基于不動(dòng)點(diǎn)理論的信息系統(tǒng)變更研究

付熙徐 龔希章

摘? 要：文章對(duì)高校信息系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行研究并對(duì)各時(shí)期的科技文獻(xiàn)進(jìn)行了分析，根據(jù)調(diào)研結(jié)果和文獻(xiàn)分布情況將高校信息系統(tǒng)的發(fā)展劃分為單機(jī)系統(tǒng)階段、聯(lián)機(jī)系統(tǒng)階段、數(shù)字校園階段和智慧校園階段四個(gè)階段。根據(jù)各類運(yùn)維數(shù)據(jù)和調(diào)研情況，對(duì)信息系統(tǒng)的變更類型和涉及信息系統(tǒng)組件及人員的變化情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，找出了各時(shí)期信息系統(tǒng)各要素中的不動(dòng)點(diǎn)，揭示并分析了信息系統(tǒng)在不同時(shí)期維護(hù)和變更的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：軟件工程；信息系統(tǒng)；變更；不動(dòng)點(diǎn)；系統(tǒng)管理

中圖分類號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）01-0090-03

Research on Information System Change Based on Fixed Point Theory

FU Xixu， GONG Xizhang

（Institute of Information and Education Technology， Shanghai Ocean University， Shanghai? 201306， China）

Abstract： This paper studies the development of university information system and analyzes the scientific and technological documents in different periods. According to the survey results and the distribution of documents， the development of university information system is divided into four stages： stand-alone system stage， online system stage， digital campus stage and smart campus stage. According to various operation and maintenance data and investi-gation， the change types of information systems and the changes of information system components and personnel involved are counted and analyzed， the fixed points of various elements of information systems in different periods are found， and the rules of maintenance and change of information systems in dif-ferent periods are revealed and analyzed.

Keywords： software engineering; information system; change; fixed point; system management

0? 引? 言

信息系統(tǒng)的建設(shè)與維護(hù)是高校信息化的重要環(huán)節(jié)。自計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以來(lái)，各種信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于高等院校的教學(xué)、科研和管理中。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，高校信息系統(tǒng)的類型和組織架構(gòu)也在不斷地發(fā)生變化。與此對(duì)應(yīng)，信息系統(tǒng)也在發(fā)生著各種變更，而這些變更不可避免地對(duì)系統(tǒng)的可用性（尤其是兼容性）、可維護(hù)性提出了一些挑戰(zhàn)[1，2]，使得了解和管理變更變得尤為重要。因此，一些文獻(xiàn)也通過(guò)各類方法對(duì)信息系統(tǒng)的變更進(jìn)行研究和建模[3]。一些文獻(xiàn)對(duì)信息系統(tǒng)的建設(shè)、管理和維護(hù)提出了較為完整的方案，對(duì)存在的難點(diǎn)進(jìn)行了分析[3-6]。但多數(shù)只針對(duì)某個(gè)系統(tǒng)或某種問(wèn)題提出了方案[3-6]。

不動(dòng)點(diǎn)是一個(gè)數(shù)學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域的概念，指的是在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化中保持穩(wěn)定的因素[7，8]。如圖像處理領(lǐng)域中尺度不變特征變換（Scale-invariant feature transform， SIFT）算法，就是要找到圖像在空間位移、角度變換中的不變的特征[9]。信息系統(tǒng)建設(shè)與維護(hù)過(guò)程中的不變點(diǎn)則是相對(duì)的，例如共享數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)相對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)，在一個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)相對(duì)于程序是一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)等。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架中的MVC框架[10]和設(shè)計(jì)模式[11]就是在軟件升級(jí)維護(hù)過(guò)程中保持系統(tǒng)不動(dòng)點(diǎn)，是隔離變化思想的重要體現(xiàn)。而這些框架的設(shè)計(jì)目標(biāo)通常是提高單個(gè)系統(tǒng)的可維護(hù)性，并未系統(tǒng)地考慮整個(gè)信息系統(tǒng)的可持續(xù)運(yùn)行。

