AI時(shí)代下高校融合門(mén)戶(hù)頁(yè)面操作與語(yǔ)言交互并行的混合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

摘" 要：在上海體育大學(xué)融合門(mén)戶(hù)的建設(shè)過(guò)程中存在軟件架構(gòu)的問(wèn)題，通過(guò)分析未來(lái)面向人工智能的軟件架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)，提出實(shí)現(xiàn)面向事務(wù)的智能體融合門(mén)戶(hù)才是解決之道。該文通過(guò)深入探討\"頁(yè)面操作\"和\"語(yǔ)言交互\"的用戶(hù)交互模式發(fā)展方向，通過(guò)簡(jiǎn)化架構(gòu)設(shè)計(jì)、提高接口復(fù)用性，以及分析用戶(hù)交互行為等方式對(duì)現(xiàn)有的軟件架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化整合，旨在提出一個(gè)適應(yīng)AI發(fā)展的、全新的混合軟件架構(gòu)和設(shè)計(jì)方案。以期為高校信息化平臺(tái)軟件系統(tǒng)架構(gòu)的未來(lái)發(fā)展方向提供參考。

關(guān)鍵詞：人工智能；智慧校園；軟件設(shè)計(jì)；語(yǔ)義分析；信息門(mén)戶(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2024）35-0130-04

Abstract： There are software architecture issues in the construction process of the integration portal at Shanghai Sport University. By analyzing the future development trend of software architecture for artificial intelligence， it is proposed that implementing a transaction oriented intelligent agent integration portal is the solution. This article explores in depth the development direction of user interaction modes for \"page operations\" and \"semantic interaction\"， optimizes and integrates existing software architectures through simplifying architecture design， improving interface reusability， and analyzing user interaction behavior， aiming to propose a new hybrid software architecture and design scheme that adapts to the development of AI. In order to provide reference direction for the future development of software system architecture for university information platforms.

Keywords： artificial intelligence （AI）; smart campu; software design; semantic analysis; information portal

隨著人工智能的快速發(fā)展， 以ChatGPT為代表的大模型應(yīng)用的經(jīng)典案例在人工智能生成內(nèi)容（Artificial Intelligence Generated Content）和理解自然語(yǔ)言方面展現(xiàn)了強(qiáng)大能力。 在本次技術(shù)浪潮的推動(dòng)下，高校及教育信息化廠商把智能問(wèn)答、百事通等AI輔助功能附加在融合門(mén)戶(hù)的能力之中，但現(xiàn)有框架存在如下問(wèn)題：一是人工智能大模型的技術(shù)路線(xiàn)和原有門(mén)戶(hù)軟件架構(gòu)存在生搬硬套不整合的問(wèn)題；二是這種門(mén)戶(hù)平臺(tái)的AI升級(jí)停留于表面，未對(duì)軟件架構(gòu)徹底地進(jìn)行基于人工智能的技術(shù)革新?；谏鲜鰡?wèn)題對(duì)軟件框架的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了大體的預(yù)估分析，提出了一種混合軟件系統(tǒng)架構(gòu)，可以讓用戶(hù)在同一軟件架構(gòu)下的\"頁(yè)面操作\"和\"語(yǔ)言交互\"操作并行不悖，進(jìn)而優(yōu)化軟件性能和增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)。

1" 提出問(wèn)題：當(dāng)前在人工智能背景下融合門(mén)戶(hù)軟件架構(gòu)變革存在問(wèn)題

1.1" 融合門(mén)戶(hù)在向智能化轉(zhuǎn)變中2套架構(gòu)并存的情況

信息化辦公室（為筆者本部門(mén)）在承擔(dān)上海體育大學(xué)經(jīng)信委項(xiàng)目融合門(mén)戶(hù)的建設(shè)任務(wù)后，對(duì)現(xiàn)有大部分教育信息化廠商進(jìn)行考察中發(fā)現(xiàn)主流廠商在本次技術(shù)浪潮中也在推出智能問(wèn)答等AI輔助模塊，而這種人工智能的輔助功能是通過(guò)調(diào)用語(yǔ)言大模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。智能對(duì)話(huà)的模塊采用LangChain等整合大模型的框架，傳統(tǒng)門(mén)戶(hù)微服務(wù)采用K8s等架構(gòu)。

