系統(tǒng)動力學在圖書情報學領域中的應用研究

李立睿 鄧仲華

（武漢大學信息管理學院，武漢，430072）

系統(tǒng)動力學（System Dynamics，SD）始創(chuàng)于1956年，是一門分析和研究信息反饋系統(tǒng)的學科，具有全局性、綜合性探索和解決系統(tǒng)問題的特性[1－3]，尤其對于社會、經濟、生態(tài)和生物等一類復雜性系統(tǒng)問題的分析方面優(yōu)勢明顯[4]。正如王其藩教授所說：系統(tǒng)動力學在理論和應用研究領域是一門實用的系統(tǒng)與管理學科[5]。與此同時，圖書情報學（Library and lnformation Science，LlS）領域的研究往往注重處理交叉綜合性的學科問題，此時系統(tǒng)動力學提供了相當的便利。因此，近年來，圖書情報學領域也出現了將系統(tǒng)動力學作為主要研究方法的報告和論文，但是由于圖書情報學領域研究者的思維相對局限，對基于系統(tǒng)思考的方法認識不夠，導致系統(tǒng)動力學的廣泛應用受到了一定程度上的限制。

基于此，本文論述了系統(tǒng)動力學的內涵及其特征，并且總結了此分析工具在圖書情報學中的具體應用情況，試圖以此引起圖書情報學領域研究者對系統(tǒng)動力學研究方法的重視，促進系統(tǒng)動力學在圖書情報學領域研究工作中的深入開展，期待由于研究方法的局限尚未得到解決的問題能夠迎刃而解。

1 系統(tǒng)動力學的內涵及其特征

系統(tǒng)動力學主要是將系統(tǒng)科學理論與計算機仿真緊密結合，運用定性與定量相結合方式，側重系統(tǒng)的動態(tài)結構與反饋機制，研究和處理復雜系統(tǒng)問題的一種方法。其中，系統(tǒng)動力學的建模過程就是一個學習、調查、研究的過程，并且強調系統(tǒng)化綜合推理，可以向決策群體提供一種問題分析或策略模擬的工具[6]，有助于建立一種學習型和創(chuàng)造性的群體組織。

1.1 系統(tǒng)的模型化

系統(tǒng)是指相互作用、相互依靠的所有事物，按照一定規(guī)律結合起來的綜合[7]。然而，在相當的情況下，由于所面臨的問題相對龐雜，不管是在分析水平層面，還是在成本控制層面，都需要對系統(tǒng)問題建立模型。因此，建模是抽象現實系統(tǒng)，在提煉出具有代表性數據和信息的基礎上，根據問題的假設得到模型結構框架。此時，系統(tǒng)問題在大量數據的支撐下，便可以分析得到其相應的模型動態(tài)演化結果。通過與現實系統(tǒng)問題進行比較和對照，對模型進一步修正，真正實現定性與定量研究的結合。

由此可見，這恰能符合圖書情報學領域相關科學問題的研究方式。Bates曾指出：圖書情報學領域中的大部分理論仍處于建模階段，所以運用模型化的方法來系統(tǒng)分析圖書情報學研究中的問題是必要的[8]。Case和Wilson認為信息行為模型的建立是對復雜系統(tǒng)的一種簡化，而且是針對尋找具體問題的解決方案而建立的[9－10]。

1.2 動態(tài)系統(tǒng)的行為模式與結構的呈現

系統(tǒng)的行為是由其具體結構決定的，在系統(tǒng)動力學中，動態(tài)系統(tǒng)行為的基本模式主要包括：①正反饋所產生的增長；②負反饋所產生的尋的行為；③負反饋加上時間延遲所引起的震蕩，包括減幅震蕩、有限循環(huán)和混沌。建模者可以根據系統(tǒng)結構所產生的相應行為發(fā)現系統(tǒng)的反饋回路路徑，當特定的行為模式被觀察到時，可以進一步辨析在實際數據所覆蓋的期間之內，占據對應系統(tǒng)主導地位的基本反饋結構。例如，在圖書情報學領域，圖書館所提供的服務可以看成一個動態(tài)反饋系統(tǒng)，在書目推送服務整個過程中，若觀測到用戶感興趣的變量在波動，就意味著至少存在一個帶顯著延遲的負反饋回路，通過對回路進行深入挖掘，能夠指引服務提供者探索特定的目次服務模式、服務決策過程以及組成負反饋回路的時間延遲。

