系统动力学在图书情报学领域中的应用研究

李立睿 邓仲华

（武汉大学信息管理学院，武汉，430072）

系统动力学（System Dynamics，SD）始创于1956年，是一门分析和研究信息反馈系统的学科，具有全局性、综合性探索和解决系统问题的特性[1－3]，尤其对于社会、经济、生态和生物等一类复杂性系统问题的分析方面优势明显[4]。正如王其藩教授所说：系统动力学在理论和应用研究领域是一门实用的系统与管理学科[5]。与此同时，图书情报学（Library and lnformation Science，LlS）领域的研究往往注重处理交叉综合性的学科问题，此时系统动力学提供了相当的便利。因此，近年来，图书情报学领域也出现了将系统动力学作为主要研究方法的报告和论文，但是由于图书情报学领域研究者的思维相对局限，对基于系统思考的方法认识不够，导致系统动力学的广泛应用受到了一定程度上的限制。

基于此，本文论述了系统动力学的内涵及其特征，并且总结了此分析工具在图书情报学中的具体应用情况，试图以此引起图书情报学领域研究者对系统动力学研究方法的重视，促进系统动力学在图书情报学领域研究工作中的深入开展，期待由于研究方法的局限尚未得到解决的问题能够迎刃而解。

1 系统动力学的内涵及其特征

系统动力学主要是将系统科学理论与计算机仿真紧密结合，运用定性与定量相结合方式，侧重系统的动态结构与反馈机制，研究和处理复杂系统问题的一种方法。其中，系统动力学的建模过程就是一个学习、调查、研究的过程，并且强调系统化综合推理，可以向决策群体提供一种问题分析或策略模拟的工具[6]，有助于建立一种学习型和创造性的群体组织。

1.1 系统的模型化

系统是指相互作用、相互依靠的所有事物，按照一定规律结合起来的综合[7]。然而，在相当的情况下，由于所面临的问题相对庞杂，不管是在分析水平层面，还是在成本控制层面，都需要对系统问题建立模型。因此，建模是抽象现实系统，在提炼出具有代表性数据和信息的基础上，根据问题的假设得到模型结构框架。此时，系统问题在大量数据的支撑下，便可以分析得到其相应的模型动态演化结果。通过与现实系统问题进行比较和对照，对模型进一步修正，真正实现定性与定量研究的结合。

由此可见，这恰能符合图书情报学领域相关科学问题的研究方式。Bates曾指出：图书情报学领域中的大部分理论仍处于建模阶段，所以运用模型化的方法来系统分析图书情报学研究中的问题是必要的[8]。Case和Wilson认为信息行为模型的建立是对复杂系统的一种简化，而且是针对寻找具体问题的解决方案而建立的[9－10]。

1.2 动态系统的行为模式与结构的呈现

系统的行为是由其具体结构决定的，在系统动力学中，动态系统行为的基本模式主要包括：①正反馈所产生的增长；②负反馈所产生的寻的行为；③负反馈加上时间延迟所引起的震荡，包括减幅震荡、有限循环和混沌。建模者可以根据系统结构所产生的相应行为发现系统的反馈回路路径，当特定的行为模式被观察到时，可以进一步辨析在实际数据所覆盖的期间之内，占据对应系统主导地位的基本反馈结构。例如，在图书情报学领域，图书馆所提供的服务可以看成一个动态反馈系统，在书目推送服务整个过程中，若观测到用户感兴趣的变量在波动，就意味着至少存在一个带显著延迟的负反馈回路，通过对回路进行深入挖掘，能够指引服务提供者探索特定的目次服务模式、服务决策过程以及组成负反馈回路的时间延迟。

1.3 复杂系统反馈结构的描述

反馈是系统动力学的一个核心概念，可以借助因果回路图（Causal Loop Diagram，CLD）来描述复杂系统的因果关系和反馈结构，表达系统动态形成原因的假设，引出个体或团队的心智模型[11]。与此同时，由于延迟在动态的产生过程中非常重要，能够使系统产生惰性，甚至可能导致震荡。因果回路图包括多个变量，变量之间由标出因果关系的箭头所连接，并标出重要的反馈回路，因此，能够准确地表达出反馈过程中的延迟。鉴于此，因果回路图的绘制必须建立在充分事实数据基础上，如调查数据、访谈信息、实地观察、历史数据，这也恰恰是图书情报学研究领域用于搜集数据和信息的主要方法。