本文通過(guò)信息系統(tǒng)運(yùn)維記錄和調(diào)研對(duì)高校信息系統(tǒng)發(fā)展不同階段變更中的易變因素（不動(dòng)點(diǎn)）和不易發(fā)生變更的因素進(jìn)行研究，揭示信息系統(tǒng)在不同階段的變化趨勢(shì)。文章首先通過(guò)對(duì)高校信息技術(shù)發(fā)展的探討和對(duì)相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)整理，深入研究高校信息系統(tǒng)發(fā)展各階段的特點(diǎn)以及具有代表性的技術(shù)，并據(jù)此定義各個(gè)單位進(jìn)入各個(gè)發(fā)展節(jié)點(diǎn)的時(shí)間表。在此基礎(chǔ)上，對(duì)各階段信息系統(tǒng)變更情況和頻繁程度進(jìn)行研究，給出系統(tǒng)要素穩(wěn)定性的定義，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)運(yùn)維期間的不動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行分析，展望未來(lái)并對(duì)高校信息系統(tǒng)的發(fā)展建設(shè)給出建議。

1? 高校信息系統(tǒng)的發(fā)展

從開(kāi)始的單機(jī)應(yīng)用軟件（如Office、視頻錄制軟件等）[1]到聯(lián)機(jī)管理信息系統(tǒng)[2，3]和多媒體課件系統(tǒng)[4]，再到數(shù)字校園和智慧校園[5-8]，總體來(lái)說(shuō)信息系統(tǒng)經(jīng)歷了單機(jī)系統(tǒng)階段、聯(lián)機(jī)系統(tǒng)階段、數(shù)字校園階段和智慧校園階段四個(gè)大的階段。

1.1? 各階段的技術(shù)特點(diǎn)

各個(gè)階段特點(diǎn)和代表性技術(shù)如表1所示。

由此可見(jiàn)，隨著時(shí)間的推移，雖然應(yīng)用架構(gòu)有所變化，但系統(tǒng)間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，數(shù)據(jù)的重要性也逐步凸顯。

1.2? 基于文獻(xiàn)的分析

相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)目可以反映出某種技術(shù)的研究和應(yīng)用趨勢(shì)，也可以作為技術(shù)發(fā)展階段劃分的一種依據(jù)。根據(jù)各個(gè)時(shí)代的技術(shù)特點(diǎn)，本文根據(jù)各個(gè)時(shí)期的關(guān)鍵技術(shù)梳理了相關(guān)的關(guān)鍵字，在維普上按標(biāo)題或關(guān)鍵字檢索這些技術(shù)與高校應(yīng)用相關(guān)的文獻(xiàn)，結(jié)果如圖1所示。

如圖1所示，橫軸為時(shí)間，縱軸為該年度文獻(xiàn)占所有該主題文獻(xiàn)的百分比。聯(lián)機(jī)信息系統(tǒng)相關(guān)的管理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)在20世紀(jì)90年代初就有一些相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)于這些技術(shù)的研究一直存在且文獻(xiàn)數(shù)目都較為穩(wěn)定。而高校數(shù)字校園的概念于2001年首次被提出，在2006—2018年較多被討論，之后智慧校園的概念成為新的主流話題。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)出現(xiàn)頻次與數(shù)字校園概念的討論比較吻合，高峰期在2006—2015年。之后，關(guān)于大數(shù)據(jù)技術(shù)的討論興起并于2018年前后達(dá)到高潮。而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)則在2006年左右興起，直至近期仍熱度不減。

根據(jù)以上分析，可以將高校信息化體系的發(fā)展階段定義為：?jiǎn)螜C(jī)系統(tǒng)階段（1995以前）、聯(lián)機(jī)系統(tǒng)階段（1995—2005）、數(shù)字校園階段（2006—2017）、智慧校園階段（2018至今）。

