圖書館信息服務(wù)質(zhì)量評估的建模與分析

●陳 燕（南京政治學(xué)院 上海分院信息管理系，上海 200433）

1 信息服務(wù)質(zhì)量的定量評估模型

信息服務(wù)質(zhì)量是用戶對在接收信息服務(wù)過程中的心理感受和對信息服務(wù)結(jié)果的效用的綜合性認(rèn)識，同時也是對信息服務(wù)活動期望比較的結(jié)果。因此信息服務(wù)質(zhì)量是一個主觀范疇。傳統(tǒng)的信息服務(wù)質(zhì)量的評估方法通常將圖書館業(yè)務(wù)統(tǒng)計的數(shù)值直接作為評價指標(biāo)，沒有強(qiáng)調(diào)用多種方法進(jìn)行測度，只注意絕對值的比較，而忽略了相對值的比較。而且長期以來評估一直側(cè)重于定性的描述，缺乏定量的指標(biāo)。服務(wù)質(zhì)量不能由管理者來決定，它必須建立在用戶的需求、向往和期望的基礎(chǔ)之上。服務(wù)質(zhì)量可以被定義為用戶對實(shí)際所得到服務(wù)的感知（Apperceive of service，簡稱Aos）與用戶對服務(wù)的期望（Expectation of service，簡稱Eos）之間的差距，可定義此差距為D=Aos－Eos（Aos和Eos的值可以通過用戶滿意度調(diào)查等方式具體量化）。由此定義可見，服務(wù)質(zhì)量取決于用戶對服務(wù)的預(yù)期質(zhì)量和實(shí)際體驗質(zhì)量（即用戶實(shí)際感知到的服務(wù)質(zhì)量）之間的對比。在用戶體驗質(zhì)量達(dá)到或超過預(yù)期質(zhì)量時（即D≥0），用戶就會滿意，從而認(rèn)為對用戶的服務(wù)質(zhì)量較高；反之，當(dāng)D＜0時，則會認(rèn)為對用戶的服務(wù)質(zhì)量較低。

信息服務(wù)同時也是一個客觀過程，服務(wù)質(zhì)量不僅僅體現(xiàn)在信息資源利用的結(jié)果中，也充分體現(xiàn)在信息服務(wù)活動的過程中。因此，對信息服務(wù)質(zhì)量的評價應(yīng)根據(jù)服務(wù)效益進(jìn)行評估。服務(wù)效益除了具有能夠進(jìn)行定性評價的指標(biāo)，還可利用數(shù)學(xué)建模做定量的推算。客觀的信息服務(wù)質(zhì)量評估可以從宏觀、微觀兩個層面考察：宏觀層面使用服務(wù)效益來度量；微觀層面使用可用性來度量。［1］

2 宏觀層面的服務(wù)效益模型

建立信息服務(wù)效益評價模型之前，先引入服務(wù)效益的概念。定義服務(wù)效益E為服務(wù)質(zhì)量與服務(wù)成本的比值，它是信息用戶與信息資源通過適當(dāng)?shù)男畔⒎?wù)方式結(jié)合而得到的結(jié)果。下面就從靜態(tài)和動態(tài)兩個角度對其進(jìn)行討論。

2.1 靜態(tài)模型分析

靜態(tài)地看，E可定義為圖書館輸出（用戶得到的信息服務(wù)QoS）與輸入（圖書館成本CoS）之比，即E=QoS/CoS，說明E是花費(fèi)單位成本取得的服務(wù)質(zhì)量。提高服務(wù)效益E的具體方法就是降低服務(wù)成本（CoS），并提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

從提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）的角度講，持續(xù)發(fā)展的尖端技術(shù)和新興技術(shù)為圖書館提供了優(yōu)化和整合多種格式的、多樣化的跨程序、跨數(shù)據(jù)庫、跨網(wǎng)絡(luò)、跨平臺、跨系統(tǒng)以及跨領(lǐng)域的圖書館信息資源、服務(wù)和指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時與非實(shí)時的互動服務(wù)，［2］達(dá)到甚至超出用戶預(yù)期，使用戶得到優(yōu)質(zhì)信息服務(wù)。

