國外數字圖書館研究文獻的定量與定性分析研究

孫 璐 李廣建

(北京大學信息管理系 北京 100871)

國外數字圖書館研究文獻的定量與定性分析研究

孫 璐 李廣建

(北京大學信息管理系 北京 100871)

以數字圖書館為主題，選取Web of Science中收錄的近12年來該領域文獻為研究對象，分別采用基于主題特征詞突變分割算法、關鍵詞有序聚類算法、關鍵詞共現聚類算法及文獻同被引分析等算法進行文獻計量分析。研究發(fā)現12年中數字圖書館領域研究的三個明顯階段，詳述了三個發(fā)展階段的主要研究特征。通過文獻計量綜述，全面了解數字圖書館領域研究的發(fā)展特點及發(fā)展方向。

有序聚類 數字圖書館 主題演化

1 引言

自上世紀90年代初美國提出“數字圖書館”概念以來，數字圖書館的研究和建設已經成為圖書情報、計算機等學科領域的熱點研究課題。經歷了早期的發(fā)展，特別是本世紀，在世界各國的積極推動下，數字圖書館研究和建設取得了豐富的成果。本文以2000年至2012年的英文文獻為基礎，考察國際數字圖書館領域的研究發(fā)展歷程，以期借鑒。

2 研究方法及研究步驟

2.1 數據源采集

筆者于2012年5月以 Web of Science 數據庫為數據源，用“digital library”或“digital libraries”為檢索詞，時間限定為2000-2012年，查詢題名、摘要以及關鍵詞中出現檢索詞的研究論文，得到6 153篇文獻，作為分析對象。

需要指出的是，數字圖書館是一個跨學科的研究領域，內容范圍相當廣泛。雖然有些研究例如信息檢索技術中并未直接使用“數字圖書館”這一概念，但仍然屬于數字圖書館的研究范疇?？紤]到這種情況的界定和甄別要花費大量的精力和時間，因此本文的研究對象僅限于上述在論文中出現數字圖書館關鍵詞的文獻。盡管覆蓋率方面受到一定影響，但本文檢索得到的6 153篇文獻也能在一定程度上反映本世紀以來數字圖書館研究的概貌。

2.2 研究步驟

(1)對檢出結果的相關元數據信息，包括標題、作者、摘要、關鍵詞、引文等進行抽取和規(guī)范化存儲。

(2)對規(guī)范化存儲集合中的各元數據信息進行同義詞、近義詞等手工歸并，用開源系統(tǒng)Lucene提供的分詞功能獲得文檔特征詞。

(3)用變異點識別方法分析文檔特征詞演變情況，找出特征詞突變點，根據突變點對研究的重點進行分期。

(4)對各研究分期的文獻，計算文檔特征詞的共現頻率，形成文檔共現詞矩陣，用MatLab對文檔共現詞矩陣進行層次聚類計算，構造文檔聚類簇，用來分析文獻的相關性以及文檔研究內容的分類特征。

(5)用RefViz軟件的引文分析功能，找出各研究階段引文中心級的文獻，進一步閱讀文獻，確定其具體內容，以期了解各研究分期中的熱點內容的主要學術觀點。

3 定量研究

3.1 總體概況

表1列出了6 153篇文獻的年代分布情況以及每年引用情況，其中，2012年非全年度統(tǒng)計，故對引文未作分析。從表1可見，從2002年到2009年文獻數量都保持在500篇以上的多產態(tài)勢，且2007年文獻數量最多，達到了684篇，從2007年之后呈明顯的下降態(tài)勢，到2011年縮減到峰值的一半還多。被引用的文獻是指某一年度發(fā)表論文累計被引用的文獻數量。被引用文獻數量變化在12年中呈鐘形變化態(tài)勢，且2007年后急速下降。

表1 各年度文獻數量及被引文獻數量情況

3.2 各年度出現新詞及消失詞變化分析

表2反映了各年度文獻中出現的新詞和消失詞的情況數量。由表2的數據可見，12年來數字圖書館領域出現的新詞數量呈明顯下降態(tài)勢，說明本領域的研究內容基本趨于穩(wěn)定。

