件质量特征的相关性分析模型和软件可用性改进方法 为了解决软件可用性问题的故障定位和改进问题，通过对于当前通用软 件质量体系相关标准的分析和研究，采用模糊认知图( f c m ) 给出了软件质 量特征的相关性建模方法具体分析了建模过程中模型初始化方法、f c m 系 统训练算法、模型语义剪枝和语法剪枝规则、质量特征相关性分析算法等相关 理论和方法。 为了验证本文方法的可行性和效率，我们开发了软件可用性数据分析系 统s u a s ( s o f t w a r eu s a b i l i t ya n a l y s i ss y s t e mv 1 2 ) ，并采用该系统进行了一 系列的可用性度量、测试和改进实验。通过对于实验数据的分析可以发现。本 文所提出的方法能够有效的与软件生命周期模型相结合，相关参数取值合理， 在实验中取得了很好的效果。 关键词：可用性p a d 模型马尔可夫随机过程模糊认知图 i i s o f t w a r eu s a b i l i t yr e s e a r c hb a s e do nu s e r m a j o r ：p s y c h o l o g y b e h a v i o rm o d e l s r e s e a r c hd i r e c t i o n ：a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e s u p e r v i s o r ：p r o f y u h u iq i u a u t h o r ：x i a n g w e il a i ( b 2 0 0 3 4 6 ) a b s t r a c t w i t ht h ee v o l v e m e n to fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，m a n yh i g l l e rp r o d u c er e q u i r e m e n t s a r ea d v a n c i n gb yt h es o f t w a r eo w n e r s u s e rp a y sm o r ea t t e n t i o nt os o m eu n - f u n c t i o nc h a r a c t e r sr a t h e rt h a nt h ef u n c t i o nc h a r a c t e r s i nr e c e n ty e a r s ，s o f t w a r e u s a b i l i t yb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt ot h eu s e r sa n dd e v e l o p e r sw i t ht h e r a p i dg r o w t ho fs o f t w a r et e c h n i c a l t h eu s a b i l i t yc h a r a c t e rt ou s e r sm e a n sm o r e c f f e c t i v e m o r eu n d e r s t a n d a b i l i t y ，m o r ee f f i c i e n t ，l e s se r r o ra n dm o r es a t i s f a c t i o n i tw i l lb e c o m et h ep i v o t a lc h a r a c t e rw h i c hd e c i d e st h es o f t w a r e sq u a l i t y o u rr e s e a r c h e st r yt od i s c o v e r yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eu s e r ss o f t w a r e e x p e r i e n c ea n dt h es o f t w a r e si n h e r e n tc h a r a c t e r s w ef o c u so nt h es o f t w a r e u s a b i l i t y sm e a s u r e m e n t ，t e s t i n ga n di m p r o v e m e n t s o m em e t h o d sa r ea d v a n c e dt o k e e pt h es o f t