Расчет быстродействия в модели GOMS




Лабораторная работа № 4

Численный анализ пользовательского интерфейса

Цель работы: изучить методики численного анализа пользовательского интерфейса с использованием модели GOMS и расчета показателя информационной эффективности.

 

Ход работы.

1) Провести анализ спроектированных в л.р. №3 экранных форм с использованием модели GOMS.

2) Вычислить для заданной формы показатель эффективности E.

3) Предложить не менее 5 способов повышения показателей быстродействия и эффективности проектируемого пользовательского интерфейса (ПИ).

4) Внедрить не менее трех улучшений, сформировать общую числовую оценку качества спроектированного пользовательского интерфейса.

 

Содержание отчета:

  1. Титульный лист.
  2. Задание.
  3. Описание функциональных требований системы, реализованных в исходной форме.
  4. Описание способа взаимодействия пользователя с системой, устройства ввода и вывода.
  5. Численный анализ ПИ.

5.1 Расчет быстродействия для заданной экранной формы в модели GOMS.

5.2 Расчёт информационной эффективности экранной формы.

  1. Перечень возможных улучшений ПИ.
  2. Усовершенствованный вариант ПИ с комментариями.
  3. Численные оценки усовершенствованного интерфейса (показатель информационной эффективности и быстродействие в модели GOMS).
  4. Выводы.

 

Контрольные вопросы.

  1. Какие методы анализа ПИ интерфейса вам известны?
  2. Что такое модель GOMS, каково ее предназначение? Достоинства и недостатки.
  3. Перечислите основные жесты пользователя согласно модели GOMS.
  4. Приведите последовательность жестов согласно модели GOMS, необходимую для запуска стандартной программы «Блокнот» OS Windows.
  5. Позволяет ли вычисления по модели GOMS узнать минимально возможное время выполнения задачи? Ответ обосновать.
  6. Что такое эффективность ПИ?
  7. Как рассчитывается эффективность ПИ?

 


Методические указания

 

Модель GOMS (Goals, Operators, Methods and Selection rules) позволяет предсказать, сколько времени потребуется пользователю для выполнения той или иной операции при использовании анализируемого интерфейса.

Адекватность модели GOMS базируется на простом наблюдении, что время выполнение любой задачи в системе «User-Computer» является величиной интегрирующей временные интервалы, затраченные на выполнение системой элементарных действий, последовательность которых приводит к решению поставленной задачи.

В рамках модели GOMS под элементарными действиями понимают следующие: К – нажатие клавиши, Р – указание пользователем необходимой области на дисплее с помощью графического устройства ввода (мышь, трекбол), Н – перемещение руки от ГУВ к клавиатуре или обратно, М – бессознательное принятие решения пользователем о дальнейшем действии, R – реакция компьютера.

Время, затрачиваемое системой на выполнение каждого действия, было установлено опытным путем и приведено в таблице 1.

 

Таблица 1.

K = 0.2 c Время, необходимое для нажатия клавиши.
H = 0.4 c Время, затрачиваемое пользователем на перемещение руки с ГУВ на клавиатуру или обратно.
Р = 1.1 Время, затрачиваемое пользователем для указание области на дисплее.
М = 1.35 Время, необходимое пользователю выполнения бессознательной ментальной операции о дальнейшем действии.
R Время реакции компьютера

 

На практике указанные значения интервалов времени могут варьироваться в широких пределах. Такая изменяемость делает невозможным получение абсолютных временных значений, однако применение типичных значений позволяет осуществить объективную сравнительную оценку нескольких ПИ.

Суть метода оценивания пользовательского интерфейса в модели GOMS состоит в определении последовательности элементарных действий, необходимых для выполнения конкретной задачи и суммировании времени, затраченного на каждое из действий.

Составление последовательности действий K, Н, P – задача не сложная, однако существуют некоторые затруднения с определением точек М, в которых пользователь принимает бессознательное решение о дальнейшем элементарном действии. Ядром модели GOMS являются правила, позволяющие определить в каких моментах пользователь задержится для ментальной подготовки к следующему действию.

