聚類分析在圖書館管理中的應(yīng)用研究

童 浪 裴勝玉（廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院，廣西 南寧 530003）

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聚類分析在圖書館管理中的應(yīng)用研究

童 浪 裴勝玉
（廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院，廣西 南寧 530003）

摘 要：聚類分析是數(shù)據(jù)挖掘中的一種非監(jiān)督分類技術(shù)。聚類分析作為輔助技術(shù)在圖書館管理中發(fā)揮了巨大的作用。本文在介紹聚類分析的基礎(chǔ)上，分析了聚類分析在圖書館管理中的應(yīng)用研究，指出當(dāng)前聚類分析算法存在的不足，提出新的聚類分析方法。

關(guān)鍵詞：聚類分析；數(shù)據(jù)挖掘；非監(jiān)督學(xué)習(xí)；圖書館管理

高等學(xué)校圖書館作為高校信息服務(wù)中心，提供高等學(xué)校教學(xué)和科學(xué)研究服務(wù)，是培養(yǎng)人才和開展科學(xué)研究的重要基地之一，在高校發(fā)揮著舉足輕重的作用。隨著大學(xué)教育的發(fā)展，高校圖書館的藏書量大幅度增長(zhǎng)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和信息資源的日益增長(zhǎng)，高校數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。面對(duì)這些海量數(shù)據(jù)，為更好地推動(dòng)高校圖書館管理，學(xué)者們相繼提出了各自的聚類分析算法，聚類分析也成為高校圖書館管理中的重要研究技術(shù)之一。

本文結(jié)合圖書館管理中的應(yīng)用，概述聚類分析的基礎(chǔ)上，對(duì)聚類分析在圖書館管理中的應(yīng)用研究進(jìn)行分析，指出當(dāng)前聚類分析算法存在的不足，提出新的聚類分析方法，從而推進(jìn)聚類分析在圖書館管理中技術(shù)研究。

1 聚類分析概述

需求是發(fā)明之母。20世紀(jì)70年代初，數(shù)據(jù)挖掘成為了慢慢興起的數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)，引起專家學(xué)者們的極大關(guān)注，主要源于存在大量數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)也迫切需要轉(zhuǎn)換成有用的信息和知識(shí)。在這一歷史發(fā)展階段，聚類分析是數(shù)據(jù)挖掘研究領(lǐng)域的重點(diǎn)課題。

1.1 聚類分析概念

數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining，DM）又譯為資料探斟，它是數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)中的一個(gè)步驟。數(shù)據(jù)挖掘一般是指從大量的、隨機(jī)的、不完全的、模糊的、有噪聲的數(shù)據(jù)中通過算法搜索隱藏于其中信息的過程。數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)主要包含關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、分類、預(yù)測(cè)、時(shí)序模式和偏差分析等。聚類分析（Clustering analysis）正是數(shù)據(jù)挖掘中的一項(xiàng)重要任務(wù)。聚類分析以“物以類聚”作為劃分依據(jù)，將按相似性將數(shù)據(jù)歸納成若干類別，相同類別的數(shù)據(jù)相似，不相同類別的數(shù)據(jù)彼此相異，聚類過程中劃為一組的稱為一個(gè)類（Cluster）。于是可以得出聚類分析的數(shù)學(xué)表達(dá)方式：

對(duì)于數(shù)據(jù)集合V｛vi|i=1，2，...，n｝，這里，vi為數(shù)據(jù)對(duì)象，依據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)象之間的相近程度將數(shù)據(jù)集合V劃分成k組，滿足以下條件

這一過程稱為聚類分析，Ci（i=1，2，...，n）稱為類（或簇）。

1.2 聚類分析原理

用有序?qū)Γ▁，s）或（x，d）表示輸入，s和d表示聚類樣本數(shù)據(jù)之間的相似程度和相異程度標(biāo)準(zhǔn)。x=｛G1，G2，...，Gk｝作為輸出，其中Gk（k=1，2，...，N）為x的子集，即滿足以下條件

圖1 聚類分析算法分類及代表算法

子集G1，G2，...，Gk稱為類，這些子集都是通過一些關(guān)鍵特征進(jìn)行描述的。通常，可以通過這些樣本集合的重心或類（簇）中關(guān)系的點(diǎn)來表示n維空間的一類；或借助聚類樹的方式用于表示一類；或通過樣本點(diǎn)屬性的邏輯表達(dá)式表示一類。

1.3 聚類分析算法

聚類分析有許多種不同的方法，主要包含以下幾種：層次聚類方法、劃分聚類方法、基于密度的聚類、基于網(wǎng)格的算法和基于模型的算法。以下給出聚類分析算法的分類及代表算法。

2 聚類分析在圖書館管理中應(yīng)用研究

伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，高校圖書館的藏書量大幅度增長(zhǎng)，高校圖書館在人才培養(yǎng)和科學(xué)研究中所占的位置也日益提升，除了傳統(tǒng)模式的圖書館管理外，數(shù)字圖書館也迅速在高校推廣起來。

2.1 聚類分析在圖書管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

在圖書管理中，運(yùn)用聚類分析技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。比如，從樣本數(shù)據(jù)中分析出讀者的閱讀傾向。如孫凌云在論文中分析了高校學(xué)生讀者的閱讀傾向，以及給出圖書館的相關(guān)對(duì)策；吳志強(qiáng)在論文中應(yīng)用了聚類分析來研究讀者閱讀傾向問題；孫銳等在論文中以重慶大學(xué)圖書館作為研究背景，通過圖書預(yù)約數(shù)據(jù)對(duì)讀者閱讀傾向展開研究。另外，運(yùn)用聚類分析算法創(chuàng)建圖書推薦系統(tǒng)。如孫彥超在其論文中，將讀者“查找”圖書轉(zhuǎn)變?yōu)橄蜃x者“推薦”圖書，運(yùn)用聚類分析來向讀者更好地推薦；王家勝在論文中提出了基于SPSS Clementine的聚類模型，并用于對(duì)讀者群體進(jìn)行細(xì)分。聚類分析技術(shù)應(yīng)用于圖書館管理系統(tǒng)中，不僅能充分了解到讀者的興趣和需求，還可以為圖書管理部門開展圖書采購(gòu)計(jì)劃提供及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。從而將傳統(tǒng)管理系統(tǒng)中的被動(dòng)服務(wù)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)服務(wù)，更好地發(fā)揮圖書館的功能。

2.2 聚類分析在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用

相比傳統(tǒng)圖書館管理模式，隨著時(shí)間的遷移，高校數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。面對(duì)這些海量數(shù)據(jù)，為更好地推動(dòng)高校圖書館管理，學(xué)者們運(yùn)用聚類分析算法也提出了相應(yīng)的改革措施。如潘旭武等在論文中提出運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)數(shù)字圖書館進(jìn)行結(jié)構(gòu)挖掘、內(nèi)容挖掘和用戶使用記錄的挖掘。張付志等在論文中提出一種基于聚類技術(shù)的數(shù)字圖書館個(gè)性推薦算法。無論在傳統(tǒng)圖書管理系統(tǒng)，還是對(duì)于數(shù)字圖書管理，從這些文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)中，聚類分析扮演著越來越重要的角色，承擔(dān)起越來越重要的功能作用。

3 聚類分析新方法

綜上所述，這些聚類算法均為單一聚類算法，均為基于傳統(tǒng)聚類分析基礎(chǔ)上的算法。聚類問題的不同也決定了需要使用不同的最優(yōu)化準(zhǔn)則，不同的最優(yōu)化策略和不同的聚類準(zhǔn)則，因此將產(chǎn)生許多不同的聚類分析方法。目前，關(guān)于圖書館管理中所應(yīng)用的聚類分析方法均只是對(duì)一個(gè)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。單目標(biāo)聚類算法通常在檢測(cè)有意義的現(xiàn)實(shí)樣本數(shù)據(jù)集合時(shí)，因?qū)嶋H樣本數(shù)據(jù)為高維的、稀疏的數(shù)據(jù)而失效。因此，考慮到單目標(biāo)算法的這些缺點(diǎn)，本文將提出基于多目標(biāo)優(yōu)化的聚類分析算法用于解決圖書館管理中的問題。

3.1 基于多目標(biāo)優(yōu)化的聚類分析

基于多目標(biāo)優(yōu)化的聚類算法已提出許多種。K. Suresh，D. Kundu等在文獻(xiàn)［12］中提出了基于差分進(jìn)化的自動(dòng)多目標(biāo)聚類分析算法；K. S. N. Ripon，C. H. Tsang等在文獻(xiàn)［13］中提出了可變長(zhǎng)實(shí)數(shù)跳轉(zhuǎn)基因的多目標(biāo)進(jìn)化遺傳聚類分析方法；K. S. N. Ripon和M. N. H. Siddique在文獻(xiàn)［14］中提出了基于多目標(biāo)進(jìn)化聚類分析算法用于重疊聚類檢測(cè)；S. Saha和S. Bandyopadhyay在文獻(xiàn)［15］中提出了對(duì)稱的多目標(biāo)自動(dòng)聚類分析算法。通過調(diào)查分析，圖書館管理中所遇到的問題中，樣本數(shù)據(jù)集合大多為多特征、多因素、多目標(biāo)優(yōu)化問題，因此基于多目標(biāo)優(yōu)化的聚類分析算法更適合求解此類問題。

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中圖分類號(hào)：G25

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A