Aufgabe - Zentrum Mensch-Maschine-Systeme

Modellierung und Simulation in Mensch-Maschine-Systemen II
L. Urbas, 6.6.2005
Modellierungsprojekt ACT-R/PM
Teil 1 – Einstieg in die Modellierung in ACT-R/PM
Aufgabenstellung
Für den D2-Drive-Aufmerksamkeitstest, den Sie bereits als GOMS-Modell abgebildet haben,
sind in dem ACT-R/PM Modellierungsprojekt verschiedene Modelle zu entwickeln, die
Micro-Strategien der Nutzer abbilden. Als Ausgangspunkt der eigenen Arbeiten dient ein im
Anhang beigelegtes Modellfragment, dessen Abschnitte in diesem Dokument im Anschluss
an die Aufgabenstellung kurz erläutert werden.
Aufgabe 1: Ergänzen Sie das Modell um eine Strategie zum Erkennen, ob das dargestellte
Muster zur Klasse D2 gehört.
Aufgabe 2: Ergänzen sie das Modell um eine Strategie zur Eingabe einer Antwort per
Tastatur. Hierzu wird das Motor-Modul über den manual-buffer veranlasst eine Taste zu
drücken:
(P respond
=goal>
…
=manual-state>
ISA module-state
modality free
==>
+manual>
ISA press-key
key =letter
=goal>
…
)
Aufgabe 3: Ergänzen sie das Modell derart, dass es sowohl D2a als auch D2b bearbeiten kann
Aufgabe 4 (optional): Ergänzen sie das Modell um Programmlogik zur Reaktion auf einen
Tastendruck. Benutzen Sie dazu folgendes Fragment und das AGI Handbuch, dass Sie unter
y:\musimms\doku\AGI.pdf finden.
(defmethod rpm-window-key-event-handler ((win rpm-window)
key)
(setf *response* (string key))
[ your code ...]
(when *actr-enabled-p* (pm-proc-display)))
Viel Erfolg
Erläuterungen zum Modellfragment
Das weiter zu entwickelnde Modell implementiert eine mögliche Strategie zum Ablesen der
Information vom Bildschirm. Es besteht aus mehreren Abschnitten, die im Folgenden kurz
erläutert werden. Der vollständige Modell-Code ist im Anhang beigefügt.

Modellierung und Simulation in Mensch-Maschine-Systemen II
L. Urbas, 6.6.2005
Steuerung des Experiments
(defun xp () (let* ( … )))
Mit diesem Abschnitt wird eine Funktion zur Ausführung des Experiments definiert. Die
Funktion erzeugt zunächst die Elemente für ein ACT Graphical Interface (AGI), ein Fenster
(open-exp-window) und die dazugehörigen Textelemente (add-text-to-expwindow).
Das Ergebnis ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1. AGI Fenster für den D2a
Die anschließenden Zeilen dienen der Vorbereitung und dem Starten des Experiments.
Eine weiterführende Beschreibung findet sich in der AGI-Dokumentation unter
y:\musimms\doku\AGI.pdf
Benutzermodell
Allgemeine Modellparameter
Zunächst werden Reste vorheriger Modelle gelöscht (clear-all) und das PM-System
zurückgesetzt (pm-reset). Der Abschnitt (sgp :v t …) definiert verschiedene interne
Parameter der ACT-R Laufzeitumgebung (Siehe auch y:\musimms\doku\ACT-
R5parameters.pdf).
(pm-set-params :show-focus t :real-time t) definiert schließlich, dass das
System in Echtzeit bearbeitet werden soll und der Fokus der Aufmerksamkeit in dem mit der
Funktion xp definierten Fenster angezeigt werden soll.
Deklaratives Gedächtnis
Dir Produktionen des Modells benötigen ein Gedächtniselement vom Typ read-pattern.
Chunks dieses Typs enthalten slots zur Definition des Aufmerksamkeitsfokus (xstart xend
ystart yend), welcher Teil des Musters gerade gelesen werden soll (part), welche Version des
D2 bearbeitet wird (d2version), sowie eine Größe zur Steuerung der Bearbeitungssequenz
(state).
Mit dem Befehl (add-dm (goal isa read-pattern xstart 50 xend 60
ystart 10 yend 20 part center state find d2version a)) wird dem
Gedächtnis ein Element zugefügt, dass den Fokus auf die mittlere zeile (d oder p) des dritten
Element setzt.
Produktionen
Das eigentliche Modell besteht aus fünf Produktionen:
find-pattern: Richte den Fokus auf den mit xstart, xend, ystart und yend gegebenen
Bereich, ändere state zu attending

