用虛擬專(zhuān)用網(wǎng)構(gòu)建圖書(shū)館服務(wù)多代理專(zhuān)家系統(tǒng)

聶珍 王華秋 唐中軍

〔摘 要〕本文提出了一種圖書(shū)館讀者信息服務(wù)的詳細(xì)解決方案——面向讀者的信息服務(wù)多代理專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了虛擬專(zhuān)用網(wǎng)技術(shù)，提供了一種通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)安全地對(duì)圖書(shū)館內(nèi)部專(zhuān)家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)的連接方式，從而大幅度降低了通信費(fèi)用。內(nèi)部的專(zhuān)家系統(tǒng)則以〣/S網(wǎng)站軟件的形式出現(xiàn)，圖書(shū)館管理人員可以通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)站實(shí)時(shí)了解讀者的借閱狀況，并利用系統(tǒng)的圖書(shū)推薦提示可以對(duì)潛在流失的讀者實(shí)施挽留，將有助于提高圖書(shū)館的信息服務(wù)質(zhì)量。

〔關(guān)鍵詞〕虛擬專(zhuān)用網(wǎng)；專(zhuān)家系統(tǒng)；多代理；圖書(shū)館信息服務(wù)

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０．０１．０１７

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕Ｇ２５０.７１ 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕Ａ 〔文章編號(hào)〕１００８－０８２１（２０）０１－００６７－０４

A Multi-Agent Expert System of Library Service

Through Virtual Private NetworkNie Zhen１ Wang Huaqiu２ Tang Zhongjun１

（１．Library，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China；

２．Computer Science College，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China）

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕The paper presented a detail solution of library reader information service by the name of multi-agent expert system oriented reader information service.Virtual private network technology was adopted into the system to provide a remoting connect method of library internal expert system and data warehouse through common network so that the communication cost has been reduced.Internal expert system was shown by the form of 〣/S website in order that library officers real-time understand reader conditions through the website conveniently.Consequently,the potential loss readers were retained by the books recommendation of the system so as to enhance the information service quality of library.

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕virtual private network;expert system;multi-agent;information service of library

對(duì)于圖書(shū)館來(lái)說(shuō)，無(wú)論圖書(shū)館規(guī)模多大，或者館藏多少，讀者才是圖書(shū)館生存和發(fā)展的根基，而保持讀者、吸引讀者和充分發(fā)掘讀者的借閱潛力是圖書(shū)館提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。如何通過(guò)提高讀者的滿意度及忠誠(chéng)度，已成為各類(lèi)圖書(shū)館關(guān)注的焦點(diǎn)課題［１］。圖書(shū)宣傳是圖書(shū)館常用的方式。圖書(shū)館紛紛推出各類(lèi)暢銷(xiāo)圖書(shū)的介紹。圖書(shū)宣傳激勵(lì)了讀者的閱讀興趣，但很難滿足不同層次的讀者需求，由于背景、收入、年齡、教育程度、行為特征等的不同，對(duì)圖書(shū)館服務(wù)的需求也呈現(xiàn)多層次、個(gè)性化、差異化的趨勢(shì)。單一的圖書(shū)宣傳無(wú)法滿足眾多讀者的獨(dú)特需求，個(gè)性化服務(wù)和實(shí)時(shí)推薦將是未來(lái)圖書(shū)館競(jìng)爭(zhēng)的主要內(nèi)容。

如今的數(shù)字圖書(shū)館幾乎都利用高端服務(wù)器、多類(lèi)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和智能存儲(chǔ)系統(tǒng)，將面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)、人工智能技術(shù)與先進(jìn)的知識(shí)組織和調(diào)度系統(tǒng)相結(jié)合，建立具有很好的可擴(kuò)展性、易用性、可管理性和高可用性以及較強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展能力的數(shù)字圖書(shū)館系統(tǒng)和群體。其代表項(xiàng)目的主要功能概述如下：

哥倫比亞大學(xué)開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)“新書(shū)通知服務(wù)”，每周向用戶提供E-mail通知，通知的內(nèi)容既包括新編目的圖書(shū)，又包括電子資源以及和用戶的研究學(xué)習(xí)興趣相匹配的其他媒體。美國(guó)RICE大學(xué)的Information Session，也可以按照教師和學(xué)生的個(gè)人需求定做不同的信息服務(wù)。UKE大學(xué)的End Note Bolographic Software，則可以幫助用戶建立一個(gè)個(gè)人化圖書(shū)館［２－３］。

