专家与决策支持系统——第三章.ppt

1、第三章 数据库系统与人机交互系统,3.1 数据库系统 3.2 人机交互系统综述 3.3 DSS的人机交互形式 3.4 DSS人机界面的设计 3.5 DSS人机界面研究的 现状及问题,3.1 数据库系统,DSS数据库系统的设计特点 如果按数据的主要用途来分类的话, 在制订一个决策的全过程中, 主要用到两类数据: 一类是驱动一个决策过程所用的数据；另一类是决策制订过程中所要用到的各种数据。 从数据管理的角度来看, 由于前一种数据比较零散, 难以把握, 数据管理的难度很大, 所以一般DSS中的数据库管理系统不涉及这一类数据的管理问题。DSS中所说的数据库和数据库管理系统主要是对后一种数据而言。,DS

2、S中数据的主要用途是支持决策制订过程, 因此它与一般通用数据库中的数据不同: 首先,DSS中的数据是和决策过程密切相关的,一切数据都经过适当的加工、浓缩（保证数据的一致性、完整性、准确性等）。 其次,由于DSS一般面向高层决策, 所以除了内部数据外, 还要用到大量的外部数据 (如市场需求量、产品价格、同行竞争者的竞争力分析数据, 等等)。,DSS中的数据库管理系统除了要具备一般数据库管理系统的功能（描述、管理、维护数据库、数据通信）外,系统设计时要着重考虑以下几方面问题: l. 面向决策支持过程组织和管理数据 DSS 中数据库的设置必须满足各种层次、各种类型、不同决策者的决策过程对数据的要求。

3、DSS中的数据库管理系统应能根据决策活动的需要, 把有关的数据面向决策过程组织起来。因此, 设计数据库系统时, 系统的结构、数据库管理系统的功能选择等,都必须围绕着决策支持过程来进行。,2. 面向模型、面向模型生成来使用数据 DSS 的一个特点是数据与模型的有机结合, 模型是 DSS 的重要组成部分。在制订决策过程中, 总要用到各种模型 , 包括定量的、定性的, 等等。模型必须和所需要的数据相匹配, 才能被用于决策过程。所以, DSS中数据结构的选择, 必须考虑到和有关模型的匹配问题, 应最大地满足各种模型对数据结构的要求。,3. 数据描述方式要面向不同的决策者 DSS 的用户由各层次的决策者

4、和参与决策制订过程的有关人员构成, 由于用户的背景不一致,使用计算机的能力往往也有很大差别, 因此DSS中数据库的人机界面必须设计成用户所熟悉的形式。数据描述画面应对决策者是透明的,使用他们熟悉的语言和术语,一般 DSS 中使用数据的量都比较大, 按用户习惯设计人机界面, 并尽可能方便用户使用,这一点非常重要。,3.2 人机交互系统综述,一、人机交互系统定义及作用 定义：实现人与计算机之间通信的硬、软件系统即为人机交互系统。 基本作用：人机交互系统是决策支持系统不可缺少的重要组成部分，是连接人与系统的中间纽带；它把用户与数据库、模型库、知识库和方法库有机地连成一个整体。 决策者要对各库进行操作

5、和控制时，一方面要向系统提供信息、提出任务要求；另一方面系统在解答任务时也可能向人索取所需要的补充信息。,二、DSS中人机交互系统应满足的要求,(1) 交互为决策者提供进一步理解决策问题的过程。DSS通过交互向决策者展示问题的各个侧面并通过交互使问题逐步深化,使决策者对问题的结构认识逐步深入、细化、清晰,使决策问题得以求解,交互是一个启发用户思维的过程。,(2) 交互给决策者一种“身临其境”的感受, 使决策者在使用 DSS 时感觉到只是借助于计算机系统提供的一些信息进行决策, 而不是计算机代替决策者作出决策。 决策所需考虑的因素多种多样, 任何一个决策者在不了解决策过程的情况下都不会随意地作出