w a r e su s a b i l i t y s o f t w a r ee n g i n e e ra n do t h e ru s a b i l i t yr e g a r d e dc a n u s et h e s em e t h o d st oi m p r o v et h es o f t w a r e su s a b i l i t yc h a r a c t e r sa n dm a k eb e t t e r s a t i s f a c t o r ys o f t w a r e a n ds o m ec o r r e l a t i v es u b j e c tk n o w l e d g ew a s u s e dt oh e l p u ss u c h 嬲s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ( s e ) ，c o g n i t i v es c i e n c e ，i n d u s t r yp s y c h o l o g ya n d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ee t e t h em a i nr e s e a r c h e sa n di n n o v a t i v ep o i n t sa r e ： 1 t op r o p o s eas o f t w a r eu s a b i l i t ym e t r i cm e t h o db a s e do nt h eu s e r se m o t i o n a l m o d e l i nt h ep a p e r ，w ep r o p o s eam a p p i n gm e t h o db e t w e e nt h eu s e rs o f t w a r e e x p e r i e n c e sa n du s e rp a d e m o t i o n a ls p a c eb yt h ea p o c a l y p s ef r o mt h et h e o r yo f c o g n i t i v es c i e n c e a n dau s a b i l i t ym e a s u r e m e n tm e t h o dw a sg i v eb a s e do nt h e m a p p i n gm o d e l w eh a dd os o m ep a r a m e t e ro p t i m i z e i nt h em e a s u r e m e n tp r o c e s s u s et h es t a t i s t i c a ll e a r n i n gt h e o r y t h e s ep a r a m e t e ro p t i m i z ec a ne f f e c t u a li m p r o v e t h em e a s u r e m e n ta n s w e r sv e r a c i t y a n ds o m ep s y c h o l o g ys i g n i f i c a t i o nw a sg i v e t op r o v et h em o d e l sv e r a c i t ya n dv a l i d i t y i i i 两南大学mf 学f 论文 2 t og i v eas o f t w a r eu s a b i l i t yt e s tm e t h o db a s e d o nt h eu s e r sa c t i o nm o d e l w ea n a l y z et h ec h a r a c t e ro ft h eh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o np r o c e s sa n dg t v ea u s e rs o f t w a r eo p e r a t i o np r o c e s sm o d e l i n gm e t h o db yt h em a r k o vr a n d o mp r o c e s s m e t h o d s o m ef o r m a ls p e c i f i c a t i o n sw e r eg i v e nt ot h em o d e l w ea l