Правила модели GOMS

Правило №1

Оператор М необходимо устанавливать перед всеми операторами K и Р, предназначенными для выбора команд, но перед операторами P, указывающими аргументы этих команд, оператор M ставить не следует.

 

Правило №2

Если оператор, следующий за оператором M, является полностью ожидаемым с точки зрения оператора, предшествующего M, то этот оператор M должен быть удален. При перемещении ГУВ с намерением нажать его кнопку по достижении цели движения, соответствии с этим правилом следует удалить оператор M, установленный по правилу 0. Р М К –> Р К.

 

Правило №3.

В когнитивных единицах, следует удалять все операторы М за исключением первого. Когнитивной единицей называется строка вида М K М K М K М K…, непрерывная последовательность вводимых символов, образующих в совокупности имя команды или ее аргумент.

 

Правило №4

Если оператор K означает лишний разделитель, стоящий в конце когнитивной единицы (например, разделитель команды, следующий сразу за разделителем аргумента этой команды), то следует удалить оператор M, стоящий перед ним.

 

Правило №5

Если оператор К является разделителем, стоящим после константной строки (название команды или любая другая сохраняющая неизменный вид последовательность символов), то следует убрать оператор M, стоящий перед ним. Так как в этом случае добавление разделителя становится частью строки и не требует специального оператора М. Однако, если оператор К является разделителем строки аргументов или любой другой изменяемой строки, то оператор М перед ней сохраняется.

 

Правило №6

Части оператора М перекрывающие оператор R не учитываются.

 

 

Расчет быстродействия в модели GOMS

Рассмотрим программу перевода, предназначенную для перевода десятичного числа в двоичное представление и наоборот.

Интерфейс программы представлен на рисунке 1. Пользователь должен установить переключатель на соответствующий вариант конвертации, после чего ввести число и нажать клавишу Enter. Результат будет выведен в соответствующем поле, никакие другие инструменты вывода не используются.

Для упрощения задачи ограничим переводимое число максимум четырьмя разрядами. И условимся, что необходимости перевода числа из десятичной системы в двоичную и наоборот возникают с одинаковой вероятностью.

 

Рисунок 1 – Конвертер чисел

 

Составим последоватльность элементарных действий системы.

 

Перемещение руки к ГУВ:

 

H

 

Перемещение курсора к необходимому варианту конвертации

 

H P

 

 

Нажатие на необходимый вариант:

 

H P K

 

В половине случаев в программе уже будет выбран нужны вариант конвертации, что лишит пользователя необзодимость переводить переключатель в требуемое положение. В данном примере рассматривается противоположный вариант.

 

Пользователь снова перемещает руки к клавиатуре:

 

H P K H

 

Вводит четырехзначное число:

 

H P K H K K K K

 

Нажимает Enter:

 

H P K H K K K K K

 

Согласно правилу №1 оператор М расставляется перед всеми операторами P и K:

H M P M K H M K M K M K M K M K

 

Заменим последовательности P M K на P K, согласно правилу №2.

 

H M P K H M K M K M K M K M K

 

Правило №3 предписывает удалять оператор M, стоящий в середине когнитивной единицы:

 

H M P K H M K K K K M K

 

Правило №5 предписывает сохранять оператор M перед конечным K. В данном примере 4 и 6 правила не применяются. Подставив вместо символов операторов соответствующие временные интервалы получим:

 

H + M + P + K + H + M + K + K + K + K + M + K = 0.4 + 1.35 + 1.1 + 0.2 + 0.4 + 1.35 + 4*(0.2) + 1.35 + 0.2 = 7.15 с

Рассмотрим второй случай (необходимый вариант конвертации уже выбран).

В этом случае последовательность действий приобретает следующий вид:

 

M K K K K M K

M + K + K + K + K + M + K = 3.7 с

Поскольку вероятности первого и второго случая равны, то среднее время перевода числа в необходимую систему счисления составит (7.15+3.7)/2 ≈ 5.4 с

Рассмотрим метод решения той же задачи с помощью стандартной программы «Калькулятор» OS Windows.

