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數(shù)字界面微觀(guān)信息結(jié)構(gòu)的有序度分析

2016-12-15 01:43薛澄岐王海燕YingjieVictorChen牛亞峰
關(guān)鍵詞:信息結(jié)構(gòu)快捷鍵文件夾

周 蕾 薛澄岐 王海燕 Yingjie Victor Chen 牛亞峰

(1東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 南京 211189)(2Purdue Polytechnic Institute, Purdue University, Indiana 47907, USA)

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數(shù)字界面微觀(guān)信息結(jié)構(gòu)的有序度分析

周 蕾1薛澄岐1王海燕1Yingjie Victor Chen2牛亞峰1

(1東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 南京 211189)(2Purdue Polytechnic Institute, Purdue University, Indiana 47907, USA)

針對(duì)數(shù)字界面人機(jī)交互過(guò)程中的信息流暢性問(wèn)題,提出從微觀(guān)信息結(jié)構(gòu)出發(fā)運(yùn)用熵理論對(duì)信息結(jié)構(gòu)的有序度進(jìn)行定量分析.首先,指出微觀(guān)信息結(jié)構(gòu)由2類(lèi)信息元和3種典型的信息關(guān)系組成;其次,提出信息結(jié)構(gòu)的時(shí)效熵和質(zhì)效熵的計(jì)算方法,用來(lái)度量數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)的有序度;最后,選擇手機(jī)界面這一典型的數(shù)字界面為例,構(gòu)建了3種不同的App布局,進(jìn)行信息結(jié)構(gòu)的有序度計(jì)算.認(rèn)知實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,有序度高的信息結(jié)構(gòu)具有直觀(guān)方便、分區(qū)有規(guī)律等特點(diǎn),比較容易記憶;而有序度低的信息結(jié)構(gòu)搜索路徑復(fù)雜,記憶效果較差,且耗時(shí)較多.數(shù)字界面微觀(guān)信息結(jié)構(gòu)的有序度與用戶(hù)的認(rèn)知績(jī)效相關(guān),可以作為界面設(shè)計(jì)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo).

數(shù)字界面;微觀(guān)結(jié)構(gòu);有序度;時(shí)效熵;質(zhì)效熵

人機(jī)交互過(guò)程中信息溝通的流暢程度是衡量人機(jī)界面優(yōu)劣的根本原則[1].近年來(lái),隨著數(shù)字化人機(jī)交互信息界面(以下簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)字界面)的廣泛應(yīng)用,界面信息由最初的平鋪體呈現(xiàn)模式轉(zhuǎn)化為集成顯控模式,有效緩解了信息呈現(xiàn)的空間危機(jī)[2].但數(shù)字界面的形式和框架導(dǎo)致了截然不同的搜索路徑,對(duì)人機(jī)交互的效率和水平影響極大[3].如何設(shè)計(jì)和評(píng)估界面信息結(jié)構(gòu)已成為人機(jī)交互領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[4-7].本文結(jié)合熵理論對(duì)信息結(jié)構(gòu)的有序度進(jìn)行分析,指出時(shí)效熵和質(zhì)效熵的存在是影響人機(jī)信息交互信息流動(dòng)機(jī)制的根本原因,分析基于信息元和信息關(guān)系的數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和評(píng)估方法.

1 數(shù)字界面微觀(guān)信息結(jié)構(gòu)

在信息搜索過(guò)程中,依據(jù)目標(biāo)信息的空間位置,搜索路徑呈現(xiàn)出明顯的方向性和流動(dòng)性[1].宏觀(guān)角度下的信息結(jié)構(gòu)分析大多從功能性出發(fā),針對(duì)某一類(lèi)具體的應(yīng)用對(duì)象展開(kāi),研究的針對(duì)性強(qiáng)、差異性大,但普適性較弱.

