第五章用户界面与可视化决策(新)

第五章用户接口与决策可视化应用§5.1用户接口概述

由于用户接口（userinterface）是任何计算机系统（包括DSS）的重要组成部分和面对用户的“窗口”，而且人们总是通过这一窗口了解和使用该系统。因此，对许多用户来说，用户接口就是系统。1一、用户接口的功能用户与DSS之间的信息传递、显示和处理。对用户操作的错误或偶发事件提出警告并进行提示或安全处理。提供“帮助”信息，辅助用户学习和使用系统。支持决策对环境变化的自适应能力。2二、用户界面的发展1946－1955：计算机出现不久，且以批处理方式工作，那时谈不上人机间交互作用。计算机是主体，人必须适应它；1956－1969：由于操作系统软件的使用，人们可以通“命令”方式进行文件编辑和管理；1970－1979：全屏幕操作方式，关系数据库和文字处理软件出现并得到应用；34.

1980－1985：窗口（Windows），菜单（Menus），图标（Icons）和光点（Point）映像设备及交互技术的发展与应用，及用户管理系统（UIMS）的出现；5.

1985年后：专家系统和知识库技术用于UIMS的研究与开发，使得UI开始具有对用户自适应能力和决策支持能力。4随着计算机设备和信息技术的发展，用户界面的开发技术也日益丰富和成熟，例如自然语言、图形、声控、光控、多媒体、图像传输等技术发展和应用大大促进用户界面技术的发展。5三、界面的设计原则分析用户类型应用程序和界面分离一致性尽量减少用户工作提供反馈出错处理和帮助功能增加可视化图形表示6黄金规则

在有关界面设计的著作中，

TheoMandel创造了三条黄金原则：置用户于控制之下减少用户的记忆负担保持界面一致

7黄金规则之一：置用户于控制之下

Mandel定义的一组允许用户操作控制的原则：以不强迫用户进入不必要的或不希望的动作的方式来定义交互方式；提供灵活的交互；允许用户交互可以被中断和撤消；当技能级别增加时可以使交互流水化并允许定制交互；使用户隔离内部技术细节；设计应允许用户和出现在屏幕上的对象直接交互。8黄金规则之二：减少用户的记忆负担

Mandel定义了一组设计原则，使界面能够减少用户记忆负担：减少对短期记忆的要求；建立有意义的缺省；定义直觉性的捷径；界面的视觉布局应该基于真实世界的隐喻；以不断进展的方式揭示信息。910缺省值11

Mandel定义了一组帮助保持界面一致性的设计原则：允许用户将当前任务放入有意义的语境；在应用系列内保持一致性；如过去的交互模型已建立起了用户期望，除非有迫不得已的理由，不要改变它。黄金规则之三：保持界面一致12四、用户接口设计应注意的几个问题从用户的角度来说，接口的质量取决于用户所看到的或感觉到的内容，即用户必须清楚地理解所感觉到的东西，并且知道为了获得结果所能够或必须采取的行动或操作。13用户接口设计要考虑技术、心理、物理和其他一些因素的影响，在构造UI时应注意如下问题：选择合适的输入和输出（I/O）装置。屏幕设计。人——机接口的顺序。颜色和阴影的使用。信息密度。使用图标和符号。信息显示格式。14五、用户接口模式表达语言与行动语言的结合方式称为接口（或交互）模式，它决定如何输入和显示信息，也决定学习和使用系统的方便性和简单性。（一）菜单交互或许通信语言最共通的方面就是菜单（menu）。菜单提供了一个经过组织的、直觉的方法，供用户从多个功能、可选方案、命令或者结果中进行选择。151.按照显示的形象或样式来分类①全屏幕菜单（正文菜单）：即在窗口上呈现一个有文字说明的菜单；教务信息管理系统

0--结束系统运行

1--学籍管理子系统

2--教学管理子系统

3--教材管理子系统

4--实验室管理子系统请键入选择的功能序号(0～4):教务信息管理系统

A--结束系统运行

B--学籍管理子系统

C--教学管理子系统

D--教材管理子系统

E--实验室管理子系统请选择功能字符(A～E):

3

3--教学管理子系统1617②图标菜单18③正文和图标混合菜单192.按屏幕位置和操作风格来分类固定位置菜单浮动位置菜单下拉式菜单嵌入式菜单20固定位置菜单21浮动位置菜单浮动式菜单22下拉式菜单按某一键后从顶行往下拉出或弹出一个子菜单23该菜单通常并不显示成行成列地出现在屏幕上，而是混在应用之中。也可以说是嵌入式菜单项就是它所在的应用中的一部分内容。必要时可以用粗体字或字母高亮度显示等方式加以突出。例如，VB嵌入式菜单24菜单智能化：在不同操作状态下或选定不同对象时，右击鼠标，会根据需要弹出不同内容的菜单。或者原菜单内容改变。25