北京大學(xué)開(kāi)發(fā)了一個(gè)用戶信息模塊，為用于提供個(gè)人查詢信息的窗口，用戶可以向圖書(shū)館提出服務(wù)請(qǐng)求和建議。清華大學(xué)圖書(shū)館也研制了“快捷圖書(shū)館——讀者的個(gè)性化圖書(shū)館”，提供了個(gè)人信息查詢、書(shū)目追蹤、定制服務(wù)等功能，但是仍有待繼續(xù)開(kāi)發(fā)。浙江大學(xué)圖書(shū)館研制了“我的圖書(shū)館”，采用了〣/S訪問(wèn)模式，讀者通過(guò)瀏覽器進(jìn)入系統(tǒng)，根據(jù)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)和信息需求對(duì)圖書(shū)館數(shù)字資源進(jìn)行利用。中國(guó)人民大學(xué)圖書(shū)館和信息學(xué)院共同推出了“Digital Personal Service System”，包括了數(shù)字圖書(shū)資源檢索、個(gè)性化推薦、在線咨詢3個(gè)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)讀者的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和興趣愛(ài)好，向讀者提供和推薦教學(xué)科研所需的資料和信息，還能實(shí)現(xiàn)在線咨詢服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了圖書(shū)館異構(gòu)數(shù)字資源的共享［４－５］。

由此可見(jiàn)，數(shù)字圖書(shū)館的建設(shè)是以不斷改善讀者服務(wù)為最終目標(biāo)。為讀者在知識(shí)發(fā)現(xiàn)與利用上提供高效方便的工具，并且使得讀者可方便地透過(guò)數(shù)字圖書(shū)館的多個(gè)資源庫(kù)無(wú)縫獲取所需的知識(shí)。以人為中心的數(shù)字圖書(shū)館研究試圖進(jìn)一步了解數(shù)字圖書(shū)館在增強(qiáng)人類(lèi)在創(chuàng)造、探索、使用信息方面的活動(dòng)中的影響和潛力，并促進(jìn)為這些活動(dòng)設(shè)計(jì)的技術(shù)的研究。

隨著各國(guó)圖書(shū)館數(shù)字化程度與數(shù)字圖書(shū)館的建設(shè)不斷發(fā)展，圖書(shū)館要處理和提供的信息更多、更新、更廣泛和更復(fù)雜。在圖書(shū)館現(xiàn)有的數(shù)字化系統(tǒng)中每年、每月、每天產(chǎn)生著大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和表單，它們對(duì)圖書(shū)館館藏建設(shè)等業(yè)務(wù)有著很強(qiáng)的指導(dǎo)作用［６］。因此，如何獲取知識(shí)便成為廣大研究者和工程人員關(guān)注和研究的重點(diǎn)。利用數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛A(chǔ)的專(zhuān)家系統(tǒng)可以從大量的數(shù)據(jù)中所取隱含在其中的、人們事先不知道的、潛在的、有用的知識(shí)，必將為圖書(shū)館事業(yè)的發(fā)展提供有力的支持［７－８］。

總之，圖書(shū)館服務(wù)多代理專(zhuān)家系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)信息服務(wù)質(zhì)量的提升和業(yè)務(wù)的拓展。這樣構(gòu)成的數(shù)字圖書(shū)館借助現(xiàn)代信息技術(shù)，其意義不僅在于服務(wù)媒體和時(shí)空的轉(zhuǎn)變，更重要的是能夠借助專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)，完善其服務(wù)結(jié)構(gòu)和提升服務(wù)水平。

在這種背景下，本文提出了一種基于全新的基于信息技術(shù)的管理理念——面向讀者的信息服務(wù)多代理專(zhuān)家系統(tǒng)（Orientation Reader Multi-Agent Expert System）。其最終目標(biāo)在于圖書(shū)館與讀者建立一種長(zhǎng)期的借閱關(guān)系，能使圖書(shū)館贏得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。下面我們來(lái)解釋一下系統(tǒng)的定義。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

眾所周知，專(zhuān)家系統(tǒng)體現(xiàn)了人的思維能力。將這種思維能力和系統(tǒng)的物理規(guī)律、數(shù)學(xué)模型有機(jī)地結(jié)合，更靈活地表征系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)，而多代理專(zhuān)家系統(tǒng)軟件正是力圖在得到足夠好的專(zhuān)家知識(shí)的基礎(chǔ)上，依靠?jī)?yōu)化和學(xué)習(xí)，調(diào)整專(zhuān)家知識(shí)、調(diào)整推理結(jié)構(gòu)并對(duì)圖書(shū)館系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)給出相關(guān)的判斷。

所謂多代理，是指實(shí)現(xiàn)手段有很多，包括讀者細(xì)分、讀者忠誠(chéng)度分析、讀者流失分析、讀者圖書(shū)推薦這四大推理引擎。多代理既是專(zhuān)家系統(tǒng)的重要理論組成部分，又是其重要管理工具，是分門(mén)別類(lèi)研究讀者、進(jìn)行有效讀者評(píng)估、合理分配服務(wù)資源、成功實(shí)施讀者策略的技術(shù)保障，為圖書(shū)館充分獲取讀者特征、制定圖書(shū)推薦策略提供理論和方法指導(dǎo)。