從和主流門(mén)戶(hù)廠家技術(shù)溝通來(lái)看，智能問(wèn)答模塊和微服務(wù)模塊是相互分離的，2種軟件架構(gòu)不能調(diào)用、重構(gòu)和復(fù)用。這對(duì)系統(tǒng)維護(hù)、軟件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)部署和系統(tǒng)測(cè)試都造成了諸多不便，也提高了融合門(mén)戶(hù)的部署時(shí)間和開(kāi)發(fā)成本，2種獨(dú)立架構(gòu)也使得實(shí)現(xiàn)如通過(guò)語(yǔ)言對(duì)話(huà)調(diào)用微服務(wù)啟停等代理事務(wù)變得較為困難，也成為融合門(mén)戶(hù)發(fā)展為事務(wù)性智能體的障礙。

1.2" 2套架構(gòu)不整合造成了融合門(mén)戶(hù)智能化不足

在融合門(mén)戶(hù)追加智能問(wèn)答功能后，相比傳統(tǒng)門(mén)戶(hù)多了一個(gè)咨詢(xún)和操作指南模塊，但問(wèn)答和系統(tǒng)之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)，無(wú)法通過(guò)智能問(wèn)答完成具體事務(wù)。面向任務(wù)的智能體的定義為專(zhuān)注實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)和完成工作流程的代理體。融合門(mén)戶(hù)是師生最重要的系統(tǒng)平臺(tái)之一，在此平臺(tái)上師生需要進(jìn)行大量事務(wù)操作；任務(wù)導(dǎo)向型智能體才是以用戶(hù)為導(dǎo)向融合門(mén)戶(hù)智能化發(fā)展的方向。

現(xiàn)有的微服務(wù)主流架構(gòu)的Kubernetes（K8s）是面向程序員的開(kāi)源容器編排系統(tǒng)，用于自動(dòng)化應(yīng)用容器的部署、擴(kuò)縮容、維護(hù)等?，F(xiàn)有智能問(wèn)答主流框架LangChain旨在簡(jiǎn)化和增強(qiáng)基于語(yǔ)言模型的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，其核心目的是整合大模型，從而更好服務(wù)于用戶(hù)。2種框架都是為專(zhuān)業(yè)程序員設(shè)計(jì)的軟件架構(gòu)。

而體驗(yàn)不好的根本原因：一方面是沒(méi)有以人工智能的思維去設(shè)計(jì)AI系統(tǒng)架構(gòu)，無(wú)論是LangChain還是K8s都是從程序員角度去設(shè)計(jì)的；另一方面，架構(gòu)師簡(jiǎn)單將2種架構(gòu)部署于不同服務(wù)器，導(dǎo)致現(xiàn)在軟件用戶(hù)體驗(yàn)還停留于20世紀(jì)，譬如微軟在Office 97版本時(shí)就已經(jīng)有Office助手。在筆者看來(lái)這種“拿來(lái)主義”的簡(jiǎn)單拼湊就是融合門(mén)戶(hù)智能化不足、體驗(yàn)不友好的重要原因之一。

現(xiàn)有架構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)不是面向任務(wù)智能體所創(chuàng)建，整合2個(gè)框架的工作量可能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)發(fā)新框架；解決根本問(wèn)題不能生搬硬套，只能從源頭做起，為此，就需要一個(gè)新框架。

2" 分析發(fā)展趨勢(shì)

便捷簡(jiǎn)單化、去中間化、去專(zhuān)業(yè)化和減少人力成本是未來(lái)軟件架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.1 便捷簡(jiǎn)單化

便捷簡(jiǎn)單化是IT發(fā)展的趨勢(shì)。近年來(lái)，單反相機(jī)銷(xiāo)量大幅下降，說(shuō)明手機(jī)攝像頭和笨重單反相機(jī)擁有一樣性能時(shí)用戶(hù)更喜歡攜帶手機(jī)。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)也是一樣，如果能夠簡(jiǎn)便地通過(guò)智能問(wèn)答完成具體事務(wù)，體驗(yàn)度會(huì)更好。

2.2 去中間化

去中間化是指消除原有的中間環(huán)節(jié)。如現(xiàn)有的融合門(mén)戶(hù)智能問(wèn)答（圖1）在詢(xún)問(wèn)時(shí)給出操作指南，用戶(hù)理解操作指南來(lái)尋找系統(tǒng)指定頁(yè)面，然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)敲擊鍵盤(pán)完成事務(wù)。其中“用戶(hù)環(huán)節(jié)”是多余的，應(yīng)該直接去掉。