6、决策,决策者一方面不会盲目承担决策带来的风险, 另一方面也不能失去决策参与感和主角感。否则即使是一个好的建议, 决策者也不会接受。,(3) 交互提供 DSS 适应新的决策问题及环境的手段,通过交互,决策者可以构造新的决策问题,增加新的模型及与模型有关的概念、数据和知识, 以适应新的环境变化的要求。DSS可以根据用户操作过程的记录,适当调整自己的界面系统。,(4) 交互为决策者提供控制的权力。决策问题不同于自然科学问题, 既要考虑客观因素又要考虑人文因素的影响, 需要根据决策者的个人决策风格、偏好、随机制约因素等作出决策。,(5) 交互接口的有效性直接影响DSS的有效性。DSS面对的用户是管理人

7、员, 而不是计算机专业人员, 用户接口不友好, 管理人员面对计算机不知道如何操作, 失去了他往日拥有的在专业领域内的权威性, 成了外行, 陷于窘境易产生不愿意使用计算机的消极心理, 即产生所谓的计算机焦虑症。由此使决策者宁可不使用DSS来寻求支持, 而人为支持。,三、DSS中人机交互系统的任务,(l) 提供 DSS 的控制机构 , 允许决策者控制 DSS 的运行、控制数据库和模型库的工作； (2) 向决策者提供多种型式的交互形式 , 供决策者能够方便地使用； (3) 产生输入/ 输出, 决策者应能正确地输入数据和有关参数, 系统应能正确地输出系统运行的结果给决策者；,(4) 具有反馈、帮助、提

8、示功能； (5) 适应性, 随着环境和需求的变化, 界面应能容易扩充和完整； (6) 保密, 决策问题是个高层次的管理问题, 某一项决策的制定将对单位、行业乃至国家产生较大的影响, DSS 的人机界面必须提供保密机构, 只有经过核定的用户才能使用 DSS 系统。,人机交互系统除完成上述任务外,还应具备以下功能：,(1) 在规定的问题域内理解用户的要求, 启示用户输入必要的资料、数据, 给用户提供方便的输入方式； (2) 协调系统各组成单元的通信与运行； (3) 向用户提供系统的运行状态, 引导决策过程, 并根据用户的要求调用系统的方法库、知识库选择合适的模型。启动MBMS和DBMS运行, 组合

9、生成所需的模型及其参数；,(4) 给用户提供一个交互对话的环境 , 使用户能充分了解系统的运行情况、运算结果和推理结论。同时, 用户在决策过程中能够干预系统运行,改变系统的运行方向； (5) 给用户提供某些必要的提示, 启发用户顺利地利用系统为决策者服务,而当系统内部具有的功能和知识不能有效地支持用户时,它能与用户讨论新的求解途径； (6) 用户需要时，可按用户的要求产生直观明确的输出表达形式。,四、人机交互的三元素,一个人机交互的计算机系统, 要能很好地实现计算机与用户之间的人机交互, 通常须考虑三个元素：人的因素、交互设备、交互软件（实现人机对话的软件）。 其中人的因素指的是用户操作模型,

10、 交互设备是计算机系统的物质基础, 交互软件则是展示各种交互功能的核心。,1. 交互设备,人们通过各种交互设备向系统输入各种命令、数据, 以至图形、图像、声音信息等。交互设备又向用户输出处理结果及提示、出错信息等。交互设备构成了交互计算机系统进行人机对话的基础。 交互的输入输出设备通常可分为许多类, 主要的有数字和字母输入输出设备、图形和图像输入输出设备, 其它还有声音、触感及专用输入输出设备等。 数字和字母输入输出设备是当前主要采用的交互设备, 其中有字符显示终端、打印机、键盘。 图形和图像输入输出设备有图形图像显示器与键盘、鼠标器 , 或数字化仪。其它的图形输入设备还有操纵杆、跟踪球、光笔

11、、方向旋钮等。图像输入采用摄像机、扫描仪等，图像、图形的输出设备有绘图仪、硬拷贝机、高分辨率打印机等。,2. 交互软件,交互软件是交互计算机系统的核心, 它向用户提供各种交互功能, 以满足系统预期要求。交互软件和所有软件一样可分为系统软件和应用软件。 在系统软件方面, 许多分时操作系统均采用命令语言的对话方式向用户提供操作界面, 这类操作系统如UNIX等。一些高级语言的解释程序或编译程序也采用交互式解释执行, 也有采用编辑、编译、调试等交互式集成程序设计环境的(如Turbo Pascal)。 在应用软件方面, 交互人机界面已成为其主要部分之一, 并成为衡量应用软件功能强弱的一个重要指标。目前多