數(shù)字界面中的用戶(hù)信息搜索由自上而下的控制型信息加工主導(dǎo),信息結(jié)構(gòu)通過(guò)作用于用戶(hù)的搜索路徑,間接影響用戶(hù)認(rèn)知過(guò)程中的注意、記憶、判斷和決策,這類(lèi)機(jī)制很難從宏觀(guān)角度進(jìn)行分析[8].此外,從宏觀(guān)角度研究信息結(jié)構(gòu)也很難規(guī)避圖元要素對(duì)用戶(hù)自下而上的感知型加工的影響[9-11].因此,本文提出從微觀(guān)角度出發(fā),分析信息結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素和作用機(jī)制,探討定量評(píng)估數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)方法的可行性.

1.1 信息元

信息元是信息結(jié)構(gòu)的基本功能單元,依據(jù)信息元在界面信息系統(tǒng)中的具體作用,可將其分為2類(lèi):

1) 目標(biāo)信息元.信息結(jié)構(gòu)中的目標(biāo)信息元是指能夠直接實(shí)現(xiàn)用戶(hù)目標(biāo)的界面功能單元.例如,視頻網(wǎng)站用戶(hù)想要觀(guān)賞某個(gè)視頻節(jié)目,該視頻就是目標(biāo)信息元;PS用戶(hù)需要使用“畫(huà)筆”工具,“畫(huà)筆”就是目標(biāo)信息元;手機(jī)用戶(hù)需要查詢(xún)天氣,App“天氣軟件”就是一個(gè)目標(biāo)信息元.目標(biāo)信息元是開(kāi)展搜索任務(wù)的動(dòng)機(jī)和終極對(duì)象.

2) 構(gòu)成信息元.信息結(jié)構(gòu)中的構(gòu)成信息元是指為了到達(dá)目標(biāo)信息元所經(jīng)歷的路徑節(jié)點(diǎn).以視頻網(wǎng)站為例,為了成功打開(kāi)某視頻,其搜索路徑依次經(jīng)過(guò)“首頁(yè)—分類(lèi)—?jiǎng)》N—地區(qū)—目標(biāo)視頻”,那么為了到達(dá)目標(biāo)信息元某視頻,信息結(jié)構(gòu)中必須引入4個(gè)原本并不存在的構(gòu)成信息元“首頁(yè)”、“分類(lèi)”、“劇種”和“地區(qū)”.因此,構(gòu)成信息元本身雖不具有實(shí)際的功能意義,但是它的存在卻使原本彼此獨(dú)立的目標(biāo)信息元之間具有了明顯的關(guān)聯(lián)屬性,形成一種整體效果.如果不存在構(gòu)成信息元,那么用戶(hù)從浩瀚的信息海洋中找到某一目標(biāo)信息元的概率極低,尤其當(dāng)用戶(hù)的自身訴求尚處于比較模糊的情況下,搜索路徑將會(huì)變得極不穩(wěn)定.構(gòu)成信息元與目標(biāo)信息元相結(jié)合形成不同的搜索路徑,形成了相應(yīng)的“信息流”[1].

信息元的確定與任務(wù)劃分的精度有關(guān),既可以細(xì)化到某類(lèi)或者某個(gè)功能信息,也可以精確到具體的操作步驟或者內(nèi)部控件.

1.2 信息元關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)

為了到達(dá)目標(biāo)信息元,構(gòu)成信息元與目標(biāo)信息元之間存在3種典型的關(guān)聯(lián)屬性——索引關(guān)系、平行關(guān)系和跳轉(zhuǎn)關(guān)系,分別對(duì)應(yīng)用戶(hù)同層(域)、逐層(域)和跨層(域)的搜索行為.

如圖1所示,在某數(shù)字界面信息系統(tǒng)中,以路徑1-3-18為例,信息元之間存在逐層的索引關(guān)系,而信息元2~17之間則構(gòu)成了同層的平行關(guān)系.信息元18和31與主界面1構(gòu)成了跨層的跳轉(zhuǎn)關(guān)系.通過(guò)分析2類(lèi)信息元與3類(lèi)關(guān)聯(lián)屬性,可對(duì)數(shù)字界面信息系統(tǒng)進(jìn)行清晰的結(jié)構(gòu)劃分.