s og i v e u s e r o p e r a t i o np r o c e s sm o d e lc h e c ka r i t h m e t i ct o h e l pt h ee n g i n e e rt e s t s o f t w a r e s u s a b i l i t y 3 t op r o p o s eas o r w a r eq u a l i t yc h a r a c t e r sr e l a t i v i t ya n a l y s i s m e t h o da n da s o f t w a r eu s a b i l i t yc h a r a c t e ri m p r o v em e t h o d w ea l s od os o m ea n a l y z ea n dr e s e a r c ht ot h ec o m m o ns o f t w a r e sq u a l i t yc h a r a c t e r s y s t e mi no r d e rt of i n eas o f t w a r eu s a b i l i t ym a l f u n c t i o nd i s c o v e ra n di m p r o v e p r o b l e m s w eu s et h ef u z z yc o g n i t i v em a pt o d e s c r i b et h es o f t w a r eq u a l i t y c h a r a c t e rr e l a t i o n s h i p a n d 百v ea ni m e g r a t e dt r a i n i n ga r i t h m e t i c ，s y n t a xp r u n m g a r i t h m e t i c ，s e m a n t i cp r u n i n g a r i t h m e t i ca n dq u a l i t yr e l a t i o n s h i pa n a l y s i s a r i t h m e t i ct ot h em e t h o d w eh a d d o n es o m ep r a c t i c a ls o f t w a r eu s a b i l i t yt e s t i n ga n di m p r o v e m e n tt os o m e c o m n l o ns y s t e m s as o f t w a r eu s a b i l i t yd a t aa n a l y s i ss y s t e m ( s u a sv 1 2 ) w a s d e v e l o p e dt oh e l pu sv a l i d a t et h e s em e t h o d s v a l i d i t ya n de f f i c i e n c y b yt h e p r a e t i c a l 。w ef o u n dt h en e wm e t h o dc a nc o r r e s p o n dw i t hm a n yk i n d so f s o f t w a r e 1 i r ec y c l em o d e l t h e ya r eau s e f u le o m p l e m e n t a r i l yt ot h ee x i s t i n gs o t t w a r e d e v e l o pp r o c e s s a n di tc a nh e l pt h ee n g i n e e rt om e a s u r e ，t e s t i n ga n dl m p r o v e t h 。 s o f t w a r es y s t e m su s a b i l i t yq u a l i t y k e y w o r d s ：u s a b i l i t y ，p a d ，m a r k o vr a n d o mp r o c e s s ，f u z z yc o g n i t i v em a p 图2 1 ： 图2 2 ： 图2 - 3 ： 图2 _ 4 ： 图3 1 ： 图3 - 2 ： 图3 3 ： 图3 - 4 ： 图3 - 5 ： 图3 - 6 ： 图3 7 ： 图4 1 ： 图4 2 ： 图4 3 ： 图4 4 ： 图4 5 ： 图4 - 6 ： 图4 7 ： 图4 8 ： 图4 9 ： 图4 - 1 0 图4 1 1 图5 1 ： 图5 2 ： 图5 3 ： 图5 - 4 ： 图5 5 ： 图5 - 6 ： 图目录 以用户为中心的设计一 软件开发生命周期中的可用性。