12、数应用系统往往根据自身的特点来开发人机界面, 在交互应用系统中,这一部分占了相当大的工作量。,3. 人的因素,人的因素指的是用户操作模型，它与用户的各种特征有关。 用户的年龄、文化程度、工作经历和职务不同，对操作使用的要求也各不相同。如，普通用户要求交互系统界面友好、易操作，程序员和录入人员要求系统响应时间快些，军事及机要部门要求可靠安全, 生产系统要求交互系统坚固、简便。,五、人机交互技术发生的变化及发展趋势,人机交互技术发生的变化： (1)用户界面的具体形式而言，经历了批处理、 (文本)菜单、图形界面、多媒体用户界面、多通道用户界面和虚拟现实系统。,虚拟交互设计,虚拟车间,虚拟驾驶,c,虚

13、拟装配,视频实例： 虚拟装配 虚拟现实在船舶建造行业的仿真应用 Oculus Rift+专用空战手柄,五、人机交互技术发生的变化及发展趋势,人机交互技术发生的变化： (1)用户界面的具体形式而言，经历了批处理、(文本)菜单、图形界面、多媒体用户界面、多通道用户界面和虚拟现实系统。,(2)用户界面中信息载体类型而言，经历了以文本为主的字符用户界面(CUI)、以二维图形为主的图形用户界面(GUI)和多媒体用户界面。,(3)计算机输出信息的形式而言，经历了以符号为主的字符命令语言、以视觉感知为主的图形用户界面、兼顾听觉感知的多媒体用户界面和综合运用多种感观(包括触觉等)的虚拟现实系统。 (4)人机界

14、面中的信息维度而言，经历了一维信息(主要指文本流)、二维信息(主要是二维图形技术，利用了色彩、形状、纹理等维度信息)、三维信息(主要是三维图形技术，但显示技术仍利用二维平面为主)和多维信息(多通道的多维信息)空间。,发展趋势,基于字符方式的命令语言式界面图形用户界面虚拟现实和多通道用户界面 未来人机交互技术的发展趋势是：追求 “人机和谐”的多维信息空间和“基于自然交互方式”的人机交互风格。,3.3 DSS的人机交互形式,QA方式（Question and Answer） 菜单方式 命令语言 表格填充 自然语言 窗口 Help技术 可视化技术 基于多媒体技术的DSS人机界面,一、QA方式（Que

15、stion and Answer）,DSS向用户提出问题，并提供可能的几种答案，由用户根据它的判断进行选择回答。 QA方式较适合初学者，仅需要输入简单的字符或用鼠标（光标）在屏幕上选择它的答案。对于有经验的用户，QA方式显得较繁琐，它往往需要一步一步地执行，才能到达最后的目标。 在DSS人机界面设计中，QA方式多用于一些重要操作出现时的确认动作。,QA方式举例,二、菜单方式,菜单的定义：菜单是计算机提供给用户的一组可供选择的操作集合。 由于菜单的选项一般不多, 用户容易做出清楚的选择, 这是菜单的最大好处，因此，菜单仍是目前常用的一种人机界面交互方式。 菜单结构设计的关键在于： 确定任务菜单选

16、项和结构； 菜单的选项数目。,DSS人机交互界面中菜单可分为单级菜单和多级菜单。 多级菜单需要考虑三个因素： 菜单项的安排 一般将只有相同动作属性的操作组成一组（例如都是文件操作：剪切、复制、粘贴等）或将使用频率大体相同的菜单设置于一组。, 菜单深度（级数） 菜单深度一般不宜太深，在DSS人机界面中，三级菜单通常是最大的限度，二级菜单是一种推荐选择； 菜单宽度（广度） 一般，每个菜单包含48个选项较合适。 当菜单很大时，倾向于宽度应优先于深度。,优点：易学习、记忆量少、易掌握。 缺点：提供的项数有限，受屏幕大小的限制。灵活性和效率较差，可能不十分适合于专家用户。 对于专家型用户，菜单表示需提供

