Adaptive generator WIMP-interface for knowledge base editor based on an ontollogy.pdf Пользовательский интерфейс является неотъемлемым компонентом подавляющего большинства программного обеспечения (ПО). Его разработка достаточно трудоемка и, по оценкам различных специалистов, занимает не менее половины времени, требуемого на разработку ПО в целом [1, 2]. Разработчику интерфейса приходится учитывать требования пользователей, их опыт, предпочтения, контекст использования программного средства, знания стандартов разработки, руководство по стилю целевой платформы и т.п. Таким образом, качество пользовательского интерфейса целиком и полностью зависит от навыков и умений его разработчика. Поэтому актуальность исследований в области автоматизации разработки пользовательских интерфейсов с учетом большого количества факторов очевидна. Среди множества классов ПО выделяется особый класс - системы с базами знаний (СБЗ), которые в настоящее время активно используются для решения многих научных и практических задач; можно говорить о периоде зрелости данного класса систем. Несмотря на ряд успехов, достигнутых как российскими так и зарубежными коллективами, разрабатывающими инструменты для их проектирования, одной из острых остается проблема формирования базы знаний экспертами предметной области без посредников в лице инженеров знаний и программистов. Одним из решений этой проблемы является использование онтологического подхода. Существующие редакторы баз знаний, в том числе на основе онтологий - IWE, Protege, OntoEdit, GrOWL, Graphl, RDFGravity, WebVOWL, Ontolingua, OntoSaurus, OilEd, WebOnto, WebODE и др., предлагают пользователям различные интерфейсные решения. В большинстве из них интерфейс редактора основан на экранных формах (WIMP-интерфейс4). В некоторых редакторах интерфейс с помощью плагинов или встроенных средств может быть также расширен другими видами представлений (графовые структуры, графические схемы, таблицы и др.), которые реализуют, как правило, только просмотр информации; ее ввод и редактирование осуществляются с помощью WIMP-интерфейса как наиболее распространенного и интуитивно понятного. Однако, несмотря на разнообразие интерфейсных решений, они имеют «жесткий» интерфейсный стиль, не адаптирующийся к структуре содержимого, внутреннему или внешнему окружению, изменению типа пользователя, работающего с ПО, и тому подобному в соответствии с требованиями проектирования (стандартами юзабилити5). В то же время важность адаптивных технологий в области разработки интерфейсов активно обсуждается в литературе [3, 4], при этом во многих приложениях (компьютерных играх, ряде мобильных сервисов) именно адаптивные интерфейсные технологии позволили вывести их на новый уровень, благодаря умению «интеллектуально» подстроиться под каждые задачу и пользователя. Учитывая, что разработчиками баз знаний являются эксперты в предметной области (в соответствии с современным подходом к разработке интеллектуальных систем), имеющие разный уровень владения компьютерными технологиями, исследования в области создания пользовательских интерфейсов, учитывающих структуру исходных данных, устройство, платформу, предпочтения и особенности пользователя, для редакторов баз знаний и сложноструктурированных данных являются актуальными. Целью работы является описание концепции создания адаптивных генераторов пользовательских WIMP-интерфейсов по онтологии знаний. Описана архитектура программного средства и ее основные компоненты. 1. Концепция автоматизации разработки адаптивных редакторов баз знаний В настоящее время наиболее распространенным является подход к формированию баз знаний на основе онтологий. В работах [5-13] подробно обсуждаются преимущества такого подхода. В соответствии с ним на первом этапе инженер по знаниям создает онтологию предметной области (или онтологию знаний), используя язык описания онтологии, на втором - автоматически генерируется редактор знаний (по онтологии), и затем эксперт предметной области (возможно, с инженером по знаниям) формирует базу знаний [14-17]. При этом метод генерации интерфейса редактора по созданной онтологии является фиксированным. Таким образом, основной недостаток описанного подхода состоит в том, что интерфейс генерируется на основе онтологии по «жесткой схеме», встроенной в генератор редакторов (рис. 1). Рис. 1. Традиционный подход к генерации редакторов знаний Fig. 1. The traditional approach to generating knowledge editors Для устранения указанного недостатка предлагается новая концепция, основные положения которой заключаются в следующем: 1. Вводится множество абстрактных элементов интерфейса, т.е. элементов, которые решают определенные интерфейсные задачи (ввод строки или числа, выбор из множества, вывод строки или числа и т.п.), но не фиксируют конкретный интерфейсный элемент и его визуальное представление. 