從降低服務(wù)成本（CoS）的角度講，系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計。綜觀多年來硬件的發(fā)展可以看出：推動硬件發(fā)生根本變化的驅(qū)動力是以低成本和低功耗嵌入日益強(qiáng)大的計算資源能力的需求，帶給消費(fèi)者新的用戶體驗。理論上說，每個應(yīng)用系統(tǒng)都存在適合于該系統(tǒng)的軟硬件功能的最佳組合，亦稱全匹配。硬件配置強(qiáng)于軟件設(shè)計，是大馬拉小車；軟件設(shè)計強(qiáng)于硬件配置，是小馬拉大車。為了協(xié)調(diào)“車”與“馬”之間的關(guān)系，設(shè)計時應(yīng)從系統(tǒng)的需求出發(fā)，根據(jù)一定的指導(dǎo)原則和分配算法對軟硬件功能進(jìn)行分析與合理劃分，從而使系統(tǒng)的整體性能、運(yùn)行時間、能量損耗、存儲能力達(dá)到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“全匹配”。結(jié)合到圖書館的工作特點(diǎn)，在軟件上可以考慮采用基于覺察上下文計算來降低服務(wù)成本，提高計算精度。

這種靜態(tài)分析方法，優(yōu)點(diǎn)是計算簡單，易于理解。缺點(diǎn)是它只關(guān)心信息服務(wù)過程的兩端：即投入與產(chǎn)出，是一種粗粒度的度量方式。

2.2 動態(tài)模型分析

動態(tài)地看，著眼信息服務(wù)的整個過程，服務(wù)效益與信息資源（I）、信息用戶（P）、信息服務(wù)（S）三者都有密切的關(guān)系。因此服務(wù)效益E可以表達(dá)為這三個變量的函數(shù)，即E=F（I，P，S）。

這里定義E=K（I×P）S，K為調(diào)整因子（條件：I＞=0 P＞=0 S＞=0）。上述公式說明，服務(wù)效益可以從四個方面來分析：

（1）當(dāng)I或P為0，則E＝0，說明沒有信息用戶或是信息資源，再好的服務(wù)也不會產(chǎn)生服務(wù)效益。

（2）當(dāng)0＜I×P＜1，此時信息用戶與信息資源結(jié)合松散，二者結(jié)合產(chǎn)生“強(qiáng)抵消”，服務(wù)（S）的加強(qiáng)對E產(chǎn)生成指數(shù)效果的消極影響，如圖1：

圖1 信息用戶與信息資源松散結(jié)合產(chǎn)生的消極影響

（3）當(dāng)I×P＝1，此時信息用戶與信息資源此消彼漲，I與P單個變量的增長被另一變量減弱，二者作用剛好抵消，從圖像上看就是在I-P曲線上任何一點(diǎn)的與坐標(biāo)軸圍成的圖形（圖中兩個矩形）面積都是1，如圖2。這樣，服務(wù)（S）的優(yōu)劣無法對E產(chǎn)生影響，即E不隨S的增大而增大，如圖3：

圖2 信息用戶與信息資源互相抵消

（4）當(dāng)I×P＞1，此時信息用戶與信息資源結(jié)合緊密、相互配合，產(chǎn)生理想的效果，服務(wù)（S）的加強(qiáng)對E產(chǎn)生成指數(shù)效果的積極影響，如圖4：

圖4 信息用戶與信息資源緊密結(jié)合產(chǎn)生的積極影響

3 微觀層面的可用性模型

圖書館信息服務(wù)追求最佳的服務(wù)質(zhì)量，對相關(guān)可用性管理提出了很高的要求。現(xiàn)有研究大多基于定性的角度研究信息服務(wù)系統(tǒng)的可用性問題，筆者嘗試給出定量的可用性度量模型和分析。信息服務(wù)系統(tǒng)可用性具有典型的面向用戶特點(diǎn)，為刻畫用戶行為需要引入具有非指數(shù)分布性質(zhì)的模型狀態(tài)，并且需要考慮用戶態(tài)與系統(tǒng)態(tài)關(guān)聯(lián)分析時的復(fù)雜情況。傳統(tǒng)的連續(xù)時間馬爾可夫鏈和半馬爾可夫過程都不能很好地對以上情況給予分析。鑒于此，應(yīng)使用基于馬爾可夫重生過程（MRGP）的信息服務(wù)可用性度量方法，對系統(tǒng)可用性進(jìn)行隨機(jī)過程分析，給出對應(yīng)瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)行為的度量方法，結(jié)合信息服務(wù)特點(diǎn)定義系統(tǒng)請求可用性度量。最后進(jìn)行數(shù)值分析，以評價用戶和系統(tǒng)參數(shù)等因素對系統(tǒng)可用性度量的影響。［3］

