基于ACP 理論的智慧平行公共文化服務系統(tǒng)研究

竇金花，張桂剛（.北京科技大學機械工程學院；.中國科學院自動化研究所）

1 大數(shù)據(jù)時代的公共文化服務系統(tǒng)建設

1.1 公共文化服務系統(tǒng)的特征與關鍵性問題

公共文化服務是傳播社會主義核心價值觀、滿足社會公共文化需求、保障公民文化權利的一項基本公共服務［1］。公共文化服務既包含了公共文化服務設施、資源和服務內容的供給，也包括人才、資金、技術和政策保障機制的管理與控制。博物館、圖書館、檔案館、美術館、文化館、非物質文化遺產管理機構等公益性文化事業(yè)單位承擔了大量公共文化服務職能。

公共文化服務系統(tǒng)是由生產、運營和保障公共文化服務的相關系統(tǒng)或部門構成的有機整體［2］。公共文化服務系統(tǒng)具有多層、多眾、多元的特征［1］，其文化資源類型豐富、受眾人群廣泛、用戶群體需求多樣，是一種復雜的服務系統(tǒng)。在公共文化服務系統(tǒng)建設過程中，還存在一些亟待解決的關鍵性問題：① 公共文化資源建設各自為政，存在信息孤島現(xiàn)象，海量、分散的文化資源增加了管理運營的難度；② 文化服務資源分配不均。由于地區(qū)經濟水平差異，城鄉(xiāng)公共服務設施分布不均衡，特別是偏遠地區(qū)和廣大農村地區(qū)，其文化服務資源配置嚴重不足；③ 文化服務資源與用戶需求不匹配。

1.2 數(shù)據(jù)驅動的公共文化服務

隨著物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術的發(fā)展，對數(shù)據(jù)的生產、分享和應用日益普及［3］，文化大數(shù)據(jù)在此背景下也呈爆炸式增長。文化大數(shù)據(jù)是由文化行業(yè)領域形成的與文化本身相關的數(shù)據(jù)以及其外圍所形成的數(shù)據(jù)，如文化館、博物館、圖書館、新聞出版、影視游戲等文化產業(yè)本身的數(shù)據(jù)，也包括社會公眾通過各種社交網絡在參與上述各文化領域搜索或者發(fā)布的各種社交言論數(shù)據(jù)，以及前述的文化大數(shù)據(jù)所構成的語意文化大數(shù)據(jù)［4］。張之益對文化大數(shù)據(jù)內涵進行了界定：在理論層面上，文化大數(shù)據(jù)是文化生產者、文化經營者、文化消費者在文化實踐過程中所產生的，與文化產品或文化服務的創(chuàng)作生產、推廣傳播、市場運營、最終消費過程相關的，以原生數(shù)據(jù)及次生數(shù)據(jù)形式保存下來的圖片、文本（包括文字、數(shù)字和圖表）、影像、聲音等文件資料的總稱；在應用層面上，文化大數(shù)據(jù)是針對文化行業(yè)海量數(shù)據(jù)的計算處理需求而產生的數(shù)據(jù)架構的理論、方法和技術的統(tǒng)稱［5］。

文化大數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長對現(xiàn)代化公共文化服務系統(tǒng)建設帶來了新的挑戰(zhàn)與契機。數(shù)字孿生計劃［6-7］和基于感知、計算的信息物理系統(tǒng)（CPS） 的應用研究，極大擴展了物理空間。在CPS 系統(tǒng)中，用戶以各種方式與數(shù)據(jù)交互并訪問服務，從而改變了人與實際物理世界的交互方式［8］。海量的文化大數(shù)據(jù)以及無處不在的計算促進了文化服務系統(tǒng)中物理空間和數(shù)字空間的無縫融合，使得面向文化資源服務的引導和控制成為可能。