表2 各年度出現新詞及消失詞變化情況

進一步分析新詞的增加情況，可以發(fā)現2006年之前每年新增詞的數量都在50個以上，反映了這階段是數字圖書館研究處于開拓和發(fā)展時期；2006年之后，新增詞數量減少，反映了數字圖書館研究進入了平臺期。在消失詞方面，其變化規(guī)律與新增詞正好相反，處于逐年遞增狀態(tài)。進一步分析消失詞的內容，發(fā)現有兩種情況，一種是后續(xù)文獻中不再出現，相應詞匯徹底消失。據我們分析，有兩種原因，其一是由于處在探索階段，概念的提出還不夠完善，結果是被自然淘汰，例如knowledge subspace，learning tool；其二是相應問題在學術界已經達成共識，對該問題的研究基本告一段落，例如在2004-2006年消失的descriptive metadata，structural metadata，metadata model，visual metadata，metadata management，metadata repository正是這種原因。另一種情況是消失的詞被歸并到專指詞中，表明研究工作正在細化，從宏觀研究進入到更為具體和微觀的研究。例如2003年消失的Server一詞，實際被歸并為Web Server、DB Server以及Agent Server中，反映了研究工作的細化。

3.3 有序聚類分析

有序聚類分析方法[1]是一種獲得連續(xù)樣品段內發(fā)生可能性突變點的有效方法。其基本原理在連續(xù)樣品段內，通過獲得最優(yōu)突變點，使得同類之間的離差平方和最小，而類與類之間的離差平方和相對較大。設最可能的突變點為V，則突變點前后離差平方和表示為：

S(τ)=Vτ+Vn-τ

那么當S=min{S(τ)}(2≤τ≤n-1)時τ推斷為突變點。

設相關文獻集合為Ti(i=1,2,...,n)，從Ti中抽取每個文檔的特征詞，則可將文獻集合轉換為特征詞集合Wj(j=1,2,...,q)，那么特征詞集合在時間集tm(m=1,2,...,p)上的特征矩陣為：

其中Wij=(i=1,2,...,p;j=1,2,...,q)表示詞Wj在時間tm上出現的頻次。

可以獲得特征詞集合Wj(j=1,2,...q)在不同時間段tm(m=1,2,...,p)上發(fā)生突變的時間點集合為tj(τ)(2<τ

利用上述方法分別計算每一年度特征詞的變異，得到圖1所示的特征詞變異點年度分布圖。

圖1 數字圖書館主題演化過程中特征詞年度變異分布情況

根據圖1中變異點的時間分布，我們將數字圖書館研究主題發(fā)展過程劃分為4個階段：2000-2001年基礎期、2002-2004年活躍期I、2005-2007年活躍期II、2008-2012年發(fā)展期。其中2000-2001年共700篇、2002-2004年共1 712篇、2005-2007年共計1 848篇、2008-2012年共計1 893篇。

3.4 分階段共現及引文分析

圖2體現了經特征詞和引文分析處理后得到的各階段研究主題分布。從中可以看出，基于用戶交互接口及行為、用戶服務提供方式等方面的研究貫穿整個數字圖書館的12年研究歷程之中。另一貫穿始終的研究主題集中在數字圖書館資源整合的相關理論、方法、實證應用等方面。

圖2 數字圖書館各發(fā)展階段主題分布對比情況

下面具體分析各研究階段的主要特點。

(1) 2000-2001年期間，數字圖書館領域的研究特點主要體現在兩個方面：一是數字圖書館框架研究。從用戶交互及用戶接口層面比較分析不同系統(tǒng)框架，并研究框架的構建與具體的用戶應用環(huán)境關系。二是數字圖書館用戶交互的應用研究。從總體上來看，這一時期主要是從用戶需求以及用戶交互層面來研究數字圖書館的框架，但是關于數字圖書館理論模型的研究比較少。