i ：程技术 人机交互系统的信息处理模型 o c c 模型 基于用户认知过挣的软件可用性度量模型：3 3 p a d 情绪模型空间3 5 用户行为的p a d 情绪空间投影h m m 模型3 7 用户学习和确认评估参数的神经网络结构图4 2 不同活动的最佳唤醒水平4 5 实验用软件界面4 7 用户行为数据分析4 8 开发流程中的可用性测试5 l 交互过程模式检查框架s 2 可用性测试实验室结构示意图一5 3 用户立方图5 4 用户操作过程m a k o v 过程模型一s 7 标记核心路径的m a k o v 模型5 8 s t n s 的形式化描述方法6 0 交互行为的状态转移矩阵6 6 可用性问题1 示意图6 7 ：可用性问题2 示意图6 7 ：可用性问题3 示意图6 8 软件可用性质餐特征f c m 分析模型7 3 软件质苗特征分解图一7 4 i s o9 2 4 1 中的软件可用性子特征定义7 5 软件质鼍特征相关性层次图7 6 软件可用性特征的节点关联创建7 7 专家评价的模糊分类规则7 8 l 4 7 图5 7 ：语义剪枝8 l 图5 - 8 ：对于某软件的可用性相关质量因素的分析得到的f c m 模型8 4 图5 9 ：“交互模式”对于“用户喜欢与不喜欢功能比例”的影响因子训练图8 5 图5 1 0 ：对于“用户满意度”的人为评估与f c m 评估的结果对应图一8 5 v 表目录 表2 - 1 ：h e w l e t tp a c k a r d 的产品开发周期中的人为因素分析f 3 表3 - 1 ：p a d 情绪空间的8 个区间 表3 - 2 ：o c c 模型情绪状态的p a d 情绪空闻投影表3 6 表3 - 3 ：用户情绪影响因子的初始化3 8 表3 4 ：参数学习后的用户行为影响因子一4 0 表3 - 5 ：使用者聚类结果表4 8 表3 - 6 ：软件可用性评估结果对照表5 0 表4 1 ：前置条件对操作结果的影响6 4 表4 - 2 ：后置条件对操作的影响6 4 表5 一l ：软件“满意度”可用性检查表8 6 v l 独创性声明 学位论文题目： 亟鱼旦笠垄椹型鳢丛鲑互囝! 廷：盟塞 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西 南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者： 銮导b 强：，阳l 辱f 冠 zb 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交沦文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：日不保密，口 保密期限至一_ 牟_ 一月止) 。一 学位论文作者签名 签字日期：2 0 0 7 学位论文作者毕业后去向 锄签名：慨 签字日期：2 0 0 7 # 4 月2 2 日 工作单位：酉直盘堂电话： 通讯地址： 耍直盍堂i 土簋扭生篮：塾登堂堂瞳 邮编： 4 0 0 7 l5 第一审前言 1 1 问题提出 第一章前言 随着计算机硬件设备性能的不断提高和软件开发设计理论和具体技术的不断发明和 完善，软件的基本功能的实现已经不在成为困扰开发和管理人员的核心问题。相同或类 似功能的软件在市场上层出不穷，决定产品最终市场效果的因素开始向产品可靠性、效 率、完善性、可用性等非功能需求延伸。而这些因素也渐渐取代系统功能性特征成为衡 量软件质量的决定性因素】。 国外的一些著名软件公司早在上世纪8 0 年代初就已经意识到软件可用性的重要 性，并开始这方面的研究和实践。i b m 早在1 9 7 0 年就引入了可用性测试”，微软公司 在1 9 8 8 年也开始进行可用性测试 1 ”。大家所熟知的m i c r o s o f t 公司w i n d o w s 操作系统 和其他软件产品在推向市场前就经过了大量的可用性测试，从而保证了该产品除了具有 强大的功能和稳定的性能外，还具有很强的可用性，能够为多数人所接受，这也是 m i c r o s o r 公司产品为什么能够风靡世界主要原因之一。 当前研究中主要存在的问题包括： 1 传统可用性测试方法( 包括：用户模型法、用户调查法、启发式评价法、用户 测试法等) 主要来源于传统工业产品的设计过程经验。可用性分析依赖测试者 个体对于软件进行评价，测试缺乏科学性和规范性2 。 2 随着认知模式理论和多通道人机交互技术的发展，使得对用户的软件使用行为 进行认知建模成为可能。