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attend-pattern: Richte Aufmerksamkeit auf den fokusierten Bereich, ändere state zu
encode
encode-pattern-center: Verarbeite wahrgenommenes Muster, richte den fokus auf
den nächsten bereich, ändere state zu encode und part zu upper
encode-pattern-upper: Verarbeite wahrgenommenes Muster, richte den fokus auf den
nächsten bereich, ändere state zu encode und part zu lower
encode-pattern-lower-d2version-a: Verarbeite wahrgenommenes Muster, richte
den fokus auf den nächsten bereich, ändere state zu encode und part zu center
Anfangsziel
Das Ziel ist ein „beliebiges“ Element des deklarativen Gedächtnisses und wird mit der Zeile
(goal-focus goal) gesetzt.
Ablauf des Modells
Starten und Ausführen des Modells
1) ACT-R starten (Start Environment.exe)
2) Über Kommandofenster das Modelle Laden oder Öffnen (Siehe
y:\musimms\doku\EnvironmentManual.pdf)
3) In Listenerfenster (xp) mit Klammern eingeben und per return-Taste abschicken
Sequenz der Produktionsaufrufe
Tabelle 1 zeigt das Muster des Ablaufs. Find-Pattern wird am Anfang ausgewählt,
anschließend wiederholt sich eine Sequenz von Attend-Pattern / Encode-Pattern Paaren die
durch den Inhalt des part-slots gesteuert werden. Nach Zeile 7 wiederholen sich die Zeile 2
bis 7 bis das Programm beendet wird.
Tabelle1 Sequenz der Ausführung von Produktionen.
Lfd.Nr. Time Production
1 0.050 Find-Pattern
2 0.100 Attend-Pattern
3 0.235 Encode-Pattern-Center
4 0.285 Attend-Pattern
5 0.420 Encode-Pattern-Upper
6 0.470 Attend-Pattern
7 0.555 Encode-Pattern-Lower-D2version-A
9 0.655 Attend-Pattern Fired
10 0.790 Encode-Pattern-Center Fired
11 0.840 Attend-Pattern
u.s.w.

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Zustände des Goal Buffers
In Abbildung 2 sind die verschiedenen Zustände des Zielbuffers vom Typ read-pattern
dargestellt. Im Startzustand (schwarzer Kreis) ist der slot state mit find belegt, lediglich die
Produktion find-pappern kann angewandt werden. Sie modifiziert den slot state auf attending,
das schränkt die Auswahl der anwendbaren Produktionen auf attend-pattern ein. Attendpattern
ändert state zu encode, das schränkt die Auswahl auf die drei Produktionen encodepattern-lower,
encode-pattern-upper und encode-pattern-center ein (im Bild sind der
übersichlichkeit halber nur encode-pattern-lower und encode-pattern-center eingezeichnet).
Die Auswahl aus diesen dreien geschieht über die Belegung des slots part.
Abbildung 2 Zustände des Zielbuffers read-pattern