1.3 復雜系統(tǒng)反饋結構的描述

反饋是系統(tǒng)動力學的一個核心概念，可以借助因果回路圖（Causal Loop Diagram，CLD）來描述復雜系統(tǒng)的因果關系和反饋結構，表達系統(tǒng)動態(tài)形成原因的假設，引出個體或團隊的心智模型[11]。與此同時，由于延遲在動態(tài)的產生過程中非常重要，能夠使系統(tǒng)產生惰性，甚至可能導致震蕩。因果回路圖包括多個變量，變量之間由標出因果關系的箭頭所連接，并標出重要的反饋回路，因此，能夠準確地表達出反饋過程中的延遲。鑒于此，因果回路圖的繪制必須建立在充分事實數據基礎上，如調查數據、訪談信息、實地觀察、歷史數據，這也恰恰是圖書情報學研究領域用于搜集數據和信息的主要方法。

1.4 模型的量化

存量流量圖在模型量化過程中具有重要的作用，它是以系統(tǒng)諸要素及其相互關系的數據資料為基礎，使之能完整地顯示出系統(tǒng)應有的因果關系和各模塊的銜接結構，又能正確反映系統(tǒng)中諸因素的數學意義和數量關系。模型的量化主要建立在因果回路圖的基礎上，依據系統(tǒng)的存量流量圖，從邏輯上對系統(tǒng)進行分解和再構造，表示出系統(tǒng)的物質流、信息流和反饋作用的全貌。此外，存量流量圖能夠區(qū)別不同性質的變量，厘清變量間相互關系，建立相關的輔助變量、常量，并與整個動態(tài)系統(tǒng)活動一一對應。

1.5 模型的修正與測試

模型的修正與測試是為了保證模型能夠在一定的條件下模擬現實情景，測試和發(fā)現模型中的潛在問題，并給予相應的修正。另外，由于模型測試具有證偽性的特征，因此其始終貫穿模型建立到模型完成的整個生命周期。隨著模型測試的不斷演化，系統(tǒng)動力學的建模者已經創(chuàng)建了各種專門的測試來發(fā)現模型中的缺陷，從而進一步修正模型，主要包括系統(tǒng)邊界適當性測試、結構評價測試、量綱一致性測試、參數估計測試、極端條件測試、積分誤差測試、行為重現測試、行為異常測試、家族成員測試、意外行為測試、靈敏性測試、系統(tǒng)改進測試等[12]。

2 系統(tǒng)動力學在圖書情報學研究中的應用

2.1 系統(tǒng)動力學的優(yōu)勢

大數據環(huán)境下，科學研究面臨的問題已經逐漸呈現出跨學科、跨領域的趨勢，無論是在基礎型學科，還是應用型學科，充分掌握和運用其他學科的方法來解決本學科的問題已經勢在必行。同樣的，系統(tǒng)動力學作為一種綜合而有效的方法，在幫助解決圖書情報學領域的研究問題中具有顯著的優(yōu)勢：

（1）系統(tǒng)動力學可適用于處理動態(tài)性、周期性與長期性問題。系統(tǒng)動力學模型是一種基于因果關系的結構－功能機理性模型，強調系統(tǒng)行為由系統(tǒng)結構和系統(tǒng)內部機制決定，這正迎合了圖書情報研究中處理復雜關系問題的需求。例如，基于圖書館發(fā)展問題（諸如圖書館資源配置問題、圖書館大數據處理問題、服務模式轉變問題等）的復雜信息反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)動力學可以作為有效的研究方法與便利的研究工具。著名的城市動力學[13－14]、世界模型[15]均表明，系統(tǒng)動力學在預測行為趨勢的同時，可以結合潛在的制約因素，在一個周期或時期內準確地預測趨勢的逆轉過程。

