圖書(shū)館信息服務(wù)質(zhì)量評(píng)估的建模與分析

●陳 燕（南京政治學(xué)院 上海分院信息管理系，上海 200433）

1 信息服務(wù)質(zhì)量的定量評(píng)估模型

信息服務(wù)質(zhì)量是用戶對(duì)在接收信息服務(wù)過(guò)程中的心理感受和對(duì)信息服務(wù)結(jié)果的效用的綜合性認(rèn)識(shí)，同時(shí)也是對(duì)信息服務(wù)活動(dòng)期望比較的結(jié)果。因此信息服務(wù)質(zhì)量是一個(gè)主觀范疇。傳統(tǒng)的信息服務(wù)質(zhì)量的評(píng)估方法通常將圖書(shū)館業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)值直接作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，沒(méi)有強(qiáng)調(diào)用多種方法進(jìn)行測(cè)度，只注意絕對(duì)值的比較，而忽略了相對(duì)值的比較。而且長(zhǎng)期以來(lái)評(píng)估一直側(cè)重于定性的描述，缺乏定量的指標(biāo)。服務(wù)質(zhì)量不能由管理者來(lái)決定，它必須建立在用戶的需求、向往和期望的基礎(chǔ)之上。服務(wù)質(zhì)量可以被定義為用戶對(duì)實(shí)際所得到服務(wù)的感知（Apperceive of service，簡(jiǎn)稱Aos）與用戶對(duì)服務(wù)的期望（Expectation of service，簡(jiǎn)稱Eos）之間的差距，可定義此差距為D=Aos－Eos（Aos和Eos的值可以通過(guò)用戶滿意度調(diào)查等方式具體量化）。由此定義可見(jiàn)，服務(wù)質(zhì)量取決于用戶對(duì)服務(wù)的預(yù)期質(zhì)量和實(shí)際體驗(yàn)質(zhì)量（即用戶實(shí)際感知到的服務(wù)質(zhì)量）之間的對(duì)比。在用戶體驗(yàn)質(zhì)量達(dá)到或超過(guò)預(yù)期質(zhì)量時(shí)（即D≥0），用戶就會(huì)滿意，從而認(rèn)為對(duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量較高；反之，當(dāng)D＜0時(shí)，則會(huì)認(rèn)為對(duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量較低。

信息服務(wù)同時(shí)也是一個(gè)客觀過(guò)程，服務(wù)質(zhì)量不僅僅體現(xiàn)在信息資源利用的結(jié)果中，也充分體現(xiàn)在信息服務(wù)活動(dòng)的過(guò)程中。因此，對(duì)信息服務(wù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)服務(wù)效益進(jìn)行評(píng)估。服務(wù)效益除了具有能夠進(jìn)行定性評(píng)價(jià)的指標(biāo)，還可利用數(shù)學(xué)建模做定量的推算?？陀^的信息服務(wù)質(zhì)量評(píng)估可以從宏觀、微觀兩個(gè)層面考察：宏觀層面使用服務(wù)效益來(lái)度量；微觀層面使用可用性來(lái)度量。［1］

2 宏觀層面的服務(wù)效益模型

建立信息服務(wù)效益評(píng)價(jià)模型之前，先引入服務(wù)效益的概念。定義服務(wù)效益E為服務(wù)質(zhì)量與服務(wù)成本的比值，它是信息用戶與信息資源通過(guò)適當(dāng)?shù)男畔⒎?wù)方式結(jié)合而得到的結(jié)果。下面就從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行討論。

2.1 靜態(tài)模型分析

靜態(tài)地看，E可定義為圖書(shū)館輸出（用戶得到的信息服務(wù)QoS）與輸入（圖書(shū)館成本CoS）之比，即E=QoS/CoS，說(shuō)明E是花費(fèi)單位成本取得的服務(wù)質(zhì)量。提高服務(wù)效益E的具體方法就是降低服務(wù)成本（CoS），并提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

從提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）的角度講，持續(xù)發(fā)展的尖端技術(shù)和新興技術(shù)為圖書(shū)館提供了優(yōu)化和整合多種格式的、多樣化的跨程序、跨數(shù)據(jù)庫(kù)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)以及跨領(lǐng)域的圖書(shū)館信息資源、服務(wù)和指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)的互動(dòng)服務(wù)，［2］達(dá)到甚至超出用戶預(yù)期，使用戶得到優(yōu)質(zhì)信息服務(wù)。

