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試用協同學理論研究圖書情報系統的演化
試用協同學理論研究圖書情報系統的演化
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   1 協同學的基本理論
  協同學(synergetics)一詞來源于希臘文,意思是協同作用的科學,即關于系統中各個子系統之間相互競爭、相互合作的科學。
  協同學與耗散結構理論都是研究遠離平衡態的開放系統,即在保證外流(與外界之間有物質流或能量流的運動)的條件下,系統能夠自發的產生一定有序結構或功能行為。無論是宇觀系統,還是宏觀和微觀系統,只要它們是開放系統,就可在一定的條件下呈現出非平衡的有序結構。因此,它們都可以成為協同學的研究內容。但其觀點和方法與耗散結構不同,耗散結構理論中用“熵”的變化來描述系統走向有序,但結果只做到了超熵判據,它對系統的非平衡相變過程并未給出描述。而協同學的創始人德國物理學家哈肯教授通過類比分析方法,發現完全不同的系統之間有驚人的類似性;認識到自組織系統,不論是自然系統還是社會系統,從無序到有序的演化,都是大量子系統之間協同作用的結果。這種作用和行動沒有外部命令支配和外在的目的,并遵循一條共同的規律,即當一個遠離平衡態的開放系統的外參量的變化使系統達到某個臨界點時,系統原來的狀態和結構就會失穩,其內部各種子系統及其參量的地位、作用、能量、力量、壽命的分布情況都會發生劇烈的改變。有的變成了長壽命的子系統和慢變量,有的變成了短壽命的子系統和快變量,其結果是長壽命子系統役使短壽命子系統,慢變量役使快變量,進而使長壽命子系統和慢變量成為整個系統中起支配作用的序參量。從這個觀點講,無論系統本身的含意如何,只要它們具備遠離平衡態的開放系統,便都可以用序參量來描述宏觀結構,都可以用某幾種數學模型進行處理。這一重要結論是協同學的基石。
  為了探討什么樣的系統才能發生演化,或具備什么樣的條件才出現新結構代替舊結構的過程以及對這種系統演化過程應該怎樣去描述等,哈肯創立了動力學與隨機理論相結合的方法;指出如果一個系統的動力學行為可以用某個主要參量來描述,而它又滿足于某種非線性微分方程,那么隨著外參量的變化,該系統原來的穩定模式或有序結構就會失去穩定性,并同時產生新的模式或有序結構,即系統從一種有序狀態經過失穩無序而躍遷到另一種新的有序狀態。舊模式代之以新模式,舊結構讓位于新結構。
  我們知道,描述一個極其復雜的系統及其各子系統相互作用和發展變化,往往需要無限多個狀態參量或無限多個自由度,要列出數目巨大的方程,而這往往是難于做到的。怎樣才能描述實際狀態和結構并進而研究系統演化中的共同性特征呢?首要問題是在各種微觀變量中進行選擇,找到描述系統宏觀狀態、結構和行動的最主要、最有效、最有決定性的參量。為此,耗散結構中曾引用了“熵”的概念,哈肯認為熵作為處理自組織結構的工具太粗糙。因此,他采取了蘭道在平衡相變理論中所使用的序參量的概念,序參量是系統相變前后所發生的質的飛躍的最突出的標志,它表示著系統的有序結構和類型,它是所有子系統對協同運動的貢獻總和,也是子系統介入協同運動程度的集中體現。
  為了尋找序參量,哈肯找到了一種實用的數學物理方法,即絕熱消去法,這就是抓住在演化過程中起支配作用的慢變量,而忽略快變量的變化對系統的影響,令快變量的時間微商等于零,然后將得到的關系式代入其他方程。這種處理過程就是絕熱消去,這樣可以把難于求解或者無法求解的問題變得簡單明了,絕熱消去法是協同學理論框架中最主要的支柱。
  綜上所述,協同學處理問題的基本思想是,把一個高維的非線性問題歸結為用一組維數很低的非線性方程(即序參量方程)來描述。序參量方程控制著系統在臨界點附近的動力學行為。通過求解序參量方程(組),可以得到時間、空間或時空結構。
   2 圖書情報系統是開放系統
  任何一個系統都是較高一級系統的要素,同時任何一個系統的要素本身,通常又是較低一級的系統。我們從圖書情報事業在整個社會中的作用及地位,從整個社會文化意識上來講,圖書情報系統應是社會文化、教育和科學的復合系統中的子系統,在這個大系統中,圖書情報系統作為子系統,與其他子系統既有競爭又有協作。
