Лекция 16. Хранение и переработка информации оператором

1. Характеристики оперативной памяти

Приняв поступившую информацию, оператор так или иначе ее анализирует и преобразует. В процессах переработки информации решающая роль принадлежит памяти и мышлению.

В деятельности человека, управляющего машинами по приборам, в том или ином виде проявляются все основные формы памяти: кратковременная (непосредственная, или иконическая, и оперативная) и долговременная.

Оперативная память, обеспечивая решение текущих задач оператором, играет важную роль в его деятельности. Установлено, что часть ошибок операторов связана с процессами памяти, большое влияние она оказывает и на пропускную способность оператора.

Основными характеристиками оперативной памяти являются объем, точность и длительность сохранения информации. Объем оперативной памяти определяется тем количеством сигналов (стимулов), которые оператор способен запомнить после одного кратковременного предъявления. Необходимо различать объем памяти на статические и динамические сигналы. В первом случае оператор должен запомнить и воспроизвести неизменяемую последовательность сигналов. Объем памяти составляет при этом в среднем 5—9 символов, причем чем меньше длина алфавита символов, тем больше объем памяти, и наоборот.

Ввиду индивидуальных различий людей объем памяти является случайной величиной. Исследования показывают, что она подчинена биноминальному закону распределения, который в общем виде выражается формулой

(5.1)

где случайная величина х принимает значения в диапазоне от 0 до п, а вероятность Р₀ есть параметр закона распределения.

Особенностью применения биноминального закона в рассматриваемом случае является то, что объем памяти К принимает значения не от 0 до n, а в некотором интервале K_о … K_n. Для перехода к этому интервалу необходимо воспользоваться соотношениями

п= K_n - K_о, х=--К - K_о, х=К - K_о. (5.2)

Для нахождения параметра Р_о воспользуемся равенством, справедливым для биноминального закона:

х=п Р_о. (5.3)

Из этого условия с учетом выражений (5.2) получим

(5.4)

Подставляя выражения (5.2) и (5.4) в (5.1), получим закон распределения объема оперативной памяти

(5.5)

г де Р_K — вероятность того, что у данного оператора объем памяти равен К; К, Ко, Кn — соответственно среднее, минимальное и максимальное значения объема оперативной памяти, получаемые экспериментально для данных условий деятельности.

Рис. 5.1. Законы распределения

характеристик памяти:

a—объема памяти; б—длительности

сохранения информации

В качестве примера на рис. 5.1 показано изображение биноминального закона распределения объема памяти, полученное для значений Ко = 3, К = 5,54, Кn = 9. Точками здесь показаны значения Р полученные экспериментально, а сплошной линией — значения вероятности Р_K., рассчитанные по формуле (5.5). Как видно из рис. 5.1, совпадение экспериментальных и расчетных данных вполне удовлетворительное [см. 127].

Значительно меньше изучен объем памяти на динамические последовательности сигналов. В этом случае оператор должен не только хранить в памяти предъявляемую последовательность сигналов, но и следить за ее изменениями в соответствии с изменениями обстановки. Это имеет место при работе с динамичной информационной моделью. Исследования показывают, что объем памяти не превышает в этом случае 3—4 сигналов.

Другой важной характеристикой оперативной памяти является длительность сохранения информации. Физиологической основой процесса сохранения является способность нервных клеток определенное время сохранять изменения, возникающие под влиянием внешних воздействий. Эти изменения называются «следом» памяти, они постепенно затухают во времени. Безошибочное воспроизведение информации возможно, пока затухание «следа» не достигнет некоторого критического значения. Соответствующий этому промежуток времени и определяет время сохранения информации.

Проведенные исследования показывают, что это время в ряде случаев является случайной величиной, подчиненной закону равномерной плотности в интервале от 0 до τ_max. Ее среднее значение τ_xp 0,5 τ_max зависит от характера запоминаемой информации и условий деятельности и лежит в пределах от нескольких секунд до нескольких минут.

Графическое изображение закона распределения времени τ_xp приведено на рис. 5.1,6. Соответствующее ему математическое выражение имеет вид

(5.6)

Помимо объема памяти и длительности хранения информации важной характеристикой оперативной памяти является точность воспроизведения информации. Для ее количественной оценки используется вероятность безошибочного воспроизведения, которая по статистическим данным оценивается по формуле

(5.7)

где п и N — соответственно число правильно воспроизведенных и общее число предъявленных последовательностей.