2.3 去專(zhuān)業(yè)化

現(xiàn)有的低代碼、無(wú)代碼平臺(tái)就是去專(zhuān)業(yè)化的表現(xiàn)，使得普通用戶(hù)就能進(jìn)行專(zhuān)業(yè)編碼工作。去專(zhuān)業(yè)化從古至今從未停止，宋朝驗(yàn)鈔的從業(yè)者被稱(chēng)為“楮幣匠”，而今普通人用驗(yàn)鈔機(jī)即可。

2.4 減少人力成本

減少人力成本是去專(zhuān)業(yè)化達(dá)到一定程度的進(jìn)一步成果。如果面向事務(wù)的融合門(mén)戶(hù)可以通過(guò)智能對(duì)話(huà)實(shí)現(xiàn)微服務(wù)啟停，那么無(wú)須維護(hù)工程師，一般教職工就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)，免去了高額的維護(hù)費(fèi)用。

3" 解決問(wèn)題

頁(yè)面操作和語(yǔ)言交互并行的混合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)融合門(mén)戶(hù)從“傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)”到“事務(wù)性智能體”的一種解決方式。

3.1" 混合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)符合時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)

前文分析了軟件框架的發(fā)展趨勢(shì)，那么頁(yè)面操作和語(yǔ)言交互并行的混合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)語(yǔ)言對(duì)話(huà)完成具體事務(wù)，而事務(wù)的自動(dòng)完成可通過(guò)調(diào)用多個(gè)復(fù)合函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并保留傳統(tǒng)人工操作頁(yè)面，使該架構(gòu)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面操作和語(yǔ)言交互2種操作并行不悖。該混合軟件架構(gòu)可以通過(guò)對(duì)話(huà)完成事務(wù)性工作，也可以通過(guò)直接對(duì)話(huà)由系統(tǒng)自動(dòng)完成事務(wù)，去掉了系統(tǒng)管理員多余的中間操作。如上海體育大學(xué)已經(jīng)上線(xiàn)的智能咨詢(xún)完成密碼重置功能，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)NLP接口進(jìn)行對(duì)話(huà)后自動(dòng)返回新密碼，通過(guò)日志分析已有上萬(wàn)人次的使用數(shù)，去掉了人為環(huán)節(jié)，方便快捷，用戶(hù)反應(yīng)良好。而隨著該架構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化和升級(jí)，去專(zhuān)業(yè)化和減少人力成本的目的也會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)。

3.2" 2套用戶(hù)交互方式要同時(shí)保留

融合門(mén)戶(hù)中既要能進(jìn)行頁(yè)面操作完成工作，也需要進(jìn)行智能問(wèn)答實(shí)現(xiàn)具體的事務(wù)操作。那么新的軟件架構(gòu)必須要讓 “頁(yè)面操作”和“語(yǔ)言交互”并行不悖。這也是軟件混合架構(gòu)的意義所在。

3.3" 自然語(yǔ)言處理（Natural Language Processing， NLP）的通用接口為解決問(wèn)題的核心

客戶(hù)端服務(wù)器架構(gòu)是最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)模式之一，其中客戶(hù)端負(fù)責(zé)前端的展示和用戶(hù)交互，而服務(wù)器則處理大部分?jǐn)?shù)據(jù)和存儲(chǔ)工作[１]?！绊?yè)面操作”為用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)鼠標(biāo)的交互動(dòng)作，屬于 Human Machine Interface的技術(shù)范疇，中文意思為“人機(jī)界面”或“人機(jī)接口”，指的是人與機(jī)器之間進(jìn)行信息交互和通信的界面。那么用戶(hù)在點(diǎn)擊人員查詢(xún)畫(huà)面，在查詢(xún)條件【人名】中輸入查詢(xún)文字【張三】后點(diǎn)擊【查詢(xún)】按鈕，此時(shí)人與機(jī)器之間進(jìn)行的信息交互翻譯為動(dòng)作語(yǔ)言則是“在人員庫(kù)中查找名字為張三的員工，并返回該員工的詳細(xì)列表信息”。