17、“快捷”功能，常用的快捷功能有“提前键入”和“直接访问”等。 多级菜单最好能提供菜单推进（Forward）回溯（Backward）的功能，即提供多级菜单的路径图（菜单图，导航图）。,菜单方式举例,（一级菜单）,二级菜单,弹出菜单,三、命令语言,命令语言是一组动词、名词、限定语和连接词的短语集合，它将待操作的内容用简洁的几个单词表示出来，单词的组合符合一定的语法规范。 优点：具有简洁、精确、灵活、效率高等优点，适合于功能少的系统。 缺点：有许多规范和约定，需要用较长时间来记忆和学习，没有经过培训的用户是很难用命令语言去操作系统的。 DSS人机界面中不提倡过多地使用命令语言。,命令语言 方式,四、

18、表格填充,优点：较符合人们的认知习惯；仅有数个固定内容的表项可以通过缺省值选择进行；两张表中有相同内容的项可以通过复制得到。 缺点：在单屏中只能设计有限条目的表格。 DSS人机界面设计中，表格填充更多的适用于数据的录入（如，数据库中表记录的录入）和数据输入内容较多的情况。,表格填充方式举例,五、自然语言,自然语言是指用人类交流的语言同计算机进行交互。 尽管语言是人与计算机通信的最自然方式，但目前关于自然语言的交互形式的研究尚处于初级阶段。到目前为止，自然语言的输入和输出问题计算机技术还未很好地解决。 它是人机界面发展的最终交互方式。,六、窗口,窗口分为瓦片窗口和重叠窗口。 瓦片窗口中，每个窗口

19、的内容都显示出来，但子窗口数受屏幕的限制。 重叠窗口中，子窗口显示在不同的平面上，最先出现的窗口被后来进入的窗口所覆盖。,瓦片窗口,重叠窗口,七、Help技术,分为在线帮助（On-line He1p）和离线帮助（Off-line Help）形式。 在线帮助是指将给用户的帮助信息编在软件中，当用户需要借助于帮助信息时，直接通过软件操作获得。 离线帮助是将给用户的帮助信息装在某些介质中，如，纸本、磁带和录象带，用户在需要帮助时，通过阅读这些介质而得到帮助信息。,在线帮助又分为上下文无关在线帮助和上下文有关在线帮助。 上下文无关在线帮助指所给用户的帮助信息与当前用户操作无关，是全部的信息或用户指定的

20、信息。如，按F1键可得到全部信息帮助。 上下文有关在线帮助是指用户在某些操作时，通过设置He1p状态或按某一功能键的形式而自动得到与当前操作相关的信息。,Help技术设计的一般原则： （1）前后提示意思应一致； （2）使用用户可以理解的语言提供帮助； （3）提示要给出例子； （4）含有用户使用错误的修正方法； （5）在用户进行一个可能引起不可恢复的破坏操作时，警告用户； （6）提供帮助索引； （7）提示尽量做成上下文有关的方式，以使用户得到即时帮助。,上下文无关 在线帮助,上下文有关 在线帮助,Help技术示例,八、可视化技术,可视化是一种计算和处理的方法。它将抽象的符号表示成具体的几何关系,

21、使研究者能亲眼看见他们所模拟和计算的结果。 可视化技术将数据以图的方式直观地显示出来。图形技术是可视化的一个基础。,人脑数据的三维图象,天气数据的三维图象,八、可视化技术,可视化是一种计算和处理的方法。它将抽象的符号表示成具体的几何关系,使研究者能亲眼看见他们所模拟和计算的结果。 可视化技术将数据以图的方式直观地显示出来。图形技术是可视化的一个基础。,编程本身的一个重要进展也是可视化，如微软的Visual Studio系列。编程的可视化大大提高了软件开发，尤其是交互界面开发的效率。,九、基于多媒体技术的DSS人机界面,目前，关于多媒体技术对DSS人机界面的支持的研究与开发，在国内外尚不多。 基