对话，也称为对话框，是系统必要时显示于屏幕上一个矩形区域内的图形和正文信息。通过对话可以实现用户和系统之间的通信。（二）对话26必须问答式对话框27无须问答式对话框28警告式对话框

29设置一个或一批标准的对话以函数过程调用的方式直接提供给用户来使用。这类对话框有的是一问一答的，有的是多问多答的。它们的显示格式、问题段和回答段的安排，以及用户回答的选择范围都是系统实现设置好的，使用者不能随意改动的。象这类对话称为标准对话。对话框的实现方式(1)30标准对话框31

系统为不同类型的对话设置一组数据结构和一批

工具函数。用户可以将根据他们的需要来自行设计对话，象这类对话则称为“

定做式对话”当然这就需要事先设置好一批可以直接提供给用户使用的工具函数。对话框的实现方式(2)32

3.命令语言

在命令语言形式中，用户输入命令，如运行（run）或画图（plot）.例如，统计软件Eviews。33

4.表格交互在表格交互中，用户将数据或命令输入到表格指定的域中，表格（或报告）标题可作为输入的提示。例如，在Excel和Lotus1-2-3中。345.自然语言类似于人与人对话的人-机交互称为自然语言。6.图形用户接口（GUI）在图形用户接口模式中，用户通常可直接操纵图标（或符号）表示的对象。例如，用户可用鼠标或光标指向图标，然后进行相关操作。7.混合模式在DSS的用户界面设计中，应该根据需要进行上述各种模式的相互结合。35六、数据输入界面的设计

数据输入是指所有供计算机处理的数据的输入。数据输入界面是系统的一个重要的组成部分，它占用用户的极大部分使用时间。一个好的数据输入界面应尽可能方便而有效地进行数据输入。36数据输入规则在软件设计的范围内，可以通过以下方法来减少用户输入的工作量。对共同的输入内容设置默认值

(缺省值)。使用代码或缩写自动填入已输入过的内容或需要重复输入的内容。如果输入内容是来自一个有限的备选集，则可以采用列表选择。371.以表格形式对数据进行录入382.以菜单形式对数据进行录入

如果数据从一个确定的可供选择的清单中选取输入，则可用菜单方式，其方法是把所有的选择项都显示在屏幕上，用户只需要输入代表各项的数字代码就可选择所需数据。

39时令水果蔬菜销售订单号码1024输入订单日期11/05/04输入水果号码，选择所需数量或输入蔬菜号码，选择所需数量

1------苹果

2------香蕉

3------鸭梨

4------菠萝

5------橘子

6------葡萄请您选择(1~12):选择数量(可利用鼠标单击)

500克1000克1500克2000克

本次订购:

500克油菜1500克苹果

请输入另一项（若输入0为结束订购）500克菜单数据录入示例之一

7------土豆

10------

菜花

8------韭菜

11------油菜

9------辣椒

12------

白菜1500克111403、其它数据输入的方法

关键词数据输入条形码

声音数据输入光学标记/识别

41七、输出界面的设计

数据输出界面包括屏幕查询、文件浏览、图形显示和报告等。42数据输出的规则

只显示必需的数据，与用户需求无直接关系的一律省略显示出的数据，应与用户所执行的任务有关同一时刻使用的数据应显示在一起每一屏所显示数据的数量，包括标题栏等，最好不要超过整个屏幕面积的30%43字符数据的显示

字符数据的画面显示主要是屏幕布局和数据内容安排格式。显示的内容可以是单纯的正文，也可以是表格和目录，而更多的是二者的综合。44

若输出的是英文正文，应避免连续使用大写字母，因为大写字母的阅读速度要低于大、小写混合的文体。而且大写字母应使用印刷体，且一般为强调而使用。纯正文的显示45列表和表格姓名数学物理英语化学总分夏丹89879899秋雨98769767冬雪7888878746