（2）系統(tǒng)動力學可適用于處理高階化、非線性問題。一方面，相比于常規(guī)的降階、線性近似替代等傳統(tǒng)求解方法，在研究復雜信息反饋系統(tǒng)方面，其所描述的方程往往是高階化、非線性的，系統(tǒng)動力學能夠迅速尋找和改善系統(tǒng)行為的路徑；另一方面，在掌握重要節(jié)點信息、甚至歷史數據殘缺不全的情況下，可以運用計算機仿真技術對其進行系統(tǒng)動力學分析，從而發(fā)現以高階化、非線性為表現特征的復雜系統(tǒng)在較長時間內的行為規(guī)律趨勢，以此獲取需要進行深度挖掘的信息。

（3）系統(tǒng)動力學可適用于問題情境的分析。如今，無論是情報服務，還是圖書館服務，圖書情報學領域的研究主題已經脫離不了問題情境。系統(tǒng)動力學是在假設問題情境的前提下對系統(tǒng)的行為趨勢進行預測和分析。因此，完整的系統(tǒng)動力學分析模型首先對研究問題情境進行解析，以系統(tǒng)的視角將其分為不同系統(tǒng)要素（自然要素、受控要素）的集合，并在此基礎上，根據研究目標的需要，確定系統(tǒng)的運行參數、行為關系和初始狀態(tài)條件，以及對模型進行測試，分析當特定的控制因素發(fā)生變化時，觀察系統(tǒng)的變化情況以及各個因素對系統(tǒng)運行的影響機理。

2.2 系統(tǒng)動力學的應用情況分析

在國外學者研究成果的影響下，近幾年國內學者已經逐漸重視系統(tǒng)動力學的應用，其中主要集中在：① 社會發(fā)展[16]、經濟 產業(yè)發(fā)展[17]；② 區(qū) 域 與 城 市 發(fā) 展[18]；③ 可 持 續(xù) 發(fā)展[19]；④企業(yè)管理和發(fā)展[20]等方面。但是到目前為止，通過在中國知網和萬方數據庫進行模糊檢索，圖書情報學領域的論文或報告并不多見，其中相對比較典型的有：2011年張寶寧的論文“基于系統(tǒng)動力學的圖書館知識管理體系研究”，基于圖書館知識管理要素、圖書館知識管理流程及圖書館知識管理績效評價三個要素構建了圖書館的知識管理體系，并用系統(tǒng)動力學方法對該體系進行了仿真分析[21]；在此之前，2010年趙圍曾就國防科技情報知識管理體系，采用系統(tǒng)動力學進行了全面剖析[22]；謝姝琳建立了面向高校圖書館信息資源質量控制的系統(tǒng)動力學模型，探討了信息資源質量穩(wěn)定性的控制策略[23]；何曉蘭等將系統(tǒng)建模與數據仿真相結合，分析了組織實施隱性知識管理過程中，各因素之間的邏輯因果關系及反饋關系，并據此提出了提高組織隱性知識管理效率的針對性解決措施[24]；邢憲光等運用系統(tǒng)動力學方法分析了產業(yè)競爭情報的因果圖及其行為規(guī)律，探索了產業(yè)競爭情報的供需機制，構建了系統(tǒng)動力學的供需模型[25]；陳芊里等通過建立以因果關系圖為基礎的云南省公共圖書館的系統(tǒng)動力學模型，為云南省公共圖書館戰(zhàn)略管理的發(fā)展提供了相應的理論根據和現實基礎[26]；樓雯等根據系統(tǒng)動力學理論，分析了高校圖書館信息資源的配置，從資源配置使用子系統(tǒng)、資源配置實施子系統(tǒng)和資源配置環(huán)境子系統(tǒng)進行了系統(tǒng)性的建模與仿真[27]。由此可見，基于全局性視角的系統(tǒng)動力學分析方法在圖書館應用研究方面開辟了新的途徑。但是，總的來說，系統(tǒng)動力學在國內圖書情報學研究中的涉及面相對狹窄，且應用面尚未完全展開。

