智能人機接口

1 與一般人機接口相比較，智能接口（Intelligent Interface ）的含義包括：

①它是最終用户、領域專家和知識工程師與知識源之間的中間媒介；

②它包含計算機硬件和軟件；

③具有智能特性，即能實現中間人專家所能完成的相同功能（H?M?Brooks ）。

這個定義表明，首要的關鍵問題是識別和描述專家在信息處理中的認知功能、所用的知識和技能，然後才能發展模擬這些功能的軟件。一般來説，智能接口具有以下特徵：

a.具有智能特性：應用人工智能技術（如知識表示、語言理解、推理和學習等）模擬專家處理信息的認知功能，有效地執行若干認知活動，如問題分析、信息分類模式發現、結構化模型、決策處理等；能夠從用户模型和領域模型推導知識、解釋提問和補充回答以及提供啓發式策略指導用户。

b.具有豐富的知識，如專家的知識和用户知識等。

c.具有較強的自然語言通訊和圖形顯示功能。

一般來説，智能接口具有以下特徵：

a.用户友好：允許用户以自然的、熟悉的形式表達情報需求，不受任何人工命令語言或語法的限制，並能處理不完整的、不精確的（或模糊的）信息。

b.適應性強：能適應不同任務的不同應用領域，或適應於多種主系統（如多種情報系統、專家系統）。此外；它還應適合於具有不同知識水平和不同要求的各類用户，尤其是無經驗的新用户，不需要專門的訓練，也可以方便地使用系統。

c.能執行快速的對話。

2 用户友好的含義是指系統能適應各類用户，能使未經訓練的或無經驗的新用户容易地與系統進行交互。 關於友好用户的標準，許多信息專家根據具體的系統和條件提出了若干不同的標準，例如，Stibic 提出 25 條輸入/輸出友好標準；Kennedy 提出12 條人機通訊規則等。 為了説明一般原理，這裏討論適合於大多數情況的主要標準： ? 以智能的方式幫助用户，能不同程度地模擬用户的思考過程，以主動方式輔助用户完成情報需求任務。這要求應用認知理論對用户特性（行為、心理、需求）進行研究。 ? 系統能主動引導交互，並將當前的處理情況反饋給用户。 ? 交互語言簡明，符合邏輯，有助於記憶。 ? 能輔助糾正用户的錯誤，系統給出的出錯信息應當明確、詳細、一致、有禮貌。

a.產生靈活的、易理解的、符合要求的結果輸出，並向用户作合適的、可理解的解釋。

b.容易使用。用户可在任何時候中斷執行（包括正常中斷和非正常中斷），並有可恢復能力。用户還可進行基本方式的轉換，進入與退出簡便、直接。

c.靈活，可對於不同類型的用户和要求，自動調整接口。

d.可根據用户需要，提供有關學習環境。

3 智能接口應實現以下主要任務：

a.問題描述：接受用户的問題及其它信息，進行一定的處理產生需求模型或其它內部形式。操作處理包括分析、理解問題，明白用户的需求，識別用户提供的微概念，進一步解釋和表達問題。

b.系統回答的表達與解釋：就是將系統提出的問題、對用户問題的回答、推理結果及對結果的解釋等進行逆轉換，以用户可以理解的形式輸出給用户。

a.會話管理：會話管理問題可以分為兩個部分。一部分是會話總體結構的控制。這一部分描述會話的控制方式或執行計劃，決定問什麼問題，由誰（用户或系統）在何時問或答。另一部分是確定會話語言。

b.知識獲取：通過用户的交互對話，獲取系統所需要的知識，這裏主要討論獲取用户知識（用户模型）。

（1 ）問題描述。問題描述包括兩項工作：一是自然語言處理，對輸入信息的語法和語義分析處理；二是利用專家處理信息問題的認知方法，將語言理解的結果加工為需求模型（內部形式）。 ? 分析和理解問題，就是弄清和解釋用户問題狀態或用户異常知識狀態的主題和上下文。 ? 問題描述處理必須應用許多其它元素，包括用户知識的描述、專業領域的背景信息、可用的文獻實例以及專業文獻的描述。這是一個複雜的多級問題，必須應用推理和知識獲取技術，根據已知描述推導和獲取未知的知識。 下面就文獻檢索系統中的問題描述，介紹一些有關處理方法。利用用户知識模型，系統可集中獲取關於用户知識的完整準確描述，有時需要析取背景知識，以驗證用户知識描述。專業信息在問題描述中起重要作用，系統可從專業知識源獲取有關信息。若專業知識源不充足，可要求用户解釋其研究的某些方面，以便理解問題的主題、問題範圍及涉及的各種概念。有時用户難以解釋研究的主題，可從用户的愛好、居住地方和環境獲取有關信息。

