专家与决策支持系统——第三章

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3.3DSS的人机交互形式3.4DSS人机界面的设计3.5国内外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。•DSS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。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,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、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TurboPascal)。•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•OculusRift+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。3.3DSS的人机交互形式•Q／A方式（QuestionandAnswer）•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、Q／A方式（QuestionandAnswer）•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。•Q／A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，Q／A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，Q／A方式多用于一些重要操作出现时的确认动作。Q／A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：①确定任务菜单选项和结构；②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：①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。②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；③菜单宽度（广度）•一般，每个菜单包含4~8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“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、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