由于图形从数据集合中概括出来某些特性并且具有“直观”的优点，因此对于识别和分析处理结果更为有效，为了做好图形显示必须仔细地选择图形类型和进行布局设计。以图形方式显示47§5.2自然语言处理与语音识别一、自然语言概述1.自然语言处理（naturelanguageprocessing,NLP）是一种AI应用技术，它涉及用中文、英语或人们所使用的其他语言与计算机通信。2.人类与计算交互发展历史输入命令编程语言使用指向设备如鼠标、触摸屏选菜单和图标自然语言声音控制483.自然语言处理的基本原理（1）自然语言理解：为了理解自然语言处理，计算机必须能够分析和解释输入的知识，这些知识包括词的语言知识、领域知识、常识，甚至关于用户及其目标的知识。这样NLP必须理解语法（正式的和俚语的）和词的定义，AI技术用于表示内部的知识和处理，一旦计算机理解了输入，它就能采取所希望的行动。（2）自然语言产生：计算机产生合适的自然语言文本，其最简单的方式是提供存储的句子、短语、段落，并以各种方式输出。49二、自然语言处理的方法目前，常用两种方法：关键词搜索（keywordsearch）和语言处理（languageprocessing）。1.关键词搜索（模式匹配）在关键词分析中，NLP程序进行的步骤：①首先进行语法分析（确定词的边界），即在输入的句子中搜索关键词或短语；②然后进行模式识别，即将短语成分与预先存储的词或短语清单相比较，当确定一关键词时，则标记该词；③在找完句子中所有关键词后，选择适当的答案或构造相关答案，并采取相应行动。50关键词分析过程开始输入信息接受并存储信息扫描输入、搜索关键字找到关键字？产生适当的输入或改变输入有更多关键字？是形成并输出适当的答案结束否是否512.语言处理（语法和语义分析）自然语言处理系统识别讲话中的普通语言部分，并翻译为应用命令，或者翻译为可编译的程序语言，以便计算机能够响应。语言处理包括：语法分析、语义分析和实用性分析。①语法分析是对句子和短语的结构进行分析，以确定句子中词与词之间的语法关系；②语义分析是确定各种句法构成的含义；③实用性分析试图确定句子之间以及上下文的关系。52语法/语义分析的总框图文本输入语法分析器理解器产生器输出词典知识库53三、语音识别与理解1.语音识别的优点（1）容易应用。（2）速度快。（3）使手能自由处理其他事物。（4）远程访问。2.语音识别的类型（1）词识别器（2）连续读音识别器（3）依赖于讲话者（4）不依赖于讲话者543.语音识别系统的工作原理首先，输入麦克风的语音产生模拟信号；然后，通过模-数转换器，语音信号转换为数字计算机的二进制代码；接着，语音输入的二进制代码文件存储到系统中，并与计算机中已存储的词或短语的二进制代码进行比较。计算机搜索已存储的语音模式并与当前的语音输入一个一个地比较，当发现匹配时，则得到相匹配的词；最后，讲话的词显示到屏幕上或经过NLP进行语义分析（即进行语音理解）。55§5.3决策可视化应用一、图形应用图形能以更清楚表达数据含义的方式提供信息，并且能让用户看到数据之间的关系。1.计算机图形的类型和作用（1）时间序列表可表示一个或多个变量随时间变化的值。年份原煤产量（百万吨）19937.1519947.8419958.9219968.9419979.2819989.8199910.54200010.8200110.81200211.16200311.4156（2）棒图和饼图可用于表示总的值（按棒或饼的大小）以及各成分的值，例如，“各月产量”分类。57（3）散点图表示两个变量之间的关系，例如星期一、星期二等乘坐飞机的旅客数。还可以表示某个变量的变化趋势。58（4）二维或三维地图。二维地图对于表示空间关系是有用的，例如顾客的位置以及公司服务机构的位置。三维地图以三维的效果表示地表的轮廓。（5）房间、建筑物或商业中心的布局图，在简单的图中表达了很多的信息。（6）层次图，例如广泛应用的组织机构图。（7）顺序图，例如流程图表示事件必要的顺序以及可平行进行的活动。（8）运动的图，例如运动的图片和电视，这些将继续发挥重要功能。（9）具有很强功能的桌面出版系统（例如将图片转换进计算机，将它放到文件中希望的位置，然后打印）正在广泛普及。592.Excel数据图表的使用Excel建立工作表的目的在于提供有助于做出最佳决策的信息。数据以图形方式显示，可使数据更清晰、和更有趣和更便于理解和分析。创建图表有助于进行数据分析，看清数据彼此的关联及差异，有助于预测和决策。在Excel中创建的图表有两种生成方式：一种是图形直接生成在工作表上，叫做嵌入式图表，它是一种图形对象，可以放在工作表的任何地方，甚至覆盖工作表的数据；另一种是在工作表之外生成一个独立的图表，与数据分开，可以单独打印。无论是哪一种图表都依赖于工作表的数据，当工作表中的数据改变时，相应的图表也随之改变。60在Excel中创建图表的过程也有两种方法：一是按默认的设置快速创建图表；二是使用图表向导分步进行，在4个图表向导对话框逐个进行设置。使用这两种方法都可以创建嵌入式图表，而要创建单独的图表必需使用第2种方法。在Excel中实际操作61二、虚拟现实（virtualreality）利用虚拟现实，用户在3-D环境中进行人-机交互。3-D用户接口使人们可以应用其大脑功能强的空间感觉和经验与计算机进行交互。利用3-D技术，为了抓取和移动在虚拟环境中的对象，用户需要使用跟踪设备，如生物物理手套、扫描仪和头部监视器等。62虚拟现实应用的例子领域应用医疗手术训练（仿真）、物理治疗军事城市战争、坦克战汽车设计试验、生产装配科学研究飓风研究、银河结构、虚拟实验室娱乐3－D赛车、虚拟世界体育跳水、体操63三、地理信息系统1.定义：地理信息系统（geographicinformationsystem－GIS）是利用数字化地图获取、校核、集