多代理專(zhuān)家系統(tǒng)包括了4種推理引擎：（1）讀者細(xì)分引擎；（2）讀者忠誠(chéng)度分析引擎；（3）讀者流失分析引擎；（4）讀者圖書(shū)推薦引擎。

這4種推理引擎同時(shí)存在、各盡其責(zé)（如圖１所示）。這些引擎是通過(guò)圖書(shū)館歷史數(shù)據(jù)和在線強(qiáng)化學(xué)習(xí)達(dá)到。

圖１ 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

在對(duì)4種引擎結(jié)論的優(yōu)化決策中，采用如下方法：

在引擎推理融合中，將各推理引擎的決策ｕｊ綜合，產(chǎn)生最后決策ｕ，最后決策取決于概率比值：

其中Ｕ＝（ｕ１，ｕ２，…，ｕｎ）是輸入矢量。

在多代理專(zhuān)家系統(tǒng)中，讀者細(xì)分推理機(jī)、讀者忠誠(chéng)度分析推理機(jī)、讀者流失分析推理機(jī)和讀者圖書(shū)推薦推理機(jī)均靠圖書(shū)館實(shí)時(shí)流通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的觸發(fā)器啟動(dòng)，它們的計(jì)算工作流程圖如圖２所示。

不同的決策概率可能會(huì)造成不同的結(jié)論，這往往需要實(shí)踐加經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定，能否有一種自適應(yīng)的方法或者模糊的方法來(lái)解決該問(wèn)題也是系統(tǒng)的難點(diǎn)之一。

２ 系統(tǒng)實(shí)施方案

對(duì)于圖書(shū)館信息系統(tǒng)提供基于Web的讀者基本數(shù)據(jù)、讀者借閱記錄等信息，進(jìn)行讀者細(xì)分，分析讀者忠誠(chéng)度，研究已經(jīng)流失的讀者，從中尋找出先前未知的、對(duì)圖書(shū)館決策有潛在價(jià)值的知識(shí)和規(guī)則，發(fā)掘潛在流失的讀者，讓圖２ 推理引擎工作流程圖

圖書(shū)館實(shí)時(shí)把握讀者動(dòng)向，掌握讀者流失的規(guī)律，及時(shí)對(duì)潛在流失的讀者提供感興趣的圖書(shū)推薦，從而達(dá)到提高圖書(shū)館服務(wù)質(zhì)量的目的。

針對(duì)上述目標(biāo)，本文著手從以下幾個(gè)方面開(kāi)展實(shí)施：

２.１ 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

這方面的內(nèi)容包括建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)多維立方體，建立OLAP分析模型等內(nèi)容。

２.２ 建立四大推理引擎

（１）讀者細(xì)分引擎：根據(jù)讀者的基本信息，如年齡、性別、專(zhuān)業(yè)、年級(jí)、學(xué)歷等，利用系統(tǒng)聚類(lèi)算法，把讀者分割成不同的群體。

（２）讀者忠誠(chéng)度分析引擎：根據(jù)讀者的借閱習(xí)慣，利用決策樹(shù)算法將讀者分為偶然讀者、一般讀者和忠實(shí)讀者三類(lèi)。

（３）讀者流失引擎：根據(jù)讀者資料和借閱行為及其相關(guān)數(shù)據(jù)等歷史信息，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于讀者流失分析中，針對(duì)目前圖書(shū)借閱中存在的問(wèn)題，給出了讀者流失預(yù)測(cè)模型，利用訓(xùn)練后的模型對(duì)讀者的流失率進(jìn)行預(yù)測(cè)并生成讀者列表。

（４）讀者圖書(shū)推薦引擎：利用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法分析讀者和圖書(shū)之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而向讀者推薦其它可能感興趣的圖書(shū)。

對(duì)于不同的引擎，可能需要采用不同的人工智能算法加以分析，而這些算法用于分析圖書(shū)館信息服務(wù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性恰恰是本文的難點(diǎn)。四大推理引擎是形成知識(shí)的必要條件，我們初步考慮如下算法這些推理引擎：