 

Рисунок 2 – Интерфейс программы «Калькулятор» в режиме «Программист»

 

Перемещение руки пользователя к ГУВ:

 

H

 

Наведение курсора к необходимой системе счисления при вводе числа:

 

H P

 

Нажатие клавиши ГУВ для выбора необходимой системы счисления:

 

H P K

 

Перемещение руки обратно к клавиатуре:

 

H P K H

 

Набор четырехзначного числа и нажатие Enter:

 

H P K H K K K K K

 

Перемещение руки от клавиатуры к ГУВ:

 

H P K H K K K K K

 

Наведение курсора на вариант конвертации числа и нажатие клавиши ГУВ для его выбора:

 

H P K H K K K K K H P K

 

Производим расстановку оператора M:

 

H M P M K H M K M K M K M K M K H M P M K

 

Применив правило № 2 получим

 

H M P K H M K M K M K M K M K H M P K

 

Удалим оператор M из середины когнитивных единиц, руководствуясь правилом № 3:

 

H M P K H M K K K K K H M P K.

 

Заменим символы операторов соответствующими временными интервалами, получим:

 

H + M + P + K + H + M + K + K + K + K + K + H + M + P + K=0.4 + 1.35 + 1.1 + 0.2 + 0.4 + 1.35 + 4* (0.2) + 0.4 + 1.35 + 1.1 + 0.2 = 8.65 с

 

Оценка эффективности ПИ

 

С помощью модели GOMS можно определить время выполнения любой четко сформулированной задачи, если только рассматриваемый интерфейс предусматривает ее решение. Однако ни GOMS, ни его модификации и расширения (CPL GOMS и др.) не предоставляют инструмента, позволяющего определить насколько спроектированный ПИ удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям. Другими словами, ответить на вопрос: насколько быстро должен работать интерфейс.

Для осуществления корректной оценки времени, требуемого для выполнения задачи с использованием самого быстрого интерфейса, следует определить минимальное количество информации, которую потребуется ввести пользователю для выполнения задачи. Если количество информации, вводимой при работе с предлагаемым интерфейсом, превышает минимальное, то такой интерфейс не оптимален и в нем возможны усовершенствования.

Итак, информационная производительность ПИ E – это отношение минимального количества информации, необходимого для выполнения задачи, к количеству информации, которое должен ввести пользователь. E=1..0.

Следует помнить, что оценка производительности ПИ E учитывает только информацию необходимую для задачи и информацию вводимую пользователем. На практике это означает, что может существовать два метода с одинаковой производительностью, но один может иметь большую скорость выполнения. Может возникать даже такая ситуация, когда метод имея более высокий показатель E, работает медленнее, чем другой метод. Например, M K M K и M K K K. Очевидно, что в приведенном примере первый метод имеет более высокую производительность (так как он требует ввода двух символов, в то время как второй - трех), однако второй метод демонстрирует большую скорость выполнения: 2.1с и 1.95 с соответственно. Как правило, такие ситуации редки, и зависимость между скоростью работы и производительностью ПИ прямо пропорциональна, в противном случае приходится отыскивать разумный баланс между оценками по GOMS и E.

 

Проведем анализ эффективности интерфейса, предназначенного для перевода числа в другую систему счисления.

 

Возможны два случая:

 

1) dddd – ввод десятичного числа для перевода в двоичное представление;

2) bbbb – ввод двоичного числа для перевода в десятичное представление.

 

Вероятности возникновения первого и второго случаев равны 0.5. Для первого случая количество вариантов ввода составляет 1000, следовательно, вероятность каждого равна 0.5 / 1000 = 0.0005; для второго случая существует 16 вариантов ввода и вероятность каждого составляет 0.5 / 16 = 0.03125.

Количество битов информации, передаваемой каждым вариантом вычисляется по формуле

 

p(i)*log2 (1/p(i))

 

Количество передаваемой информации в случае ввода десятичного числа:

 

0.0005*log2 (1/0.0005) =0.005483

 

 

В случае ввода двоичного числа:

 

0.03125*log2(1/0.03125) = 0.15625.

