新一代“人工智能+圖書館”服務應用生態(tài)的構建

李建偉

摘 要 新一代信息技術在圖書館領域具有廣泛的應用前景，不斷推動著圖書館服務向智能化邁進，也將進一步革新當今以智慧圖書館為主的服務形態(tài)。論文從計算智能、感知智能、認知智能三個人工智能發(fā)展層次探討人工智能給圖書館帶來的發(fā)展機遇以及人工智能在圖書館領域的發(fā)展重點，從人工智能發(fā)展形態(tài)的角度提出如何構建未來智能圖書館應用服務生態(tài)體系。

關鍵詞 人工智能 互聯(lián)網(wǎng)+ 智能圖書館

分類號 G250.7

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2018.11.012

0 引言

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學[1]。近年來，人工智能相關智能物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等創(chuàng)新技術不斷涌現(xiàn)與突破，如2016年人工智能程序AlphaGo戰(zhàn)勝人類專業(yè)圍棋高手，引起了全社會對人工智能與科技創(chuàng)新的廣泛關注。如今，諸多人工智能的研究理論已經在社會領域得到了實踐，某些智能設備的單項能力甚至超越人類。世界各國已經開始重視人工智能蘊含的巨大潛能，正積極推進人工智能與行業(yè)的融合發(fā)展。2015年中國發(fā)布《關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》，將“互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”列為11項重點行動之一[2];國務院于2017年印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》也強調人工智能是引領未來的戰(zhàn)略性技術，要把人工智能發(fā)展放在國家戰(zhàn)略層面系統(tǒng)布局、主動謀劃?！叭斯ぶ悄?圖書館”是新時期智慧圖書館的進一步發(fā)展，國家政策的大力支持，為“人工智能+圖書館”提供了發(fā)展機會。21世紀的圖書館應把握住人工智能發(fā)展的重大歷史機遇，努力推動人工智能與圖書館學科的交叉融合，以云計算、大數(shù)據(jù)等核心技術為要素推動圖書館向智能化方向發(fā)展，實現(xiàn)文獻信息服務的智能化、個性化和精準化。

1 圖書館計算智能應用服務生態(tài)

人工智能依次經歷了計算智能、感知智能、認知智能三個階段的發(fā)展。計算智能使用強大的算法處理海量大數(shù)據(jù)，讓機器能和人一樣計算、存儲和傳遞信息，這也是人工智能不斷向前發(fā)展的基礎。隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展，新時代人工智能的典型特征是大計算、大數(shù)據(jù)與大決策交互融合。

1.1 基于圖書館大數(shù)據(jù)的計算智能

新一代互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的圖書館建設有豐富的數(shù)據(jù)庫，擁有海量的電子圖書、期刊、多媒體等信息資源，發(fā)展人工智能具有良好基礎。除了建設有典型的結構化數(shù)據(jù)庫資源，圖書館還包括大量的非結構化數(shù)據(jù)資源。一是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。圖書館很多設備加裝了傳感器形成物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了物與物、人與物之間的交流，產生了龐大的數(shù)據(jù)。二是互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。隨著高校圖書館網(wǎng)絡化的普及，圖書館可以獲取大量讀者訪問行為特征數(shù)據(jù)，系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)資源每天都在增長，長時間的數(shù)據(jù)積累開始具有大數(shù)據(jù)特征，機器的智能化使得圖書館的數(shù)據(jù)庫更加復雜。云計算與大數(shù)據(jù)技術的結合則讓這些龐大的數(shù)據(jù)產生了更大的價值，挖掘找到隱藏在大數(shù)據(jù)背后的世界[3]。利用人工智能的數(shù)據(jù)挖掘與非線性處理技術加工海量的信息數(shù)據(jù)，圖書館可以發(fā)現(xiàn)讀者行為存在的規(guī)律，可以把過去只能定性的問題定量化，進而改變傳統(tǒng)認知，幫助我們分析與預測未來的發(fā)展趨勢。具體表現(xiàn)為以下3點。

（1） 為資源采購提供決策支持。利用讀者訪問資源的行為數(shù)據(jù)可以開展有效的用戶知識需求分析，幫助圖書館做出更加主動的采購決策。如通過收集、加工和處理讀者數(shù)據(jù)庫訪問記錄、下載歷史日志、資源使用評論信息、文獻借還記錄等，挖掘分析用戶的資源傾向和興趣需求。