22、于多媒体技术的DSS人机界面的开发与应用将成为DSS研究的热点。,3.4 DSS人机界面的设计,一、友好界面设计的一般准则 二、DSS人机界面设计工具 三、界面规范化设计,一、友好界面设计的一般准则,1. 维护的一致性 （1）界面中的功能区必须保持相对固定, 以使用户产生空间上的统一性； （2）使经常用到的信息和提示位置一致； （3）保留界面底部几行或小区域来显示系统状态和错误信息； （4）滚屏和翻页采用习惯的方式控制, 例如, PgDn 翻下一页, PgUp 翻上一页等； （5）图形、窗口、菜单表格应用一个标题来标明它的内容和功能； （6）色彩及特定图形在界面中的含义须前后一致。,2. 使错

23、误校正简单、迅速 （1）错误信息应用非技术性语言显示 , 信息的含义应当对初学者和有经验用户都很明确 ; （2）错误信息应当指明何种错误发生了且如何改正错误； （3）当发生单个字符错误时, 用户只需重新打入正确字符, 即可修正错误; （4）任何操作过程中, “取消”功能必须提供， 使用户可以回到对话过程的上一 步操作。,3. 减少输入工作 (1) 默认值。在输入可预知的情况下，设置默认值 ; (2) 对需要重复输入的数据提供复制功能。 4. 精心设计以防止错误发生 （1）对那些不允许用户输入的区域，进行保护； （2）设计中，对于图形和色彩的使用尽量用人们习惯的认识，避免产生二义性。,5. 提供

24、适当的反馈 （1）当用户选择某项进行操作时, 用亮条标识它； （2）告诉用户他的输入已经被接受或发送。,6. 对一些重要操作提供确认 （1）一些关键操作, 例如删除文件、永久的数据修改和放弃存盘等，应提供确认操作； （2）提示用户在要求确认之前,一个动作可能发生的后果。,7. 为主要信息提供图形标识 （1）利用亮条标注重要信息； （2）对于某个重要的显示条目采用闪炼方式显示； （3）利用色块区分一般和重要的信息。 8. 提供可用的在线帮助系统,二、DSS人机界面设计工具,DSS人机界面设计工具可以分为三类： （1）数据库软件，它们具有数据库的创建、修改、查询、打印、统计等功能，同时界面还能提供

25、菜单语句。特点是可以很快地建立界面原型，但界面的档次不高。,(2) 以高级语言为代表的界面开发工具。如，C语言的图形功能及函数功能强，可用C语言作为主语言开发DSS界面。 (3) 基于图形工具的界面开发，图形工具有两种，一种是由商用软件本身包含的图形内核软件（如，Macromedia公司的Dreamweaver和微软的FrontPage ）；另一种是由用户自己经过一定时间的工作开发出的图形工具。,三、界面规范化设计,DSS人机界面规范化设计的四个层次： 1. 嵌入式界面设计 它将人机界面所涉及到的输入输出及有关数据流、操作流控制，一起编入源程序。程序未明确区分界面部分语句和应用部分语句。 嵌入

26、式界面设计的界面友好性、可操作性较差，并且缺乏工程化的观点，界面开发处于手工状态, 效率很低。,2 . 过程化界面设计 过程化界面设计是将界面设计中一些与交互作用有关的功能有意地分开，使他们形成一 个 一 个的子程序或子过程，当界面需要调用它们的时候，就对其进行反复调用。 这种方式在一定程度上减少编程量，并且有一些工具化思想，但由于它是一种与过程有关的子程序，因此只能适用于某个应用DSS中，一般采用 dbase III 或 FoxBASE编制的DSS系统，是利用这种方式进行开发的。,3. 工具箱（ToolKit）技术,工具箱技术是将人机界面中常用的界面构件放在一个编码库中。 当应用界面需要完成

27、某种界面功能时，直接从工具箱中调用界面构件，以符合界面构件的参数形式，将构件与应用程序在编码级进行结合。,工具箱,4 . 用户界面管理系统（User Interface Management System，UIMS）,用户界面管理系统是一种用来描述、设计、实现和评价DSS人机界面的管理系统。 它提供界面设计中所需的各种工具及有关的检查与评价手段，可帮助获得高质量的人机界面。UIMS实现人机界面与应用程序的分离。,DSS中UIMS的功能：,（1）支持多种硬设备； （2）具有丰富的图形系统，并且与硬件无关； （3）支持多种交互形式； （4）支持恢复、帮助和出错信息； （5）允许用户按自己的设计，通