2 基于ACP 的平行系統(tǒng)理論

Builder 和 Bankes［9］首次提出使用計算機來模擬生成人工社會，進而研究信息技術、設施和能力對人工社會的影響。基于信息技術對人與社會相關研究的影響，王飛躍研究員開創(chuàng)性地提出了ACP 平行系統(tǒng)理論，即融“人工社會”“計算實驗”與“平行執(zhí)行”為一體的復雜智能系統(tǒng)研究體系，以實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的模擬、分析和控制。其科學基礎來源于波普爾依據(jù)世界表象共存方式所劃分的三個世界以及與此相對應的物理社會、心理社會和計算社會［10］。平行系統(tǒng)是指由自然的現(xiàn)實系統(tǒng)和對應的虛擬或理想的人工系統(tǒng)所組成的共同系統(tǒng)［11-12］。平行系統(tǒng)主要通過人工系統(tǒng)與實際系統(tǒng)的虛實交互和計算分析來預估未來情境，并實時優(yōu)化解決方案。其主要過程包括學習與培訓，實驗與評估，管理與控制三個方面。平行系統(tǒng)理論在無人駕駛、智能醫(yī)療、網絡通信等領域進行了應用探索［13-16］。

ACP 平行系統(tǒng)理論的應用主要分為三個部分：① 在平行系統(tǒng)中通過人工系統(tǒng)模擬和表征實際系統(tǒng)；② 通過人工系統(tǒng)的計算和實驗，挖掘復雜系統(tǒng)行為模式或規(guī)律，輔助系統(tǒng)的管理和控制；③ 通過人工系統(tǒng)與實際系統(tǒng)的平行執(zhí)行，預測實際系統(tǒng)的動態(tài)情境，優(yōu)選系統(tǒng)解決方案，調整相應的管理策略，實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的管理和控制［11,17-18］。

3 基于ACP 的智慧平行公共文化服務系統(tǒng)基本框架

面對公共文化服務系統(tǒng)的復雜性特征，結合文化資源的管理者和使用者，構建公共文化服務實際物理過程與人工計算過程之間的平行交互體系。基于大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網等信息技術，融合社會文化與信息物理系統(tǒng)，模擬仿真物理文化服務系統(tǒng)場景，利用計算實驗預測評估各種服務內容，并通過虛實交互的平行執(zhí)行在線優(yōu)化文化服務應用，實現(xiàn)對復雜交互情境下文化服務內容的預測與指導。

圖1 為基于ACP 的智慧平行公共文化服務系統(tǒng)基本框架。該框架主要由以下三部分構成。

（1）實際公共文化服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)是真實世界的物理系統(tǒng)，包括資源建設系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)和資源服務系統(tǒng)。資源建設系統(tǒng)承擔資源的采集、存儲和整合功能；資源管理系統(tǒng)承擔資源的管理、調度分發(fā)和資源運營；資源服務系統(tǒng)向終端用戶提供各類服務應用。

圖1 基于ACP 的智慧平行公共文化服務系統(tǒng)基本框架

（2）人工公共文化服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)是實際公共文化服務系統(tǒng)在信息物理系統(tǒng)的映射。根據(jù)實際公共文化服務系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)”樣本構建與實際公共文化服務系統(tǒng)對應的軟件定義模型—人工公共文化服務系統(tǒng)。基于文化服務大數(shù)據(jù)，應用計算實驗對文化服務系統(tǒng)建設、管理與服務模式進行大量模擬、計算和分析，通過公共文化人工服務系統(tǒng)進一步了解實際公共文化服務系統(tǒng)的特征和規(guī)律，從而得到公共文化服務系統(tǒng)建設、管理與服務的最優(yōu)方案，進而智能輔助公共文化服務系統(tǒng)的管理和服務過程。