3.1 建立具有雙擴(kuò)展特點(diǎn)的用戶模型

雙擴(kuò)展用戶模型如圖5，圖中結(jié)點(diǎn)表示用戶狀態(tài)，結(jié)點(diǎn)間連線表示狀態(tài)遷移；用戶狀態(tài)包含資源請求狀態(tài)Pri、思考狀態(tài)Ti，服務(wù)請求狀態(tài)Pmi，分別對應(yīng)上述3類用戶行為和完成態(tài)E及失效態(tài)F，其中E和F是表示會話正常結(jié)束或非正常中止?fàn)顟B(tài)（均為吸收態(tài)），狀態(tài)標(biāo)識Prii中ri表示隨用戶請求的變化，所依賴的資源具有不同的狀態(tài)；同理，狀態(tài)標(biāo)識Pmii中mi表示隨用戶請求的變化，所依賴的服務(wù)系統(tǒng)具有不同狀態(tài)。在該模型中，當(dāng)用戶發(fā)出資源請求，如果所需資源可用，則進(jìn)入Pri態(tài)；完成該請求后，進(jìn)入Ti態(tài)；如果無法進(jìn)入或Pri態(tài)發(fā)生資源失效，則進(jìn)入Pmi態(tài)；如果在Pmi態(tài)能夠完成資源的再發(fā)現(xiàn)和重分配等服務(wù)活動，則返回Pri態(tài)，否則進(jìn)入F態(tài)。如果一次會話中所有的請求Pri都得到正確處理，則由Ti態(tài)進(jìn)入到完成態(tài)E；如果存在任何一個請求失敗，則由Pmi態(tài)進(jìn)入到失效態(tài)F。

圖5 雙擴(kuò)展用戶模型

3.2 構(gòu)建系統(tǒng)可用性度量的MRGP模型

圖書館信息服務(wù)可用性具有面向用戶和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，對可用性的影響在于：用戶行為不同于電子元器件，需要非指數(shù)分布的模型狀態(tài)描述。［4］例如，用戶思考態(tài)不能使用指數(shù)分布來準(zhǔn)確描述。其二是要求能夠支持用戶狀態(tài)內(nèi)的系統(tǒng)狀態(tài)變換，即用戶狀態(tài)駐留時，相關(guān)聯(lián)的資源狀態(tài)或服務(wù)狀態(tài)能執(zhí)行連續(xù)的變化。例如在用戶處于資源請求態(tài)時，對應(yīng)的資源可以在工作態(tài)和失效態(tài)間變換。這可以描述為一種馬爾可夫重生性質(zhì)，即重生點(diǎn)間狀態(tài)的變化性質(zhì)，其中用戶態(tài)是重生點(diǎn)，在重生點(diǎn)間支持系統(tǒng)狀態(tài)的變化行為。［5］

基于以上分析，傳統(tǒng)的連續(xù)時間馬爾可夫鏈需要指數(shù)分布假設(shè)，而半馬爾可夫過程假設(shè)所有的狀態(tài)轉(zhuǎn)換都是重生點(diǎn)，因此都不能很好地對可用性情況給與恰當(dāng)?shù)姆治觥ｑR爾可夫重生過程（MRGP）是包含上述隨機(jī)過程的一類更加廣泛的隨機(jī)過程，不但支持非指數(shù)分布的模型狀態(tài)，而且可以基于重生理論建模用戶和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)狀態(tài)變化的復(fù)雜行為，因此本文提出基于MRGP的普適計算系統(tǒng)可用性度量方法。