從降低服務(wù)成本（CoS）的角度講，系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。綜觀多年來(lái)硬件的發(fā)展可以看出：推動(dòng)硬件發(fā)生根本變化的驅(qū)動(dòng)力是以低成本和低功耗嵌入日益強(qiáng)大的計(jì)算資源能力的需求，帶給消費(fèi)者新的用戶體驗(yàn)。理論上說(shuō)，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)都存在適合于該系統(tǒng)的軟硬件功能的最佳組合，亦稱全匹配。硬件配置強(qiáng)于軟件設(shè)計(jì)，是大馬拉小車；軟件設(shè)計(jì)強(qiáng)于硬件配置，是小馬拉大車。為了協(xié)調(diào)“車”與“馬”之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從系統(tǒng)的需求出發(fā)，根據(jù)一定的指導(dǎo)原則和分配算法對(duì)軟硬件功能進(jìn)行分析與合理劃分，從而使系統(tǒng)的整體性能、運(yùn)行時(shí)間、能量損耗、存儲(chǔ)能力達(dá)到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“全匹配”。結(jié)合到圖書(shū)館的工作特點(diǎn)，在軟件上可以考慮采用基于覺(jué)察上下文計(jì)算來(lái)降低服務(wù)成本，提高計(jì)算精度。

這種靜態(tài)分析方法，優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，易于理解。缺點(diǎn)是它只關(guān)心信息服務(wù)過(guò)程的兩端：即投入與產(chǎn)出，是一種粗粒度的度量方式。

2.2 動(dòng)態(tài)模型分析

動(dòng)態(tài)地看，著眼信息服務(wù)的整個(gè)過(guò)程，服務(wù)效益與信息資源（I）、信息用戶（P）、信息服務(wù)（S）三者都有密切的關(guān)系。因此服務(wù)效益E可以表達(dá)為這三個(gè)變量的函數(shù)，即E=F（I，P，S）。

這里定義E=K（I×P）S，K為調(diào)整因子（條件：I＞=0 P＞=0 S＞=0）。上述公式說(shuō)明，服務(wù)效益可以從四個(gè)方面來(lái)分析：

（1）當(dāng)I或P為0，則E＝0，說(shuō)明沒(méi)有信息用戶或是信息資源，再好的服務(wù)也不會(huì)產(chǎn)生服務(wù)效益。

（2）當(dāng)0＜I×P＜1，此時(shí)信息用戶與信息資源結(jié)合松散，二者結(jié)合產(chǎn)生“強(qiáng)抵消”，服務(wù)（S）的加強(qiáng)對(duì)E產(chǎn)生成指數(shù)效果的消極影響，如圖1：

圖1 信息用戶與信息資源松散結(jié)合產(chǎn)生的消極影響

（3）當(dāng)I×P＝1，此時(shí)信息用戶與信息資源此消彼漲，I與P單個(gè)變量的增長(zhǎng)被另一變量減弱，二者作用剛好抵消，從圖像上看就是在I-P曲線上任何一點(diǎn)的與坐標(biāo)軸圍成的圖形（圖中兩個(gè)矩形）面積都是1，如圖2。這樣，服務(wù)（S）的優(yōu)劣無(wú)法對(duì)E產(chǎn)生影響，即E不隨S的增大而增大，如圖3：

圖2 信息用戶與信息資源互相抵消

（4）當(dāng)I×P＞1，此時(shí)信息用戶與信息資源結(jié)合緊密、相互配合，產(chǎn)生理想的效果，服務(wù)（S）的加強(qiáng)對(duì)E產(chǎn)生成指數(shù)效果的積極影響，如圖4：

圖4 信息用戶與信息資源緊密結(jié)合產(chǎn)生的積極影響

3 微觀層面的可用性模型

圖書(shū)館信息服務(wù)追求最佳的服務(wù)質(zhì)量，對(duì)相關(guān)可用性管理提出了很高的要求?，F(xiàn)有研究大多基于定性的角度研究信息服務(wù)系統(tǒng)的可用性問(wèn)題，筆者嘗試給出定量的可用性度量模型和分析。信息服務(wù)系統(tǒng)可用性具有典型的面向用戶特點(diǎn)，為刻畫(huà)用戶行為需要引入具有非指數(shù)分布性質(zhì)的模型狀態(tài)，并且需要考慮用戶態(tài)與系統(tǒng)態(tài)關(guān)聯(lián)分析時(shí)的復(fù)雜情況。傳統(tǒng)的連續(xù)時(shí)間馬爾可夫鏈和半馬爾可夫過(guò)程都不能很好地對(duì)以上情況給予分析。鑒于此，應(yīng)使用基于馬爾可夫重生過(guò)程（MRGP）的信息服務(wù)可用性度量方法，對(duì)系統(tǒng)可用性進(jìn)行隨機(jī)過(guò)程分析，給出對(duì)應(yīng)瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)行為的度量方法，結(jié)合信息服務(wù)特點(diǎn)定義系統(tǒng)請(qǐng)求可用性度量。最后進(jìn)行數(shù)值分析，以評(píng)價(jià)用戶和系統(tǒng)參數(shù)等因素對(duì)系統(tǒng)可用性度量的影響。［3］