但如何建立用户认知模式与软件可用性特征的潜在映 射关系、软件可用性的评价标准的许多问题还有待进一步研究4 4 】 5 ”。 3 传统的可用性标准( i s o9 4 2 1 1 0 ) 1 7 】【1 8 儿1 9 1 给出了对于可用性的基本定义和 概念，但是该标准是一个通用的产品可用性标准，其中许多描述并未考虑到软 件产品的具体特性。同时该产品缺乏具体实施的方法和步骤，这也给软件可用 性测试和改进带来了诸多争议 5 5 】。 西南大学博十学仃论迎 4 传统软件设计技术主要针对软件的功能性特征，在设计过程中并朱考虑到如何 保证软件的可用性特征【2 “。如何对传统的开发流程加以修改和补充是进一步 提高软件质量的重要工作。 以上问题的存在都表明对于软件可用性测试方法和可用性特性改进方法的研究是提 高软件质肇的一种有效的思路。本研究主要从软件可用性的最终受益者出发，从用户在 软件使用过程中的认知模式从而对软件可_ j 性进行测试和改进。 1 2 当前研究现状 软件是高新技术，人们对软件的认识通常是从技术上来考虑，似乎技术越先进，水平 越高，系统就越好。所谓人们的认识，不仅包括设计人员和管理人员，而且包括普通用 户。因此提出软件的可用性问题，不仅是设计人员思想上的一场革命，也是普通人认识 上的一场革命 4 5 】 删。 在软件产品开发过程中，软件可用性的测试是必不可少的一环。可用性是从人的角度 来看软件系统是否易用，高效，使人满意。作为一种特殊的i t 产品，它的可用性显得格 外重要。 考察软件系统的可用性一般来讲就是测试软件的可用性是否达到了用户的要求。目前 的方法大致可以分为用户模型法，用户调查法，专家评审法和用户测试法四类- 5 【5 。 用户模型法是用数学模型来模拟人机交互的过程。这种方法把人机交互的过程看作是 解决问题的过程。它认为人使用软件系统是有目标的。而一个大的目标可以被细分为许 多不同的小目标。这了完成每个小的目的，又有不同的动作和方法可供选择，每一个细 小的过程都可以计算完成的时间。这个模型就可以用来预测用户完成任务的时间了。这 个方法特别适合于无法进行用户测试的情形。在人机交互领域中最著名的预测模型是 g o m s ( g o a l s ，o p e r a t o r s ，m e t h o d s ，s e l e c t i o n s ) 模型。 用户调查法包括问卷调商法和访谈法。这两种方法是社会科学研究，市场研究和人机 交互学中沿用已久的技术，适用r 快速评估，可用性测试和实地研究，以了解事实，行 为，信仰和看法。 2 第一节前言 访谈与普通对话的相似程度取决m 丁待了解的问题和访谈和类型。访谈有4 种主要类 型：开放开( 或非结构化) 访谈，结构化访谈，半结构化访谈和集体访谈具体就采用何 种访谈技术取决于评估目标，待解决的问题和选用的评估范璎。例如，如果目标是大致 了解用户对新设计构思( 如交互设计) 的反映，那么非止式的开放式访谈通常是最好的 选择。但如果目标是搜集关于特定特征( 如新硝w e b 浏览器的布局) 的反馈，那么，结 构化的访谈调查通常更为适合，因为，它的目标和问题更为具体。 调查问卷是用于收集统计数据和用户意见的常用方法，它与访谈有些相似，也是用来 了解用户的满意度和遇到的问题。问卷需要认真的设计。可以是开放式的问题，也可以 是封闭的问题，但必须措辞明确，避免可能的误导问题，保证所收集的数据有高的可信 度。在学术论文中常见的可用性问卷包括：用户交互满意度问卷( q u e s t i o n n a i r e f o r u s e r i n t e r a c t i o ns a t i s f a c t i o n ，q u i s ) ，软件可用性测量目录( s o f t w a r eu s a b i l i t ym e a s u r e m e n t i n v e n t o r y ，s u m i ) 计算机系统可用性问卷( c o m p u t e rs y s t e mu s a b i l i t yq u e s t i o n n a i r e ，c s u q ) d 6 。 专家评审法分为启发式评估和走查法。启发式评估是由j a k o b n i e l s e n 和他的同事们 开发的非正式可用性检查技术，使用一套相对简单，通用，有启发性的可用性原则来进 行可用性评估。具体方法是，专家使用一组称为“启发式原则”的可用性规则作为指 导，评定用户界面元素( 如对话框，菜单，在线帮助等) 是否符合这些原则。在进行启 发式评估时，专家采取“角色扮演”的方法，模拟典型用户使用产品的情形，从中找出 潜在的问题。参与评估的专家数目可以不同。由于启发式评估不需要用户参与，也不需 要特殊设备，所以它的成本相对较低，而且较为快捷，因此也称为“经济评估法”。 走查法包括认知走查和协作走查，是从用户学习使用系统的角度来评估系统的可用性 的。这种方法主要用来发现新用户使用系统时可能遇到的问题，尤其适用于没有任何用 户培训和系统。走查就是逐步检查使用系统执行的过程，从中找出可用性问题。走查的 重点非常明确，适合于评估系统的- - d 部分。 用户测试法：可用性既然是评价软件质冒的标准，而且是从用户的角度出发，评价 起来当然少不了用户的参与，在所有的可用性评估法中，最有效的就是用户测试法了 3 两南j ： 博卜肇伊论文 】。该方法是在测试中，让真正的用户使j j 软件系统，而测试人员在旁边观察，记录 测鼍。因此，用户测试法最能反映用户的要求和需要的。根据测试的地点不同，用户测 试可分为实验室测试和现场测试。实验室测试是在可朋性实验室里进行的。而现场测试 则是由町用性测试人员剑用户的实际使i i j 现场进行观察和测试。根据试验设计的方法不 同，用户测试以可分为有控制条件的统计试验和非正式的可用性观察测试。这两种试验 方法在某些情况下也可以混合使用，所以经常被笼统的称为可用性试验。可用性的实验 就是在产品实际应用的环境之外，就特定的环境，条件、使用者进行测试，藉以记录系 统的表现，更能对特定的因果关系进行验证，得到量化的数据。 用户测试常用的方法包括实验室的实验、焦点团体讨论( f o c u sg r o u pd i s c u s s i o n ) 及发 声思考( 1 1 1 i n k i n ga l o u d ) 2 。焦点团体讨论是一般市场营销研究常用的手段。邀请一群使 用者，一般五至八人一起就几个焦点问题进行讨论，由一位主持人掌控讨论的方向，围 绕着预定的题目进行，让参与者都能畅所欲言并热烈讨论。不过若针对软件进行讨论， 必须要考虑系统的规模与使用的体验。对企业的软件来说，一次的讨论绝对不够，必须 要进行一系列的讨论与评价。 发卢思考法是心理学研究所用的研究方法，在国外被人机交互或可用性的研究者用 来评估软件的使用。发声思考法要求受测者使用指定的系统，边用边说话，说出使用之 时心中想的一切，包括困难、问题、感觉等。这个方法能从每位受测者的评价过程中收 集到相当大的信息，而所需邀请的受测者也不多，在国外的相关业界可说是标准的软件 使用质量评价方法。 1 3 研究内容 括 4 软件开发者和软件用户均非常关系软件的可_ 1 3 性水平。其中。他们最关心的问题包 1 ，当前软件的可用性水平如何? 2 ，当前系统中有哪些可_ 【f j 性问题? 3 ，如何改进软件设计和实现，提高软件的可用性水平? 第一章前言 其中第一个问题是关于软件可用性度晕的问题；第二个问题是如何进行软件可用性测 试：第三个问题是如何进行软件可_ i j 性改进。本文中我们将针对这些问题提出一些解决 方法和讨论。其主要内容包括 l 、软件的可用性度量问题研究。 在研究软件的可用性度量问题时，我们借鉴了心理学中关于人类情绪研究的相关理论 和思想。针对软件可删性特征主要来自于用户使用感受，缺乏可度量的数据指标的问 题。我们人类行为与情绪关系的基础上，采用h m m 模型，建立了用户行为与用户p a d 情绪空间的投射关系，将无法度量的情绪指标转化为用户体验行为指标加以量化和分 析。在投射过程中，我们使用h m m 的相关学习算法，对用户行为对p a d 参数的影响因 子进行了假设和寻优。 在具体实验的基础上，我们建立了高可用性软件的用户体验p a d 情绪空间模型，并 以此作为标准，给出了度量不同软件可用性的具体方法和参数。同时我们还对最优化的 p a d 参数取值做了进一步的心理学理论分析，从另一个角度验证的这些参数的正确性， 并由此提出了对于软件可用性设计的一些指导意见。 2 、软件用户行为建模和模式检查方法研究。 为了帮助可用性工程师和相关软件系统设计者、开发者和管理者更好的对软件进行可 用性测试，发现软件中潜在的可用性问题，我们在传统的可用性测试思想基础上，结合 软件工程的具体技术特点，提出了基于用户体验行为的用户行为建模和软件可用性模式 检查方法。该方法是软件可用性测试的一种有效的探索。 在软件可用性测试过程中，我们从软件可用性的最终评价这用户的角度出发，通 过专用软件自动分析和记录用户体验过程。并采用m a r k o v 随机过程模型对用户行为过程 进行建模。在此基础上给出了关键路径抽取，用户体验流程s t n s 图形描述，节点的类z 语言定义等一系列转化算法，通过这些方法将得到了相关用户体验过程的形式化模型。 在用户行为建模后，我们在实践中总结了一系列于软件可用性相关的形式参数，通过 对于这些形式参数的检查可以间接的检验其背后对应的软件可用性特征。