2? 信息系統(tǒng)變更數(shù)據(jù)收集與量化定義

2.1? 數(shù)據(jù)搜集

根據(jù)以上分析，本文通過(guò)信息系統(tǒng)運(yùn)維管理系統(tǒng)和調(diào)研收集各高校信息系統(tǒng)生命周期中的以下變更信息及其處理方案，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建用于分析的數(shù)據(jù)集：（1）系統(tǒng)的基本信息變更，包括管理員、運(yùn)維單位、系統(tǒng)基本功能的變更。（2）系統(tǒng)為適應(yīng)需求變化進(jìn)行的變更。（3）系統(tǒng)為解決安全問(wèn)題進(jìn)行的變更。（4）系統(tǒng)為兼容新的瀏覽器或操作系統(tǒng)進(jìn)行的變更。（5）系統(tǒng)的升級(jí)或停用。

一些被調(diào)查機(jī)構(gòu)（包括本單位）有自己的信息系統(tǒng)管理系統(tǒng)，在早期也有信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、采購(gòu)和升級(jí)變更的日志。雖然各類系統(tǒng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有所不同，但對(duì)表2描述的數(shù)據(jù)關(guān)系都有較為詳細(xì)的記錄。

這些數(shù)據(jù)包含了信息系統(tǒng)變更的詳細(xì)信息，包括系統(tǒng)的建立、修改、運(yùn)行環(huán)境遷移、管理維護(hù)人員變動(dòng)、升級(jí)開(kāi)發(fā)、放棄使用等。系統(tǒng)的變更類型通常在“維護(hù)類型”進(jìn)行了說(shuō)明，部分信息如對(duì)數(shù)據(jù)處理的細(xì)分（原始數(shù)據(jù)還是分析結(jié)果）需要參考“維護(hù)內(nèi)容”字段，這部分內(nèi)容不多，可以在數(shù)據(jù)抽取和轉(zhuǎn)換（ETL）工作后借助文本分析方法手工完成。另外，系統(tǒng)中有大量“日常維護(hù)”類型的數(shù)據(jù)，不涉及對(duì)軟件、運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)及維護(hù)人員的變更，可不予處理。系統(tǒng)管理和運(yùn)維單位的變更也可以從系統(tǒng)交接情況表獲得。對(duì)于系統(tǒng)沒(méi)有唯一標(biāo)識(shí)（如紙質(zhì)記錄）的情況，將相同管理單位管理的同名系統(tǒng)視為同一系統(tǒng)并賦予相同標(biāo)識(shí)。

經(jīng)數(shù)據(jù)抽取和轉(zhuǎn)換后，形成如表3所示的兩張關(guān)系表。

其中“變更信息”表是本文的分析對(duì)象，除包含維護(hù)信息的變更部分，也包括管理信息的變更。新的數(shù)據(jù)集中變更類型如下：維護(hù)單位變更、運(yùn)行環(huán)境變更（如硬件和操作系統(tǒng)及中間件的變化）、客戶端展示變更、業(yè)務(wù)流程變更、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變更、數(shù)據(jù)內(nèi)容變更、分析結(jié)果變更。如一些變更涉及多種類型變更（如系統(tǒng)棄用涉及所有類型變更）則拆分成多條記錄。完成已有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作后，將調(diào)研得到的結(jié)果按以上規(guī)則輸入即完成了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作。

完成數(shù)據(jù)抽取和轉(zhuǎn)換工作后，待分析數(shù)據(jù)庫(kù)中系統(tǒng)數(shù)目為237個(gè)，各類有效變更共計(jì)9 162條，下文的分析工作在此基礎(chǔ)上完成。

2.2? 穩(wěn)定性指數(shù)的定義

信息系統(tǒng)生命周期中涉及各種各樣的變化，一個(gè)長(zhǎng)期使用的系統(tǒng)幾乎每個(gè)部分都會(huì)發(fā)生不同程度的變化，不存在絕對(duì)的不動(dòng)點(diǎn)。但是，可以根據(jù)系統(tǒng)的變化情況，找出變化相對(duì)較少的部分，這些部分在系統(tǒng)的生命周期中將起到重要的作用，因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)充分考慮這些部分的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。

對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)單位、運(yùn)行環(huán)境（如硬件和操作系統(tǒng)及中間件）、客戶端展示、業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、分析結(jié)果在這些變更中的變化或保留情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析后，發(fā)現(xiàn)各個(gè)時(shí)期的系統(tǒng)數(shù)目和變化記錄情況有較大不同，因此使用式（1）所示的穩(wěn)定指數(shù)：

（1）

其中Si為第i個(gè)因素在某個(gè)時(shí)段的穩(wěn)定系數(shù)，表示該因素在某時(shí)段內(nèi)的穩(wěn)定程度。c為在該時(shí)段信息系統(tǒng)變化的總數(shù)，ci為第i個(gè)因素在該時(shí)段的變化頻數(shù)。由于穩(wěn)定指數(shù)是一個(gè)取值在0～1之間的相對(duì)比值，因此系統(tǒng)和變更的絕對(duì)數(shù)目對(duì)結(jié)果影響不大。

根據(jù)上文得出的高校信息化體系的發(fā)展階段，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)變更的數(shù)據(jù)中的變更時(shí)間，可以計(jì)算出各時(shí)間段各個(gè)因素的穩(wěn)定程度，以此得出該時(shí)段信息系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)維工作的特點(diǎn)。

3? 高校信息系統(tǒng)變更分析

根據(jù)以上定義，收集分類高校信息化體系各時(shí)段維護(hù)單位、運(yùn)行環(huán)境、客戶端展示、流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、分析結(jié)果的變化情況并計(jì)算對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。各階段各因素穩(wěn)定程度如圖2所示。

由圖2可以看出，在單機(jī)系統(tǒng)階段，由于系統(tǒng)變更多為整體拋棄，僅有部分流程（程序）和相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)在重新開(kāi)發(fā)中保留下來(lái)。在聯(lián)機(jī)系統(tǒng)階段，系統(tǒng)的棄用仍較為頻繁，但數(shù)據(jù)明顯受到重視，部分系統(tǒng)也有了穩(wěn)定的運(yùn)維單位。在數(shù)字校園階段，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)共享是重要的改進(jìn)方向，這個(gè)階段，大型系統(tǒng)均有較為穩(wěn)定的運(yùn)維單位，大部分的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也被保留下來(lái)以保障高校信息系統(tǒng)體系的系統(tǒng)性，數(shù)據(jù)分析結(jié)果也被保留作為參考。而在智慧校園階段，數(shù)據(jù)仍然是重要的不動(dòng)點(diǎn)，但由于數(shù)據(jù)共享定義和數(shù)據(jù)抽取技術(shù)日趨完備，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的限制相對(duì)減少，另外由于智能技術(shù)的大量應(yīng)用，一些不重要的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和臨時(shí)分析結(jié)果也被拋棄。

4? 結(jié)? 論

本文根據(jù)高校信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展階段對(duì)信息系統(tǒng)的變更進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)高校信息化體系和信息系統(tǒng)全生命周期中變化情況的分析可以得到以下結(jié)論：在高校信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程中，數(shù)據(jù)是一個(gè)重要的不動(dòng)點(diǎn)，信息系統(tǒng)的運(yùn)維單位趨于穩(wěn)定但信息系統(tǒng)的組織形式趨于靈活。未來(lái)在信息系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，可以以不動(dòng)點(diǎn)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步規(guī)劃和設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)的架構(gòu)和運(yùn)維方式。在今后的工作中也可以進(jìn)行基于系統(tǒng)的細(xì)分研究或者結(jié)合系統(tǒng)安全、系統(tǒng)應(yīng)用等方面的大數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，為高校信息系統(tǒng)的建設(shè)提供更多決策支持信息。

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作者簡(jiǎn)介：付熙徐（1981—），男，漢族，江西撫州人，工程師，博士，研究方向：軟件工程與人工智能。

收稿日期：2022-08-02

基金項(xiàng)目：上海海洋大學(xué)科技發(fā)展專項(xiàng)基金（A2-2006-22-200402）