(2) 2002-2007年期間，數字圖書館進入明顯的活躍期，研究熱點相對分散，可謂百花齊放。其研究重點主要有：有關數字圖書館方法、模型和系統(tǒng)本身的研究；數字圖書館參考模型研究；利用具體描述邏輯構建數字圖書館系統(tǒng)的中間框架；利用元數據和本體進行網絡數據整合和信息共享。其研究特點主要體現在理論方法的深入和理論應用的拓展。從突變點的數量上來看，2005-2007年達到最大值。一方面表明研究內容差異性比較大，另一方面也表明這個時期人們的研究思路更加寬廣，對數字圖書館全方位的研究開始了。

(3) 2008-2012年間，數字圖書館研究進入發(fā)展期，熱點相對集中。研究熱點之一是數字圖書館用戶交互的應用，許多研究采用實證方法驗證已經提出的各種框架及其與具體用戶的應用環(huán)境相結合的應用效果；另一研究熱點集中在數字圖書館用戶的可接受性、用戶易用性的評價理論應用實踐方面。

4 定性研究

在定量分析的基礎上，我們進一步閱讀了各發(fā)展階段的中心級文獻，將本世紀以來國外數字圖書館的研究內容歸納為理論框架、技術方法、系統(tǒng)架構及互操作、質量評價、用戶交互以及服務模式等六個方面的內容。

4.1 理論框架研究

主要表現為數字圖書館參考模型的研究，2002-2007年是數字圖書館理論框架研究的最活躍時期，其中最具影響力的理論框架有兩個，分別是DELOS模型和5S模型。

(1) DELOS模型

DELOS模型由歐盟資助的DELOS項目提出，用以指導數字圖書館研究和數字圖書館系統(tǒng)開發(fā)。該模型由三層框架、六個基礎概念及四大主要角色構成。三層框架分別是數字圖書館(Digital Library)、數字圖書館系統(tǒng)(Digital Library System)和數字圖書館管理系統(tǒng)(Digital Library Management System)。六個基礎概念包括內容(Content)、用戶(User)、功能(Functionality)、質量(Quality)、策略(Policy)和體系結構(Architecture)。四大主要角色分別是數字圖書館終端用戶(DL End-users)、數字圖書館設計者(DL Designers)、數字圖書館系統(tǒng)管理者(DL System Administrators)以及數字圖書館應用開發(fā)者(DL Application Developers)。DELOS模型對這些概念、構成及其關系進行了詳細定義，試圖構建數字圖書館的全景理論和實踐體系。

(2) 5S模型

5S模型由M. A. Goncalves和E. A. Fox[2]等人提出。他們認為數字圖書館(DL)是一個復雜的信息系統(tǒng)，應該用形式化的架構來加以描述。因此，他們提出了由流(streams)、結構(structures)、空間(spaces)、場景(scenarios)和社會(societies)構成5S模型，用該模型作為數字圖書館研究和建設的分析工具，并給出了每一個S的形式化表達，據此還設計了一個最小的DL所涉及的核心概念及要素。

4.2 技術方法研究

數字圖書館技術方法的特點是分散化，研究內容不斷豐富，研究角度差異性比較大。從研究內容上來看，主要分為智能信息訪問和智能搜索技術、可視化技術及社會語義網絡技術三大方面。

智能信息訪問和智能搜索技術的研究熱點主要包括自動分類、聚類、信息抽取、問題應答(QA)、文本摘要、查詢理解、知識組織及搜索策略。典型的研究工作有：Chih-Ping Wei和Chin-Sheng Yang[3]利用用戶的偏好來改善文檔聚類效果。他們提出了一種組合偏好與基于內容方法的混合文檔聚類技術，使得聚類精度和聚類查全度都得到了提高。D. Merkl[4-6]在SOMLib數字圖書館框架項目下，提出利用無人監(jiān)管的人工神經網絡進行文檔分類，改善了文檔分類的效果。Hisham. Al-Mubaid和Syed A. Umair[7]探索了一種新的結合分布式單詞聚集和學習型邏輯技術的文本分類方法，證明了改變訓練集大小對學習者的分類性能影響。