  圖書情報系統作為一個獨立的系統時,它是由行政管理、采購、加工(包括分類、編目、編寫等索引等)、貯存以及檢查服務(包括咨詢)、時間、讀者等諸因素構成的一個系統。在這個系統中無論是那一個子系統都包含有人的因素在內。因此,此系統屬于人系統的范圍。這是一個十分復雜的開放系統。它具備一個開放系統應具備的基本特征,即系統的輸入、輸出、事項循環、信息傳遞、反饋等功能,并與周圍的環境交換能量。
  我們可以看到,圖書情報系統的能量輸入相對來講是比較清楚的。它從周圍得到人力和資金的補充,這種人力和資金本身即是能量的形式,并能在一定的條件下轉換為新的能量、物質。當系統利用輸入的資金購買了大量圖書、期刊等資料時,圖書情報工作人員使用這部分能量分析資料,通過加工將此能量轉換為目錄、索引、文摘、譯叢、快報等各種二次文獻以及讀者使用的一次文獻,從而產生了能量與物質的轉換。
  相反,圖書情報系統的輸出卻并不明顯,它是一個與物質(書刊或縮微資料)有關的無形過程,即它輸出的不是書和縮微資料這些物質,而是書刊和縮微資料中的內容。當然,不同的圖書情報系統,其輸出的能力可能有差異,這取決圖書情報系統內部貯存信息的多少,信息管理的有序程度以及各種各樣索引質量的優劣。
  圖書情報系統的反饋回路來自兩方面:一是讀者對圖書情報系統提供檢索和咨詢服務的效率高低的意見反映;二是系統本身各工作環節工作效果的統計數據。如果將反饋的信息量視為讀者人數和各工作環節效果的函數,此函數顯然是非線性的。
   3 圖書情報系統演化中序參量及呈現的自組織現象
  在外部能量不斷輸入的圖書情報系統中,我們可以看到事項的循環,如新書刊、資料的購進——使用——剔舊——再購進新書刊、資料,書刊的借閱——歸還——再借閱等,這些都是圖書情報系統中所出現的循環過程。當然,這種循環過程是事物發展的必然,是一種自組織現象。
  在圖書情報系統中,如果各子系統的關聯作用足以束縛系統的狀態,使系統在宏觀上顯示出穩定的有序結構,系統成員之間能按照各自的職責職能,既有分工,又有協作,為了圖書情報系統的總目標,互相配合,各成員都能獲得最佳工作效果,那么系統就能向外部環境輸出巨大的能量,提供高效率的服務。這本身也是各成員之間協同效應的結果。
  在有關研究圖書情報系統的文章中,一般都引用了古典的熱力學第二定律,通過“熵”的變化來描述圖書情報系統的有序程度,我們談研究系統的有序程度固然重要,但是研究系統(圖書情報系統)內使系統能達到高效能社會效益的主要因素更重要。如果圖書情報系統的一個單位只考慮將資料編目、分類、貯存管理搞得十分有序,而不重視信息量的不斷引進和加強與其他圖書情報單位的聯系,就勢必會因資料信息的不全而增加拒借率。再說,僅從圖書情報系統的有序程度是無法評價一個圖書情報單位的權威性的。從這個角度講,在圖書情報系統的研究中引進協同學中“序參量”的概念更為恰當。毛澤東同志在《矛盾論》中曾指出:“在復雜的事物的發展過程中,有許多的矛盾存在,其中必有一種是主要的矛盾,由于它的存在和發展,規定和影響著其他矛盾的存在和發展”。圖書情報系統是眾多子系統有機構成的復雜的系統,是由眾多變量描述的子系統的集合,為了尋找系統內的序參量,我們可將諸參量高度概率為教學和科研直接服務組子系統A(如檢索、咨詢、借閱、二、三次文獻、定題、跟蹤服務等)和間接服務組子系統B(如采購編目、整理、貯存、管理等)兩個子系統(參量)。由于隨著時代的發展,讀者要求服務的范圍十分廣泛,要求服務的質量越來越高,子系統A只有不斷改進服務方式和方法,才能逐步提高服務質量和效率。需求與服務是長期的關系,只有局部和暫時的滿足(平衡),而無絕對和永遠的滿足(平衡)。由于子系統A(參量)隨時間的變化很慢,因此,我們稱其為慢變量。一旦服務不能適應讀者需要時,就應對服務的內容、方式和方法進行調整,圖書情報系統內部其他子系統也要圍繞服務的需求相應進行變動,這時圖書情報系統內處于不穩定狀態,也稱A為不穩定變量。子系統(變量)B所涉及的一些因素,基本上是有形的,并且有的還可以量化(可以說是硬件),通過一定的努力能在短期內達到目的,我們可稱B為快變量。由于這種變量能夠迅速地按指數衰減以達到某種穩定狀態,因此稱為穩定變量。又由于這部分的目標是根據A的需要而制定的,所以說B是受A的支配的,而A在圖書情報的整個演變過程中則起著主導地位的作用。
