PAC模型在人機(jī)智能交互系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫溫穩(wěn)

（鄭州師范學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南鄭州　450044）

PAC模型在人機(jī)智能交互系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫溫穩(wěn)

（鄭州師范學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南鄭州450044）

隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，以用戶為中心的問題越來越受到人們的關(guān)注。相應(yīng)的，以用戶界面為基礎(chǔ)的人機(jī)交互系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜，越來越龐大。基于此，介紹多智能體的交互式系統(tǒng)概念模型PAC，同時(shí)引入具體的實(shí)例來介紹如何使用PAC模型實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互系統(tǒng)。

PAC；人機(jī)交互系統(tǒng)；用戶界面

目前軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)已成為一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。盡管一次性特別開發(fā)的軟件可以適用于拋棄型原型，但是現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地認(rèn)識(shí)到可以將建筑設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)引入到軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)中。如今的人們?cè)絹碓匠缟凶匀唬@也使得用戶界面的開發(fā)備受關(guān)注和重視。人機(jī)交互（HCI）的早期界面的開發(fā)源于用戶的需求或目標(biāo)系統(tǒng)提出的要求。對(duì)于越來越大型、越來越復(fù)雜的系統(tǒng)來說，軟件體系結(jié)構(gòu)建模已經(jīng)成為一個(gè)中心問題。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，結(jié)合軟件設(shè)計(jì)中以用戶為中心的思想，使得帶有一部分用戶界面的交互系統(tǒng)越來越龐大和復(fù)雜。在這一領(lǐng)域，許多體系結(jié)構(gòu)框架已被規(guī)范地引用。

1　人機(jī)交互系統(tǒng)現(xiàn)狀

新興交互技術(shù)隨著科技的發(fā)展變得越來越復(fù)雜，其主要包括：①群件，即系統(tǒng)允許多個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)一個(gè)常見的任務(wù)，而用戶之間傳遞信息跨越了時(shí)間和空間的限制，可以面對(duì)面進(jìn)行交互，也可以異步交互，用戶所處的位置可以是遠(yuǎn)距離的或者相鄰近的；②多通道交互，即用戶接口，支持多種形式的互動(dòng)，如語音和手勢(shì)識(shí)別的組合；③虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，指系統(tǒng)使用戶陷入一個(gè)模擬的世界；④增強(qiáng)或混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，匯集了真實(shí)世界的信息處理；⑤情境交互和上下文感知計(jì)算，為用戶提供建立在目前的互動(dòng)背景下的相關(guān)信息，如位置和照明條件等；⑥普及高等教育，比如一般人包括殘疾人可以在任何地方、任何時(shí)間、任何設(shè)備（電腦終端、手機(jī)等）訪問計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)［1］。

目前對(duì)于基于場(chǎng)景的軟件體系結(jié)構(gòu)分析方法已被用于許多領(lǐng)域，如面向?qū)ο笠约霸谌藱C(jī)交互中測(cè)試任務(wù)模型和用戶界面的外部規(guī)范。場(chǎng)景的設(shè)定必須覆蓋所有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的利益相關(guān)者以各自的角度參與設(shè)計(jì)過程（如終端用戶、開發(fā)人員、維護(hù)人員等）。有了軟件架構(gòu)開發(fā)的一般原則的總結(jié)研究，我們現(xiàn)在考慮交互式系統(tǒng)的具體情況。我們關(guān)注最多的并廣泛應(yīng)用的2個(gè)重要模型即Seeheim模型和Arch模型，它們的引入及一系列緊隨其后的模型，滿足了越來越多的需求。而本文主要討論的是面向?qū)ο蟮挠脩艚缑娼换サ哪Ｐ蚉AC（Pre?sentation-Abstraction-Control）模型，也被稱之為多智能體的交互式系統(tǒng)概念模型。

2　PAC模型簡介

PAC（表示、抽象、控制）體系結(jié)構(gòu)模式以合作agent即代理的層次形式定義了交互軟件系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)。每個(gè)agent負(fù)責(zé)應(yīng)用程序功能的某一特定方面，并且由表示、抽象和控制3個(gè)組件構(gòu)成。這種細(xì)分將agent的人機(jī)交互與其功能內(nèi)核和它與其他agent的通信分隔開來。其中，P（表示）用于定義用戶的輸入和應(yīng)用的輸出行為；A（抽象）提取對(duì)應(yīng)于功能的語義信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用要完成的功能；C（控制）負(fù)責(zé)對(duì)話控制并維護(hù)表示和抽象的一致性，同時(shí)也負(fù)責(zé)溝通其他代理之間的依賴關(guān)系。PAC模型以樹狀層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建立交互式應(yīng)用層次。PAC agent共分三層：頂層PAC agent、底層PAC agent和中層PAC agent。頂層agent負(fù)責(zé)系統(tǒng)的核心功能，即用于實(shí)現(xiàn)交互系統(tǒng)中與應(yīng)用有關(guān)的功能。底層agent表達(dá)了獨(dú)立的語義概念，用于實(shí)現(xiàn)與終端用戶的交互，除了顯示數(shù)據(jù)還可以接收用戶輸入數(shù)據(jù)。中層agent則是負(fù)責(zé)溝通底層和頂層agent。有一點(diǎn)需要注意，中層有可能還可以再劃分層次，所以它不一定用于和底層直接通信。