可視化是以圖形圖像方式展示數字圖書館服務及其內容的一種技術，目的在于幫助用戶對內容進行理解，提高數字圖書館資源的利用效率和效果。這方面的代表有：K. Borner[8]對數字圖書館用戶查詢結果的二維和三維可視化進行了全面的探索；提出了一種改進的預測算法，使數字圖書館能夠提供交互式服務，協助用戶最大限度地獲得查詢結果并能對它們做正確的解讀。A. Rauber[9]研究證實了自組織地圖是一種受歡迎的神經網絡模型，他提出了一種可以將獨立自組織地圖與分布式自組織地圖結合起來的技術，這種技術支持集群或獨立數字圖書館系統(tǒng)的創(chuàng)建和維護，并能適應個人用戶的需求。

社會語義網絡技術的研究熱點主要包括：數字圖書館信息整合中引入語義技術、在線語義、基于自動行為選擇的多模型技術等。相關研究包括：K.K. Matusiak[10]提出的以用戶為中心構建索引的社會分類標簽技術，也即用戶參與創(chuàng)建的元數據技術。C. C. Marshall和A. J. B. Brush[11]研究了個人標簽和公共標簽之間的關系，并使用這些研究結果探討如何從個人標簽過渡到公共標簽的方法。Xiaoming Liu和J. Bollen[12]利用社會網絡分析方法研究面向數字圖書館研究社區(qū)中的網絡合作作者的服務模式，分析了ACM、IEEE、ACM / IEEE聯合數字圖書館會議的網絡合作作者的十年來活動，以此為基礎總結了數字圖書館研究的發(fā)展規(guī)律。

4.3 系統(tǒng)架構及互操作研究

(1)系統(tǒng)體系架構

系統(tǒng)體系架構研究包括三個階段：

第一階段是早期的研究。主要是C/S二層架構和多層架構在數字圖書館系統(tǒng)中的應用。例如，L. L. Hill和J. Frew[13-15]等人在亞歷山大數字圖書館項目研究中提出并實證了一個三層的客戶端-服務器架構，該架構可以支持多個異構服務器之間的通信并實現了會話管理、采集、發(fā)現和評估，元數據檢索和在線內容檢索等功能。

第二個階段集中在分布算法上的研究，主要有兩個有代表性的研究團隊，其一是M. R. Korupolu和M. Dahlin[16]，他們利用模擬環(huán)境，考察了三個實際應用的資源整合分布算法，研究了這些算法的優(yōu)化配置，通過實驗總結了在數字圖書館中應用分布算法要遵循的法則。其二是B. F. Cooper和H. Garcia-Molina[17]等人，他們研究信息的對等(P2P)數據交換算法，提出了如何通過調整算法的策略來提供系統(tǒng)的最高可靠性。

第三階段，主要集中在中間件的研究，例如，A. Rajasekar和M. Wan[18]等人利用虛擬化中間件SRB(儲資源代理)框架構建了分布式數字圖書館，提出了一種面向數據網格的數字圖書館資源共享、發(fā)布和數據歸檔的綜合方法。

(2)系統(tǒng)互操作

這方面的代表性成果是提出了一系列互操作協議并對這些協議進行應用研究，包括SDLIP，OAI，AUQA以及OpenURL等。

SDLIP即簡單數字圖書館互操作協議，是一種基于HTTP或者CORBA的互操作架構，它規(guī)定數字圖書館互操作過程中的查詢接口、資源元數據接口以及結果存取接口等三類基本接口。A. Paepcke[19]應用SDLIP協議，提出一種在相對復雜的Z39.50標準與相對通用輕量級的Web協議之間的折中解決方案。

OAI全稱為Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting，簡稱OAI協議，是一種獨立于應用的、能夠提高Web上資源共享范圍和能力的互操作協議標準。Liu X.，K. Maly和M. Zubair[20]等人設計開發(fā)了一個OAI兼容的開源的網關服務系統(tǒng)DP9，該系統(tǒng)提供統(tǒng)一的URL庫記錄，并在發(fā)生請求操作時將URL轉換成對適當庫記錄的OAI查詢，從而將原本支持OAI協議搜索引擎，比如：ldquodeep和Webrdquo，也可以被納入到OAI檢索體系中來，實現基于OAI的互操作。