  協同學理論證明,系統達到臨界點時,慢變量與快變量所處的地位、作用大不相同。慢變量決定和控制著快變量,快變量受慢變量的支配和役使,聽從慢變量的命令。由此可見,當教學科研需求的方式發生重大變革時,圖書情報系統內原有的舊的傳統服務方式必然受到沖擊,最終使整個系統遠離平衡態。在新的環境條件下,為使系統與環境達到新的平衡,慢變量A必然要支配和役使快變量B,從而實現圖書情報系統內部結構的更新,即舊結構讓位于新結構,新程序替代舊秩序。
  上面我們已對圖書情報系統演化過程中起主導地位的序參量A進行了分析。物理學家錢學森指出:“遠離平衡態的穩定結構,即耗散結構,就是系統中要找的具有有序性的系統穩定結構”。也就是圖書情報系統所需找的合理結構。下面我們展望一下圖書情報系統遠離平衡態時的穩定結構以及A、B各自所處的地位。這將使系統大大處于開放、穩定的高度有效狀態,能以很高的效能收集、處理加工、貯存和傳遞圖書資料情報;知識和情報信息的輸入和輸出是一種宏觀對流;電子計算機和現代通訊技術現代化技術的應用,機械化和自動化檢索的實現,大大加強了系統的功能,可以充分滿足讀者和情報用戶的需求。系統內外每一個人都有一種愈來愈滿意的感覺。各子系統間的關聯作用足以束縛子系統的狀態,使系統在宏觀上顯示出穩定的有序結構,系統成員之間具有很強的協同作用。與舊的結構相比較,新結構將出現采購部門的職能增強,教育與服務的職能擴大,編目部門的職能退化的現象。隨著電子出版技術的興起,藏書結構將以聯機存取和縮微復制品為主,目錄結構將出現電腦編目和檢索,讀者將通過大型整體化圖書情報信息網絡和家用智能終端、電視、電話等各種形式而得到快速、大量的資料信息需求服務。通過電腦控制和調節,各子系統將自行其責,相互緊密配合,從而出現一個為了系統的總目標,充分協同作戰的局面。隨著信息高速公路的建成,通過計算機、攝像、錄音、照排等現代化手段,一個自動收集——自動貯存——自動檢索——自動反饋的一個高度有序的自組織現象將展現出來。
圖書情報工作京28-30G9圖書館學、信息科學、資料工作李榮元19971997圖書情報系統 協同 序參量Research in the Evolution of Library and Information System  with the Theory of Synergetics(Li Rongyuan)  Investigates the course of evolution of library andinformation system with view-point of synergetics,defines aleading governing role parameter (order parameter)from manyfactors in the course of evolution of the system,and describes the self—organization structure of library and informationsystem in far off the equilibrium point.華中師范大學數學系 武漢430070 李榮元  李榮元,男,1952年生,副研究館員,發表論文12篇。  (Department of Mathematics,Central China Normal University,Wuhan) 作者:圖書情報工作京28-30G9圖書館學、信息科學、資料工作李榮元19971997圖書情報系統 協同 序參量
2013-09-10 22:00

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