根據(jù)雙擴(kuò)展用戶模型并結(jié)合資源和服務(wù)子系統(tǒng)，定義隨機(jī)過程｛Z（t），t≥0｝=｛（U（t），R（t），M（t）），t≥0}。其中隨機(jī)變量U（t）∈ΩU=｛R，T，M，F(xiàn)｝表示用戶處于時間t的狀態(tài)，其中R，M分別對應(yīng)用戶Pr，Pm狀態(tài)；隨機(jī)變量R（t）∈ΩR=｛U，D｝表示信息資源在時間t的狀態(tài)；隨機(jī)變量M（t）∈ΩM=｛U，D｝表示服務(wù)子系統(tǒng)在時間t的狀態(tài)；其中U，D分別表示工作態(tài)（Up）和失效態(tài)（Down）。了重生點(diǎn)之間的行為，全局核定義了跨越重生點(diǎn)的行為。在局部核和全局核的基礎(chǔ)上，瞬時可用性的求解為其中是一個矩陣，其元素是∑uKiu*Vuj(t)。穩(wěn)態(tài)可用性的求解基于如下過程：

圖6 可用性度量MRGP模型

圖6建立了普適計算系統(tǒng)可用性的狀態(tài)模型。圖中結(jié)點(diǎn)表示模型的狀態(tài)，結(jié)點(diǎn)間連線表示狀態(tài)遷移。每一個狀態(tài)表示為一個三元組U（t），R（t），M（t）），模型的狀態(tài)空間是 ｛（RU·），（TU·），（RD·），（TD·），（M·U），（M·D），（F·D），（F·U）｝。圖中用·表示所對應(yīng)的元組分量可取任意值，例如（RU·）表示用戶處于Pr狀態(tài)，所依賴的資源處于工作態(tài)時，服務(wù)子系統(tǒng)可處于任何狀態(tài)。資源管理子系統(tǒng)失效率為λm，修復(fù)率為μm；資源子系統(tǒng)失效率為λr，修復(fù)率為μr。當(dāng)用戶進(jìn)入Pr狀態(tài)后，隨機(jī)活動一段時間進(jìn)入思考態(tài)（從（RU·）到（TU·）），該時間分布為F（t）；在思考態(tài)駐留一段時間后返回到Pr態(tài)，該駐留時間分布為G（t）。當(dāng)用戶處于R時，資源發(fā)生失效（從（RU·））到 （RD·），經(jīng)過一段時間后服務(wù)啟動（從（RD·）到（M·U）），時間分布為H（t）；設(shè)資源的可用性為AR，則服務(wù)子系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)新的可替代資源并且該資源可用的概率是AR，該信息資源不可用的概率為1-AR；當(dāng)資源和服務(wù)子系統(tǒng)均失效后，模型遷移到（F··）狀態(tài)，用戶在該狀態(tài)駐留一段時間后進(jìn)行重試，返回到（M·U）態(tài)或（M·D），駐留時間分布為R（t）；（M·D）態(tài)的駐留時間分布為T（t）。模型中F（t），G（t），H（t），R（t），T（t）都是非指數(shù)的任意分布，并且模型中存在重生點(diǎn)間的狀態(tài)變化，即存在局部行為，其中局部行為是指并發(fā)的指數(shù)分布遷移，即指數(shù)分布遷移連接的兩狀態(tài)具有相同的任意分布，包括（TU·）與（TD·）和 （F·U）與 （F·D）之間的遷移。除局部行為之外，每個狀態(tài)改變都是重生點(diǎn)。分析上述模型的狀態(tài)空間滿足至多只有一個任意分布處于活動的條件，所以｛Z（t），t≥0｝是馬爾可夫重生過程（MRGP）。［5］

請求可用性的MRGP模型由其MRGP隨機(jī)過程的局部核E（t）和全局核K（t）所決定。其中局部核定義

（2）計算一步轉(zhuǎn)移概率矩陣K（∞），求得v=vK（∞），其中 v·e=1；

（3）穩(wěn)態(tài)概率向量為 P=（v·α）/（v·μ）。

3.3 系統(tǒng)請求可用性的數(shù)值分析

基于以上度量模型，給出普適計算系統(tǒng)請求可用性的兩個定義，狹義普適計算系統(tǒng)請求可用性NUA和廣義普適計算系統(tǒng)請求可用性定義GUA。通過定義NUA為與相關(guān)研究的比較建立基礎(chǔ)，而GUA給出了更加廣泛的一類可用性度量。以上定義都是基于用戶角度出發(fā)的可用性度量。