（3）智慧平行公共文化服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)有3 種主要的操作模式：① 學習與培訓。基于實際文化服務系統(tǒng)，利用人工公共文化服務系統(tǒng)與實際公共文化服務系統(tǒng)的互動學習與協(xié)同演化，構建公共文化服務系統(tǒng)中的人工要素，通過代理模型生成等價的人工公共文化服務系統(tǒng)；② 實驗與評估。基于公共文化服務大數(shù)據(jù)，通過人工公共文化服務系統(tǒng)的計算實驗分析了解用戶與公共文化服務系統(tǒng)的交互情境，并對不同的公共文化服務系統(tǒng)決策與服務內容進行測試和評估，以支持復雜的公共文化服務系統(tǒng)的管理和控制；③ 管理與控制。通過人工系統(tǒng)和實際系統(tǒng)的平行執(zhí)行，預估用戶行為與系統(tǒng)情境，并實時適應調整公共文化服務內容。

4 智慧平行公共文化服務系統(tǒng)的系統(tǒng)架構與組成要素

平行系統(tǒng)的構建是為了實現(xiàn)虛擬社會系統(tǒng)與實際社會系統(tǒng)之間的交互、協(xié)同演化和閉環(huán)反饋。通過測試和計算在軟件定義的“公共文化服務流程和系統(tǒng)”中可能發(fā)生和已經發(fā)生的事件，為真實文化服務場景的建設、管理和運營提供可靠支撐。① 構建人工公共文化服務系統(tǒng)，并基于文化服務大數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)模型驅動人工公共文化服務系統(tǒng)進行計算和實驗，并對文化服務內容進行評估和修正。② 平行執(zhí)行人工系統(tǒng)與物理實際系統(tǒng)，實現(xiàn)決策優(yōu)化和管理控制，提供適當?shù)姆諔谩Ｖ腔燮叫泄参幕障到y(tǒng)架構如圖2 所示。

圖2 智慧平行公共文化服務系統(tǒng)架構

4.1 實際公共文化服務系統(tǒng)的組成要素

（1）公共文化服務資源。公共文化服務資源既包括公共文化服務設施，如文化館、圖書館、博物館、美術館等公共文化服務機構以及相關服務設備，也包括文藝表演、展覽、期刊、報紙、圖書、工藝品、文化活動等資源內容以及相關的數(shù)據(jù)資源。如傳統(tǒng)博物館的數(shù)據(jù)資源有藏品基本信息，還有觀眾數(shù)量、年齡、消費情況以及評論等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要來自于紙質文檔、計算機、掃描儀、監(jiān)控設備等。實際公共文化服務資源包含資源建設子系統(tǒng)、資源管理子系統(tǒng)和資源服務子系統(tǒng)。

（2）用戶。用戶包括公共數(shù)字文化資源的供給側用戶和需求側用戶。其中，供給側用戶包括負責文化資源的建設、管理運營、資源調度分發(fā)、提供資源服務內容的相關機構和個人，以及公共文化服務部門、文化資源建設者、文化服務設計開發(fā)人員等；需求側用戶包括進行文化資源獲取、文化產品使用和體驗的組織或個人，主要指公共數(shù)字文化共享服務平臺的終端用戶，如文化資源使用者、文化產品體驗者以及潛在的文化產品需求者，終端用戶既包括普通用戶，也包括老年用戶、殘疾人、學生等特殊用戶群體。

（3）服務場景。服務場景主要指建設、管理、獲取公共文化服務資源的服務情境，如圖書館服務部門進行圖書資源建設、管理的情境，終端用戶訪問圖書資源、獲取圖書資源的情境。

4.2 人工公共文化服務系統(tǒng)的組成要素

人工公共文化服務系統(tǒng)是公共文化服務系統(tǒng)從物理空間到賽博空間的映射。通過對實際運行的公共文化服務數(shù)據(jù)的獲取、分析和建模，構建人工公共文化服務系統(tǒng)。人工公共文化服務系統(tǒng)化分為以下三個子系統(tǒng)（見圖3）。① 人工資源建設系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括虛擬博物館、虛擬圖書館、虛擬美術館等設施資源與數(shù)字文化本體資源的采集、存儲和整合。② 人工資源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括設施和資源的管理、調度與分發(fā)，人員、服務和環(huán)境的管理等。③ 人工資源服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括公共文化服務的各類服務，如基于文化數(shù)據(jù)計算和實驗數(shù)據(jù)的資源分析、用戶行為分析以及服務內容的供給，以支持文化體驗、文化學習、文化傳播等的服務應用。