每個(gè)模塊都有一個(gè)清晰定義的接口，從而減少了模塊間的依賴(lài)。這不僅有助于簡(jiǎn)化應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和測(cè)試過(guò)程，還使得單個(gè)模塊可以更容易地更新和替換，從而提高了應(yīng)用的靈活性和可維護(hù)性[２]。那么在頁(yè)面操作變換為動(dòng)作語(yǔ)言的模塊，筆者姑且叫作“PageOperation-To-TXT”，即頁(yè)面操作過(guò)程轉(zhuǎn)化為描述語(yǔ)言。那么此處的“頁(yè)面操作”和“語(yǔ)言交互”一樣可以調(diào)用大模型來(lái)進(jìn)行前后臺(tái)的數(shù)據(jù)交互。

4" 混合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的構(gòu)想及初步實(shí)踐

4.1" “混合軟件架構(gòu)”的定義

本文的“混合軟件架構(gòu)”是指將多種技術(shù)路線(xiàn)的架構(gòu)有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)“人機(jī)接口”（HMI）中含有多種交互模式的軟件架構(gòu)。而本次討論的融合門(mén)戶(hù)的技術(shù)架構(gòu)升級(jí)涉及到語(yǔ)言交互和頁(yè)面操作2種類(lèi)型。

4.2" 頁(yè)面操作會(huì)話(huà)（PageOperation-To-TXT）模塊的定義和構(gòu)建

頁(yè)面操作會(huì)話(huà)（PageOperation-To-TXT）含義為把用戶(hù)在頁(yè)面上的點(diǎn)擊和鍵盤(pán)操作轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)語(yǔ)言描述。頁(yè)面操作會(huì)話(huà)模塊的功能為把用戶(hù)操作轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)語(yǔ)言。頁(yè)面操作會(huì)話(huà)模塊的構(gòu)建首先需要收集用戶(hù)操作日志，然后需要建立動(dòng)作解釋器完成由操作日志到“操作語(yǔ)言描述”的轉(zhuǎn)化，最后需要大量操作日志和語(yǔ)言描述數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)邏輯描述語(yǔ)言也需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境變量做邏輯匹配，通過(guò)貝葉斯算法或模型訓(xùn)練等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面操作會(huì)話(huà)模塊的開(kāi)發(fā)工作。由于該模塊構(gòu)建過(guò)程不是本文的說(shuō)明重點(diǎn)，故不進(jìn)行細(xì)說(shuō)贅述（圖2）。

4.3" 通過(guò)語(yǔ)言接口可以調(diào)用多模態(tài)大模型

多模態(tài)大模型是一個(gè)結(jié)合了多領(lǐng)域技術(shù)的復(fù)雜過(guò)程，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的多模態(tài)大模型（如用于圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別或文本生成的模型）并不直接針對(duì)代碼生成進(jìn)行優(yōu)化。然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些創(chuàng)新的方法和技術(shù)正在探索如何利用多模態(tài)大模型來(lái)輔助或生成代碼和微服務(wù)。

如此，通過(guò)語(yǔ)言接口來(lái)調(diào)用多模態(tài)大模型，融合門(mén)戶(hù)的軟件架構(gòu)具有前瞻性，可以返回更多類(lèi)型的執(zhí)行結(jié)果。

4.4" 融合門(mén)戶(hù)的首頁(yè)圖例

如圖3所示，A區(qū)域?yàn)椤罢Z(yǔ)言交互區(qū)域”；B區(qū)域?yàn)椤绊?yè)面操作區(qū)域”，當(dāng)融合門(mén)戶(hù)采用混合軟件架構(gòu)來(lái)部署后，用戶(hù)在B區(qū)域所有的頁(yè)面操作行為，也會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)語(yǔ)言描述傳給多模態(tài)大模型后臺(tái)并得到返回結(jié)果。

并且由于采用了統(tǒng)一整合的混合軟件架構(gòu)，在A區(qū)域類(lèi)提出“請(qǐng)給出學(xué)生類(lèi)微服務(wù)”等命令時(shí)，B區(qū)域會(huì)列出所有的學(xué)生微服務(wù)列表。如果在A區(qū)域提問(wèn)“請(qǐng)列出2024年綜合成績(jī)排名前100位的體教學(xué)院的學(xué)生”等問(wèn)題時(shí)，B區(qū)域也會(huì)直接生成查詢(xún)結(jié)果列表。