圖1 集成化界面信息元關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)

2 數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)的有序度分析

界面信息元之間的索引關(guān)系構(gòu)成了信息結(jié)構(gòu)的縱向流,平行關(guān)系則構(gòu)成了信息結(jié)構(gòu)的橫向流,而跳轉(zhuǎn)關(guān)系的存在為原本形式單一的樹(shù)狀信息結(jié)構(gòu)增加了新的、更為豐富的信息層次.假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)的信息量不變,當(dāng)信息索引的層級(jí)變多,每層的平行信息就會(huì)減少,因此,索引關(guān)系和平行關(guān)系之間是互為消漲的.相應(yīng)地,信息系統(tǒng)中信息流動(dòng)的時(shí)效性和質(zhì)效性這2個(gè)主要指標(biāo)之間也會(huì)呈現(xiàn)出相互矛盾性.索引路徑增多使信息流通的路徑變長(zhǎng),構(gòu)成信息元數(shù)量增加而分義減少,這時(shí)信息流通的速度降低,但提高了信息獲取的質(zhì)量.相反地,如果減少索引層次,則必然會(huì)增加每層中處于平行關(guān)系的信息元的數(shù)量,這樣雖然流通時(shí)效性增強(qiáng),但信息分義點(diǎn)也會(huì)隨之增多,影響信息流通的質(zhì)量.張繼國(guó)等[12]針對(duì)管理組織架構(gòu)的運(yùn)行效率問(wèn)題給出了衡量系統(tǒng)效率的時(shí)效指標(biāo)和質(zhì)效指標(biāo).數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)也具有相似的組織特征,因此,本文應(yīng)用熵理論對(duì)信息結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià).

2.1 時(shí)效熵

2.2 質(zhì)效熵

2.3 有序度評(píng)價(jià)模型

從信息傳播的時(shí)效性和準(zhǔn)確性角度分別定義數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)的有序度.基于微觀(guān)態(tài)的信息熵理論,數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)的有效度可表示為

式中,α,β分別為時(shí)效和質(zhì)效關(guān)于信息結(jié)構(gòu)的權(quán)重系數(shù).R值越大,表明信息結(jié)構(gòu)越有效、越有秩序,其信息熵就越低;反之,R值越小,則表明信息結(jié)構(gòu)越無(wú)序、越混亂,其信息熵就越高.

3 數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)的有序度計(jì)算

3.1 有序度計(jì)算

本文選擇手機(jī)界面這一典型的數(shù)字界面為例進(jìn)行信息結(jié)構(gòu)有序度分析.隨著智能手機(jī)移動(dòng)端業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展,手機(jī)界面已經(jīng)成為與人類(lèi)日常生活關(guān)系極為密切的數(shù)字界面之一[13].手機(jī)界面的App布局與網(wǎng)頁(yè)界面、系統(tǒng)界面亦有相通之處,大眾認(rèn)知度高,可作為數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)的代表,其結(jié)論具有普適性.

設(shè)定手機(jī)界面需要同時(shí)呈現(xiàn)75個(gè)App應(yīng)用,通過(guò)分頁(yè)顯示、設(shè)置文件夾、添加快捷鍵等方式設(shè)計(jì)3種不同的信息結(jié)構(gòu),如圖2所示.結(jié)構(gòu)1由5個(gè)并列頁(yè)面和4個(gè)快捷鍵構(gòu)成;結(jié)構(gòu)2由1個(gè)主頁(yè)面、4個(gè)快捷鍵和7個(gè)文件夾構(gòu)成,每個(gè)文件夾中包含9個(gè)App;結(jié)構(gòu)3由2個(gè)并列頁(yè)面構(gòu)成,每個(gè)頁(yè)面均包含6個(gè)文件夾,內(nèi)部容納4~6個(gè)App不等,沒(méi)有快捷鍵.3種信息結(jié)構(gòu)的有序度計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示.

(a) 信息結(jié)構(gòu)1

(b) 信息結(jié)構(gòu)2

(c) 信息結(jié)構(gòu)3

Lij節(jié)路長(zhǎng)度r結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)2結(jié)構(gòu)3SrprSrprSrpr1801/222831/428891/4282712/222782/428872/428300633/428553/428注:Sr為r?節(jié)路個(gè)數(shù);pr為層間路的實(shí)現(xiàn)概率.