圖3 人工公共文化服務系統(tǒng)

人工公共文化服務系統(tǒng)的各個組件根據(jù)規(guī)則相互作用，在具體服務場景與用戶進行交互。通過對物理公共文化服務系統(tǒng)各組成部分的歷史數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)的學習和培訓，不斷修正和優(yōu)化人工公共文化服務系統(tǒng)，通過可信度檢驗，使人工公共文化服務系統(tǒng)各個組成元素與子系統(tǒng)具有合理性和有效性，最終使其更加貼近實際的公共文化服務系統(tǒng)。

4.3 計算實驗

4.3.1 平行公共文化服務系統(tǒng)的計算實驗

基于人工公共文化服務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過計算實驗實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的預測分析，成為生長和培育各種公共文化系統(tǒng)中各類文化服務的必要手段，某種公共文化服務內容只是眾多計算結果中的一種。智慧平行公共文化服務系統(tǒng)的計算如圖4 所示。

（1）基礎設施。基于文化服務大數(shù)據(jù)的計算實驗，基礎設施包括服務器、存儲設備、網絡設備與安全網關等。

（2）數(shù)據(jù)支持。文化數(shù)據(jù)包括文化資源元數(shù)據(jù)、文化服務用戶數(shù)據(jù)、文化服務云管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、其他文化服務相關數(shù)據(jù)。文化資源數(shù)據(jù)來源于音樂、戲曲、舞蹈、繪畫、文化遺產、新聞出版、檔案、文獻等數(shù)據(jù)庫資源，有文本、圖像、視頻等多種數(shù)據(jù)類型。

（3）公共文化服務系統(tǒng)仿真平臺。計算實驗驅動下的公共數(shù)字文化服務仿真平臺主要表現(xiàn)形式為公共文化服務云平臺以及人機交互界面。公共文化服務系統(tǒng)仿真平臺包括文化資源建設系統(tǒng)平臺，文化資源管理系統(tǒng)平臺和文化資源服務系統(tǒng)平臺，為用戶提供資源建設、資源管理和服務應用。

（4）實驗設計。面向文化服務用戶模型與文化資源特征，融合公共文化服務的各種數(shù)據(jù)類型，設計適應的計算方法。

（5）實驗執(zhí)行。支撐公共文化服務計算實驗的系列關鍵技術，包括數(shù)據(jù)挖掘、知識圖譜、深度學習、自然人機交互等，實驗執(zhí)行過程中采用適當?shù)年P鍵技術執(zhí)行相關算法集合。

（6）決策生成。基于公共文化服務系統(tǒng)仿真平臺的反饋數(shù)據(jù)與計算實驗結果，動態(tài)實時預測用戶情境與環(huán)境情境，分析評價產生相應的服務決策，提供適應的決策支持。

圖4 智慧平行公共文化服務系統(tǒng)的計算實驗

4.3.2 計算實驗的關鍵技術

（1）公共文化服務數(shù)據(jù)采集。公共文化服務數(shù)據(jù)來源多樣，傳統(tǒng)紙質媒體、網絡資源、公共文化體驗設備、各類文化機構、大數(shù)據(jù)服務平臺等是不同類型的公共文化服務數(shù)據(jù)的主要來源。

網絡資源數(shù)據(jù)包括公共文化服務相關網站、微信、微博、博客、社交網絡等產生的數(shù)據(jù)。網絡數(shù)據(jù)獲取的前提是要獲得網站所有者的許可，在此基礎上，可以采用網絡爬蟲技術、通過設置合理的網頁抓取策略獲取相關數(shù)據(jù)。還有一些免費公開的數(shù)據(jù)來源，可以采用相應的策略進行數(shù)據(jù)獲取，最終形成與公共文化相關的數(shù)據(jù)。