3　PAC模型在實(shí)際中的應(yīng)用

在實(shí)際的教學(xué)工作中，MAC的運(yùn)用比較多，尤其在動(dòng)態(tài)的網(wǎng)站設(shè)計(jì)中，PAC模式涉及較少。為了讓學(xué)生更容易理解或者更容易使用PAC模式，并且運(yùn)用到實(shí)際的項(xiàng)目中，可以設(shè)計(jì)相對(duì)簡單的一些項(xiàng)目，讓學(xué)生一步步按照要求去做，從而達(dá)到逐步了解并應(yīng)用PAC模式的目的。這個(gè)項(xiàng)目的目的主要是讓學(xué)生手動(dòng)編程來實(shí)現(xiàn)對(duì)PAC模式的應(yīng)用，具體來說，即是在實(shí)踐項(xiàng)目中如何創(chuàng)建一個(gè)PAC的架構(gòu)，代理之間如何通信，外部的消息如何傳遞到代理的內(nèi)部。為了解決以上問題，在這個(gè)項(xiàng)目中，將創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用程序用于實(shí)現(xiàn)理想氣體公式（PV=NRT）。這個(gè)應(yīng)用程序模擬一個(gè)密封的1m3體積的玻璃球，即V=1m3，其中有許多摩爾的理想氣體，這種氣體有一定的溫度和壓力。應(yīng)用程序目的是實(shí)現(xiàn)當(dāng)其中的某個(gè)值發(fā)生變化，則會(huì)引起其他這些值發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)然要設(shè)計(jì)一個(gè)界面，用于顯示攝氏溫度、壓強(qiáng)、摩爾數(shù)的數(shù)值。

為了降低實(shí)現(xiàn)的難度，可以一步步來完成這個(gè)項(xiàng)目。第一步，先創(chuàng)建第一個(gè)代理，可稱之為溫度代理，它允許用戶輸入溫度，單位是開爾文。界面可以設(shè)計(jì)的簡單一些，只保留一個(gè)標(biāo)簽和一個(gè)文本框，用來輸入單位是開爾文的溫度即可，我們現(xiàn)在有一個(gè)溫度管理代理的概念。接下來將顯示的溫度更改為攝氏度，那么我們需要提供什么樣的變化，如何進(jìn)一步修改代碼呢？第二步，需要添加一個(gè)方法能夠?qū)崿F(xiàn)溫度單位從攝氏度到開爾文的改變。當(dāng)輸入一個(gè)初始的攝氏溫度后，在PAC模式中，會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)值從P開始傳遞到C，最后從A中得到最后的結(jié)果。當(dāng)然我們需要添加相應(yīng)的方法來支持這種消息的傳遞。第三步，設(shè)計(jì)二個(gè)窗口，一個(gè)窗口中可輸入攝氏溫度值，另一個(gè)窗口中可輸入開爾文溫度值，用戶可以修改任意一個(gè)窗口的溫度值，那么另一個(gè)窗口的溫度值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。在這一步中，需要兩層代理來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

圖1　PAC工作原理

我們假定在開爾文的溫度窗口中輸入新的溫度，這個(gè)溫度由底層開爾文溫度代理的P傳遞到開爾文溫度代理的C（Etape.K）再傳遞到上層代理的C（Etape），再由它將數(shù)值傳遞到攝氏溫度代理的C（Etape.C），最后傳遞到攝氏溫度代理的P，最終可在另外一個(gè)窗口顯示出對(duì)應(yīng)的攝氏溫度。對(duì)于頂層代理中的A用于保存?zhèn)鬟f過去的值。如果在顯示攝氏溫度的窗口中改變溫度數(shù)值，那么數(shù)據(jù)傳遞的方向正好與上述相反。最后一步，構(gòu)建應(yīng)用程序管理PV=NRT公式，其中壓力表示為Pa，體積為m3，溫度為K。這一步驟中除了溫度值外，同時(shí)還要顯示壓力值和摩爾數(shù)，這就需要建立三層代理來實(shí)現(xiàn)具體的操作。頂層為總的代理包括A和C；中層需要添加3個(gè)代理，即攝氏開爾文溫度代理（上一步中的總代理）、壓力的代理和摩爾數(shù)的代理；底層代理就是攝氏溫度的代理包括P和C，在P中可以輸入相應(yīng)的攝氏溫度值，在程序內(nèi)部將溫度轉(zhuǎn)換成開爾文，并且顯示出來最終的壓力值和摩爾數(shù)值。

4　結(jié)語

現(xiàn)今的軟件設(shè)計(jì)中，MVC的運(yùn)用比較廣泛，但與之相比，PAC模型有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。PAC agent將應(yīng)用功能與輸入行為和輸出行為都封裝在一個(gè)對(duì)象中，使用一個(gè)獨(dú)立的控制器來保持應(yīng)用語義和用戶界面之間的一致性，這種將控制器獨(dú)立起來的思想，更符合UIMS的設(shè)計(jì)思想，可用來實(shí)現(xiàn)用戶界面不同的功能。PAC模式很容易支持多任務(wù)和分布式。各個(gè)agent之間的耦合降到很低，所以變化和擴(kuò)展都很容易。再者，它也不基于任何一種編程的環(huán)境，便于廣大軟件編程人員的使用。

［1］Jo?lle Coutaz.Software architecture modeling for user inter?faces［M］.Wiley：Encyclopedia of Software Engineering，1993.

Application of PAC Model in Human Computer Intelligent Interaction System

Sun Wenwen
（Information Science&Technology College，Zhengzhou Normal University，Zhengzhou Henan 450044）

With the development of computer technology，user-centered problem get the attention of people more and more.The user interface portion of interactive systems is also becoming increasingly complex and large.Based on this，the concept model of multi agent interactive system PAC was introduced，and the concrete examples to introduce how to use the PAC model to realize the human-computer interaction system was introduced.

PAC；interactive system；user interface

TP31

A

1003-5168（2016）08-0029-02

2016-07-23

孫溫穩(wěn)（1974-），女，碩士，助理經(jīng)濟(jì)師，研究方向：人工智能。