由表1和表2可知,結(jié)構(gòu)1的時(shí)效性最高,表明采用結(jié)構(gòu)1獲取目標(biāo)信息的路徑長(zhǎng)度最短.結(jié)構(gòu)2與結(jié)構(gòu)3因?yàn)榇嬖诖罅康奈募A,導(dǎo)致信息搜索過(guò)程中3節(jié)路的數(shù)量大大增加(63條和55條),需要頻繁地進(jìn)入和退出文件夾,時(shí)效性較差.而結(jié)構(gòu)2的質(zhì)效性相對(duì)于結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)3較高,表明結(jié)構(gòu)2搜索目標(biāo)信息的準(zhǔn)確度高.結(jié)構(gòu)2只有單頁(yè)面顯示,所有信息均存儲(chǔ)于相應(yīng)的文件夾內(nèi).本例中,取權(quán)重系數(shù)α和β的值為0.5,體現(xiàn)了評(píng)估數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)的基本準(zhǔn)則——快速、準(zhǔn)確.求得3種信息結(jié)構(gòu)的有序度分別為0.329 5,0.356 5和0.174 0.總體來(lái)看,結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2的有序度較高,結(jié)構(gòu)3的有序度較差.

表2 3種信息結(jié)構(gòu)的質(zhì)效性計(jì)算結(jié)果

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

依照上述信息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3種不同的Android手機(jī)界面.其中,App布局1由5個(gè)并列頁(yè)面和4個(gè)快捷鍵構(gòu)成,如圖3(a)所示.75個(gè)目標(biāo)信息元(App)分別呈現(xiàn)在5個(gè)頁(yè)面中,快捷鍵定位于手機(jī)界面底部,用戶(hù)可以通過(guò)點(diǎn)擊頁(yè)面下部的◎進(jìn)行頁(yè)面間的切換.

(a) 布局1

(b) 布局2

(c) 布局3

App布局2由1個(gè)主頁(yè)面、4個(gè)快捷鍵和7個(gè)文件夾構(gòu)成,每個(gè)文件夾中包含9個(gè)App,如圖3(b)所示.與結(jié)構(gòu)1不同,結(jié)構(gòu)2中只有1個(gè)主界面,用戶(hù)通過(guò)點(diǎn)擊文件夾進(jìn)入子頁(yè)面,通過(guò)點(diǎn)擊子頁(yè)面空白處可以返回主頁(yè)面.界面元素布局與快捷鍵圖標(biāo)均與結(jié)構(gòu)1設(shè)定差異明顯.

App布局3由2個(gè)并列頁(yè)面構(gòu)成,每個(gè)頁(yè)面均包含6個(gè)文件夾,內(nèi)部容納4~6個(gè)App不等,沒(méi)有快捷鍵設(shè)計(jì),如圖3(c)所示.結(jié)構(gòu)3有2個(gè)主頁(yè)面,用戶(hù)可以通過(guò)點(diǎn)擊頁(yè)面下部的◎進(jìn)行頁(yè)面間的切換;同時(shí)可以通過(guò)點(diǎn)擊文件夾進(jìn)入子頁(yè)面,通過(guò)點(diǎn)擊子頁(yè)面空白處可以返回主頁(yè)面.界面元素布局與結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2設(shè)定差異明顯.