有時與主題有關的描述出現在開始的會話中，系統可顯示地深入詢問有關信息，獲取主題概貌。系統還可以提問用户補充信息，幫助發展初始的問題描述。若沒有與主題有關的直接描述，系統可以綜合用户的所有輸入信息，概括問題描述。 綜合以上的各種處理情況，要求系統能合適地應用用户模型知識、專業領域知識，實現問題描述的五個子功能：

(a)描述查找主題：理解用户的詢問，利用交互採訪和學習技術，識別和描述查找主題。例如，定義信息需求的類型；捕獲形式化的或已知的需求，應用概念知識源形成它的基本描述。

(b)分析用户的研究內容多描述研究課題。

(a)定義查找主題和/或研究主題的專業背景的各個方面：應用系統中的知識和專業概念知識源，識別和修改需求中的概念，利用有關數據庫中概念結構的學習，修改或改變需求的表達。

(b)確定和描述用户的需求模型。

(c)必要時，提供深層信息給用户，進行深入的會話，獲取深層知識精煉需求模型。

（2 ）系統回答的表達與解釋信息系統產生的回答一般比較簡單，如從數據庫或文本庫中返回的記錄或者命中記錄的數量等。如果面對廣泛的問題，那麼要求系統必須能產生自然的回答，即應用自然語言處理系統的輸出，對於不精確的問題給予自然的解釋。同理，用户可詢問關於數據庫的有關問題，而不是查找其中的片斷信息。關於文本庫的查詢，用户可能要求從文本中概括或推導出知識，表達這類回答也需要自然語言。在所有的情況下，信息系統的能力依賴於系統回答的靈活性。關於解釋，通常有以下三點要求：

b.能解釋所有與系統的動作和知識相關的問題；

c.對於用户所提的問題，系統能給出一個完全的、易於理解的答案；

d.對於某領域中無經驗的新用户，系統能主動提供解釋，幫助用户儘快瞭解和使用系統。

（3 ）會話管理會話管理包括兩方面：會話控制方式和會話語言。常使用的會話控制方式有以下三種：

a.系統驅動方式

b.用户驅動方式

c.混合方式會話語言是用户與系統對話時使用的語言。目前，主要的會話語言有： 人工語言 、 自然語言 、 用户知識庫 · 語言知識 · 領域知識 · 用户模型 · 會話控制回答產生器分析器語法規則建立用户模型語義解釋會話接口一方面接口通過自然語言交互，接受用户提供的已知事實數據及目標，經過分析與綜合處理，轉換為系統的內部表示，然後提交給主系統。另一方面接口將主系統的運行結果進行“逆轉換”並傳遞給用户。整個接口包括以下幾部分： a.會話接口 b.分析器 c.語義解釋 d.建立用户模型 e.回答產生器虛線框內是接口連結的主系統，如數據庫管理系統、專家系統或智能信息系統的主架。它不是智能接口的組成部分。為了設計智能接口，必須考慮用户和系統雙方的特徵，如專家和用户的認知模式與認知要求、系統功能、接口部件的設置及其關係等。一般來説設計者和用户對人機接口的看法不同。用户基於自己使用系統的經驗，構成關於整個接口系統的概念模型。因此，在設計過程中，設計者應與用户密切合作，確定接口的實際功能和概念模型。 這裏僅描述概念級的接口設計，

包括以下五個目標：

a.識別和詳細描述具體功能。識別人機交互和處理情報問題所需要的所有子功能，詳細描述每個子功能執行的任務及其實現方法。

b.識別和描述知識源。智能接口必須包含四類知識：語言知識（字典和語法規則）、應用領域知識（領域模型、專業詞典）、專家處理情報問題的專門知識和技巧、用户知識（用户模型）

。在設計接口時，應詳細描述每種功能所需要的各種知識。

a.描述功能之間的交互。這些功能互相交流信息。有必要識別，哪種功能與哪種功能交互，怎樣交互，詳細地構造合適的通訊和控制結構。

b.描述會話管理。描述信息交互環境所需要的驅動方式和解釋人一機會話的方法和技術。 c.描述知識處理和推理中合適的問題解決方法。