 

Общее количество передаваемой информации для каждого варианта ввода составляет:

 

1000*0.005483 + 16*0.15625 = 5.483 + 2.5 = 7,98 бит.

 

Таким образом, минимальное количество информации, необходимой для ввода составляет 8 бит. Разделив данное значение на количество передаваемой информации при работе с интерфейсом, приведенным на рисунке 1, получим показатель E эффективности работы ПИ.

Поскольку любая задача в соответствии с анализом GOMS требует как минимум одного ментального оператора, наиболее производительный интерфейс с использованием клавиатуры для перевода температурных значений из одной шкалы в другую будет теоретически иметь следующее среднее время использования:

M + K + K + K + K = 2.15 с

Такой интерфейс будет значительно быстрее вариантов приведенных на рисунках 1, 2.

Другим упрощением, позволяющим провести быстрый анализ интерфейса, является вычисление различных жестов на основе количества информации, передаваемого одним нажатием клавиши или одной операцией ГУВ. При передаче информации нажатием клавиши ее количество зависит от общего количества клавиш и относительной частоты использования каждой из них. Таким образом, нажатия клавиши могут использоваться как приблизительная мера информации. Если на клавиатуре имеется 128 клавиш, и каждая из них используется с одинаковой частотой, то нажатие любой из них будет передавать 7 бит информации. В действительности частота использования клавиш существенно различается. Например, пробел или буква е используются чаще, чем «ё» или «/», поэтому в большинстве приложений на каждое нажатие клавиши приходится в среднем около 5 битов. По условиям нашей задачи среднее число символов вводимых температурных значений не должно превышать 4.

Для данного анализа удобнее использовать более простую меру, чем теоретическая информационная производительность. Символьная эффективность часто имеет такую же практическую ценность, что и информационная производительность. Она определяется как минимальное количество символов, необходимое для выполнения задачи, отнесенное к количеству символов, которое в данном интерфейсе требуется ввести пользователем.

Если в рассматриваемом интерфейсе потребуется вводить в среднем 4 символа, то символьная эффективность такого интерфейса составит 100%.

Поскольку любая задача в соответствии с анализом GOMS требует как минимум одного ментального оператора, наиболее производительный интерфейс с использованием клавиатуры для перевода температурных значений из одной шкалы в другую будет теоретически иметь следующее среднее время использования:

M + K + K + K + K = 2.15 с

Таким образом, он будет значительно быстрее, чем любой из двух уже рассмотренных вариантов. Однако введение 4 символов с помощью стандартной клавиатуры дает, по крайней мере, 20 бит информации, тогда как требуется только 10. Следовательно, теоретическая информационная производительность составляет 55%, а значит, существует возможность улучшения. Использование стандартной числовой клавиатуры вместо полной клавиатуры снижает объем информации, вводимой на каждые 4 символа, до 16 бит, что повышает производительность до 60%. Независимо от того, могут ли теоретические границы быть достигнуты на практике или нет, именно они дают направление в проектировании ПИ.

Для рассматриваемого ПИ существует несколько путей усовершенствования. Например, можно использовать в конце строки символ b (Bin) или d (Dec) для указания в какую систему счисления конвертировать число. В данном примере нажимать на клавишу Enter не требуется. Некоторые примитивные средства разработки интерфейсов требуют, чтобы пользователь обязательно использовал клавишу Enter, и поэтому в них невозможно использовать символы b и d в качестве разделителей. Такие инструменты не подходят для разработки человекоориентированных интерфейсов.

В этом случае последовательность действий приобретает вид:

M K K K K M K = 3.7 c.

Несмотря на то, что такое решение значительно более эффективно, чем первоначальное, оно почти в два раза медленнее идеального (2.15 с).

Рассмотрим еще один вариант интерфейса, представленный на рисунке 3.

Рисунок 3 – Усовершенствованный интерфейс

Такой интерфейс не требует разделителя команд и указания в какую именно систему счисления необходимо перевести число. Результат анализ GOMS для данного интерфейса совпадает с идеальным теоретическим значением:

M + K + K + K + K = 2.15 с

Символьная эффективность составляет 100%.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-11-19 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: