用戶認(rèn)知導(dǎo)向的動(dòng)態(tài)信息檢索模型構(gòu)建

戎軍濤

（中國人民大學(xué)信息資源管理學(xué)院 北京 10089）

解決人類知識信息的獲取和利用，滿足人類的知識需求是信息檢索的核心任務(wù)，也是國內(nèi)外圖書館信息學(xué)追求的目標(biāo)。20世紀(jì)60年代以來，信息檢索領(lǐng)域經(jīng)歷了系統(tǒng)導(dǎo)向模式、行為導(dǎo)向模式，目前正在向認(rèn)知導(dǎo)向模式轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)導(dǎo)向模式將信息檢索看成是一種簡單的物理或機(jī)械式的匹配活動(dòng)，盡管在不斷地改進(jìn)算法，但由于忽視了用戶的存在，因而在檢索效率上遇到瓶頸。行為導(dǎo)向和認(rèn)知導(dǎo)向都屬于用戶導(dǎo)向模式。行為導(dǎo)向的信息檢索更加注重觀測用戶的信息搜尋行為，引入了用戶的心理、情境、需求、情緒等變量，但缺乏對信息資源內(nèi)容的關(guān)注。20世紀(jì)70年代以來，認(rèn)知觀的引入給信息檢索提供了新的視角。信息檢索本質(zhì)上是一個(gè)認(rèn)知過程，目的是滿足用戶信息需求，進(jìn)一步改善用戶知識結(jié)構(gòu)[1]。1992 年，P. Ingwersen提出了與情境相關(guān)的整體主義認(rèn)知觀，揭示了信息檢索的認(rèn)知轉(zhuǎn)向路徑[2]。認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索引入了更多的變量因素，如信息行動(dòng)者、工作任務(wù)、信息系統(tǒng)、信息對象、社會(huì)組織情境等，使得信息檢索系統(tǒng)越來越復(fù)雜，不再僅僅是單維度的、靜止的、簡單的關(guān)鍵詞匹配活動(dòng)。數(shù)據(jù)智能時(shí)代，以大數(shù)據(jù)與認(rèn)知計(jì)算為代表的智能技術(shù)為信息檢索提供了更加豐富的理論技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)，同時(shí)也改變了人們對人工智能技術(shù)的認(rèn)知。信息檢索系統(tǒng)以更加智能的形態(tài)出現(xiàn)，向以知識圖譜為基礎(chǔ)的智能檢索、智能問答系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，開始重視人們在信息利用過程中的知識結(jié)構(gòu)和認(rèn)知能力，強(qiáng)調(diào)信息系統(tǒng)和用戶雙方在認(rèn)知層而非物理層上交互的重要性。

由于認(rèn)知信息檢索理論引入檢索者認(rèn)知變量，更加符合人類信息檢索行為認(rèn)知過程的實(shí)際情況，因此認(rèn)知信息檢索具有良好的發(fā)展前景。認(rèn)知觀的引入能詳細(xì)闡釋信息檢索交互的相關(guān)細(xì)節(jié)，為信息檢索發(fā)展提供了新的思路和方法，但是認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索系統(tǒng)尚處于理論觀念革新和系統(tǒng)模型構(gòu)建階段，尚未驗(yàn)證成熟，人們對認(rèn)知信息檢索框架的認(rèn)識也較為模糊。本文從認(rèn)知視角出發(fā)，旨在探索信息檢索的本質(zhì)，闡明認(rèn)知導(dǎo)向內(nèi)涵，構(gòu)建動(dòng)態(tài)的認(rèn)知信息檢索的基本框架模型，促使信息檢索領(lǐng)域重新定義、精煉和改進(jìn)，為改善信息獲取和利用效果、解決信息檢索各種問題提供有價(jià)值的參考方案。

1 信息檢索領(lǐng)域的認(rèn)知轉(zhuǎn)向

信息檢索的研究框架通常包括三個(gè)基本要素：信息檢索者、信息對象、信息系統(tǒng)，其核心問題是人與目標(biāo)信息的匹配。圍繞不同的要素展開研究，會(huì)形成不同的理論導(dǎo)向模式：以信息系統(tǒng)為中心進(jìn)行研究，就形成了系統(tǒng)導(dǎo)向模式；以信息檢索者的行為為中心進(jìn)行研究，就形成了行為導(dǎo)向模式；以信息對象和人的相互作用為中心進(jìn)行研究，就形成了認(rèn)知導(dǎo)向模式。

1.1 系統(tǒng)導(dǎo)向模式

自20世紀(jì)50年代以來，系統(tǒng)導(dǎo)向的檢索或客體范式是信息檢索領(lǐng)域的主流，關(guān)注的是如何快速、高效地構(gòu)建文獻(xiàn)信息檢索系統(tǒng)，產(chǎn)生了大批有影響力的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫。在此期間，著名的 Cranfield檢索評測實(shí)驗(yàn)提出了許多目前仍然被廣泛采用的檢索評價(jià)指標(biāo)[3]。在20世紀(jì)70年代到80年代，許多信息檢索的理論與模型被提出，如矢量空間模型、概率模型等。20世紀(jì)90年代以來，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)下，信息檢索進(jìn)入以搜索引擎、數(shù)字圖書館、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航等形態(tài)為主的網(wǎng)絡(luò)信息檢索階段，研究領(lǐng)域擴(kuò)展到文本檢索、自動(dòng)問答、文本過濾、跨語言檢索、主題識別等多個(gè)領(lǐng)域。

系統(tǒng)導(dǎo)向模式關(guān)注的是技術(shù)、算法、模型，其研究目標(biāo)是按照需求來設(shè)計(jì)能識別大量相關(guān)文獻(xiàn)并對其進(jìn)行排序的算法，研究重點(diǎn)是作者文本、文本表示、提問式與檢索技術(shù)[4]，包括文本分類與聚類、文本索引、關(guān)鍵詞匹配、單元詞標(biāo)引、元數(shù)據(jù)描述、檢索相關(guān)性、系統(tǒng)互操作等。但是系統(tǒng)導(dǎo)向的信息檢索沒有考慮使用系統(tǒng)的人的因素，其理論假設(shè)是用戶需求已經(jīng)明確，找到文本就能滿足的用戶需求[5]。因此，系統(tǒng)導(dǎo)向的信息檢索系統(tǒng)是單向度的、靜態(tài)的、固化的，人與系統(tǒng)之間缺乏必要的反饋與交互，難以滿足用戶知識需求。

1.2 行為導(dǎo)向模式

20 世紀(jì) 70 年代以后，用戶導(dǎo)向的信息檢索受到關(guān)注，側(cè)重研究用戶與系統(tǒng)的交互以及信息搜尋行為，主要包括用戶的信息需求、獲取、查詢、交流、利用等行為，因此用戶導(dǎo)向的信息檢索也被稱為行為導(dǎo)向模式。英國情報(bào)學(xué)家T.D.Wilson于1981年提出了信息搜尋行為的情境模型，1996年再次對其進(jìn)行修訂，1999年進(jìn)一步提出信息檢索、信息搜索與信息行為的嵌套模型，揭示了主要概念間的嵌套關(guān)系，其核心思想是：IR 總是處于信息搜尋過程的情境之中，而信息搜尋又是構(gòu)成整體信息行為的其中一種[6]。Ellis描述了各類社會(huì)科學(xué)家個(gè)體的信息搜尋行為特征，提出了研究人員的信息搜尋模型[7]。Kuhlthau提出信息檢索的過程模型，主要包括發(fā)起、選擇、探索、制定、收集和呈現(xiàn)六個(gè)階段[8]。Spink描述了信息檢索過程的交互、循環(huán)模型，即每個(gè)搜索策略可以包含一個(gè)或多個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)可能包含一個(gè)或多個(gè)交互反饋事件[9]。

信息檢索的行為導(dǎo)向模式側(cè)重于經(jīng)驗(yàn)研究，具有較強(qiáng)的實(shí)證性和應(yīng)用性，注重心理、情感、需求、動(dòng)機(jī)等心理因素，采用社會(huì)學(xué)、行為科學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科的理論、方法和實(shí)踐來探討信息行為的影響因素，其目標(biāo)是理解人類信息檢索行為，關(guān)注的是用戶的問題空間、信息問題、請求、與媒介的交互、接口設(shè)計(jì)及表達(dá)方式等。行為雖然反映人類的主觀世界，但是行為并不等同于人類的主觀世界，它僅僅是主觀世界的社會(huì)化表現(xiàn)。所以，用戶行為并不能完全揭示、反映用戶信息需求，但行為本身卻是通向人類認(rèn)知的媒介。

1.3 認(rèn)知導(dǎo)向模式

20世紀(jì)90年代，信息檢索領(lǐng)域開始轉(zhuǎn)向以用戶認(rèn)知為導(dǎo)向的認(rèn)知范式，更加關(guān)注用戶認(rèn)知行為、檢索模型及影響因素等，將用戶看作信息吸收和利用的主體，情境、任務(wù)和相關(guān)性等都是與認(rèn)知信息檢索相關(guān)的重要概念[10]。Belkin的知識非常態(tài)理論[11]、Dervin的意義構(gòu)建理論[12]、Brooks的知識方程理論[13]等都是經(jīng)典認(rèn)知范式模型，其理論假設(shè)是人類的主觀世界會(huì)受到外界信息的輸入而改變。Ingwersen在Belkin模型基礎(chǔ)上提出了信息搜索的認(rèn)知交互模型，進(jìn)一步描述了用戶進(jìn)行信息搜索時(shí)，在信息對象、搜索系統(tǒng)與設(shè)施、界面、用戶的認(rèn)知空間以及社會(huì)和組織環(huán)境中會(huì)發(fā)生一系列的動(dòng)態(tài)認(rèn)知交互過程[14]。Saracevic基于信息使用的“獲得—認(rèn)知—應(yīng)用”模式，提出信息搜索行為的分層交互模型，模型從系統(tǒng)、用戶到社會(huì)情境是動(dòng)態(tài)的交互過程，并有三個(gè)交流層：通信層、認(rèn)知層和情境層[15]。從認(rèn)知科學(xué)角度探索用戶認(rèn)知結(jié)構(gòu)的意義構(gòu)建過程以及知識創(chuàng)新的認(rèn)知機(jī)理，是認(rèn)知導(dǎo)向關(guān)注的理論基礎(chǔ)研究。

認(rèn)知導(dǎo)向模式是一種主體與客體的動(dòng)態(tài)交流范式，強(qiáng)調(diào)知識的主觀性、建構(gòu)性、認(rèn)知性，重視與用戶的互動(dòng)，注重知識的利用效果，關(guān)注用戶吸收知識后認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改變，其目的是滿足知識需求，推動(dòng)知識創(chuàng)新。認(rèn)知導(dǎo)向要求“知識”應(yīng)當(dāng)做廣義的理解，它不僅僅是一種對象，同時(shí)也是一種過程，更是一種體驗(yàn)[16]。因此，知識、信息不再是一種靜態(tài)的客體，而是一種多元、動(dòng)態(tài)、交互的轉(zhuǎn)化過程。對知識的認(rèn)識不應(yīng)當(dāng)局限于對知識及知識活動(dòng)的靜態(tài)描述，而還應(yīng)表現(xiàn)為以知識、人及兩者之間相互作用為核心的一種動(dòng)態(tài)過程[17]。當(dāng)然，認(rèn)知導(dǎo)向與系統(tǒng)導(dǎo)向、行為導(dǎo)向的信息檢索并不是完全割裂的關(guān)系，而是發(fā)展、繼承和融合的關(guān)系[18]。認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索范式應(yīng)該是以認(rèn)知范式為主導(dǎo)、同時(shí)整合“系統(tǒng)導(dǎo)向”“行為導(dǎo)向”兩大范式的綜合范式。

2 信息檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)知導(dǎo)向要求

認(rèn)知信息檢索是用戶認(rèn)知空間與系統(tǒng)的知識空間發(fā)生在知識層面的交互，是與傳統(tǒng)系統(tǒng)導(dǎo)向信息檢索和行為導(dǎo)向信息檢索相區(qū)別的檢索模式。用戶認(rèn)知導(dǎo)向下的信息檢索系統(tǒng)涵蓋用戶、情境、任務(wù)、知識、系統(tǒng)等要素，其內(nèi)在要求是以問題情境需求為導(dǎo)向，通過人機(jī)迭代交互過程來動(dòng)態(tài)構(gòu)建恰好符合用戶問題的個(gè)性化知識資源。因此，檢索系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)要重點(diǎn)解決的問題是如何通過對信息資源的深加工呈現(xiàn)與用戶認(rèn)知相匹配的結(jié)果，促進(jìn)用戶對任務(wù)的認(rèn)知和理解，降低認(rèn)知負(fù)荷，提升檢索效率。

2.1 問題情境驅(qū)動(dòng)原則

用戶通常是帶著問題來進(jìn)行信息檢索。檢索始于問題，問題源于情境。有效的理解知識或創(chuàng)新知識往往是在具體的問題環(huán)境中、通過解決問題的過程來實(shí)現(xiàn)的[19]。情境基于應(yīng)用問題和應(yīng)用目標(biāo)，蘊(yùn)含著對知識的需求；同時(shí)也對交互過程反饋的知識內(nèi)容進(jìn)行解析、解釋、關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)變、重組，為知識內(nèi)容的驗(yàn)證提供意義基礎(chǔ)和處理框架。

認(rèn)知建構(gòu)主義認(rèn)為，人在與任務(wù)情境的交互過程中產(chǎn)生了“不連續(xù)”的狀態(tài)，形成了“知識非常態(tài)”，產(chǎn)生了信息需求。根據(jù)泰勒提出的信息需求層次理論，信息需求分為內(nèi)在需求、意識需求、表達(dá)需求和受限需求[20]。內(nèi)在需求表示用戶還沒有意識到的需求，意識需求表示用戶頭腦中反映出的模糊不清的需求，表達(dá)需求表示用戶頭腦中明確的信息需求，受限需求表示用戶表達(dá)出來的信息需求。在人類認(rèn)知世界中，需求通常表現(xiàn)為問題。因此用戶需要通過檢索行為來解決問題，恢復(fù)知識常態(tài)，完成人與任務(wù)情境的交互。問題是信息檢索的邏輯起點(diǎn)，也是信息檢索的邏輯終點(diǎn)，能否解決用戶問題，滿足用戶需求，改善用戶知識結(jié)構(gòu)，是檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。因此，信息系統(tǒng)的資源組織、檢索交互、結(jié)果利用等都要緊緊圍繞用戶問題的解決來進(jìn)行。

2.2 資源知識化建構(gòu)原則

傳統(tǒng)的信息檢索系統(tǒng)僅僅是文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)，將用戶對信息的利用局限在對文獻(xiàn)的檢索獲取上，忽視對用戶利用、處理和管理信息的豐富多彩的過程、行為和系統(tǒng)的支持，難以從用戶角度來靈活組織和利用信息資源。而認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索系統(tǒng)是知識檢索系統(tǒng)，是一種以用戶為中心來聚合資源、服務(wù)、信息利用活動(dòng)的動(dòng)態(tài)機(jī)制，根據(jù)用戶在其信息活動(dòng)中的動(dòng)態(tài)需求來快速和動(dòng)態(tài)地構(gòu)建、集成、嵌入信息資源與服務(wù)機(jī)制[21]。因此，知識檢索要求信息資源組織與控制必須達(dá)到知識層面，形成多粒度、多維度的開放、動(dòng)態(tài)、交互資源體系。

一方面，信息資源需要通過數(shù)據(jù)化碎化為不同粒度的、符合人類認(rèn)知的知識對象單元。另一方面，知識單元要求進(jìn)一步形式化為可計(jì)算、可重組、可融匯、可再創(chuàng)造的知識對象，而且可以和使用者進(jìn)行個(gè)性化、動(dòng)態(tài)化的交互以形成新的數(shù)據(jù)對象和知識內(nèi)容[22]。知識單元顆粒度有大有小，層次有高有低，強(qiáng)調(diào)完整性、獨(dú)立性、層次性、多粒度性。知識元的排列組合構(gòu)成了不同粒度的知識單元。每一個(gè)知識單元都有明確的定義、屬性、內(nèi)容和載體描述，是一個(gè)明確的知識對象，可以被鏈接、解析、處理、聚合。知識單元符合用戶認(rèn)知習(xí)慣，方便用戶依據(jù)個(gè)性化需求自由組合、聚合、融合知識。

2.3 交互動(dòng)態(tài)迭代原則

交互革命發(fā)生于20世紀(jì)90年代，是信息檢索認(rèn)知轉(zhuǎn)折的一個(gè)重要方面。信息檢索本質(zhì)是用戶需求和系統(tǒng)知識的匹配。匹配的過程就是用戶與系統(tǒng)交互的過程，交互目的是改變用戶的認(rèn)知狀態(tài)。人類的認(rèn)知狀態(tài)在信息檢索和利用過程中隨著信息的發(fā)現(xiàn)和獲取而不斷變化演進(jìn)，導(dǎo)致人類的需求也處于不斷變化發(fā)展的狀態(tài)。因此，用戶的信息需求情境是一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)變化的情境，而且受現(xiàn)實(shí)環(huán)境、技術(shù)條件限制，用戶需求并不能完全準(zhǔn)確地表達(dá)。但是信息需求可以通過交互行為而被明確。一次具體的檢索過程并不能滿足用戶的信息需求，若干檢索過程交互的疊加才能接近用戶的利用需求。交互發(fā)生在多個(gè)層面和多個(gè)維度，涉及任務(wù)、內(nèi)容、界面、技術(shù)等要素。這就導(dǎo)致用戶需求和知識的匹配必然是交互的、迭代的、反復(fù)的過程。具體的信息檢索交互涵蓋一系列過程，一般包括用戶需求、具體問題、檢索操作、檢索結(jié)果、知識利用、反饋迭代等環(huán)節(jié)。交互的迭代性使人機(jī)在認(rèn)知層面的匹配度不斷增強(qiáng)。這種交互的結(jié)果對認(rèn)知系統(tǒng)和檢索系統(tǒng)都有影響。交互可以進(jìn)一步明確問題需求的具體表達(dá)，也可以進(jìn)一步挖掘認(rèn)知結(jié)構(gòu)中潛在的信息需求[23]。交互性也要求知識服務(wù)和知識庫的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)動(dòng)態(tài)性。

3 用戶認(rèn)知導(dǎo)向的動(dòng)態(tài)信息檢索模型

通過比較、綜合信息檢索領(lǐng)域的經(jīng)典模型，我們可以發(fā)現(xiàn)信息檢索框架一般包括以下幾個(gè)核心要素：用戶認(rèn)知結(jié)構(gòu)、信息檢索系統(tǒng)、界面、信息對象、社會(huì)組織環(huán)境等。根據(jù)用戶認(rèn)知導(dǎo)向的內(nèi)涵、特征，綜合考慮信息檢索的諸多復(fù)雜要素，我們構(gòu)建了用戶認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索系統(tǒng)框架模型，包括用戶認(rèn)知系統(tǒng)、信息檢索系統(tǒng)以及交互系統(tǒng)三部分，見圖1。

圖1 用戶認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索模型

3.1 用戶認(rèn)知系統(tǒng)

用戶認(rèn)知系統(tǒng)是用戶的認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成、建立、演化的空間，包括認(rèn)知結(jié)構(gòu)和社會(huì)環(huán)境兩大要素。認(rèn)知結(jié)構(gòu)與社會(huì)環(huán)境通過互動(dòng)完成認(rèn)知建構(gòu)。用戶的認(rèn)知建構(gòu)是認(rèn)知結(jié)構(gòu)社會(huì)化的過程。用戶認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成主要受到用戶內(nèi)部認(rèn)知能力和社會(huì)外部環(huán)境的影響。認(rèn)知能力主要包括用戶認(rèn)知風(fēng)格、認(rèn)知水平、情感狀態(tài)、領(lǐng)域知識與檢索經(jīng)驗(yàn)等[24]；社會(huì)環(huán)境是檢索活動(dòng)存在與發(fā)生的自然與社會(huì)文化背景系統(tǒng)，影響、決定、制約著檢索活動(dòng)的開展。社會(huì)環(huán)境具有社會(huì)、文化或組織特征，與對象、系統(tǒng)、領(lǐng)域以及檢索者的工作和日常任務(wù)、情感、動(dòng)機(jī)、喜好等密切相關(guān)，主要包括社會(huì)角色、家族環(huán)境、宗教信仰、科學(xué)理性、文化傳承、風(fēng)俗習(xí)慣、行為規(guī)范等一系列要素。用戶認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改變與演化則需要檢索交互反饋信息的輸入。廣義地說，交互反饋信息也屬于社會(huì)環(huán)境要素。用戶認(rèn)知結(jié)構(gòu)改變與否，也是衡量檢索結(jié)果是否達(dá)到認(rèn)知利用層面的重要標(biāo)準(zhǔn)。

認(rèn)知結(jié)構(gòu)也是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程結(jié)構(gòu)。在認(rèn)知能力、社會(huì)環(huán)境、交互反饋信息的作用下，用戶認(rèn)知系統(tǒng)一方面通過“同化—順應(yīng)”的過程，將有利于其認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)展的信息、知識納入自身結(jié)構(gòu)體系中，不斷豐富、改善、發(fā)展自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)狀態(tài)；另一方面通過信息排斥或免疫機(jī)制將不利于（或者威脅）自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)存在的信息清理、篩除，確保自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)的獨(dú)立和穩(wěn)定。

3.2 信息檢索系統(tǒng)

信息檢索系統(tǒng)屬于知識資源服務(wù)系統(tǒng)，包括知識資源庫系統(tǒng)和計(jì)算挖掘系統(tǒng)。知識資源庫是信息檢索系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，承載的是有序知識的集合，提供相應(yīng)的知識服務(wù)。知識庫的資源組織以用戶行為習(xí)慣、認(rèn)知結(jié)構(gòu)以及問題情境為導(dǎo)向，而不是以資源本身的客體屬性為組織依據(jù)。知識組織是知識庫形成的核心環(huán)節(jié)，通過對文獻(xiàn)內(nèi)容中蘊(yùn)含的知識元進(jìn)行有效識別、抽取、標(biāo)注、關(guān)聯(lián)和重組，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建知識元體系，實(shí)現(xiàn)基于知識元層面的知識組織和發(fā)現(xiàn)?；谥R元的文本資源內(nèi)容組織過程包括知識元抽取、知識元標(biāo)引、知識元庫、知識元鏈接、知識元集成、多粒度知識庫、知識元映射等一系列流程。通過抽取信息資源中的知識實(shí)體、屬性以及實(shí)體關(guān)系，進(jìn)行語義標(biāo)注和概念關(guān)聯(lián)，形成類似認(rèn)知結(jié)構(gòu)的語義概念網(wǎng)絡(luò)，可以多維度、多層次、多方位、多粒度地揭示知識資源。被語義標(biāo)注后的知識資源在任何粒度層面上(句、段、章、文獻(xiàn))都可以被解析、表征、鏈接、嵌入、集成、融匯，方便用戶依據(jù)自身需求靈活地分析、組織、調(diào)用和聚合信息內(nèi)容。