（2） 智能搜索和篩選服務。人工智能技術可以有效地感知讀者群體的認知及心理變化，同時結合讀者的專業(yè)對用戶的信息需求進行判斷，實現(xiàn)根據(jù)用戶需求進行資源智能搜索和篩選的目的。圖書館充分發(fā)揮信息資源優(yōu)勢，可提供諸如面向輿情風險控制的智能輿情監(jiān)測、信息傳播神經網(wǎng)絡變化趨勢預測等智能服務，可利用大數(shù)據(jù)對相關學科資源進行聚類分析、熱點預測、知識關聯(lián)分析等，幫助構建學科知識圖譜。

（3） 為學科研究提供學術共享環(huán)境。圖書館應用智能機器人提供的知識交互功能，為科研人員構建了虛擬社區(qū)，創(chuàng)造了良好的學術共享環(huán)境。在學術研究領域，新一代人工智能程序還可以發(fā)現(xiàn)大型知識庫學科之間的知識關聯(lián)，從而使學者的跨學科研究成為可能。

1.2 實現(xiàn)精準化的信息服務

在更新迅速的數(shù)字資源中，用戶往往需要花費大量的時間和精力篩選有價值的資料。為節(jié)約時間，提升效率，圖書館利用大數(shù)據(jù)技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)聚類與關聯(lián)分析，可大大提升傳統(tǒng)的學科咨詢、數(shù)據(jù)共享等基本文獻服務能力，實現(xiàn)用戶需求的精準特色服務。

圖書館信息管理系統(tǒng)的借閱記錄保存在結構化數(shù)據(jù)庫中，通過聚類、關聯(lián)分析可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫讀者借閱歷史日志和圖書的內容特征數(shù)據(jù)的發(fā)掘，可以發(fā)現(xiàn)有相同興趣特征的讀者的借閱習慣。

聚類分析是一種綜合層次型、網(wǎng)格、基于模型或概率密度等多種數(shù)據(jù)分析方法的數(shù)據(jù)挖掘技術，目的是讓聚類生成的同一簇中的數(shù)據(jù)對象的性質盡可能相似。如圖1所示，通過聚類，圖書館可以準確區(qū)分不同特征的讀者用戶群體，進而主動推薦資源。首先，所有業(yè)務數(shù)據(jù)形成資源池，統(tǒng)一轉換格式;其次，挖掘引擎基于挖掘方法庫進行模式評估，以尋找最有效的發(fā)現(xiàn)方法用于發(fā)現(xiàn)有價值的關聯(lián)規(guī)則;最后，推送系統(tǒng)在用戶界面根據(jù)用戶提交的信息在規(guī)則庫匹配規(guī)則，再利用合適規(guī)則去推送用戶可能感興趣的資源。圖書館通過挖掘分析圖書文本的寫作風格可以幫助讀者尋找合適的圖書，或通過處理成千上萬冊的圖書信息，收集分析圖書特征，以幫助讀者更加深入地發(fā)現(xiàn)和利用它們。如果讀者群體的興趣發(fā)生變化，還可以追溯用戶，分析用戶偏好，將之前圖書推薦一對多的方式改為一對一，形成精準的個性化推薦。借助人工智能技術主動推送信息資源，告別了被動等待讀者發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng)服務方式，能使館藏資源得到更好的利用。

2 圖書館感知智能應用服務生態(tài)

感知智能就是讓設備和人一樣，能看懂圖，能聽懂話，能與人進行交流。各式各樣的傳感器能夠采集數(shù)據(jù)，能分析、傳送數(shù)據(jù)，能進行記憶、交互控制等，如同人類的五官，為智能設備感知具體物理世界提供了可能。應用感知智能提升圖書館服務水平也是“人工智能+圖書館”極為重要的應用前景形態(tài)。

2.1 圖書館智能人機交互

人機互動方式從早先的CMD命令發(fā)展到用鼠標圖形界面操作，再到今天智能機器人能聽、能看。計算機技術的不斷突破，越來越“擬人化”的人機交互服務被應用于圖書館管理服務中，將使得圖書館知識管理過程更加高效便捷，并對圖書館服務方式等帶來革命性的變革。如2017年5月南京大學圖書館融合超高頻RFID、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術，發(fā)明圖書館機器人——“圖寶”?！皥D寶”不僅可以代替人工進行圖書盤點，與圖書館自動化管理系統(tǒng)無縫對接提供圖書信息，還可以逐漸掌握業(yè)務知識庫，成長為智慧化的機器人館員。