AUQA接口是由L. Kovacs[21]在亞歷山大數字圖書館原型項目中提出的一種通用的用戶接口模型，它能模擬查詢迭代，內置常見的模式和高級查詢方法。它被應用于NCSTRL的分布式數字圖書館中，同時把它用于作為NCSTRL和ETRDL的替代性查詢接口。作為AQUA用戶接口模式的擴展實證，排名機制也被應用在系統(tǒng)之中。

OpenURL即“開放鏈接”，是一種解決不同的數字資源系統(tǒng)互操作、進行資源整合的方案，也是一項技術標準，可用來解決二次文獻數據庫到原文服務的動態(tài)鏈接。目前，許多數據庫出版商和圖書館自動化系統(tǒng)都開發(fā)了自己的OpenURL鏈接解析器

J.E. Grogg和C.L. Ferguson[22]詳細研究了OpenURL在谷歌學術搜索中的應用，提出了OpenURL鏈接解析器注冊的機制，使得一個機構的用戶能夠通過OpenURL鏈接解析器將在谷歌學術搜索上的結果定位到本機構訂閱的全文。

4.4 質量評價研究

系統(tǒng)評價的研究思想起源于2001年，基于NCSTRL業(yè)務系統(tǒng)的實踐研究項目，S. Kapidakis[23]提出了一種數字圖書館服務質量的評估框架，試圖針對這一時期數字圖書館服務質量的突出問題，即互聯網上網絡延遲和中斷等不可預知的因素，為數字圖書館搜索請求服務提供網絡負載平衡機制，使之提供優(yōu)質服務。自此之后，面向質量評估及系統(tǒng)評價的典型研究主要體現在如下三個模型之中：

(1) 技術接受模型

技術接受模型(TAM)作為一個技術使用的預測模型，于1989年提出，旨在探討外部因素對信息技術使用者的內部信念(beliefs)、態(tài)度(attitudes)及意向(intentions)的影響，以解釋和預測人們對信息技術的接受程度。Weiyin Hong、J.Y.L. Thong、Wai-Man Wong和Kar-Yan Tam[24]等人首先以TAM模型作為一種理論框架研究了用戶接受數字圖書館的影響因素。其后的10年中，很多研究者都基于該模型進行實證及應用研究。

(2) 開源數字圖書館軟件的評估檢查框架

該框架是一個包括12個一級評價指標的檢查單框架，由Goh、Dion Hoe-Lian以及Alton. Chua[25]等人提出，他們利用這一框架對流行的開源數字圖書館軟件包進行了評價，結果是Greenstone的表現最佳，滿足了框架中大多數指標，隨后是CDSware，Fedora和EPrints。

(3) CASSM模型框架

該模型框架的全稱為Concept-based Analysis for Source and Structural Misfits，由Ann. Blandford及Thomas R. G. Green[26]等人提出，著眼于用戶和系統(tǒng)互動之間相適應性的質量評價。并給出了一套進行CASSM分析的方法，同時開發(fā)了支持完成CASSM分析的原型工具Cassata。

4.5 用戶交互研究

2000年，C. Jayawardana[27-28]指出，由于數字圖書館使用的增加，用戶越來越期望圖書館能提供個性化的服務。他認為，數字圖書館的個性化包括兩個方面：收集資料過程的個性化和資料內容本身的個性化，提出數字圖書館應該允許用戶組織和集成圖書館資源，并設計了一種個人文檔模型，用于保證在不侵犯資源版權和所有權的前提下建立屬于用戶自己的資源集合。在Jayawardana的研究基礎上，后期的相關研究包括基于用戶使用場景實驗研究、基于系統(tǒng)事務日志分析和用戶需求分析方法三個方面。

(1) 基于用戶使用場景的實驗

最具有代表性的是S. Park[29]在TREC國際會議上招募了28名來自Rutger大學的通信專業(yè)、信息科學專業(yè)以及圖書館專業(yè)研究生志愿者作為實驗對象，實驗分析了用戶對不同類型檢索系統(tǒng)的使用偏好、效果和用戶行為特征。結果顯示，用戶更喜歡使用可以自主選擇數據庫的多庫檢索系統(tǒng)，而不傾向于使用已經屏蔽掉后端數據庫的集成檢索系統(tǒng)，表明用戶在使用數字圖書館過程中更注重自己對資源的控制。