3.1 建立具有雙擴(kuò)展特點(diǎn)的用戶模型

雙擴(kuò)展用戶模型如圖5，圖中結(jié)點(diǎn)表示用戶狀態(tài)，結(jié)點(diǎn)間連線表示狀態(tài)遷移；用戶狀態(tài)包含資源請(qǐng)求狀態(tài)Pri、思考狀態(tài)Ti，服務(wù)請(qǐng)求狀態(tài)Pmi，分別對(duì)應(yīng)上述3類用戶行為和完成態(tài)E及失效態(tài)F，其中E和F是表示會(huì)話正常結(jié)束或非正常中止?fàn)顟B(tài)（均為吸收態(tài)），狀態(tài)標(biāo)識(shí)Prii中ri表示隨用戶請(qǐng)求的變化，所依賴的資源具有不同的狀態(tài)；同理，狀態(tài)標(biāo)識(shí)Pmii中mi表示隨用戶請(qǐng)求的變化，所依賴的服務(wù)系統(tǒng)具有不同狀態(tài)。在該模型中，當(dāng)用戶發(fā)出資源請(qǐng)求，如果所需資源可用，則進(jìn)入Pri態(tài)；完成該請(qǐng)求后，進(jìn)入Ti態(tài)；如果無(wú)法進(jìn)入或Pri態(tài)發(fā)生資源失效，則進(jìn)入Pmi態(tài)；如果在Pmi態(tài)能夠完成資源的再發(fā)現(xiàn)和重分配等服務(wù)活動(dòng)，則返回Pri態(tài)，否則進(jìn)入F態(tài)。如果一次會(huì)話中所有的請(qǐng)求Pri都得到正確處理，則由Ti態(tài)進(jìn)入到完成態(tài)E；如果存在任何一個(gè)請(qǐng)求失敗，則由Pmi態(tài)進(jìn)入到失效態(tài)F。

圖5 雙擴(kuò)展用戶模型

3.2 構(gòu)建系統(tǒng)可用性度量的MRGP模型

圖書(shū)館信息服務(wù)可用性具有面向用戶和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，對(duì)可用性的影響在于：用戶行為不同于電子元器件，需要非指數(shù)分布的模型狀態(tài)描述。［4］例如，用戶思考態(tài)不能使用指數(shù)分布來(lái)準(zhǔn)確描述。其二是要求能夠支持用戶狀態(tài)內(nèi)的系統(tǒng)狀態(tài)變換，即用戶狀態(tài)駐留時(shí)，相關(guān)聯(lián)的資源狀態(tài)或服務(wù)狀態(tài)能執(zhí)行連續(xù)的變化。例如在用戶處于資源請(qǐng)求態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的資源可以在工作態(tài)和失效態(tài)間變換。這可以描述為一種馬爾可夫重生性質(zhì)，即重生點(diǎn)間狀態(tài)的變化性質(zhì)，其中用戶態(tài)是重生點(diǎn)，在重生點(diǎn)間支持系統(tǒng)狀態(tài)的變化行為。［5］

基于以上分析，傳統(tǒng)的連續(xù)時(shí)間馬爾可夫鏈需要指數(shù)分布假設(shè)，而半馬爾可夫過(guò)程假設(shè)所有的狀態(tài)轉(zhuǎn)換都是重生點(diǎn)，因此都不能很好地對(duì)可用性情況給與恰當(dāng)?shù)姆治?。馬爾可夫重生過(guò)程（MRGP）是包含上述隨機(jī)過(guò)程的一類更加廣泛的隨機(jī)過(guò)程，不但支持非指數(shù)分布的模型狀態(tài)，而且可以基于重生理論建模用戶和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)狀態(tài)變化的復(fù)雜行為，因此本文提出基于MRGP的普適計(jì)算系統(tǒng)可用性度量方法。

