基于ACT-R的交互行為認知模型仿真研究

仇榮榮

東南大學

隨著科技的發展，各種各樣的產品已經成為人們在工作和生活中的替代品，在為人類帶來極大便捷的同時，產品的副作用也隨之增多。本文以當前信息環境下界面布局為載體進行研究分析，在信息爆炸的時代，在有限的呈現空間內，用最快速度尋找對自己最有用的信息是一個非常有意義的話題。判斷界面布局的好壞，當下已有很多從各種角度各個方面所做的研究，例如圖標、文字、圖片、信息密度、布局類型、顏色、顯示格式等等。然而，大多數的研究只是針對界面本身進行展開，對于用戶行為傾向的研究如人們的認知習慣和行為方式（即人的原因）卻少之又少。如果界面布局的設計能夠符合人的認知習慣及行為傾向，不僅在一定程度上降低用戶與界面之間的認知鴻溝、認知障礙，使界面操作更加高效和舒適，而且深入研究用戶的自然行為傾向，還能幫助我們對人類的行為進行有效的控制和預測，從而更好的使人和界面布局的效能發揮到最大。

1 ACT-R介紹

著名的設計心理學家諾曼通過實驗發現用戶在使用產品執行任務的過程中，認知鴻溝往往存在于行為的執行階段和評估階段，阻礙著人的正常行為。操作者行為意圖和可允許操作之間的差距所產生的執行難度使得產品不能讓操作者輕易完成他想做的或者產品采用了不符合操作者意圖的操作方法；評估階段的障礙反映了操作者在對產品工作狀態的判斷或者決定自己期望目的或意圖能否達到時遇到的困難，這些障礙都是由于產品操作和人的行為傾向不符導致的。因此，想要消除人對產品的認知差異可以從這些障礙切入，在設計根源減少或者消除人的行為和產品操作之間差異。為了提高用戶操作界面的流暢度，在此背景下提出利用ACT-R對產品設計進行有效的輔助。

ACT-R是一種認知架構，用以仿真并理解人的認知。它已經被廣泛使用來模擬人類認知行為的不同方面，根據大量的認知心理學實驗圣之石核磁共振實驗精確驗證得到程序的內部構架和參數設定，外在表現為一種編程語言。利用這種編程語言編寫的程序符合ACT-R背部認知參數，能夠與真人實驗認知過程達到一致效果，完成仿真。其目標是使系統能夠執行人類的各種認知任務，如捕獲人的感知、思想和行為，并已經被用來研究人類性能的不同的方面包括感知和注意力、學習和記憶、問題解決和做決定、語言處理、智能代理、智能輔導系統、人類－計算機交互等。

2 ACT-R在國內的發展以及國內對人交互行為認知方面的研究概況

設計的作用是使人類和世界變得更加容易為人理解，但伴隨著外界因素（產品）和人自身條件的影響，在實際的產品使用過程還存在著大量不合理的設計，給人們的行為操作、信息傳達構成一定程度的阻礙?，F階段圍繞產品設計的研究比較多，特別是以人為本的設計理念在現代設計實踐的影響日趨深入，設計語義學從認知的高層解決用戶與產品之間的認知鴻溝，由于產品的低層設計特征和高層語義描述是兩個完全不同的表征與描述空間，因此通過產品這一媒介進行傳達時，難免會出現映射不準確和不完善的情況，郭菲以現代語言學和設計美學為理論基礎，針對設計語義的義素信息源、潛層語義成分、語義的生成等核心問題進行深入的探討。蔡蕾從實際出發解讀產品設計語義的體現和應用，分別對三種表達形式進行了闡述，并對產品設計的發展及設計語義的元素體現作了實際性的設想。紀楊建，陳思聰，谷濤，陳旭等從不同的側重點對語義表達的研究、應用與傳達進行了研究。人機工效學則是從用戶的自身認知的能力出發，進行研究。

ACT-R是象征的認知架構，它已經被廣泛使用來模擬人類認知行為的不同方面。劉雁飛和吳朝暉利用ACT-R認知行為建模方法，建立符合真實駕駛認知行為的認知模型并應用于車輛輔助駕駛系統，達到減少交通事故的目的。通過對典型認知體系結構的比較和對ACT-R及其研究的分析，提出了認知體系駕駛認知行為建模方法。借助ACT-R建模工具，以高速公路駕駛超車認知行為為例，基于模型的駕駛行為預測以及基于實驗的模型有效性驗證，證明了認知行為建模方法具有較廣的適用性和靈活性。利用基于ACT-R認知體系的建模工具CogTool構建模型，實驗和模型模擬單獨進行，首先使用模型對要進行的典型場景進行模擬，然后，觀察駕駛員行為，結果顯示駕駛行為和實驗結果相符.同時從駕駛任務中選取典型的超車場景，然后用模型進行模擬，實驗結果證實:模擬結果和實際駕駛行為符合。

李莉、魏雪峰和崔光佐利用ACT-R仿真注意過程并將之運用到教學中，清楚地提出了描述整個注意認知過程的概念。使用ACT-R進行仿真注意的過程，挖掘注意的詳細過程和步驟以及一些認知細節，整體把握注意的認知過程和認知規律。張萌、崔光佐以一道有余數的除法題為例，利用ACT-R進行模擬學生解題過程，通過小學解題過程分析，提出課題教學建議。實驗過程中涉及運用ACT-R模擬進行認知診斷。與此相似的還有李莉等基于于ACT-R對幾何證明題解題過程的模擬，對幾何證明題進行認知分解，探討教學啟示。

我設想可以利用基于ACT-R基礎上的CogTool工具開發一款界面原型，通過用戶在界面上的操作步驟分析界面好壞，從而探討用戶認知行為的一般習慣。李娜在網頁布局初探中給出了布局的原則、幾種形式和常見布局方法。葉新東和章道爭以網絡課程中界面布局作為研究對象，分析影響信息獲取效果的因素，以期了解界面布局對大學生在網絡信息獲取效果的影響，希望為信息傳遞界面的設計提供有益的建議。在研究中提出了最短時間內掌握和接受正確信息的問題，針對背景與文字顏色、圖片、多媒體、界面排序、效果等方面做了研究探討。王建民通過對圖形用戶界面一致性、邏輯性、啟示性和習慣用法等設計原則的研究，認為圖形用戶界面設計不但要符合設計的審美原則，更要遵循用戶的認知心理和行為方式，體現了用戶界面設計具有多學科交叉的顯著特點。在他的文章中給出了界面設計應遵循的習慣性用法。

3 結語

綜上所述，可以在基于ACT-R基礎上，利用用戶界面原型工具CogTool開發一款界面原型工具。通過用戶在此界面上的操作步驟分析界面布局的好壞，建立用戶在面對界面布局時的認知行為映射，從而探討用戶的認知行為習慣。

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