通过这一流程 5 两南j 二# 博i 学怛论史 的规范化应用，可以给可用性研究者提供一个清晰的理论模型。帮助其顺利的完成相关 可用性问题的测试和发现 作。 3 、软件质量特征的相) 乏性分析和质量改进机制研究。 软件的町h j 性水平是由整个软件的诸多相关技术特征所共同影响和决定的。在进行软 件可用性改进过程中，设计者面临的最人问题是如何找到影响当前软件的可用性特征的 相关设计细节和实现细节。 针对该问题，我们从软件设计模式出发，通过对于相关软件质量特征和分析给出了软 件质量特征的基本结构和框架。使用模糊认知图( f c m ) 分析了质最特征之间的相互影 响关系。并给出了针对软件测试结果的质量特征相关性分析算法。在该模型的指导下， 可用性工作者可以通过对于该模型的细化和参数学习得到针对具体软件的质量相关性模 型。由此在发现可用性质量问题时，可以方便的找到可能影响该特征的所有相关质量特 征，并分析这些质量特征之间的关联程度。通过对于相关质量特征的走查，改进相关质 量特征水平，在根本上改进和提高软件的可用性水平 通过对于上述三个问题的研究，我们从度量、测试、改进三个方面对软件可用性问题 及其改进方法进行了深入了研究，并提出了相关工作策略、模型和算法。同时我们还在 研究过程中开发了基于上述理论的可用性分析度量工具。这些工具在针对实际软件的实 验中取得了很好的效果。我们在相关章节中具体说明了这些实验的实施过程，并对实验 数据进行了详细的分析和总结，以此验证了理论方法的实际应用效果。 需要特别指出的是，由于当前不同软件在设计、用途和操作方法等诸多方面的差异， 我们将研究的重点放在了用户任务驱动的g u i 界面系统上。这类系统的主要特点在于用 户通常使用软件界面所提供的g u i 界面进行操作，完成特定的任务。在使_ i ! 过程中，人 机交互手段主要是通过鼠标事件和键盘事件完成。 1 4 研究意义和创新点 在传统的软件开发过程中，研发人员以及用户总是把关注的焦点放在软件的功能性问 题上。几乎所有的研究总是针对与软件的功能相关的方法和改进。随着信息技术的发 6 第章前等 展，软件设计和开发技术日趋成熟，软件可用性问题止逐渐为研发人员所重视。但是相 关理论知识的凼乏使得软件可用性研究缺少完整的理论支持。 在可用性研究领域中，相关的研究都来源丁传统t 业产品可用性的研究。传统的方法 有效的针对产品开发的各个阶段。将可用性保证技术融入产品从需求定义、没计、制造 到用户跟踪的全过程中。许多方法被实践证明是有效的。但相对于软件开发这一新兴的 行业而言，一些传统的方法已经不能够有效与软件开发过程相结合了。特别是在国内软 件专业的教学体制中缺乏关于人机工程学、用户心理学的相关课程教育。这使得软件从 业人员在软件可用性改进方面缺乏足够的重视程度和相关的技术技能支持。 本文的研究力图从软件开发的角度出发，结合相关人机交互、用户心理学的理论思 想，探索软件可用性设计和改造的新思路和新方法。通过这些方法的设计应用，希望给 软件从业人员从度量、测试、故障定位、改进等方面提供一些有益的帮助和指导。实践 证明，本文中所提出的方法和技术能够有效的与传统软件开发流程相结合，帮助可用性 工程师在相关工具的帮助下发现和避免可用性问题，有效提高软件质量。 相关研究的主要创新之处在于： 1 在软件可用性保证问题上不局限于某一个技术细节，而是从软件开发的整个开发 流程着手，将软件可用性保证技术与软件生命周期紧密联系，力图为每个开发阶 段提供相应的技术支持。 2 在研究过程中从用户这一软件可用性最终判定者的角度出发。通过对于用户认知 过程的研究，发掘软件的可h j 性信息。将原本难于度量的软件可用性指标转化为 易于度量的用户体验过程指标，从而有效降低的软件可用性的度量难度。 3 在软件测试过程中提出了用户行为建模方法和以此为基础的模式检查技术。使得 可用性测试能够与传统软件测试一样，在严格的流程下完成。提供了可以量化的 测试方法和技术。 4 在软件可用问题定位和故障改进过程中，从软件综合质量特征的角度出发，发掘 软件质昔特征之间的潜在联系。使得软件可用性改进从一个局部问题转变成为一 个涉及软件各个质量特征的全局性问题。这样的最大好处在于能够帮助可用性工 7 两南人学博f 学竹论贮 程师从全局的角度思考软件可用性改进的技术路线。让软件质量改进真止成为一 个有机协调的整体：作。 1 5 论文结构 括： 本文共分为人个章节，每个章节分别论述与研究相关的各个方面的内容，主要包 第一章主要为前言，主要论述研究的背景，包括问题的由来、研究的现状、主要研究 内容，研究的意义和创新点以及介绍论文的结构。 第二章是理论基础，主要介绍与本项研究相关的理论知识，包括可用性理论、人类信 息处理模型、用户认知过程等。 