來自數(shù)字文化體驗設備（如網絡電視、移動電話和文化體驗終端）的服務終端用戶數(shù)據(jù)主要包括用戶的生理、心理和行為數(shù)據(jù)，主要通過各類傳感器，如智能化傳感器、虛擬化傳感器和視頻監(jiān)控等技術獲取。

來自文化機構的公共文化服務數(shù)據(jù)包括以下幾類。① 各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其可以通過搜集圖書館、博物館、公共文化研究機構、公共文化發(fā)展中心等機構及其他公共文化機構的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲取。② 文化機構保密性程度較高的數(shù)字資源。其可以通過協(xié)商或合作的方式，通過特定訪問接口等方式收集數(shù)據(jù)，如基于RESTful API（應用程序編程接口）的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口收集數(shù)據(jù)。③ 存儲于圖書館、檔案館等公共文化服務機構的紙質文獻數(shù)據(jù)。其可以采用OCR（光學字符識別）技術從傳統(tǒng)紙質媒體中采集數(shù)據(jù)。

大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)主要來源于公共數(shù)字文化國家共享服務平臺，包括平臺的日志數(shù)據(jù)和用戶行為數(shù)據(jù)，如搜索、瀏覽內容、瀏覽時間、評分、評論、收藏夾操作、添加資源到訪問期望列表。這部分數(shù)據(jù)客觀、真實地記錄了平臺的訪問熱度、平臺的運行效率和故障以及用戶與公共文化服務平臺之間的交互狀態(tài)。用戶交互行為數(shù)據(jù)以及所有其他行為數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)由在平臺上運行的用戶詳細行為數(shù)據(jù)捕獲軟件收集。大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)還包括服務平臺的共享內容，如參與討論、通過BBS 平臺進行交流。

數(shù)據(jù)還可以從其他數(shù)據(jù)源進行收集，如網站公共API、與企業(yè)或研究組織合作的特定系統(tǒng)接口、DPI（深度包檢測）或DFI（深度/動態(tài)流量檢測）及其他帶寬管理技術。

（2）公共文化服務數(shù)據(jù)處理。從各種渠道收集的文化服務數(shù)據(jù)包括結構化數(shù)據(jù)、半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)。獲取的數(shù)據(jù)需要進一步清理、轉換和存儲，基于Hadoop 技術的Apache Spark算法可被用于快速實現(xiàn)文化服務數(shù)據(jù)處理。采用分布式消息傳遞系統(tǒng)Apache Kafka 充當數(shù)據(jù)清理和數(shù)據(jù)加載之間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。預處理的數(shù)據(jù)將被發(fā)送到Kafka 分布式消息系統(tǒng)進行臨時存儲。

（3）公共文化服務數(shù)據(jù)挖掘。通過對公共文化服務數(shù)據(jù)進行挖掘分析，可以獲得用戶行為和偏好以幫助公共文化管理部門獲取用戶需求，為用戶提供服務內容。通過分析各種公共文化服務數(shù)據(jù)，還可以展現(xiàn)文化資源的分布、傳播趨勢、存在的問題和其他公共文化知識。通過數(shù)據(jù)挖掘方法，可進一步揭示公共文化服務資源的訪問熱度、區(qū)域資源訪問類型、不同時間段資源訪問功能、公共文化熱點和公共文化信息的個性化推薦、公共文化大數(shù)據(jù)平臺的資源配置等模式規(guī)律。根據(jù)互聯(lián)網公共文化資源的情況進行數(shù)據(jù)分析，找出當前文化熱點及其影響領域。對于文化熱點的探索，可以采用聚類分析和分類分析相結合的方法確定當前的文化熱點，并找到文化熱點之間的聯(lián)系和文化熱點的形成規(guī)律。資源訪問熱度的抽象算法設計如表1 所示。