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Anhang 1 Modellfragment
;;; xp creates the AGI window and triggers the execution of the user model
(defun xp ()
(let*
;; open AGI window with title "D2-DIS a", height and with 150
;; and store handle in symbol window
((window (open-exp-window "D2-DIS a" :height 150 :width 150)))
)
)
;; add 15 text elements
(add-text-to-exp-window :text "''" :x 10 :y 0)
(add-text-to-exp-window :text "d" :x 10 :y 10)
(add-text-to-exp-window :text " " :x 10 :y 20)
(add-text-to-exp-window :text " " :x 30 :y 0)
(add-text-to-exp-window :text "p" :x 30 :y 10)
(add-text-to-exp-window :text " " :x 30 :y 20)
(add-text-to-exp-window :text "o" :x 50 :y 0)
(add-text-to-exp-window :text "z" :x 50 :y 10)
(add-text-to-exp-window :text "u" :x 50 :y 20)
(add-text-to-exp-window :text " " :x 70 :y 0)
(add-text-to-exp-window :text "p" :x 70 :y 10)
(add-text-to-exp-window :text "''" :x 70 :y 20)
(add-text-to-exp-window :text "''" :x 90 :y 10)
(add-text-to-exp-window :text "p" :x 90 :y 20)
(add-text-to-exp-window :text " " :x 90 :y 30)
(reset) ;; reset subsymbolic layer of ACT-R/PM
(pm-install-device window) ;; install window
(pm-proc-display) ;; display installed window
(pm-run 20) ;; run the model for 20 seconds
(clear-all) ;; clear all previous productions and dm elements
(pm-reset) ;; reset the pm system
(sgp
:v t ;;; be verbous, i.e. show traces as specified
;:act t ;;; enable trace of computation of chunk activation
;:pt t ;;; enable production trace
;:gt t ;;; enable goal trace
;:ct t ;;; enable chunk trace
;:dmt t ;;; declaratve memory trace
;:LF 0.05 ;;; Latency Factor
:ESC t ;;; Enable Subsymbolic Computation
:egs 0.1 ;;; expected gain noise
;:AL 0.2 ;;; Associative Learning
;:BLC 0.1
;:EPL nil
)
(pm-set-params :show-focus t :real-time t)
;;;;;;;;;;;;;;;;; to convert model to xml uncomment this line
;; (load #p"y:/musimms/act-r-lu/lisp2xml.lisp")

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(chunk-type read-pattern
xstart ;; left border of region of interest
xend ;; rigth border of region of interest
ystart ;; upper border of region of interest
yend ;; lower border of region of interest
part ;; current part of the pattern (center, upper, lower)
d2version ;; d2 version (a,b,c)
state ;; current state of the sequence of action
)
;; declarative memory
(add-dm
;; our goal - we start at the center of the middle element
(goal isa read-pattern xstart 50 xend 60 ystart 10 yend 20 part center
state find d2version a)
)
;;;;;;;;;;;;;;;;;
(P find-pattern ;; prepare to attend on center pattern
=goal>
isa read-pattern
state find
xstart =xs
xend =xe
ystart =ys
yend =ye
==>
+visual-location>
isa visual-location
screen-x (within =xs =xe)
screen-y (within =ys =ye)
=goal>
state attending
)
(P attend-pattern ;; attend to "found" visual-location
=goal>
isa read-pattern
state attending
=visual-location> ;; if visual-location is there
isa visual-location
=visual-state> ;; if the visual system is free
isa module-state
modality free
==>
=goal>
state encode
+visual> ;; get object at that place
isa visual-object
screen-pos =visual-location
)
(P encode-pattern-center
=goal>
isa read-pattern
state encode
part center
xstart =xs
xend =xe
ystart =ys
yend =ye
=visual>
isa text
value =text

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==>
=goal>
state attending
part upper
!output! ( "encoded center part as ~A" =text )
+visual-location>
isa visual-location
screen-x (within =xs =xe)
screen-y (within (- =ys 10) (- =ye 10))
)
(P encode-pattern-upper
=goal>
isa read-pattern
state encode
part upper
xstart =xs
xend =xe
ystart =ys
yend =ye
=visual>
isa text
value =text
==>
=goal>
state attending
part lower
!output! ( "encoded upper part as ~A" =text )
+visual-location>
isa visual-location
screen-x (within =xs =xe)
screen-y (within (+ =ys 20) (+ =ye 20))
)
(P encode-pattern-lower-d2version-a
=goal>
isa read-pattern
state encode
part lower
d2version a
xstart =xs
xend =xe
ystart =ys
yend =ye
=visual>
isa text
value =text
==>
=goal>
;; eigentlich state response, hier aber erst mal zum nächsten item
state attending
part center
!output! ( "encoded lower part as ~A" =text )
+visual-location>
isa visual-location
screen-x (within =xs =xe)
screen-y (within =ys =ye)
)
(P encode-pattern-lower-d2version-b
=goal>
isa read-pattern
state encode

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part lower
d2version b
xstart =xs
xend =xe
ystart =ys
yend =ye
=visual>
isa text
value =text
==>
=goal>
;; eigentlich state response, hier aber erst mal zum nächsten item
state attending
part center
!output! ( "encoded lower part as ~A" =text )
+visual-location>
isa visual-location
screen-x (within (+ =xs 20) (+ =xe 20))
screen-y (within =ys =ye)
)
(goal-focus goal)