(2) 基于系統(tǒng)事務日志的分析方法

該方法由M. Mahoui[30-31]和S. Jones[32]等人提出。他們認為，事務日志是針對用戶檢索行為的結構化信息，是一種寶貴的數據資源。為充分利用這些資源，他們提出了基于系統(tǒng)事務日志的分析方法，并利用這種方法分析了新西蘭數字圖書館中用戶查詢計算機科學文獻的日志數據，從中找出了這類查詢的行為模式，總結了用戶查詢行為的變化規(guī)律。

(3) 用戶需求分析方法

典型代表是Weiguo Fan和M.D. Gordon[33]提出的對消費者信息檢索需求進行有效分析的框架和實例比較方法。為充分滿足用戶的要求，數字圖書館服務需要有效地獲取用戶的個人興趣點，提出了通過跨系統(tǒng)路由比對用戶個人興趣文檔的方法，以幫助服務提供者有效分析用戶的興趣。

4.6 服務模式研究

有關數字圖書館服務模式的研究早在2003年就已經興起，直到2005年才開始引起廣大研究者的重視。直至今日，服務模式的研究仍是數字圖書館研究領域的熱點之一。在此，按時間順序概述這一主題的研究內容。

L. M. Moyo[34]于2004年提出數字圖書館服務模式的概念，并總結了在信息獲取和傳遞、參考、指導、技術設施和客戶支持領域出現的新的服務模式。

2005年，N. R. Adam和V. Atluri[35]等人提出了一種基于內容的認證模型，用以解決數字圖書館服務中資源保護與用戶需求之間的矛盾，給出了與以往完全不同的資源服務模式。主要內容包括：① 不僅要依據用戶的資格，而且要依據用戶自身的特點，確定他們的訪問權限；② 要根據內容對象進而引發(fā)訪問控制；③ 授權用戶的粒度范圍應該可調。

2009年，M. E. Renda和U. Straccia[36]提出了一種數字圖書館個性化協作的服務模型。他們認為，數字圖書館不僅僅是提供信息的空間，而且還應該是用戶之間能夠協同工作、分享知識和經驗的空間。在他們的模型中，用戶不僅可以在數字圖書館中建立自己的信息空間，還可以建立社區(qū)，做到與其他用戶交換信息和知識。

2010年，Gao Fengrong和Xing Chunxiao[37]提出了一種基于混合過濾的數字圖書館個性化服務模式。協同過濾是進行個性化服務的重要手段，常用方法有基于內容的過濾和協作過濾，但每種方法都有其缺點。為此，他們提出了將兩者結合起來的新方法，實驗結果表明，新方法效率高、性能良好。

5 結語

本文綜合運用統(tǒng)計分析、特征詞有序聚類、引文分析等方法對國外本世紀以來的數字圖書館文獻特征和研究內容進行了初步分析，有助于了解國外數字圖書館研究的發(fā)展脈絡和發(fā)展特點。對技術手段的完善以及對文獻內容的深入分析，將是我們下一步努力的方向。

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QuantitativeandQualitativeAnalysisofForeignLiteratureonDigitalLibraries

Sun Lu, Li Guangjian

Dept. of Information Management,Peking University, Beijing 100871, China

The present paper uses algorithms such as the keyword ordered clustering, keyword co-occurrence clustering and literature co-citation analysis to make a bibliometric study of the literature on the digital library in the latest 12 years obtained by searching the Web of Science. It finds that the research on the digital library has gone through three stages of development and elaborates on the characteristics of these stages. Such a bibliometric overview will contribute to a comprehensive understanding of the features and trends of the research in this field.

ordered clustering; digital library; evolution of subjects

G250.76

孫 璐，女，1977年生，博士研究生，研究方向為信息資源管理與網絡信息系統(tǒng)，發(fā)表論文數篇。