表1 資源訪問熱度的分析算法

基于各種數(shù)據(jù)挖掘方法，對公共文化服務的數(shù)據(jù)挖掘結果可進一步通過信息可視化方式進行呈現(xiàn)，設計可視化系統(tǒng)的視覺表征，采用適當?shù)目梢暬夹g和工具生成交互式可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠以更加直觀的方式表征抽象數(shù)據(jù)，將進一步輔助提高公共文化服務系統(tǒng)的服務質量和效率。

（4）數(shù)據(jù)支撐的自然人機交互。平行公共文化服務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層為人工公共文化服務系統(tǒng)的運行提供支撐。平行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集層搜集到的數(shù)據(jù)包括文化元數(shù)據(jù)、文化服務云管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、用戶情境數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)類型。其中，情境數(shù)據(jù)包含了用戶情境數(shù)據(jù)、環(huán)境情境數(shù)據(jù)、任務情境數(shù)據(jù)和設備情境數(shù)據(jù)。用戶情境描述了用戶生理和心理情境狀態(tài)；環(huán)境情境描述了時間、位置、溫度、光線、噪音等環(huán)境信息；任務情境描述用戶行為、活動狀態(tài)；設備情境數(shù)據(jù)描述設備的類型和操作狀態(tài)［19］。

基于數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)支持，平行系統(tǒng)設置了情境推理計算、情感計算、數(shù)據(jù)挖掘技術等知識推理規(guī)則，還設置了自動抽取文化服務知識和模式。基于提取的知識模式以及用戶模型建立A-gent 系統(tǒng)模型，同時提供公共數(shù)字文化服務自然人機交互系統(tǒng)的功能和服務內容，實現(xiàn)對實際公共文化服務系統(tǒng)的管理控制與平行執(zhí)行。

4.4 公共文化服務系統(tǒng)的平行執(zhí)行

根據(jù)實際公共文化服務系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)對人工系統(tǒng)進行培育優(yōu)化。人工系統(tǒng)包括資源層、管理層、服務層以及相對應的資源采集整合平臺、資源管理調度平臺、資源服務應用平臺。人工公共文化服務系統(tǒng)通過計算實驗的結果進行服務策略優(yōu)選，并指導實際公共文化服務系統(tǒng)運行。針對實際公共文化服務存在的問題，需自適應調整人工公共文化服務系統(tǒng)子模塊與實際公共文化服務系統(tǒng)，使人工系統(tǒng)與實際系統(tǒng)平行執(zhí)行、協(xié)同演化，以優(yōu)化服務方案滿足用戶情境、環(huán)境情境以及系統(tǒng)情境。公共文化服務系統(tǒng)的平行執(zhí)行如圖5 所示。

圖5 公共文化服務系統(tǒng)的平行執(zhí)行

5 總結

信息技術的發(fā)展使社會計算和文化計算成為現(xiàn)實，并為社會治理提供新的方法和技術支持。文化大數(shù)據(jù)快速發(fā)展和ACP 理論在各個領域的探索應用為構建現(xiàn)代化公共文化服務系統(tǒng)提供了新的契機。本文研究了ACP 理論在公共文化服務領域的應用，提出了智慧平行公共文化服務系統(tǒng)的基本框架和系統(tǒng)架構，闡述了智慧平行公共文化服務系統(tǒng)的組成要素。智慧平行公共文化服務系統(tǒng)通過對人工公共文化服務系統(tǒng)的學習以及用計算實驗評估優(yōu)化實際系統(tǒng)，同時通過對實際公共文化服務系統(tǒng)與人工公共文化服務系統(tǒng)的平行執(zhí)行預測用戶需求，并提供服務決策與服務內容。ACP 理論在文化領域中的應用是社會計算、智慧社會發(fā)展的必然結果。基于ACP 的智慧平行公共文化服務系統(tǒng)面向公共文化服務體系的復雜情境，為資源供給用戶提供管理與決策支持，并根據(jù)資源需求、用戶的動態(tài)需求與情境實時提供精準文化服務內容，這是提升公共文化服務的管理和服務效能的有效方法，也為現(xiàn)代化社會治理提供了新的路徑。