在國際方面，系統(tǒng)動力學起步較早，發(fā)展相對成熟，雖然沒有在整個圖書情報學領域得到全面廣泛的應用，但作為一種有效的系統(tǒng)化分析方法，已在圖書情報學某些具體研究領域得到不同程度的應用，如知識管理、信息資源決策管理以及信息系統(tǒng)等。

知識管理是系統(tǒng)動力學應用相對寬泛的領域：Dangelico運用系統(tǒng)動力學理論分析了認知能力、物理距離以及組織協作的鄰近性，這是多個組織之間形成技術積聚的重要條件，對于知識創(chuàng)造與知識擴散相當重要[28]；Wang研究了個體組織在危機情境下的隱性知識轉移問題，模擬了組織采用多種不同模式的知識轉移機制，對關鍵知識在組織內部擴散的效率、及其對組織績效產生的影響程度作了定量化的分析[29]；Morrison等研究了在跨學科協作過程中，以多樣化領域專家的知識視角構建基于病理誘因及其診斷過程的系統(tǒng)動力學模型，并采用訪談法與觀察法收集專家協同工作過程中的原始數據資料，對模型進行仿真測試和驗證[30]。

在信息資源決策管理方面，Sterman認為系統(tǒng)動力學是對真實組織系統(tǒng)的抽象和簡化，并不是真實組織系統(tǒng)的復制品，同時以企業(yè)組織為研究對象，運用系統(tǒng)動力學理論研究了企業(yè)組織運營過程中的信息資源合理配置的問題[31]；Warren和Langley構建了學習型組織的群體智能因果關系與反饋結果的系統(tǒng)動力學模型，評價了組織的持續(xù)創(chuàng)新能力，進而支持組織群體決策[32]；?kraba等通過調查兩組群體對象之間交互反饋信息的強弱，繪制了相關因果循環(huán)圖，并在此基礎上，通過仿真實驗驗證了較強的信息反饋對群體決策優(yōu)化和決策結果具有積極作用[33]；Vázquez等通過對企業(yè)組織運營過程中普遍現象的認知與理解，借助系統(tǒng)動力學的模型仿真技術，以達到進一步對其進行預測控制，從而為企業(yè)決策提供有效信息支持[34]；Paich等通過對組織競爭情報信息分析、歸納，構建了關于企業(yè)競爭產品生命周期動態(tài)流的因果回路圖，模擬仿真了提升關鍵流節(jié)點對提升組織競爭力的影響[35]。

在信息系統(tǒng)方面，Love等將系統(tǒng)動力學方法與項目個案研究方法相結合，梳理了組織項目系統(tǒng)的信息資源組成要素，進一步總結了影響項目進程的主要性能影響因素[36]；Georgantzas等在分析信息系統(tǒng)與系統(tǒng)動力學關系的基礎上，運用系統(tǒng)動力學的方法分析了信息系統(tǒng)在群體、組織和市場方面的設計、實施和影響[37]；Lee等介紹了系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃和控制方法，提出一個可操作化的建?？蚣?，并將系統(tǒng)動力學與基于網絡的方法相結合，從而將系統(tǒng)動力學作為信息系統(tǒng)網絡化的戰(zhàn)略項目管理工具[20]。

綜上所述，隨著系統(tǒng)動力學的理論不斷豐富和成熟，其應用范圍亦變得愈加廣泛，但是通過對圖書情報學領域的系統(tǒng)動力學文獻進行進一步跟蹤研究發(fā)現，這些模型幾乎都是一次性使用，很少有文獻進一步對模型進行二次開發(fā)，這在一定程度上阻礙了研究工作的深入開展。Lane在2007年回顧和梳理Forrester的一生及其對系統(tǒng)動力學的巨大貢獻時，曾經強調了系統(tǒng)動力學模型是根據情境的實時變化，不斷反饋、修正、改進和提升的過程，對模型二次開發(fā)具有相當的必要性與重要性[38]。