28、过UIMS 所提供的接口描述工具，对所希望生成的界面进行描述。 由于UIMS研究在计算机界也是一个新的方向，所以至今没有一种用于DSS的较完备的UIMS产生。,3.5 国内外DSS人机界面研究的现状及问题,一、国内外DSS人机界面研究的现状 二、国内DSS人机界面研究存在的问题,一、国内外DSS人机界面研究的现状,归纳为下列四方面： （1）关于 DSS人机界面中人体工程学和人机界面理论的探讨。 （2）DSS界面表示方式的研究 , 将图形、表格、窗口、自然语言等交互形式进行比较。 （3）界面开发工具及用户界面管理系统。 （4）智能化DSS人机界面的评价。,近几年, 人们开始讨论影响DSS效能的认

29、知和偏向, 并选择了一种叫做MICRO-STAT的统计软件包来对DSS的人机界面进行研究。这种软件包具有较好的人机界面, 有数据直接操作和选择功能, 它易于学习, 并可支持半结构化的预测问题。 1989年, KYDD设计了三种情形对DSS中认知和偏向进行研究, 结果发现在DSS中由于决策者背景知识不一样和人脑神经心理的限制,它们对DSS存在的认识偏向是较难以改变,因此DSS 系统应该具有柔性和智能性,提供给决策者以合适的工具,从而防止决策者犯一些常见的数据访问和处理错误。,1987年,Ting-Peng Liang开发了一种叫做自适应的人机界面, 他根据系统应随着环境的变化而变化的原则来设计人

30、机界面。自适应式界面研究将控制的自适应装置分为三类:固定式, 动态式和无格式。 固定式规定了一种输出格式或对话风格；动态式由用户选择系统提供有限的可选择的界面方式；无格式是通过对一包括所有界面格式的固定菜单的选择来确定界面。同时寻找到一种“用户偏爱”的测量方式, 根据用户操作界面的过程,系统进行界面的变化。,将用户界面管理系统（UIMS）引入DSS人机界面中的设计,将DSS人机界面看作一个独立的、有工具支持的问题来进行探讨。有人提出，以用户任务形式组织系统, 设立任务管理系统调度各个子管理系统,利用UIMS外控方式作为任务管理系统的实现手段,使各个子系统间能以最小的代价取得协调一致,利用各个子

31、系统提供的内嵌式高级语言调用功能接口,以UIMS的内控方式实现进一步的功能集成。,良好的人机界面应满足如下要求： (1) 多样性 : 可同时支持有经验或无经验的用户。 (2) 容错: 有较好的错误修复能力。 (3) 有效性: 完成某一任务仅需较少的努力。 (4) 便利性: 提供友好的访问功能路径。 (5) 柔性: 可通过多种路径进行某个操作。 (6)一致性: 最少的用户培训和非期望动作。 (7)帮助: 提供较好的帮助和错误信息提示。,一些国内外关于 DSS 人机界面的研究成果： (l) 从认知角度分析 DSS 用户的特点, 并通过试验证明了决策者的领域知识、系统经验、智能、认识风格及性别极大地

32、影响着 DSS 的效能。 (2) 研究并提出了面向用户的 DSS 接口选择标准。 (3)开发了智能 DSS 人机交互接口单元。 (4) 将接口分为胞元和块的概念进行描述并在 Sun Sparc Station 300 实现了面向政策分析的 DSS。 (5)“山西省整体发展专家系统” 的接口研究。 (6)从理论上提出了决策环境模型EMD的思想,是一种从技术实现角度描述DSS人机界面的形成。,二、国内DSS人机界面研究存在的问题,DSS 人机界面的研究存在许多问题, 可以分为下列几个方面： (1)对DSS支持的对象决策者的认知风格缺乏研究。决策者进行决策, 完成预期的目的, 其决策思维过程是一个复杂的过程, 往往我们强调左脑型理性思维决策, 而对产生灵感、顿悟的右脑型决策探讨不深。在设计DSS人机界面时, 过份强调功能性、模型化、逻辑性, 而对界面的可用性、直觉性、友好性则未引起足够的注意。,(2) 界面交互形式单一、乏味。 DSS人机界面的最终使用对象是非计算机专业的管理决策人员 , 他们对 DSS 系统所涉及的多项技术和实现不感兴趣,