根據(jù)雙擴(kuò)展用戶模型并結(jié)合資源和服務(wù)子系統(tǒng)，定義隨機(jī)過(guò)程｛Z（t），t≥0｝=｛（U（t），R（t），M（t）），t≥0}。其中隨機(jī)變量U（t）∈ΩU=｛R，T，M，F(xiàn)｝表示用戶處于時(shí)間t的狀態(tài)，其中R，M分別對(duì)應(yīng)用戶Pr，Pm狀態(tài)；隨機(jī)變量R（t）∈ΩR=｛U，D｝表示信息資源在時(shí)間t的狀態(tài)；隨機(jī)變量M（t）∈ΩM=｛U，D｝表示服務(wù)子系統(tǒng)在時(shí)間t的狀態(tài)；其中U，D分別表示工作態(tài)（Up）和失效態(tài)（Down）。了重生點(diǎn)之間的行為，全局核定義了跨越重生點(diǎn)的行為。在局部核和全局核的基礎(chǔ)上，瞬時(shí)可用性的求解為其中是一個(gè)矩陣，其元素是∑uKiu*Vuj(t)。穩(wěn)態(tài)可用性的求解基于如下過(guò)程：

圖6 可用性度量MRGP模型

圖6建立了普適計(jì)算系統(tǒng)可用性的狀態(tài)模型。圖中結(jié)點(diǎn)表示模型的狀態(tài)，結(jié)點(diǎn)間連線表示狀態(tài)遷移。每一個(gè)狀態(tài)表示為一個(gè)三元組U（t），R（t），M（t）），模型的狀態(tài)空間是 ｛（RU·），（TU·），（RD·），（TD·），（M·U），（M·D），（F·D），（F·U）｝。圖中用·表示所對(duì)應(yīng)的元組分量可取任意值，例如（RU·）表示用戶處于Pr狀態(tài)，所依賴的資源處于工作態(tài)時(shí)，服務(wù)子系統(tǒng)可處于任何狀態(tài)。資源管理子系統(tǒng)失效率為λm，修復(fù)率為μm；資源子系統(tǒng)失效率為λr，修復(fù)率為μr。當(dāng)用戶進(jìn)入Pr狀態(tài)后，隨機(jī)活動(dòng)一段時(shí)間進(jìn)入思考態(tài)（從（RU·）到（TU·）），該時(shí)間分布為F（t）；在思考態(tài)駐留一段時(shí)間后返回到Pr態(tài)，該駐留時(shí)間分布為G（t）。當(dāng)用戶處于R時(shí)，資源發(fā)生失效（從（RU·））到 （RD·），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后服務(wù)啟動(dòng)（從（RD·）到（M·U）），時(shí)間分布為H（t）；設(shè)資源的可用性為AR，則服務(wù)子系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)新的可替代資源并且該資源可用的概率是AR，該信息資源不可用的概率為1-AR；當(dāng)資源和服務(wù)子系統(tǒng)均失效后，模型遷移到（F··）狀態(tài)，用戶在該狀態(tài)駐留一段時(shí)間后進(jìn)行重試，返回到（M·U）態(tài)或（M·D），駐留時(shí)間分布為R（t）；（M·D）態(tài)的駐留時(shí)間分布為T(mén)（t）。模型中F（t），G（t），H（t），R（t），T（t）都是非指數(shù)的任意分布，并且模型中存在重生點(diǎn)間的狀態(tài)變化，即存在局部行為，其中局部行為是指并發(fā)的指數(shù)分布遷移，即指數(shù)分布遷移連接的兩狀態(tài)具有相同的任意分布，包括（TU·）與（TD·）和 （F·U）與 （F·D）之間的遷移。除局部行為之外，每個(gè)狀態(tài)改變都是重生點(diǎn)。分析上述模型的狀態(tài)空間滿足至多只有一個(gè)任意分布處于活動(dòng)的條件，所以｛Z（t），t≥0｝是馬爾可夫重生過(guò)程（MRGP）。［5］

請(qǐng)求可用性的MRGP模型由其MRGP隨機(jī)過(guò)程的局部核E（t）和全局核K（t）所決定。其中局部核定義

（2）計(jì)算一步轉(zhuǎn)移概率矩陣K（∞），求得v=vK（∞），其中 v·e=1；

（3）穩(wěn)態(tài)概率向量為 P=（v·α）/（v·μ）。

3.3 系統(tǒng)請(qǐng)求可用性的數(shù)值分析

基于以上度量模型，給出普適計(jì)算系統(tǒng)請(qǐng)求可用性的兩個(gè)定義，狹義普適計(jì)算系統(tǒng)請(qǐng)求可用性NUA和廣義普適計(jì)算系統(tǒng)請(qǐng)求可用性定義GUA。通過(guò)定義NUA為與相關(guān)研究的比較建立基礎(chǔ)，而GUA給出了更加廣泛的一類可用性度量。以上定義都是基于用戶角度出發(fā)的可用性度量。