傳統(tǒng)融合門(mén)戶(hù)和智能助手采用的是不同的軟件架構(gòu)，不進(jìn)行整合的傳統(tǒng)軟件架構(gòu)是難以實(shí)現(xiàn)的。另一方面，如果用戶(hù)在B區(qū)域的成績(jī)查詢(xún)頁(yè)面確定“2024年”“體教學(xué)院”和“前100名”為查詢(xún)條件，點(diǎn)擊“搜索”按鈕時(shí)，B區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)“請(qǐng)列出2024年綜合成績(jī)排名前100位的體教學(xué)院的學(xué)生”的文字描述，此文字描述通過(guò)NLP通用接口傳輸?shù)胶笈_(tái)，返回與開(kāi)始所述問(wèn)題一樣的返回結(jié)果。

4.5" 傳統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)和混合軟件結(jié)構(gòu)比較圖

通過(guò)軟件架構(gòu)的整合，混合軟件結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一度較高，問(wèn)答和頁(yè)面操作可以用同一函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)，軟件后臺(tái)的搭建無(wú)須傳統(tǒng)復(fù)雜冗余的各類(lèi)微服務(wù)架構(gòu)，直接和多模態(tài)大模型進(jìn)行軟件整合和系統(tǒng)對(duì)接即可（圖4、圖5）。

5" 混合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

軟件架構(gòu)層次清晰，無(wú)須微服務(wù)架構(gòu)和大模型2套架構(gòu)，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)維和排查的各類(lèi)成本。

人機(jī)交互（HMI）中的語(yǔ)言描述對(duì)話(huà)更加細(xì)膩靈活，是未來(lái)的AI發(fā)展趨勢(shì)，頁(yè)面交互操作更加規(guī)范、更加直觀、更加符合編程的需要?；旌宪浖軜?gòu)能夠把這2種溝通模式的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合。

語(yǔ)言描述和頁(yè)面動(dòng)作都通過(guò)NLP接口實(shí)現(xiàn)，使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、嚴(yán)整、統(tǒng)一，便于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。

由于后臺(tái)數(shù)據(jù)交互通過(guò)自然語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，使得前端UI的開(kāi)發(fā)無(wú)須考慮后臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，完全實(shí)現(xiàn)前后端脫離，使得融合門(mén)戶(hù)的前端（UI）更加輕量化，使得界面UI的設(shè)計(jì)更加人性化、便捷化。

該軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的前瞻性，為未來(lái)多模態(tài)大模型的對(duì)接做好準(zhǔn)備。如可以生成微服務(wù)的大模型架構(gòu)進(jìn)行對(duì)接。

頁(yè)面操作轉(zhuǎn)化為人員動(dòng)作語(yǔ)言描述，讓日志可以直接查閱無(wú)須日志解析。通過(guò)頁(yè)面操作明確人員的使用意圖，同時(shí)利于網(wǎng)絡(luò)安全，便于對(duì)人員行為進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

該軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)NLP接口，可以將用戶(hù)的問(wèn)題進(jìn)行解析后，直接對(duì)業(yè)務(wù)接口、函數(shù)接口、數(shù)據(jù)接口進(jìn)行調(diào)用后返回處理結(jié)果。該架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)智能對(duì)話(huà)代辦事務(wù)，有利于系統(tǒng)成為真正的面向事務(wù)的智能體。

該軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)上配置各種工作流程，使系統(tǒng)成為面向事務(wù)的智能體后，會(huì)減少維護(hù)成本和操作步驟。

6" 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文提出了一種適應(yīng)人工智能發(fā)展趨勢(shì)的混合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。雖然技術(shù)力量有限，但該類(lèi)混合軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)面向事務(wù)的智能體革新，在教育信息化、智能客服、企業(yè)管理信息化等多個(gè)行業(yè)和細(xì)分領(lǐng)域都具有廣闊的發(fā)展前景，在保留現(xiàn)有師生對(duì)于軟件系統(tǒng)使用習(xí)慣的前提下，讓系統(tǒng)架構(gòu)在人工智能發(fā)展趨勢(shì)中進(jìn)行革新，也可能如“混動(dòng)汽車(chē)”一樣是技術(shù)發(fā)展的過(guò)渡產(chǎn)品，但在技術(shù)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)就有其存在的意義，也為傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)向智能體系統(tǒng)發(fā)展提供了一定的參考和指導(dǎo)價(jià)值。

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