2.2 智能圖像識別技術的應用

圖像識別技術就是想讓計算機像人一樣能對圖像進行處理、分析和理解，能讀懂圖片的內容，是人工智能的一個重要領域。圖書館通過人類具有的唯一性生物特征——人臉，將圖像識別技術應用于讀者身份管理工作中，如刷臉借書，人臉識別門禁等等。人臉識別系統(tǒng)要保證識別率和識別速度，關鍵在于擁有尖端的核心算法。傳統(tǒng)人臉識別方法采用單一算法，如“特征臉法”“神經網(wǎng)絡法”等，雖然識別率較高，但由于計算量大導致識別速度十分低下，無法在應用中推廣。人工智能出現(xiàn)的“深度學習”概念給人臉識別方法帶來質的變化。擁有“深度學習”能力的人臉識別系統(tǒng)可能集成了幾百種算法，對于每一張人臉，會在計算運行中自動優(yōu)化，直到為用戶“度身定制”最適合的一套組合算法，使識別率提升至96%以上。相比其他的驗證方式，人臉檢測不需要“強制性”地要求讀者配合采集設備，在遠距離、自然狀態(tài)下就可獲取人臉圖像，隱蔽性更好。大型圖書館采用“人臉識別”+“大數(shù)據(jù)”技術可以有效完成大量用戶對象的身份管理，而且人臉識別應用系統(tǒng)的巨大計算量可以在云端完成，運行速度快、操作簡單、結果直觀。

2.3 智能語音服務

語音是人類交流最自然的方式，聲音比其它任何媒介接受信息都要簡單、方便。圖書館智能利用語音技術有諸多好處。一是提供語音朗讀。將文本內容轉換成語音，幫助兒童、殘疾人士、視障人士克服障礙，通過語音來獲取信息資源。二是提供語音輸入服務。通過語音輸入，可以擺脫生僻字和拼音障礙，讓搜索更加高效，如中國國家數(shù)字圖書館 APP 和上海圖書館 APP，均采用了語音識別技術，讀者可通過語音輸入代替文本輸入進行館藏資源搜索。三是提供智能語音機器人服務。傳統(tǒng)圖書館人工咨詢服受時間、空間和人力的限制，無法滿足日益增長的咨詢服務需求，語音機器人服務可以代替咨詢館員為讀者提供參考咨詢、館藏資源搜索、學科導航等服務。

目前不少第三方語音應用平臺對專業(yè)的開發(fā)者開放開源。如2016年，百度將其具有革命性的語音技術面向社會開放共享，圖書館行業(yè)開發(fā)者可以簡單快速地將百度平臺強大的語音技術集成到所開發(fā)產品中，用于構建各種語音交互應用，讓服務模塊能聽、會說、會思考。

3 圖書館認知智能應用服務生態(tài)

認知智能是人工智能的高級形態(tài)，它模擬人類的推理、聯(lián)想、知識組織能力，使得機器和人一樣能理解、會主動思考并采取合理行動。與其它智能形態(tài)相比，認知智能具有突出的“深度學習”能力，這是認知智能的本質特征。所謂“深度學習”，是指人工智能設備的理解能力、表達能力、智商都會隨著深度自我學習而不斷成長，就像生物神經大腦的工作機理一樣。

3.1 自然語言理解

用自然語言實現(xiàn)與計算機交流通信是21世紀人工智能最關注的研究領域之一，也是圖書館人工智能應用的重要領域。人機間自然語言通信意味著要使計算機既能理解自然語言文本的意義，也能以自然語言來傳達既定的信息等[4]。人類語句雖然遵循一定的語法與語義，但由于漢語詞長短不一，詞匯數(shù)量龐大，語法復雜，加上語義具有二義性，有時語音模糊難以準確識別，因此讓機器完全理解人類語言是一個十分艱難的任務。計算機理解自然語言內容關鍵是要能自動對一段文字進行標識化、句子切分、部分詞性標注、組塊、解析等操作，最后輸出符合人類理解的文字。人工智能處理自然語言的計算機算法基于機器學習，其中分詞是自然語言理解的基礎性工作，就是把一段文字的詞逐個切分出來。目前，自動分詞技術較為成熟的方法有十多種，如最大匹配法、基于字標注的中文分詞方法、逐詞遍歷匹配法等等，通過分詞、結構分析、語法分析、詞義標注等操作，計算機可以對自然語言文本內容進行過濾，再圍繞語句的合法性、價值的有效性、邏輯的真實性來分別提取語用信息。