10位同學(xué)參與手機(jī)可用性實(shí)驗(yàn),被試均為在校研究生,年齡在22~28歲,男女比例相當(dāng),視力或矯正視力正常,無(wú)色盲或色弱[14].實(shí)驗(yàn)分2天進(jìn)行,每天以1種順序在3個(gè)手機(jī)界面中查找目標(biāo)App,并點(diǎn)擊進(jìn)入.App序列運(yùn)用心理學(xué)軟件E-prime進(jìn)行呈現(xiàn),設(shè)定為“左鍵點(diǎn)擊”.被試在手機(jī)界面中找到App即點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵進(jìn)入下一張目標(biāo)App圖片.每天實(shí)驗(yàn)完成后,及時(shí)詢(xún)問(wèn)被試對(duì)3類(lèi)不同界面的搜索任務(wù)難度比較,劃分難、中等、容易3類(lèi),分別標(biāo)記為3,2,1分,請(qǐng)被試對(duì)3類(lèi)界面進(jìn)行打分.10名被試2次打分結(jié)果的平均值如圖4所示,結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2得分較高,總分上結(jié)構(gòu)1高于結(jié)構(gòu)2,結(jié)構(gòu)3表現(xiàn)最差.被試普遍認(rèn)為,結(jié)構(gòu)1沒(méi)有子文件夾跳進(jìn)跳出,直觀(guān)方便;結(jié)構(gòu)2信息分區(qū)有規(guī)律,比較容易記憶;結(jié)構(gòu)3介于兩者之間,搜索路徑相對(duì)較長(zhǎng),記憶效果差,總體耗時(shí)多.這與有序度計(jì)算結(jié)果也是一致的.

圖4 3類(lèi)布局的被試評(píng)價(jià)

4 結(jié)語(yǔ)

“熵”最初是熱力學(xué)的一個(gè)術(shù)語(yǔ),反映了組織、系統(tǒng)的混亂程度,如今已被廣泛運(yùn)用到信息學(xué)領(lǐng)域,反映了信息在傳遞過(guò)程中的不確定性.本文探討了在數(shù)字界面信息規(guī)劃的過(guò)程中,先從微觀(guān)結(jié)構(gòu)的有序度出發(fā)進(jìn)行事前定量分析,再進(jìn)一步開(kāi)展界面設(shè)計(jì)的可能性,從而避免完全依賴(lài)事后分析在人力和物力上的浪費(fèi).另一方面,微觀(guān)角度上的結(jié)構(gòu)分析最大限度地規(guī)避了構(gòu)圖特征對(duì)用戶(hù)認(rèn)知的影響,未來(lái)還將進(jìn)一步分析構(gòu)圖元素對(duì)控制型加工的影響,匹配人類(lèi)控制型加工與感知型加工并存的實(shí)際情況.復(fù)雜任務(wù)環(huán)境也是未來(lái)研究的方向之一,從而健全和完善數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和定量評(píng)估機(jī)制.

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Order degree analysis of digital interface microscopic information structure

Zhou Lei1Xue Chengqi1Wang Haiyan1Yingjie Victor Chen2Niu Yafeng1

(1School of Mechanical Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China)(2Purdue Polytechnic Institute, Purdue University, Indiana 47907, USA)

Aiming at the information fluency issue in the process of human-computer interaction, the entropy theory is used from the microscopic view to quantify the order degree of the information structure. First, it is pointed out that microscopic information structure comprises two types of information elements and three types of typical information relationship. Secondly, the time and quality entropy calculation method of the information structure is proposed for digital interface order degree evaluation. Finally, the smart phone interface as a typical digital interface is chosen to construct three types of different App layouts for the order degree calculation of the information structure. Cognitive experimental results show that the information structures with higher order degree are more intuitive, convenient, well partitioned, which makes recall more easy; while the structures with lower degree have complicated searching way, which makes recall more difficult and time-wasting. The order degree of the digital interface microscopic information structure has correlation with users’ cognitive performance, and thus it can be set as an evaluation index for the interface design.

digital interface; microscopic structure; order degree; time entropy; quality entropy

10.3969/j.issn.1001-0505.2016.06.017

2016-02-16. 作者簡(jiǎn)介: 周蕾(1985—),女,博士,講師;薛澄岐(聯(lián)系人),男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,ipd_xcq@seu.edu.cn.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71471037,71271053)、江蘇省自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(BK20150636)、東南大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(2242016K40132).

周蕾,薛澄岐,王海燕,等.數(shù)字界面微觀(guān)信息結(jié)構(gòu)的有序度分析[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,46(6):1209-1213.

10.3969/j.issn.1001-0505.2016.06.017.

TB472

A

1001-0505(2016)06-1209-05

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