2. Для каждого абстрактного элемента интерфейса задается множество его адаптаций - возможных вариантов визуального представления. Каждому визуальному представлению соответствует некоторый элемент WIMP-интерфейса с набором параметров. При этом с каждым элементом адаптации (WIMP-элементом) связано условие его применимости, которое зависит от типа операционной системы, устройства, структуры информации, типа пользователя, его предпочтений, среды использования и других факторов. Учитывая, что интерфейсные элементы, знания о проектировании, платформы и устройства постоянно изменяются и должны непрерывно совершенствоваться, соответствие между абстрактными интерфейсными элементами и их адаптациями задается в базе знаний о проектировании интерфейса. 3. Модель интерфейса (модель задач). Модель интерфейса определяет иерархию, расположение и порядок отображения (абстрактных) интерфейсных элементов в процессе работы с сервисом с учетом выполнения программной логики. Модель интерфейса определяет предпочтения пользователя (интерфейсный стиль, тип диалога, уровень владения компьютером и пр.). Вся информация, полученная либо от пользователя, либо в процессе его работы с редактором (число ошибок, скорость работы, порядок внесения информации и др.) сохраняется. Если пользователь не задает начальную информацию, то используется система умолчаний, а адаптация осуществляется на основе динамической (полученной в процессе работы с пользователем) информации. 4. Разрабатывается генератор интерфейса, который по онтологии предметной области, базе знаний о проектировании интерфейса и модели интерфейса формирует пользовательский интерфейс и обеспечивает его адаптацию к пользователю в процессе формирования базы знаний. В соответствии с приведенными выше положениями концепции и современным подходом к разработке СБЗ необходимы следующие информационные ресурсы: 1. Онтология WIMP-элементов и сформированная по ней база (библиотека) WIMP-элементов, содержащая повторно используемое и расширяемое множество WIMP-элементов и их атрибутов, зависящих от платформы и устройства, а также специального (пользовательского) множества WIMP-элементов - реализаций для конкретной предметной области. 2. Онтология знаний о проектировании интерфейсов и база знаний о проектировании интерфейсов, соответствующая стандартам проектирования. 3. Онтология модели интерфейса. 2. Архитектура программного средства В соответствии с приведенной концепцией предлагается следующая схема генерации WIMP-интерфейсов редакторов знаний (рис. 2). Рис. 2. Формирование редактора с адаптивным WIMP-интерфейсом Fig. 2. Formation of an editor with adaptive WIMP-interface Формирование онтологии производится, как и в традиционном способе. Далее эксперт предметной области формирует модель интерфейса (указывает предпочтения пользователя, уровень владения компьютером, предпочтительный тип диалога и др.) либо дизайнер интерфейса задает в модели интерфейса общепринятые в предметной области способы представления информации. Этот этап может отсутствовать, тогда используется система умолчаний, при этом в процессе работы пользователя с редактором знаний модель интерфейса дополняется динамической информацией о пользователе (скорость работы, число ошибок, порядок действий и др.). Генератор редактора знаний по онтологии, модели интерфейса и базе знаний о проектировании интерфейса формирует пользовательский интерфейс и управляет им в процессе формирования базы знаний. Отдельным блоком системы является формирование базы знаний о проектировании интерфейса. База знаний разрабатывается на основе онтологии базы знаний по технологии создания онтологий, при этом используется библиотека WIMP-элементов, которая также формируется по соответствующей онтологии. 3. Онтология WIMP-элементов Для формального представления онтологий будет использоваться нотация языка ИРУО [17-18]. Онтология WIMP-элементов состоит из двух основных разделов: множество WIMP-элементов и множество стилей: Онтология WIMP элементов { ~copy WIMP-элементы {~ set WIMP -элемент { ~copy CSS-стили < Набор уникальных свойств> }} ~copy CSS-стили {~set CSS { ~copy selector {} ~copy body {} }} WIMP-элементы - это стандартные «оконные» интерфейсные элементы: Базовый элемент (Div), Текст (Text), Кнопка (Button), Текстовое поле ввода, Списки (пролистываемый, выпадающий) (List, Combobox), Вкладки (Tabs), Радио-кнопки (RadioGroup), Чек-боксы (CheckboxGroup), Ползунок (Slider), Пиктограмма (Picture). Структурно каждый из этих элементов состоит из некоторого набора уникальных для данного элемента атрибутов и стилей CSS. Онтология элементов WIMP{CnMCOK}^ ( = 'copy') (ref-new) # | | v ^ # T i- CSS {СПИСОК}^ (П 'listmm') (all) $ ► selector ( = 'copy') (ref-new) v ^ ► options ( = 'copy') (ref-new) Ж a описать элемент списка: © © © © © © T common elements {СПИСОК}^ ( = 'copy')(ref-new) ^ ^ \\ \\ X л v ^ {ft ► s~ Text ([*] 'listmm') (ref-new) v ^ ► s- Div([*] 'listmm') (ref-new) X л v ^ ► Button (['] 1 stmm') (ref-new) X л v ^ ► List ([*] I stmm') {ref-new} Ж a, v * ► Combobox (['] 'listmm') (ref-new) * w v ^ ► s« Radiobutton(['] 'listmm') (ref-new) * л v ^ ► Radiogroup WIMP-элемент ~set } WIMP-элемент - это ссылка на WIMP-элемент (с конкретными параметрами) из онтологии WIMP. - это множество вариантов применимости интерфейсного элемента в зависимости от условий: ~set Адаптация { ~copy ~copy < Реализация> } - это набор условий адаптации, при выполнении которых интерфейсный элемент получает параметры, указанные в блоке . Условия реализации определяются следующими факторами: устройство, данные, пользователь: ~copy Селектор адаптации { ~copy ~copy ~copy } определяет его тип (например, ПК, планшет, смартфон), операционную систему (например, Android, Windows, IOS) и размеры. содержит параметры, характеризующие внешнее или внутреннее окружение элемента, которое может влиять на представление данного элемента, например количество потомков. определяет параметры адаптации, зависящие от данных пользователя, который работает в настоящее время с интерфейсом. Данные пользователя могут быть динамическими (скорость работы, количество ошибок и др.) и статическими (возраст, особые запросы и особенности и др.). С каждым абстрактным элементом интерфейса может быть связано множество возможных интерфейсных элементов, как определенных разработчиками системы, так и разработанных пользователями. Список таких элементов был сформирован авторами данной работы на основе анализа литературы [2-4] и собственного опыта проектирования интеллектуальных интерфейсов [16-18]. Каждый абстрактный элемент задается своим именем и набором параметров (рис. 5): Рис. 5. Абстрактные элементы интерфейса Fig. 5. Abstract interface elements На рис. 6 приведен пример возможных реализаций для абстрактного элемента «ВЫБОР». Как видно из данного примера, выбор элементов может осуществляться с использованием нескольких возможных элементов WIMP-интерфейса: группой радиокнопок, группой чек-боксов, пролистываемым и раскрывающимся списками. Выбор конкретного элемента WIMP-интерфейса определяется данными (количеством элементов и особенностью их выбора - несовместный (единственный) выбор или совместный), типом пользователя (продвинутый или новичок) и т.д. Рис. 6. Возможные реализации WIMP-элементов для абстрактного интерфейсного элемента «ВЫБОР» Fig. 6. Possible implementations of WIMP-elements for the "SELECT" abstract interface element Абстрактным элементам соответствует не только множество конкретных WIMP-элементов, но и множество вариантов реализации каждого интерфейсного элемента для различных операционных систем и устройств (размеры экрана, возраст пользователя и др.) - адаптации. Если ни одна адаптация не удовлетворяет условиям, то необходим отдельный вариант адаптации интерфейсного элемента -некоторый WIMP-элемент по умолчанию. Интерфейсный элемент по умолчанию - это ссылка на любой описанный WIMP-элемент (с конкретными параметрами) из библиотеки WIMP-элементов. Условия в селекторе адаптации имеют свой приоритет. Приоритеты могут иметь значение в случае, когда выполнились все условия для двух или более селекторов, содержащих некоторые одинаковые параметры изменения в реализации WIMP-элемента. В таком случае будет выбран тот параметр, селектор которого имеет больший суммарный приоритет: приоритет селектора равен сумме приоритетов всех его условий. 5. Онтология модели интерфейса Онтология модели интерфейса хранит информацию следующих видов: 1. Пользовательская (информация, полученная от пользователя). 2. Динамическая (информация, полученная в процессе работы с сервисом). Онтология базы знаний о проектировании WIMP-интерфейса { ~copyПользователь { ... } ~copyДинамическая информация { ... } } Модель интерфейса определяет иерархию, расположение и порядок отображения (абстрактных) интерфейсных элементов в процессе работы с сервисом с учетом выполнения программной логики. Определяется отображение и поведение интерфейса в соответствии с индивидуальными характеристиками и предпочтениями пользователя сервиса. Пользователь сам заполняет данные о себе, вносит предпочтения. Если пользователь не задает начальную информацию, то используются параметры по умолчанию. Модель пользователя включает следующие компоненты: пол, возраст, образование и др. ~copy Пользователь { ~one -> Пол {Муж | Жен} ~one -> Возраст [integer] ~set -> Параметр { ~one -> Ключ [string] ~one -> Значение [string] } } Динамическая информация включает следующие виды данных: число ошибок, скорость работы, порядок внесения информации и др. ~copy Динамическая информация { ~one -> Число ошибок [integer] } Заключение Предложена концепция создания адаптивных генераторов пользовательских WIMP-интерфейсов по онтологии знаний. В статье описаны необходимые в концепции онтологии (онтология WIMP-элементов, онтология знаний о проектировании интерфейсов и онтология модели интерфейса) и соответствующие им базы знаний. Основной результат работы заключается в модификации подхода к формированию редакторов баз знаний и разработке концепции автоматизированного создания WIMP-интерфейса с использованием введенных абстрактных адаптивных элементов интерфейса, соотносящихся с элементами метаязыка и отображаемыми WIMP-элементами. В результате вместо фиксированного метода генерации интерфейса редактора предлагается адаптивный механизм, автоматически учитывающий изменяющиеся параметры реализации интерфейса: устройство, структуру информации, предпочтения пользователя.

Скачать электронную версию публикации