在知識庫的基礎(chǔ)上，可以開展計(jì)算、挖掘等知識服務(wù)。知識之間存在著十分復(fù)雜的關(guān)系，知識之間的語義關(guān)系是進(jìn)行知識之間邏輯推理、挖掘與重組、關(guān)聯(lián)服務(wù)的根基[25]。其中，因果關(guān)系是推理、問答等智能知識服務(wù)最依賴的關(guān)鍵語義關(guān)系，多種語義關(guān)系可以抽象為因果關(guān)系，如作用關(guān)系、影響關(guān)系、治療關(guān)系、演化關(guān)系等[26]。基于豐富的知識網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，一方面可以開展多維度的語義檢索，實(shí)現(xiàn)知識層面的匹配；另一方面，依據(jù)知識規(guī)則可以對知識庫的語義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算、挖掘、關(guān)聯(lián)、推理，發(fā)現(xiàn)潛在的知識關(guān)聯(lián)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)新的知識模式。

3.3 交互系統(tǒng)

交互系統(tǒng)是用戶認(rèn)知系統(tǒng)和信息檢索系統(tǒng)進(jìn)行知識匹配的交流空間。交互系統(tǒng)由場景、需求表達(dá)、語義解析、交互模塊四部分組成。

場景是用戶信息檢索、獲取與利用行為的具體問題情境。歷史情境和實(shí)時(shí)交互情境（檢索會(huì)話）共同構(gòu)成了當(dāng)前場景，并直接影響認(rèn)知行動(dòng)者對當(dāng)前狀態(tài)的認(rèn)識與理解。用戶在一定場景下進(jìn)行檢索時(shí)，根據(jù)問題的特征形成不同的問題定向，采取不同的檢索策略來獲取信息。

需求表達(dá)是指將用戶的內(nèi)在信息需求呈現(xiàn)為規(guī)范的、形式化的檢索語言。人類信息需求分為強(qiáng)信息需求和弱信息需求。強(qiáng)信息需求是那種問題結(jié)構(gòu)清晰、易于辨別和利用、可以通過對具體文獻(xiàn)具體內(nèi)容的檢索、獲取和閱讀來滿足的需求。弱信息需求指那些問題結(jié)構(gòu)模糊、知識范圍不清晰、缺乏明確且系統(tǒng)的檢索發(fā)現(xiàn)步驟、需要?jiǎng)討B(tài)解構(gòu)和探索大量文獻(xiàn)內(nèi)容才可能部分滿足的需求[27]。明確的信息需求通過需求表達(dá)環(huán)節(jié)可以表示為規(guī)范的檢索表達(dá)語言，潛在的信息需求則需要進(jìn)一步挖掘，才能成為明確的信息需求。

語義解析負(fù)責(zé)自然語言與系統(tǒng)知識語言的轉(zhuǎn)換：一方面，將用戶交流的自然語言解析為系統(tǒng)的知識操作語言；另一方面，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)的知識檢索結(jié)果（例如，概念網(wǎng)絡(luò)圖譜）轉(zhuǎn)化為用戶的自然語言。

交互是信息檢索的動(dòng)態(tài)、循環(huán)的過程，在面對復(fù)雜和動(dòng)態(tài)變化的研究問題時(shí)，需要不斷進(jìn)行交互來挖掘、滿足不同層面的需求。在交互過程中，用戶通過對獲取信息進(jìn)行判斷、修改和篩選等來解決當(dāng)前的知識異常狀態(tài)。交互在三個(gè)層面展開，分別是系統(tǒng)層、內(nèi)容層和認(rèn)知層。系統(tǒng)層交互指用戶與系統(tǒng)界面的交互，包括物理硬件、通信設(shè)施、系統(tǒng)規(guī)則、查詢表達(dá)等方面的對話處理過程。內(nèi)容層交互是指用戶對檢索內(nèi)容相關(guān)性匹配的判斷過程，用戶通過評價(jià)、利用、比較、解釋和修改等行為與資源內(nèi)容互動(dòng)。認(rèn)知層交互是指在語義層面的認(rèn)知判斷過程，通過系統(tǒng)反饋、用戶修正等環(huán)節(jié)使檢索結(jié)果不斷接近用戶需求，改變認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

