Будко В.Н. Человек - интерфейс

зажигание и тормозя, если например водитель впал в аварийное психосостояние –

заснул за рулем, заболел, выпил и т.д.

- аутентификация личности по голосу .

Простой формой общения человека (непрофессионального пользователя) с ПК

является диалог. В БСЭ – диалог - греческое слово “разговор, беседа” употребляется для

такого вида речи, для которого характерно :

1) ситуативность – зависимость от обстановки, в которой протекает диалог.

2) контекстуальность – обусловленность предыдущими высказываниями.

3) заранее не запланированный характер.

Психологи называют диалогом такое речевое общение двух партнеров-людей когда

они попеременно говорят и слушают, и осмысливают как сказанное , так и услышанное.

Если один отказывается в свою очередь взять слово то диалог превращается в монолог.

Если отказываются оба сразу – разговор исчерпывается. Диалог имеет тактовую

(ритмичную) структуру. Один такт - речь, другой – молчание . Ритмы диалога

индивидуальны.

Сточки зрения смены состояния имеем четыре формы:

1) оба партнера говорят

2) оба молчат

3) первый говорит, второй молчит

4) первый молчит, второй говорит

Инженер рассматривает диалог иначе. Для него основной категорией является

информация, процессы ее возникновения и переработки . Инженер строит формальную

модель диалога – обмен информацией между двумя системами в режиме реального

времени и относительно строго определенного предмета (объекта ). При этом оба

собеседника (или хотя бы один) преследуют относительно предмета беседы определенные

цели . Предметом диалога могут быть лишь такие объекты , о которых каждый собеседник

хоть что - нибудь знает и с другой стороны знания собеседников не совпадают полностью,

иначе обмен информацией теряет смысл.

Типы диалога между пользователем непрофессиональным и ПК:

- вопрос из меню;

- вопрос-ответ (инструкция-отклик);

- ответы с указанием (и заполнение бланков);

- язык команд;

- естественный язык;

- запрос по образцу с использованием позиционного выбора.

2. Математическое моделирование переработки информации

человеком -оператором . Информационные процессы в

деятельности человека

Начнем рассмотрение этой темы с простых информационных моделей для

человека -оператора.

2.1 Информационная модель восприятия человеком показаний одного

стрелочного прибора

Подсчитаем информацию, которую получает пилот самолета при считывании

показания угла крена самолета со стрелочного прибора шкалы авиагоризонта , рис 2.1.

Рис. 2.1

Пусть для данного типа самолета углы крена

γ

по соображениям безопасности не

допускаются больше

±

30

o

и поэтому находятся в пределах угла

Γ

=60

o

. Примем, что

различные углы

γ

I

возникают с равной вероятностью P

1

. За меру дискретности

измерения угла крена примем величину угла

ε

- разрешающей способности прибора. Её

определим из Гауссовой кривой плотности распределения случайных отклонений стрелки

прибора от истинного значения

γ

I

, приняв, за величину

ε

такой интервал

2/

ε

γ

±

i

,

вероятность попадания в который случайной величины

γ

равна 0,95.

Определения разрешающей Квантование шкалы

γ

способности прибора

ε

/

Γ

=

m

Γ

=

//1

1

ε

mP

Рис. 2.2

Т.к. выше мы предположили , что различные углы

γ

возникают с равной вероятностью, то

вероятность этого появления каждого из дискретных состояний будет:

Γ

=

/

ε

Pi

Следовательно , энтропия прибора, авиагоризонта как источника

γ

равновероятных

сообщений будет, формула для constPi

=

:

mmmmPiPiH

m

i

loglog//1log

1

===

∑

=

↑

mconstPi /1

=

Т.к. у нас

PPi

=

1

Γ

=

/

ε

,

то :

PH /1log

=

1

ε

/log

Γ

=

Пилот в свою очередь отсчитывает визуально угол крена с ограниченной точностью -

разрешающей способностью отсчета

δ

. Пусть в пределах участка

δ

шкалы прибора

заключено

κ

дискретных отрезков разрешающей способности

ε

прибора. Например, если

визуальный угол разрешения

°

=

2

δ

, а мера дискретности прибора

°

=

1

ε

, то на участке

δ

будет

κ

=2 дискретных значений прибора. Заметим, что практически , как правило , всегда

δ

ε

<

.