讀者細(xì)分引擎：采用層次聚類(lèi)算法實(shí)現(xiàn)。

讀者忠誠(chéng)度分析引擎：采用決策樹(shù)分類(lèi)算法實(shí)現(xiàn)。

讀者流失引擎：采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法實(shí)現(xiàn)。

讀者圖書(shū)推薦引擎：采用關(guān)聯(lián)規(guī)則和序列分析算法實(shí)現(xiàn)。這里需要解釋一下為什么要用兩種方法實(shí)現(xiàn)圖書(shū)推薦，關(guān)聯(lián)規(guī)則模型分析的是讀者的個(gè)人信息，并由此預(yù)測(cè)該讀者最有可能借閱其它圖書(shū)，這種模型適合于經(jīng)常借書(shū)或正在借書(shū)的讀者，當(dāng)他們借閱書(shū)籍時(shí)可以及時(shí)向他們推薦其它圖書(shū)，序列分析模型分析的是圖書(shū)借閱信息，并由此預(yù)測(cè)借閱了某圖書(shū)的讀者還可能借閱其它哪些圖書(shū)，這種模型適合于不經(jīng)常借書(shū)或沒(méi)借書(shū)的讀者，當(dāng)他們借了某圖書(shū)后，可以通過(guò)電子郵件或者其它方式告知他們圖書(shū)館有他們感興趣的圖書(shū)，激發(fā)他們的借書(shū)讀書(shū)的熱情。

２.３ 將推理引擎集成到專(zhuān)家系統(tǒng)中

專(zhuān)家系統(tǒng)由四大主要部件：知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、用戶接口、動(dòng)態(tài)庫(kù)。將四大推理引擎的知識(shí)集成，基于一種特有的圖形化專(zhuān)家知識(shí)組建方式，可以很方便地任意增加、修改、存儲(chǔ)專(zhuān)家知識(shí)，使專(zhuān)家知識(shí)能不斷地積累、豐富和完善。其推理過(guò)程如圖３所示：

圖３ 模糊推理過(guò)程框圖

采用這樣的方式進(jìn)行知識(shí)融合，形成關(guān)于讀者的完整認(rèn)識(shí)，應(yīng)用心理學(xué)有關(guān)方法，對(duì)讀者實(shí)施必要的針對(duì)性圖書(shū)信息推薦。

在進(jìn)行模糊診斷之前首先要設(shè)法建立讀者狀態(tài)與引擎結(jié)論之間的模糊關(guān)系矩陣玆，也叫隸屬度矩陣。首先測(cè)取讀者的待檢狀態(tài)的征兆參數(shù)向量矩陣玐；然后求解關(guān)系矩陣方程玒=X甊，得到待檢狀態(tài)的向量玒，據(jù)此即可得出合理的結(jié)論。

２.４ 專(zhuān)家系統(tǒng)的評(píng)估與動(dòng)態(tài)優(yōu)化

由于圖書(shū)館的書(shū)籍不斷增加，書(shū)籍對(duì)于讀者的吸引了會(huì)發(fā)生變化，而讀者由于自身的發(fā)展需要，對(duì)于圖書(shū)的渴求程度也會(huì)發(fā)生變化。因此上述形成的對(duì)讀者的全面認(rèn)識(shí)可能會(huì)變成一種歷史經(jīng)驗(yàn)，而缺乏現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

專(zhuān)家系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和推理引擎的實(shí)時(shí)自修正問(wèn)題關(guān)系到系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和有效性。這就需要決定何時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)更新或者引擎自修正，如何時(shí)機(jī)不對(duì)，既有可能造成誤報(bào)也有可能造成漏報(bào)，反而造成圖書(shū)館管理的混亂。根據(jù)不同情況而定做的界面，可使圖書(shū)館管理人員能很便捷地觀察讀者變化趨勢(shì)和推理過(guò)程。當(dāng)知識(shí)和現(xiàn)實(shí)發(fā)生矛盾時(shí)，需要定期地啟動(dòng)推理引擎進(jìn)行新的推理，重新融合成新的專(zhuān)家知識(shí)，對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化才能讓其具有生命力，持續(xù)地為圖書(shū)館信息服務(wù)提供作用。

２.５ 虛擬專(zhuān)用網(wǎng)VPN的建立和安全性設(shè)置

虛擬專(zhuān)用網(wǎng)VPN的建立原本是成熟技術(shù)，但是由于涉及圖書(shū)館內(nèi)部信息，于是VPN的安全性配置成為了需要關(guān)注的內(nèi)容。

在以上理論研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)Expert System，結(jié)合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)Data Warehouse和虛擬專(zhuān)用網(wǎng)Virtual Private Network技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)的實(shí)施圖，如圖４所示。其中虛線框中的內(nèi)容是本文需要完成的內(nèi)容。圖４ 系統(tǒng)實(shí)施圖

３ 結(jié) 論

本文利用智能技術(shù)中的專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能信息推送。既有圖書(shū)館服務(wù)信息管理功能，也有用于推理引擎的數(shù)據(jù)挖掘算法理論研究，還有信息集成和知識(shí)融合功能，可以說(shuō)是比較全面的圖書(shū)館信息服務(wù)智能分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)最終以知識(shí)的方式展示出來(lái)，從而構(gòu)建了圖書(shū)館智能信息共享平臺(tái)。

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