第三章是软件用户情绪模型与软件可崩性度量。主要介绍用户情绪模型建模方法和以 此为基础的可用性度量方法。 第四章是用户行为模型与软件可用性测试。主要介绍用户软件行为模型建模方法与软 件可用性模式检查技术。 第五章为软件可用性质量特征及相关性分析。主要介绍使用采用f c m 刻画软件质量 特征之间的相关性结构和使用该模型进行软件可用性改进的思想和方法。 第六章为总结和未来研究方向介绍。 s 赞章理论筚础 第二章理论基础 随着以用户为中心的开发思路越来越被大家接受，软件的可用性的概念也逐渐为人家 所了解和接受。可用性研究米源与所谓“h i 户友好”( u s e rf r i e n d l y ) 系统。在计算机软 件领域的研究通常被冠以其它许多相关的称谓，诸如以用户为中心的设计( u s e r - c e n t e r d e s i g n ) 、人机交互( c o m p u t e r h u m a ni n t e r a c t i o n ，c h i ) 、操作员一机器界面( o p e r a t o r - m a c h i n ei n t e r f a c e ) ，用户界面设计( u s e ri n t e r f a c ed e s i g n ，u i d ) 、人类因素学( h u m a n f a c t o r s ，h f ) 、人类功效学等等1 1 4 】【1 1 7 】【1 1 ”。 2 1 可用性理论 2 1 1 可用性的概念及发展 在传统研究过程中包括以下五个维度的具体属性】 可学习性( 1 e a r n a b i l i t y ) ：系统的使用应当是高校的，从而用户可以在短时间内开 始使用系统来做某些事情。 效率( e f f i c i e n c y ) ：系统的使用应当高效，因此当用户学会使用系统后，可能具有 高的生产力遂平。 可记忆性( m e m o r a b i l i t y ) ：系统应当容易记忆，从而那些非频繁使用系统的用户， 在中间有一段时间没有使用后能够使用系统，而不用一切事情从头学起。 出错( e r r o r s ) ：系统应当具有低的出错率，从而用户在使用系统的过程中能够少出 错，在出错之后能够迅速恢复。而且必须能够防止灾难性错误的发生。 满意度( s a t i s f a c t i o n ) ：系统应当使用起来令人愉快，从而让用户在使用时主观上感 到满意，喜欢使用系统。 随着人们对于可用性领域的逐渐重视和研究工作的不断深入，关于可用性的研究已经 逐渐形成了一个独立和全面的研究领域，其具体方法贯穿产品生命周期的全过程。 9 两南人博卜学位论文 i s o9 2 4 1 1 1 1 7 c t s i t 9 1 国际杯准对可_ i j 性作了如下定义：产品住特定使用环境f 为特 定用户用于特定用途时所具有的有效性( e f f e c t i v e n e s s ) 、效率( e f f i c i e n c y ) 和用户主观 满意度( s a t i s f a c t i o n ) 。 其中： 有效性用户完成特定任务和达到特定目标时所具有的正确和完整程度： 效率用户完成任务的正确和完整程度与所使用资源( 如时间) 之间的比率； 满意度- 用户在使用产品过程中所感受到的主观满意和接受程度。 通俗的讲，可用性指的是产品对用户来说有效、易学、高效、好记、少错和令人满意 的程度，即用户能否用产品完成他的任务。效率如何，主观感受怎样，实际上是从用户 角度所看到的产品质鼍，是产茄竞争力的核心。它是以用户为中心的1 1 2 2 1 2 8 。 随着计算机技术的广泛应用，下一代软件将向应用型发展，这样一个发展方向对于软 件工程提出了新的要求。软件危机的表现形式、内涵深度都在发生变化。最初是开发效 率问题，人们试图以工程化开发的办法应对：以后又产生了质量问题，就通过管理工程 的方法来解决；现在又有了对软件可性的要求。这实际上也是软件危机的一种表现。 2 1 2 以用户为中心的设计方法 以用户为中心的设计与评估( u s e r - c e n t e r e dd e s i g na n de v a l u a t i o n ) 【2 7 7 鄙的最基本 思想是将用户时刻放在过程的首位。在产品盛名周期的每一个阶段，产品的策略应当以 满足用户的需求为基本动机和最终目的n 1 9 】n 2 3 】【1 2 “。在产品设计和开发过程中，对用户 的研究和理解应当被作为各项决策的一句。同时产品在各阶段的评估信息应当来源于用 户的反馈，所以人楚整个设计和评估思想的核心。在以用户为中心的设计过程中应用了 生物学、统计学等自然科学的方法，也包含了心理学、社会学等人文学科的帮助。这些 理论构成的一个