Если считать , что это

κ

значения появляются с равной вероятностью, (А)

то вероятность появления каждого из них будет

δ

ε

κ

/

=

P .

Назовем это предположение условием (А ).

Тогда после выполнения пилотом визуального отсчета энтропия системы будет

)(

γ

Η

после )/log(

ε

δ

=

(1)

Следовательно , полученная при этом информация равная разности энтропий

источника до отсчета и после отсчета будет:

)(

γ

Η

=

Ι

до

)(

γ

Η

−

после

)/log()/log()/log(

δ

ε

δ

ε

Γ

=

−

Γ

=

(2)

1 случай .

Величину

δ

определили из массового эксперимента с пилотами в лаборатории.

Найдено , что визуальная погрешность отсчетов распределяется относительно заданных

γ

по нормальному закону распределения случайной величины.

У 95% исследуемых пилотов погрешности отсчетов не превышают

±

1,3

o

при

доверительной вероятности .95,0

=

β

Следовательно , у пилотов визуальная разрешающая способность отсчетов угла

крена будет:

°

=

6,2o

δ

.

Таким образом среднее количество информации получаемой пилотами при

отсчетах углов крена :

бита52,42ln/)6,2/60ln()6,2/60log()/log(

=

Γ

=

Ι

o

δ

2 случай .

В реальных полетах углы крена на шкале авиагоризонта появляются с разной

вероятностью. Пусть вероятность отсутствия крена )0(

=

γ

будет

.4,0=

∗

P

o

Вероятность

правого или левого крена )4(

°

<

γ

будет

.05,0

1

=

∗

P

Вероятность наиболее типичного

правого или левого крена )15(

°

<

γ

пусть

.1,0

2

=

∗

P

Вероятность остальных 18

дискретных значений

.0167,0

3

=

∗

P

Ибо всего дискретных значений отсчетов равно

236,2/60/

=

Γ

o

δ

, а сумма

∑

=

i

Pi 1.

В этом случае количество информации:

итPPPP

PPPPP

последо

6,3)/1log*18/1log*2

/1log2/1log(/1log)()(

3322

11001

=+

++−=Η−Η=Ι

∗∗∗∗

γγ

т . е . меньше, чем при опытах в лаборатории.

3 случай .

Пилот делает отсчеты в полете в условиях турбулентной атмосферы – при

“болтанке”. Эту болтанку рассматриваем как появление помех считыванию. Теперь надо в

условиях болтанки (например, моделируя ее в лаборатории, посадили пилота в

качающееся кресло ) провести исследования по измерению визуальной разрешающей

способности пилота . Оказывается в этих условиях у 95% пилотов визуальная

разрешающая способность к отсчету угла крена получилась .8,7

1

°

=

δ

Следовательно ,

находим:

бит94,22ln/)8,7/60ln()/log(

1

=

Γ

=

Ι

δ

при равновероятных углах крена.

При не равновероятных углах крена, следует применить методику расчета

изложенную для 2-го случая.

В заключение заметим, что выражение (1) и, следовательно , и выражение (2)

являются приближенными, ибо основаны на применении условия (А), которое

равносильно равномерному распределению отрезков

ε

на интервале .

δ

Т . к . визуальная

погрешность отсчетов имеет нормальное распределение , то для более точных расчетов

следует сначала вычислить вероятность

P

i

, как показано на рис. 2.3, а затем взять

формулу 3.2.2 для разных

P

i

.

∑

∞

=

=Η

0

/1log2)(

i

после

PiPiγ

Рис. 2.3

(на рисунках 2.2 и 2.3 ось ординат есть плотность распределения вероятностей).

2.2 Информационная модель наблюдения человеком показаний

нескольких приборов

В качестве наглядного примера применения теории информации для оценки

информационной производительности человека рассмотрим эксперименты Р . Конрада

(1951г.).