Рассмотренные характеристики не являются строго постоянными величинами, они во многом зависят от характера запоминаемой информации и условий деятельности. Классификация объективных параметров, влияющих на продуктивность памяти, приведена на рис. 5.2. Все параметры объединены в четыре основные группы: информационные (0,48), структурно-пространственные (0,15), модальные (0,25), временные (0,12). В скобках указаны вероятностные оценки степени влияния параметров каждой группы на продуктивность памяти. Эти оценки получены на основании экспертного опроса.

I. Среди информационных параметров большое значение имеют:

1. Количество информации определяется степенью организации, упорядоченности, объема запоминаемого материала. В качестве численной меры для учета этих характеристик при изучении процессов памяти удобно использовать избыточность. Она позволяет сравнивать между собой сообщения, различные по форме и содержанию. Опыты показали положительное влияние избыточности на память человека (в отличие от памяти ЭВМ). Избыточность в разной форме (вероятностная, логическая) не просто приводит к увеличению объема памяти, количества усвоенной информации, но и к увеличению скорости запоминания, пропускной способности памяти. Вместе с тем следует отличать избыточную информацию от иррелевантной (не относящейся к ситуации). Последняя ухудшает продуктивность памяти.

2. Информативность символов. Она (в статистическом смысле) определяется вероятностью их появления. Установлено [см. 92], что лучше всего запоминаются символы, появляющиеся с наибольшей и наименьшей вероятностью (табл. 5.1). Это явление связано с общей способностью живых организмов более эффективно откликаться на более информативные (маловероятные, неожиданные) или хорошо известные (ожидаемые) раздражители.

Таблица 5.1 Зависимость продуктивности памяти от вероятности появления символов

Показатель, %	Вероятность появления символа
	0,60	0,13	0,07	0,06	0,05	0,04	0,03	0,02
Правильное воспроизведение	92	67	66	63	51	77	78	92
Ошибки	2	13	15	18	19	10	11	8
Отказы	6	20	19	19	30	13	11	0

3. Способ кодирования предъявляемой информации. Здесь большое значение имеет величина, структура и мерность алфавитов, из которых выбираются символы для кодирования информации. Эти вопросы специально рассмотрены в гл. 9.

II. К структурно-пространственным параметрам относится способ организации предъявляемого материала (в виде последовательности или формуляра). В обоих случаях на продуктивность памяти влияет степень 1) его компактности и 2) характер группировки. Установлено, что формулярный способ предпочтительнее, потому что он обеспечивает возможность «привязки» предъявляемого материала к определенным знакоместам, что позволяет, в свою очередь, перенести часть информационной нагрузки на этот параметр предъявления (подробнее см. гл. 9).

На качество запоминания оказывает влияние также место, занимаемое тем или иным символом в предъявленной последовательности. Особенно большое значение это имеет в том случае, когда длина п предъявляемой последовательности превышает объем памяти. Установлено, что в этом случае большую вероятность ошибочного воспроизведения имеют символы, расположенные в середине предъявленной последовательности. Символы, находящиеся в начале и особенно в конце последовательности, воспроизводятся с меньшим количеством ошибок (рис. 5.3).

У

Рис. 5.3. Зависимость вероятности правильного воспроизведения от места символа в предъявленной последовательности

казанное обстоятельство следует учитывать при организации предъявления информации: наиболее важная информация долж-на располагаться в начале или в конце предъявляемой последовательности симво-лов [см. 57].

III. Модальность сигнала. Гораздо меньше, чем другие, изучены вопросы влияния на продуктивность памяти различий в модальности принимаемых сигналов. Считается, что при прочих равных условиях продуктивность зрительной памяти выше, чем слуховой. Это обусловлено тем, что по зрительному входу сигналы поступают параллельно, а по слуховому — последовательно. Последнее ограничивает возможности слуховой памяти.

IV. Временные параметры сигналов Из них наибольшее влияние на продуктивность памяти оказывает 1) длительность экспозиции и 2) характер предъявления (одновременный или последовательный). В качестве примера на рис. 5.4 показаны зависимости вероятности Р_пам правильного воспроизведения информации от указанных факторов. При этом сплошными линиями показаны значения вероятности Р_пам при последовательном, а пунктирными линиями — при одновременном предъявлении информации.