4 應(yīng)用場景分析

根據(jù)認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索特征和框架模型，我們以科研活動(dòng)為場景，設(shè)計(jì)了一個(gè)預(yù)期的面向用戶需求的知識服務(wù)系統(tǒng)作為應(yīng)用范例，來進(jìn)一步討論認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索框架。

4.1 面向用戶需求的知識服務(wù)系統(tǒng)原型

面向用戶需求的知識服務(wù)系統(tǒng)原型系統(tǒng)由三部分組成（見圖2），分別是資源層、計(jì)算層和服務(wù)層。資源層是系統(tǒng)知識中心，計(jì)算層是系統(tǒng)運(yùn)算中心，服務(wù)層是交互中心。計(jì)算層以服務(wù)層數(shù)據(jù)為導(dǎo)向，對資源層進(jìn)行檢索、查詢、推理、運(yùn)算等操作，返回結(jié)果。服務(wù)層負(fù)責(zé)用戶與結(jié)果的匹配和交互，不斷修正結(jié)果，完善運(yùn)算層的算法模型。

圖2 面向用戶需求的知識服務(wù)系統(tǒng)

4.1.1 資源層

資源層是整個(gè)服務(wù)系統(tǒng)的知識來源，負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)、信息和知識資源。資源庫是最底層的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，收錄的資源類型多樣，既包括圖書、期刊、標(biāo)準(zhǔn)、報(bào)告、專利等文獻(xiàn)資源，也包括數(shù)據(jù)、網(wǎng)站、音頻、視頻、動(dòng)畫等數(shù)據(jù)資源。經(jīng)過知識抽取、標(biāo)注、消歧、關(guān)聯(lián)等處理環(huán)節(jié)，將信息資源“碎化”為具有一定語義的細(xì)粒度知識元，借助本體概念模型和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)加以語義聚合，形成具有語義關(guān)聯(lián)的知識元集合，并存入知識元庫。資源庫和知識元庫都有服務(wù)接口通向計(jì)算層，方便計(jì)算層對不同粒度的數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取。資源庫主要提供粗粒度的文獻(xiàn)、信息、數(shù)據(jù)資源，知識元庫主要提供細(xì)粒度的知識資源。

4.1.2 計(jì)算層

計(jì)算層是知識服務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)算交互核心，負(fù)責(zé)解析、處理、分析、推理不同的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)查詢、語義匹配、認(rèn)知計(jì)算等功能。解析引擎負(fù)責(zé)讀取、解析、轉(zhuǎn)換自然語言，形成語義表達(dá)。計(jì)算引擎依據(jù)一定的知識規(guī)則進(jìn)行推理、計(jì)算，挖掘知識間的隱性關(guān)聯(lián)，完成知識發(fā)現(xiàn)。檢索引擎主要負(fù)責(zé)執(zhí)行語義查詢命令，完成精準(zhǔn)的語義檢索和數(shù)據(jù)檢索。在服務(wù)調(diào)度引擎的統(tǒng)一調(diào)配下，解析引擎、計(jì)算引擎、檢索引擎統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作。計(jì)算層支持主題導(dǎo)航、語義檢索、開放關(guān)聯(lián)、動(dòng)態(tài)聚合、內(nèi)容推薦、知識發(fā)現(xiàn)、情報(bào)計(jì)量、可視化分析等服務(wù)功能。

4.1.3 服務(wù)層

服務(wù)層是知識服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用終端，負(fù)責(zé)靈活構(gòu)建用戶的問題情境，表達(dá)用戶需求，動(dòng)態(tài)聚合資源，完成知識服務(wù)。服務(wù)層的功能主要有知識推薦服務(wù)和知識定制服務(wù)。情境化主題推薦模塊主要負(fù)責(zé)知識推薦功能。用戶行為數(shù)據(jù)通過行為感知模塊獲取，用戶人口統(tǒng)計(jì)特征、社會(huì)文化環(huán)境、問題場景等數(shù)據(jù)通過情境感知模塊獲取，經(jīng)過需求計(jì)算后獲得用戶偏好模型。情境化主題推薦機(jī)制在用戶偏好模型的支持下調(diào)用服務(wù)調(diào)度引擎，完成知識資源的推薦。在知識推薦交互過程中，用戶偏好模型不斷被用戶修正。

個(gè)性化主題定制模塊負(fù)責(zé)完成知識的靈活定制服務(wù)。用戶將需求表達(dá)為問題模式，構(gòu)建問題空間，進(jìn)一步通過問題空間定制不同的主題情境。系統(tǒng)依據(jù)個(gè)性化的定制主題，形成豐富的個(gè)性化查詢請求，并通過調(diào)用服務(wù)調(diào)度引擎，進(jìn)行主題資源動(dòng)態(tài)聚合，形成圍繞個(gè)性化主題的、不同粒度、不同層次的資源集合。同樣，在知識閱讀交互過程中，用戶的主題定制數(shù)據(jù)不斷被用戶修正。