Наблюдатели отслеживали от 1 до 4-х циферблатов, стрелки которых вращались с

несколькими различными от заданного среднего , но с постоянными угловыми скоростями.

Когда стрелка на циферблате совпадала с одной, указанной из 6-ти меток, наблюдатель

должен был реагировать нажатием кнопки, соответствующей этому циферблату .

Подсчитывались правильные и ошибочные реакции. Результаты Р . Конрад опубликовал в

виде таблиц и графиков зависимостей числа правильных решений в секунду от средней

скорости вращения стрелок и числа правильных реакций в секунду от числа наблюдаемых

циферблатов, как показано на рис. 2.4

Рис.2.4

При таком представлении данных опытов совершенно не ясно , какую физическую

сущность работы человека -оператора они представляют. Уол (1967г.) применил для

обработки данных Конрада следующую информационную модель оператора, рис. 2.5

Рис. 2.5

Количество информации на входе Уол определил на основе следующего

предположения. Т.к. стрелки вращаются не синхронно с непрерывной разбежкой фаз, то

наблюдателю настолько трудно , предсказать к какому из циферблатов будет относиться

следующая реакция, что по отношению к наблюдателю порядок реакций можно считать

случайным. Относительная частота сигналов i-го из m циферблатов равна :

∑

=

m

j

ji

NN

1

/

где

j

N - скорость (количество оборотов в секунду ) вращения стрелки.

Но при

∑

N

достаточно большой это выражение стремится к вероятности

i

Ρ

того ,

что следующий сигнал будет с i-го циферблата . Следовательно , энтропия (среднее

количество информации на один сигнал) будет:

N

i

m

j

m

i

m

j

i

∑

=

Ν

=Η

1

log*

Т.к. на каждом циферблате 6 делений, то число сигналов в секунду равно

∑

=

Ν

m

j

1

*6

Следовательно , скорость предъявления информации на входе информационной

модели человека равна :

сбит

m

j

/*6*

1

∑

=

ΗΗ

А число правильных реакций умноженное на H будет скоростью воспроизведения

(переработки, передачи) информации человеком.

Если в этой системе координат представить данные Р. Конрада , рис. 2.6

Бит / сигнал

Рис. 2.6

то увидим следующее.

1. Пропускная способность информации у человека НЕ зависит отдельно ни от

скорости генерации сигналов (вращения стрелок), ни от количества циферблатов, а

определяется только результирующим количеством информации, предъявляемой в

секунду , т.к. данные из 2-х, 3-х и 4-х циферблатов ложатся на одну кривую.

2. Человек выступает как единый информационный канал с ограниченной

пропускной способностью с переключением наблюдения за несколькими

циферблатами последовательно во времени.

В других подобных экспериментов измерялись, регистрацией движения глаз на

киноленте , частоты отсчетов – фиксаций переключения взгляда на каждый циферблат.

Оказалось, что частоты отсчетов

i

F зависят от ширины полосы F

полосы

случайных

колебаний стрелок согласно теореме Котельникова для дискретизации непрерывного

сигнала :

полосы ii

FF *2*

α

=

Подставив в формулу опытные данные ГцFГцF

полосы ii

32,0;8,0

=

получим

25,132,0*2/8,0

=

α

Следовательно , человек воспринимает информацию, как канал связи с числом

отсчетов в секунду близким к минимально необходимым по Котельникову .

Итак, информационный подход при описании свойств человека -оператора и

системы человек-машина является плодотворным.

Однако , анализу , основанному на информационных мерах присущи и следующие

недостатки.

1. Во многих ситуациях реакция человека определяется не только входным

информационным воздействием, но и:

вознаграждением за правильное и штрафом за неправильное поведение ;

шкалой используемых ценностей для принятия решения;

эмоциональным состоянием, и др .

2. Скорость восприятия и переработки информации также может зависеть от

указанных выше факторов.

3. Информационные меры являются статистически средними и не отражают

тонких особенностей поведения личности , которые могут представлять и

первостепенную важность .

3. Модели памяти человека как информационной системы .