定義狹義的普適計(jì)算系統(tǒng)請(qǐng)求可用性為：在不考慮用戶T狀態(tài)的情況，用戶能夠成功發(fā)送請(qǐng)求的概率，即 NUA=（PM·U+PRU·）/（PF·U+PM·U+PRU·+PF·D+PM·D+PRD·）。

定義廣義的普適計(jì)算系統(tǒng)請(qǐng)求可用性為：在NUA的基礎(chǔ)上，綜合考慮用戶所有可能狀態(tài)下，用戶處于非失效狀態(tài) F 下的概率，即 GUA=（PM·U+PRU·+PTU·+PTD·）/（PF·U+PM·U+PRU·+PTU·+PF·D+PM·D+PRD·+PTD·）。

以上定義中，NUA和GUA的區(qū)別在于對(duì)用戶、系統(tǒng)因素的折衷考慮。NUA更加側(cè)重系統(tǒng)因素，即忽略用戶的思考狀態(tài)，結(jié)果是簡(jiǎn)化了用戶因素對(duì)可用性度量的影響，突出了系統(tǒng)因素在可用性度量中的作用，所以更加適合于偏重系統(tǒng)可用性評(píng)價(jià)的情況。GUA則更加側(cè)重用戶因素，即綜合考慮用戶的思考狀態(tài)，能夠根據(jù)用戶因素對(duì)可用性度量給出更加準(zhǔn)確的分析。通過(guò)以上定義，普適計(jì)算系統(tǒng)請(qǐng)求可用性（NUA和GUA）與系統(tǒng)可用性關(guān)系的一個(gè)定性分析是：

（1）當(dāng)系統(tǒng)處于失效狀態(tài)時(shí)，用戶可能沒(méi)有向系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求，因此用戶感知不到相應(yīng)的系統(tǒng)不可用性，即最終請(qǐng)求可用性大于系統(tǒng)可用性；

（2）當(dāng)系統(tǒng)從失效狀態(tài)遷移到可用狀態(tài)時(shí)，由于用戶仍然滯留在不可用狀態(tài)（F狀態(tài)）而導(dǎo)致用戶對(duì)系統(tǒng)可用性感知的延遲，即請(qǐng)求可用性小于系統(tǒng)可用性，這和用戶的重試率有緊密關(guān)聯(lián)。

4 小結(jié)

任何事物都是質(zhì)和量的統(tǒng)一，把事物的量作為一種測(cè)量工具，對(duì)質(zhì)進(jìn)行精確量化，不但可行而且也有利于對(duì)質(zhì)的系統(tǒng)研究和了解。信息服務(wù)同樣如此。信息服務(wù)是一項(xiàng)有目的實(shí)踐活動(dòng)，要以追求一定的服務(wù)效果為先決條件。在對(duì)其研究過(guò)程中，不但要追求性質(zhì)方面的考察，也需要對(duì)其數(shù)量關(guān)系進(jìn)行研究。只有將定性分析和定量分析相結(jié)合，進(jìn)行綜合的圖書(shū)館信息服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)，才能得到較為完備、精確的結(jié)果。因此，除了按照傳統(tǒng)方式從自我評(píng)估與用戶反饋兩個(gè)方面進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)外，還應(yīng)針對(duì)信息服務(wù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)服務(wù)質(zhì)量的定量評(píng)估模式，從兩個(gè)層面（即宏觀層面的服務(wù)效益和微觀層面的可用性）來(lái)度量，通過(guò)兩個(gè)角度（即服務(wù)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)角度和投入與產(chǎn)出的靜態(tài)角度）來(lái)考察。宏觀層面重在整合，微觀層面重在突破；動(dòng)態(tài)角度重在過(guò)程，靜態(tài)角度重在結(jié)果。力求在整合的基礎(chǔ)上不斷實(shí)現(xiàn)突破，在突破的基點(diǎn)上不斷實(shí)現(xiàn)新的整合，采用動(dòng)態(tài)的過(guò)程控制靜態(tài)的結(jié)果，利用靜態(tài)的結(jié)果調(diào)整動(dòng)態(tài)的過(guò)程，通過(guò)這一微觀、動(dòng)靜態(tài)互動(dòng)的發(fā)展模式完善普適計(jì)算環(huán)境下圖書(shū)館服務(wù)質(zhì)量的評(píng)估體系，為改善服務(wù)質(zhì)量提供依據(jù)和方法。

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