定義狹義的普適計算系統(tǒng)請求可用性為：在不考慮用戶T狀態(tài)的情況，用戶能夠成功發(fā)送請求的概率，即 NUA=（PM·U+PRU·）/（PF·U+PM·U+PRU·+PF·D+PM·D+PRD·）。

定義廣義的普適計算系統(tǒng)請求可用性為：在NUA的基礎(chǔ)上，綜合考慮用戶所有可能狀態(tài)下，用戶處于非失效狀態(tài) F 下的概率，即 GUA=（PM·U+PRU·+PTU·+PTD·）/（PF·U+PM·U+PRU·+PTU·+PF·D+PM·D+PRD·+PTD·）。

以上定義中，NUA和GUA的區(qū)別在于對用戶、系統(tǒng)因素的折衷考慮。NUA更加側(cè)重系統(tǒng)因素，即忽略用戶的思考狀態(tài)，結(jié)果是簡化了用戶因素對可用性度量的影響，突出了系統(tǒng)因素在可用性度量中的作用，所以更加適合于偏重系統(tǒng)可用性評價的情況。GUA則更加側(cè)重用戶因素，即綜合考慮用戶的思考狀態(tài)，能夠根據(jù)用戶因素對可用性度量給出更加準(zhǔn)確的分析。通過以上定義，普適計算系統(tǒng)請求可用性（NUA和GUA）與系統(tǒng)可用性關(guān)系的一個定性分析是：

（1）當(dāng)系統(tǒng)處于失效狀態(tài)時，用戶可能沒有向系統(tǒng)發(fā)送請求，因此用戶感知不到相應(yīng)的系統(tǒng)不可用性，即最終請求可用性大于系統(tǒng)可用性；

（2）當(dāng)系統(tǒng)從失效狀態(tài)遷移到可用狀態(tài)時，由于用戶仍然滯留在不可用狀態(tài)（F狀態(tài)）而導(dǎo)致用戶對系統(tǒng)可用性感知的延遲，即請求可用性小于系統(tǒng)可用性，這和用戶的重試率有緊密關(guān)聯(lián)。

4 小結(jié)

任何事物都是質(zhì)和量的統(tǒng)一，把事物的量作為一種測量工具，對質(zhì)進(jìn)行精確量化，不但可行而且也有利于對質(zhì)的系統(tǒng)研究和了解。信息服務(wù)同樣如此。信息服務(wù)是一項有目的實(shí)踐活動，要以追求一定的服務(wù)效果為先決條件。在對其研究過程中，不但要追求性質(zhì)方面的考察，也需要對其數(shù)量關(guān)系進(jìn)行研究。只有將定性分析和定量分析相結(jié)合，進(jìn)行綜合的圖書館信息服務(wù)質(zhì)量評價，才能得到較為完備、精確的結(jié)果。因此，除了按照傳統(tǒng)方式從自我評估與用戶反饋兩個方面進(jìn)行定性的評價外，還應(yīng)針對信息服務(wù)特點(diǎn)，設(shè)計服務(wù)質(zhì)量的定量評估模式，從兩個層面（即宏觀層面的服務(wù)效益和微觀層面的可用性）來度量，通過兩個角度（即服務(wù)全過程的動態(tài)角度和投入與產(chǎn)出的靜態(tài)角度）來考察。宏觀層面重在整合，微觀層面重在突破；動態(tài)角度重在過程，靜態(tài)角度重在結(jié)果。力求在整合的基礎(chǔ)上不斷實(shí)現(xiàn)突破，在突破的基點(diǎn)上不斷實(shí)現(xiàn)新的整合，采用動態(tài)的過程控制靜態(tài)的結(jié)果，利用靜態(tài)的結(jié)果調(diào)整動態(tài)的過程，通過這一微觀、動靜態(tài)互動的發(fā)展模式完善普適計算環(huán)境下圖書館服務(wù)質(zhì)量的評估體系，為改善服務(wù)質(zhì)量提供依據(jù)和方法。

［1］陳燕.芻議圖書館信息服務(wù)質(zhì)量評估［J］.消費(fèi)導(dǎo)刊，2009（17）：117－118.

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