Характеристика памяти человека.

3.1 Общие характеристики.

Память включает в себя, по крайней мере, три процесса :

1. Усвоение , запоминание .

2. Сохранение длительное.

3. Узнавание и воспроизведение информации.

Если Вам не удается что - нибудь вспомнить , причиной этому может быть

нарушение любого из этих процессов.

Память – очень сложное понятие . Мы усваиваем и запоминаем не просто

отдельные элементы информации. Мы конструируем систему знаний, которая помогает

нам приобретать , хранить и использовать обширный запас сведений. Память – это

активный процесс: накопленные знания непрерывно изменяются, проверяются,

переформулируются и обобщаются нашим мыслящим мозгом. В этом главное отличие

памяти человека от памяти компьютера. Выявить полностью все свойства памяти - очень

трудная задача. Известны только два способа изучения памяти : метод черного ящика

(метод тестов) и анализ медицинских патологий.

На сегодня различают следующие виды памяти :

По длительности сохранения информации: сенсорная непосредственная;

кратковременная оперативная;

долговременная.

По отношению к цели : непроизвольная;

волевая (произвольная).

По характеру запоминаемого материала :

Декларативная логическая

образная (зрительная,

слуховая,

осязательная)

эмоциональная

Процедурная моторно -двигательная

Основные характеристика памяти :

ü объем запоминаемой информации;

ü скорость запоминания;

ü длительность сохранения (скорость забывания);

ü полнота и точность воспроизведения;

ü готовность к воспроизведению (время вспоминания).

3.2 Структурная модель памяти .

Сенсорные системы повторение

(зрительная,

слуховая, непосредственный

вестибулярная, отпечаток КВП ДВП

тактильная, сенсорной

обонятельная, информации

температурная,

болевая,

вкусовая)

удерживает информацию

уже в интерпретированном виде

(а не в виде сенсорного образа )

Повторением из ДВП информация в КВП удерживается на необходимое время,

затем также угасает (забывается), переходя на другие уровни в ДВП , в котором ее может

содержаться огромное количество , но со временем она также угасает. Есть основания

считать , что в ДВП информация закодирована в смысловой (семантической форме ).

3.3 Сенсорная непосредственная память.

Итак, память , по -видимому , представлена несколькими фазами. Первая – очень

непродолжительная (250 мс – до 4 с) – это непосредственная память . Она определяется

видом анализатора органов чувств и способом предъявления информации. Например,

когда Вы едете в поезде или в автомашине и смотрите на проплывающий мимо пейзаж,

Вам удается удерживать в памяти предметы , которые Вы только что видели в течение 1-2

секунд, не более. Однако , некоторые объекты , к которым Вы почему -либо относитесь с

особым вниманием, могут быть переданы из непосредственной памяти в оперативную.

В непосредственной памяти в течение долей секунды, по -видимому , удерживается

сначала вся воспринятая информация, которая затем быстро теряется и через сотни

миллисекунд нервной активности остается ее порядка 12-20 элементов (единиц

информации), которые переходят в оперативную память . При этом происходит селекция

информации по критериям, определяемым задачей наблюдения.

Объем сенсорной непосредственной памяти измеряют числом стимулов (кусков

предъявляемого материала ), воспроизводимых сразу же после одноразового короткого

( доли секунды) предъявления.

3.4 Кратковременная оперативная память.

Кратковременная память (КВП ) определяется способностью человека сохранять

информацию только на тот период (до нескольких десятков секунд, а иногда и больше),

которой требуется для решения текущей задачи. Например, об ограничении скорости на

данном участке дороги человек за рулем помнит только до первого перекрестка . Или кто -

нибудь назвал Вам номер телефона, а у Вас нет под рукой карандаша. Вероятно , Вы

запомните этот номер, если будете его мысленно повторять , пока не доберетесь до

телефонного аппарата . Но если что - то очень отвлечет Ваше внимание, с Вами заговорят

или уроните монету , которую приготовили , то Вы, вероятно , перепутаете цифры.