自然語言理解技術歷經20多年的研究發(fā)展，已經取得了顯著的成果，出現(xiàn)了一些實用的語言服務系統(tǒng)，如“搜狗聽寫”“哈工大訊飛語言云”，這些系統(tǒng)可以實現(xiàn)語言聽寫、轉寫、喚醒功能，準確率超過95%。智能圖書館結合精準的自然語音處理核心技術和高效、便捷的大規(guī)模“語言云”服務，可以在資源服務中借助分詞、詞性標注、依存句法分析等處理，以“詞云”的形式展示讀者關注最多的資源評價，以及對用戶評價作智能分類和處理，實時發(fā)現(xiàn)用戶喜好;可以通過對用戶的留言、評價、信息交互的文本進行語言處理，自動識別用戶的情緒;可以自動收集計算機前端的大量用戶語言文本，讓機器完成語言分析工作，自動檢索資源生成摘要，進行輔助讀者閱讀和智能情報分類檢索等等。

3.2 智能檢索

智能檢索是在傳統(tǒng)信息檢索系統(tǒng)的基礎上融入人工智能技術，通過對知識一定的理解與處理能力，使信息檢索從基于關鍵詞級別提高到基于知識（或概念）級別，實現(xiàn)更高層次的檢索功能?；ヂ?lián)網(wǎng)圖書館用戶需要依賴功能強大的檢索工具才能從龐大數(shù)字資源中檢索到所需的信息，但大部分用戶往往不愿意在資源文檔查找中耗費太長的時間，而是希望可以通過自然語言直接表述信息需求，由自動問答系統(tǒng)快速準確地反饋答案。

人工智能情報檢索系統(tǒng)只有在充分“理解”用戶的需要和預期獲取文獻所包含內容之間的關系的基礎上，才能為用戶提供全面的問題解答集。用戶輸入自然語言查詢時，系統(tǒng)首先將自然語言表述轉化成特定的知識表示形式，并利用人工智能的內容理解、計算推理、知識學習、判斷決策等技術得到答案。智能系統(tǒng)包括知識表示、邏輯推理、自然語言的邏輯轉換等，具有較強的推理能力。圖2就是以完整意義的語言單元來進行信息智能檢索的過程。由于語音識別準確率低且口語本身具有語法不規(guī)范等特性，要求基于自然語言的信息查詢系統(tǒng)必須具備較強的魯棒性，如荷蘭的CSDOS全文庫，用戶只需要用自然語言像請求別人回答問題一樣向系統(tǒng)提問，系統(tǒng)會對提出的問題進行推理、理解，并在相關知識資源中自動求解答案，對問題做出詳細的回答。

3.3 構建面向限定領域的知識問答系統(tǒng)

2011年IBM的自然語言問答系統(tǒng)“沃森”（Watson） 在美國哥倫比亞廣播公司的“危險邊緣”益智問答游戲中，戰(zhàn)勝兩位前冠軍，這證明了智能問答系統(tǒng)可以達到甚至超過人類水平。這種經典的問答系統(tǒng)是在已有提問集數(shù)據(jù)庫中查詢與用戶提問相對應的答案，而面向限定領域的開放式知識問答系統(tǒng)則利用人工智能認知技術來構建專業(yè)的人機對話問答系統(tǒng)，使系統(tǒng)像人類一樣學習思考和自我認知。面向特定領域的人機知識問答系統(tǒng)主要由自然語言接口的數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)、自然語言界面的專家系統(tǒng)、基于FAQ的知識庫系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)首先通過自然語言理解技術，獲得其中的語義、情緒等信息;其次分析所有類型的數(shù)據(jù)，通過以證據(jù)為基礎的學習從大數(shù)據(jù)中快速提取關鍵信息，并在人機交互中獲取反饋，不斷優(yōu)化模型;同時將散落在各處的知識片段連接起來，進行推理、分析和論證，獲取決策的證據(jù);最后以自然的方式與人互動交流，反饋答案。因此用戶拋開關鍵詞和詞組的種種限制，無需學習布爾檢索式，只要像平時提問一樣就可以得到答案。