4.2 面向用戶需求的知識服務(wù)場景

我們以科研用戶為例，來說明知識服務(wù)的運(yùn)行機(jī)制?？茖W(xué)活動(dòng)的生命周期一般包括了解趨勢、產(chǎn)生思路、設(shè)計(jì)組織項(xiàng)目、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)收集與組織、數(shù)據(jù)分析、交流發(fā)布、成果保存[28]。在數(shù)據(jù)智能時(shí)代，科研用戶的知識需求通常表現(xiàn)為戰(zhàn)略性閱讀、數(shù)據(jù)計(jì)算與實(shí)驗(yàn)、把握前沿趨勢、循證決策支持等。具體場景如下：

知識服務(wù)系統(tǒng)記錄用戶的日常閱讀、瀏覽、下載、關(guān)注等行為數(shù)據(jù)，并構(gòu)建用戶偏好模型，形成用戶畫像數(shù)據(jù)，并據(jù)此定期向用戶推送信息。用戶通過閱讀推送的信息進(jìn)一步挖掘其內(nèi)心的想法和需求，要求進(jìn)一步了解相關(guān)領(lǐng)域的前沿、重點(diǎn)、熱點(diǎn)、動(dòng)態(tài)等信息，并完成個(gè)性化的交叉復(fù)合主題定制。系統(tǒng)依據(jù)主題定制需求，動(dòng)態(tài)組織、聚合知識內(nèi)容中的主題、人物、事件、時(shí)間、地點(diǎn)、機(jī)構(gòu)、方法、過程、公式、工具、結(jié)果等對象，同時(shí)聚合包含這些知識的資源實(shí)體和對外關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，如期刊、圖書、專利、報(bào)告、機(jī)構(gòu)、網(wǎng)站等，形成“內(nèi)容—載體—關(guān)聯(lián)”的多粒度、多層次、多維度的資源集合，示例場景見圖3。用戶通過閱讀知識，快速構(gòu)建知識體系。通過與知識文本互動(dòng)，及時(shí)標(biāo)注、記錄閱讀過程產(chǎn)生想法、靈感、啟迪性的思想，并通過語義鏈接，動(dòng)態(tài)完成知識的關(guān)聯(lián)躍遷式閱讀，動(dòng)態(tài)解決閱讀中隨時(shí)產(chǎn)生的需求，不斷修正主題定制數(shù)據(jù)。在知識交互式閱讀過程中，所有這些知識對象都可計(jì)算、可重組、可融匯、可再創(chuàng)造，而且可以和使用者進(jìn)行個(gè)性化、動(dòng)態(tài)化的交互以形成新的數(shù)據(jù)對象和知識內(nèi)容，可以滿足用戶數(shù)據(jù)驗(yàn)證、試驗(yàn)需求。

圖3 關(guān)于“知識基本組分”主題的動(dòng)態(tài)知識資源聚合體系

5 結(jié)語

信息檢索領(lǐng)域經(jīng)歷了系統(tǒng)導(dǎo)向模式、行為導(dǎo)向模式，目前正在向認(rèn)知導(dǎo)向模式轉(zhuǎn)向。認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索本質(zhì)就是客觀知識集合與人類精神世界需求集合在認(rèn)知層面的匹配，涉及社會(huì)組織情景、工作任務(wù)、用戶認(rèn)知結(jié)構(gòu)等一系列要素。認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求遵循問題情境驅(qū)動(dòng)原則、資源知識化構(gòu)建原則和交互動(dòng)態(tài)迭代原則。認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索系統(tǒng)邏輯框架包括用戶認(rèn)知系統(tǒng)、信息檢索系統(tǒng)以及交互系統(tǒng)三部分。用戶認(rèn)知系統(tǒng)是用戶的認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成、建立、演化的空間。信息檢索系統(tǒng)是資源服務(wù)系統(tǒng)，包括知識庫系統(tǒng)和計(jì)算挖掘系統(tǒng)。交互系統(tǒng)是檢索系統(tǒng)和用戶交互的邏輯空間，由場景、需求表達(dá)、語義解析、交互模塊四部分組成。該模型理論上能夠支持用戶與系統(tǒng)的靈活交互，幫助用戶更好地理解和識別需求，發(fā)展認(rèn)知，支持實(shí)踐的應(yīng)用研究。面向用戶需求的知識服務(wù)系統(tǒng)原型作為應(yīng)用范例，進(jìn)一步論證了認(rèn)知導(dǎo)向的信息檢索框架模型的預(yù)期服務(wù)場景。