Объем КВ памяти характеризуют качеством воспроизводимых при однократных

(несколько секунд) предъявленных стимулов.

Сохраняется ≈

0,1 … 0,5 … 4с

затем угасает

На рис. 3.1 показана зависимость среднего количества воспроизводимых слов ВС

от количества предъявленных слов ПС, полученная в экспериментах, проведенных в

Казанском ГУ , 1972 г. Это возрастающая, но не линейная кривая.

Рис. 3.1

Многими экспериментами установлено «магическое» число 7±2 стимулов, которые мы

можем удержать в КВ памяти :

5 – объем памяти на слова , 8 – на десятичные цифры и 9 – на двоичные цифры. Это

максимальное число стимулов практически не зависит от количества информации,

приходящейся на стимул, что наглядно иллюстрируется данными Хейза , 1978, рис. 3.2

Рис. 3.2

На рисунке числа , стоящие в верхнем правом углу прямоугольных диаграмм есть

их площадь – количество предъявленной информации (бит).

Видим, что количество предъявляемой информации изменяется более, чем в 5 раз,

а максимальное количество воспроизводимых символов почти не изменяется и равно 7±2.

Оно и является инвариантом кратковременной оперативной памяти .

Итак, КВ память ограничена не количеством запоминаемой информации, а

количеством запоминаемых символов и не связано с заключенной в них информацией.

Этот результат объясняется возможным укрупнением и группировкой по осмыслению

единиц запоминания. И тогда нам кажется, что мы способны в КВ-памяти запоминать

больше.

Номер телефона 481-39-65 – это либо 7 единиц запоминания, если воспринять его

как 7 цифр , либо 3 единицы запоминания, если воспринимать его как три числа ,

указанные черточками. А номер 234-56-78 уже можно считать одной единицей

запоминания, если он будет восприниматься как последовательность цифр от 2 до 8.

В ряду отдельных, семантически не связанных по смыслу букв, каждая будет

самостоятельной единицей запоминания. Но в случаях их объединения в осмысленные

слова единицей запоминания становится уже слово . Это возможно за счет доступа к

долговременной памяти . Входные элементы КВ-памяти сопоставляются со сведениями о

них в долговременной памяти . Как только сопоставление произошло , так наши обширные

знания помогают систематизировать кажущийся несвязным материал. Т.о ., хотя объем

КВ-памяти ограничен 7-ю элементами, но плотность , т.е . количество информации,

приходящейся на каждый элемент, может возрастать при укрупнении единиц

информации.

Укрупнение – это по сути перекодировка стимулов, позволяющая увеличить

информационную нагрузку на каждую единицу . Например, объединение букв в

осмысленные слова , слов во фразы и т.д .

Заметим, что из изложенного становятся ясными основы мнемонических приемов

запоминания.

Можно считать , что КВ-оперативная память играет роль буфера с ограниченной

емкостью. Экспериментально установлено , что сигналы, поступающие в этот буфер

первыми и последними, запоминаются прочнее, чем сигналы средней части

последовательности . Например, при запоминании ряда многозначных чисел, вероятность

пропуска или ошибки воспроизведения средних элементов последовательности

оказывается выше.

Скорость приема (запоминание и воспроизведение ) информации зависит от

скорости поступления, и имеют три характерных зоны, показанные на рис. 3.3

Рис. 3.3

3.5 Математическая модель памяти .

Рассмотрим математическую модель зависимости между количеством усваиваемой

человеком информации и основными величинами процесса поступления и хранения

информации в памяти человека .

Обозначим I(t) количество единиц информации, хранящейся в памяти в момент t. За

единицу хранения информации примем некоторое субъективно -целостное образование,

которым может быть : бит, цифра, слог, слово , информационно смысловой элемент текса

(базы данных, базы знаний (ИСЭТ)) и другие стимулы. Таким образом, получим

математическую модель без привязки к конкретным единицам измерения информации.

S ≡

R

S

Сенсорный

вход(анализатор)

R =>

Память

I

Реакция

(мышление

мышечное)

Будко В.Н. Человек - интерфейс - компьютер

Подождите немного. Документ загружается.