目前，互聯(lián)網(wǎng)的開放域問答系統(tǒng)通常是幫助普通用戶處理一些較簡單的問題類型，反饋的答案也相對較簡單。面向專業(yè)領域用戶的問答系統(tǒng)對系統(tǒng)反饋的答案要求較高，系統(tǒng)必須在深層次理解用戶查詢語句的基礎上才能完成目標。圖書館可以借助特色學科資源，與專業(yè)的技術與資源平臺合作構建限定領域的問答系統(tǒng)，如百度2015年發(fā)布的對話式人工智能系統(tǒng)“Duer OS”，該開放平臺可以為圖書館開發(fā)者提供全套語音技能開發(fā)工具和方案，實現(xiàn)為專業(yè)學者提供更系統(tǒng)專業(yè)的資源，提供更好的人機接口。

4 基于虛擬現(xiàn)實技術的資源服務

人工智能時代的到來，也推動了以計算機技術為核心的一種現(xiàn)代仿真技術，即虛擬現(xiàn)實技術。虛擬現(xiàn)實技術集多媒體技術、人機接口技術、多傳感交互技術等多種技術于一體，以一個三維的虛擬環(huán)境模擬人在自然環(huán)境中的狀態(tài)，實現(xiàn)視、聽、觸覺等的交互體驗[5]。圖書館是古籍善本收藏和保護的主要場所，為平衡傳統(tǒng)圖書館中對珍貴圖書的“藏”與“用”之間的矛盾，可以借助虛擬現(xiàn)實技術對書中的世界進行虛擬化。相比圖片、視頻等載體，用戶能身臨其境“翻頁瀏覽”，“觸碰”到珍貴資源，充分發(fā)揮了稀缺文獻的價值，而不是束之高閣。圖書館用戶培訓還可以利用虛擬現(xiàn)實技術構建虛擬教育場景，提升培訓效能，拓寬培訓范圍，既節(jié)省費用，也讓圖書館的教育功能達到最大化。新一代的虛擬資源設備不僅集合最優(yōu)質的資源，而且倡導體驗閱讀為主，同時實現(xiàn)社交分享功能，滿足快樂閱讀的需求。

5 結語

人工智能在圖書館的應用發(fā)展尚處于早期的階段，技術有待不斷提高，如許多設備和程序的人機交互還停留在單一識別人的某一特征，進行木訥回應的層次，與符合人類的認知習慣和形式差距甚遠。人工智能若要進一步發(fā)展，需有賴于開放科學、開放數(shù)據(jù)和開放獲取的大環(huán)境，而這些對于圖書館而言剛剛起步。

伴隨人工智能的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)的不斷升級更新，圖書館未來的服務將努力朝以下方面發(fā)展：首先無處不在、各種各樣的傳感器自然而然融進圖書館信息基礎建設中，實時為決策管理提供源源不斷的信息依據(jù);其次融合人工智能、基于大數(shù)據(jù)的云計算平臺，圖書館能夠時刻感知用戶的需求，全方位分析讀者信息需求的本質，并隨之快速做出合理的反應，甚至預知其潛在需求;再次，人機交互的形式，將從機械的外在互動上升至情感層面的交流，設備將變得越來越智能，系統(tǒng)會記憶用戶的行為習慣和未來偏好，像親密朋友一樣熟悉用戶的一切，能夠智能地推薦相應的知識與服務，讓用戶的資源體驗變得更愉悅。

新時期以人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)字學術技術、網(wǎng)絡身份為代表的新一代信息技術在圖書館領域具有廣泛的應用前景。今天圖書館人要做的，不是在熱潮后面亦步亦趨，而是積極利用自己的學科優(yōu)勢，參與并在人工智能的發(fā)展中有所作為，推動圖書館服務向智能化邁進。未來的“人工智能+圖書館”也將進一步革新當今以智慧圖書館為主的服務形態(tài)，幫助管理人員從日復一日的繁瑣工作中解脫出來，讓他們有更多機會與時間去創(chuàng)造價值，更好地為用戶提供智能交互的信息服務。

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