На основании рассмотренного материала можно провести описание процессов памяти. В деятельности оператора участвуют различные виды памяти: кратковременная (она зачастую выступает и как оперативная) и долговременная. Вновь поступающая информация направляется в оперативную память, имеющую вполне определенный (для данного человека) объем К. Информация сохраняется в оперативной памяти в течение времени τ_xp, определяемого длительностью следа памяти.

Р ис. 5.4. Зависимость вероятности правильного воспроизведения от длительности предъявления символа τ_c и длины n их последовательности

В случае, если объем поступившей информации превышает объем памяти или время хранения больше длительности следа, часть информации с некоторой вероятностью Р_дп направляется в долговременную память, остальная информация теряется. Вероятность Р_дп зависит от длины последовательности сигналов, его места в последовательности, длительности хранения информации и т. д.

Время обработки информации с участием долговременной памяти больше, чем с участием только оперативной памяти. Оно различается на величину τ_п — время поиска информации в долговременной памяти. Общее время обработки информации в этом случае равно

τ_дп = τ_кп + τ_п

где τ_кп — время обработки информации в кратковременной памяти.

Таким образом, объективными критериями для определения объема и длительности следа памяти является значимое увеличение (в статистическом смысле) количества ошибок и времени обработки информации. Это увеличение свидетельствует о переходе от оперативного к долговременному хранению информации. Для регистрации этого положения используются косвенные методы инженерно-психологических измерений характеристик памяти (подробнее см. гл. 13). Индикантом измерений служит вероятность Р_пам или время обработки информации.

Нагрузка на оперативную память особенно велика при решении оператором задачи упорядочивания объектов. Для оценки времени решения такого рода задач получена следующая эмпирическая зависимость:

t (х, у) == 0,174ху + 0,056л- — 0,28у + 1,

где t (х, у} — время, затрачиваемое на один объект; х — число упорядочиваемых объектов; у — число параметров объектов.

Р ис. 5.5. Изменение времени (t), затрачиваемого при упорядочении объектов, в зависимости от увеличения общего количества объектов (х) и числа учитываемых параметров (у) у каждого из них

При заданном числе параметров зависимость t от х выражается прямой линией (рис. 5.5). Угол наклона прямой изменяется вполне закономерно при увеличении числа параметров. При соответствующей тренировке влияние числа параметров на время решения задачи упорядочивания может быть снято. Анализ процесса тренировки показывает, что у испытуемых формируются более экономные маршруты поиска и упорядочивания, происходит автоматизация мнемических действий. В ходе такой тренировки формируются все более и более крупные оперативные единицы памяти [см. 115].

Знание рассмотренных характеристик памяти имеет большое значение при изучении деятельности оператора, связанной с приемом, переработкой и дальнейшей передачей информации. Практическое применение их рассмотрим на таком примере. Оператор при работе за пультом управления должен помнить четыре характеристики управляемого объекта на протяжении 5 с. Время обслуживания информации оперативной памятью составляет τ_кп , при обращении к долговременной памяти на поиск информации дополнительно затрачивается время τ_п = 0,2τ_кп. Характеристики оперативной памяти (объем и время сохранения информации) подчиняются законам распределения, показанным на рис. 5.1. Требуется определить вероятность безошибочного обслуживания информации, а также среднее время обслуживания.

Для решения задачи воспользуемся проведенным ранее описанием процессов памяти. Вероятность включения в работу долговременной памяти равна

P_дп= 1 - (l –r₁) (1 - r₂). 122

где r₁— вероятность переполнения оперативной памяти; r₂ — вероятность затухания следа памяти.

С учетом выражений (5.5) и (5.6) эти вероятности равны

Тогда вероятность совершения ошибки при перегрузке оперативной памяти равна

P_ош = (1 – Q) Р_дп = (1 - Q) [1 - (1 – r₁) (l - r₂)]. (5.9)

Среднее значение времени обслуживания находится как средневзвешенное значение величин τ_кп и τ_п + τ_кп:

τ_обсл = (1 - P_дп) τ_кп + P_дп (τ_дп + τ_кп) - (5.10)

Подставляя полученные значения ri и п в выражения (5.9) и (5.10), получим искомые характеристики

Р_ош = 0,08 (l-Q) τ_обсл = 1,016 τ_кп.

Рассмотренный пример показывает один из возможных подходов практического использования характеристик памяти при инженерно-психологической оценке системы «человек — машина», в частности при оценке надежности и быстродействия человека-оператора.