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2.2.3 认知建模和可编程用户模型

《以用户为中心的系统设计》第2章以用户为中心的系统设计:简史,本章主要介绍以用户为中心的系统设计这一领域的一些历史背景,同时介绍当前的一些理论。本节为大家介绍认知建模和可编程用户模型。

作者:田丰 等译来源:机械工业出版社|2017-11-23 15:02

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2.2.3 认知建模和可编程用户模型

认知模型是对人们推理过程的近似表达。认知模型的目的就是科学地解释基础认知过程,解释这些过程如何交互、如何应对这些过程中的错误和崩溃,并预测在不同的条件下推理过程运行方式等。

认知建模是在20世纪50年代后期的研究工作上发展起来的方法,当时心理学家意识到可计算过程或许可以较好地模拟人类的思维过程:计算机像人一样摄取符号化输入,需要记忆来存储信息,并且使用算法处理符号来生成输出。因此有人提议:我们不仅可以用人的思维过程来启发我们对计算过程的认识,而且也可以把计算机作为一个模拟人类思维过程,进而帮助我们深入理解人类思考方式的手段(Newell et al. 1960;Newell and Simon 1972)。

从20世纪60年代后期到80年代,认知模型关注的是人类如何符号化地解决问题。这类模型往往限制于处理一个任务(或是一种任务),并且一般按照人们想法中可能出现的东西来模拟人们的思维过程。它们关注了人类信息处理,但是不关注从外部世界获取信息的方式、行为在实践中的执行方式,以及外部条件对相关认知过程发生速度的影响方式。每一个模型从本质上来说都是一个关于行为的某些组成部分产生方式的微观模型,而且这些模型是相互独立的。随着时间的推移,对把这些微观理论集成起来的需求与日俱增,催生了认知统一理论(unified theories of cognition,UTC;Newell 1990)的想法。

这些理论被用来实现一些认知架构,这些架构作为计算模拟工具可以约束(基于任务知识的)认知模型执行任务的方式。比如人们时常同时处理两个任务,其中一个任务的完成效果会受到另一个任务的影响。认知模型实际上就是使用特定语言写的、运行在特定认知架构上的程序,这些模型可以执行诸如感知、学习、推理、问题求解、记忆、决策、本体感受(在空间中人们如何控制他们的身体)和行走等复杂任务。

认知建模和人机交互之间的知识重叠已经有很长时间了。借助于心理学和模拟建模的研究成果,设计研究人员探讨了关于用户在使用复杂用户界面时思维和问题求解方式的模型。这种模型可以帮助我们在确定某一界面和交互方式的开发之前,预测到不同界面、不同信息表现方式的优点和缺点(Pew and Mavor 2007)。这种模型促使设计人员在提出可用性预测时可以系统地、明确地考虑心理学因素。人机交互领域中一些知名方法,如MHP模型(Model Human Processor)、GMOS(Goals, Operations, Methods, Selection)、KLM(Keystroke Level Model, Card et al. 1983)、PUM(Programmable User Model, Young et al. 1989),都是采用的这种方法。我们将在第11章的任务分析中进一步讨论这个问题。

在最近几年,我们已经越来越熟悉诸如人工智能(AI)、机器学习(ML)等概念,这些领域和认知建模工作有着相同的起源。现在更多的人认识到认知模型可以融合符号化和次级符号化过程,比如神经网络模型。这些混合模型使得我们可以考虑大脑神经结构的特征和约束,以及认知的神经基础在符号化、次级符号化以及其出现层次上如何影响认知过程(Busemeyer and Dieterich 2010)。

在本书的第一部分,我们会介绍几种关于人们行为方式的一些观点和理论。这些观点和理论过都被封装成了认知架构,比如ACT- R(Anderson 1993, 2007; Anderson et al. 2004)和Sora(Laird 2012; Newell 1990),这两个架构现在依然有着活跃的研究社区。我们在第1章中介绍了ACT-R,在第14章中还会回过头来用它来帮助总结与设计相关的用户特征。

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