3 系統(tǒng)動力學對圖書情報學領域的啟示

當前，大數據時代的到來[39]，給圖書情報學帶來了一定的沖擊。這既是機遇，也是挑戰(zhàn)。一方面，大數據以新的技術發(fā)展形態(tài)成為圖書情報學領域研究對象的重要組成部分，促進圖書情報機構的服務理念、服務手段、服務管理產生重大變革；另一方面，海量復雜數據的迅猛增長給圖書情報學領域的數據處理能力提出了挑戰(zhàn)，加深了研究問題的復雜性與長期性。因此，系統(tǒng)動力學方法的引入，極大地提升了圖書情報學領域研究者對復雜問題的應對和處理能力。

因此，綜觀系統(tǒng)動力學在圖書情報學領域中的應用情況，到目前為止，圖書情報領域已經具備了相對成熟的客觀條件。

（1）國內圖書情報學領域的研究者對于系統(tǒng)動力學理論已有一定的研究基礎，隨著學術開放程度的不斷提高，將有更多研究者了解到系統(tǒng)動力學的應用，必然導致圖書情報領域對于系統(tǒng)動力學的需求與潛在使用者有增加的趨勢。

（2）隨著計算機技術的發(fā)展，國內外系統(tǒng)工程領域對于系統(tǒng)動力學的建模技術、仿真技術已有相當的研究，這極大地促進了Vensim、Powersim、Anylogic等系統(tǒng)動力學軟件的傳播和推廣，同時，加速了圖書情報領域對系統(tǒng)動力學技術的理解與使用。

（3）由于系統(tǒng)動力學從控制論和非線性動力學發(fā)展而來，其建立的理論和模型都有嚴格的數學基礎，完全可以作為圖書情報學領域的一種實用工具，從而能夠幫助圖書情報學的管理者解決組織所面臨的系統(tǒng)因果方面問題，應用門檻較低，極大地促進了在圖書情報學領域的應用。

與此同時，為進一步提升系統(tǒng)動力學在國內圖書情報學領域的推廣，圖書情報學領域的研究人員可以從以下方面著手：①在關注大數據發(fā)展的同時，重點提升圖書情報學領域研究者將系統(tǒng)動力學理論運用到實際大數據問題中的應用處理能力；②國內圖書情報學領域的研究團隊可以積極開展跨學科的交流與合作，通過組織學術研討會、報告交流會等形式了解其它學科領域的系統(tǒng)動力學應用情況，從而根據本學科自身的特點，擴大系統(tǒng)動力的應用層面；③重視與加強同國際圖書情報學領域學者的交流與合作，以方法學習、案例學習的方式，深入理解系統(tǒng)動力學相關理論原理，吸收具體的應用實踐經驗；④高校圖書情報學專業(yè)可以根據自身實際情況，適當增設系統(tǒng)動力學的相關課程，進一步普及系統(tǒng)動力學的重要理論知識，為年輕的研究者打好理論基礎；⑤相關刊物和研究機構可以對系統(tǒng)動力學的理論以及在各學科中的實際應用情況定期或不定期進行總結，為其持續(xù)發(fā)展奠定重要基礎[40]。

4 結語

圖書情報學作為一類交叉性學科，吸收其它學科的理論方法是相當有必要的。此外，系統(tǒng)動力學對于圖書情報學領域的研究者而言，作為研究復雜問題的系統(tǒng)化仿真工具，有助于提升研究方法的科學性、研究過程的合理性以及研究結果的準確性。與此同時，在大數據環(huán)境下，圖書情報學領域的研究問題也必然面臨著大數據的影響，這無疑導致了研究問題本身的復雜性和長期性，勢必要求圖書情報學領域的研究者以前瞻性、全局性的視角看待這些問題，這也恰好促進了系統(tǒng)動力學發(fā)揮其應有的價值，推進圖書情報學界的理論體系深度化，應用技術的多樣化。

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