1.4 模型的量化

存量流量图在模型量化过程中具有重要的作用，它是以系统诸要素及其相互关系的数据资料为基础，使之能完整地显示出系统应有的因果关系和各模块的衔接结构，又能正确反映系统中诸因素的数学意义和数量关系。模型的量化主要建立在因果回路图的基础上，依据系统的存量流量图，从逻辑上对系统进行分解和再构造，表示出系统的物质流、信息流和反馈作用的全貌。此外，存量流量图能够区别不同性质的变量，厘清变量间相互关系，建立相关的辅助变量、常量，并与整个动态系统活动一一对应。

1.5 模型的修正与测试

模型的修正与测试是为了保证模型能够在一定的条件下模拟现实情景，测试和发现模型中的潜在问题，并给予相应的修正。另外，由于模型测试具有证伪性的特征，因此其始终贯穿模型建立到模型完成的整个生命周期。随着模型测试的不断演化，系统动力学的建模者已经创建了各种专门的测试来发现模型中的缺陷，从而进一步修正模型，主要包括系统边界适当性测试、结构评价测试、量纲一致性测试、参数估计测试、极端条件测试、积分误差测试、行为重现测试、行为异常测试、家族成员测试、意外行为测试、灵敏性测试、系统改进测试等[12]。

2 系统动力学在图书情报学研究中的应用

2.1 系统动力学的优势

大数据环境下，科学研究面临的问题已经逐渐呈现出跨学科、跨领域的趋势，无论是在基础型学科，还是应用型学科，充分掌握和运用其他学科的方法来解决本学科的问题已经势在必行。同样的，系统动力学作为一种综合而有效的方法，在帮助解决图书情报学领域的研究问题中具有显著的优势：

（1）系统动力学可适用于处理动态性、周期性与长期性问题。系统动力学模型是一种基于因果关系的结构－功能机理性模型，强调系统行为由系统结构和系统内部机制决定，这正迎合了图书情报研究中处理复杂关系问题的需求。例如，基于图书馆发展问题（诸如图书馆资源配置问题、图书馆大数据处理问题、服务模式转变问题等）的复杂信息反馈系统，系统动力学可以作为有效的研究方法与便利的研究工具。著名的城市动力学[13－14]、世界模型[15]均表明，系统动力学在预测行为趋势的同时，可以结合潜在的制约因素，在一个周期或时期内准确地预测趋势的逆转过程。

（2）系统动力学可适用于处理高阶化、非线性问题。一方面，相比于常规的降阶、线性近似替代等传统求解方法，在研究复杂信息反馈系统方面，其所描述的方程往往是高阶化、非线性的，系统动力学能够迅速寻找和改善系统行为的路径；另一方面，在掌握重要节点信息、甚至历史数据残缺不全的情况下，可以运用计算机仿真技术对其进行系统动力学分析，从而发现以高阶化、非线性为表现特征的复杂系统在较长时间内的行为规律趋势，以此获取需要进行深度挖掘的信息。

（3）系统动力学可适用于问题情境的分析。如今，无论是情报服务，还是图书馆服务，图书情报学领域的研究主题已经脱离不了问题情境。系统动力学是在假设问题情境的前提下对系统的行为趋势进行预测和分析。因此，完整的系统动力学分析模型首先对研究问题情境进行解析，以系统的视角将其分为不同系统要素（自然要素、受控要素）的集合，并在此基础上，根据研究目标的需要，确定系统的运行参数、行为关系和初始状态条件，以及对模型进行测试，分析当特定的控制因素发生变化时，观察系统的变化情况以及各个因素对系统运行的影响机理。

2.2 系统动力学的应用情况分析

在国外学者研究成果的影响下，近几年国内学者已经逐渐重视系统动力学的应用，其中主要集中在：① 社会发展[16]、经济 产业发展[17]；② 区 域 与 城 市 发 展[18]；③ 可 持 续 发展[19]；④企业管理和发展[20]等方面。但是到目前为止，通过在中国知网和万方数据库进行模糊检索，图书情报学领域的论文或报告并不多见，其中相对比较典型的有：2011年张宝宁的论文“基于系统动力学的图书馆知识管理体系研究”，基于图书馆知识管理要素、图书馆知识管理流程及图书馆知识管理绩效评价三个要素构建了图书馆的知识管理体系，并用系统动力学方法对该体系进行了仿真分析[21]；在此之前，2010年赵围曾就国防科技情报知识管理体系，采用系统动力学进行了全面剖析[22]；谢姝琳建立了面向高校图书馆信息资源质量控制的系统动力学模型，探讨了信息资源质量稳定性的控制策略[23]；何晓兰等将系统建模与数据仿真相结合，分析了组织实施隐性知识管理过程中，各因素之间的逻辑因果关系及反馈关系，并据此提出了提高组织隐性知识管理效率的针对性解决措施[24]；邢宪光等运用系统动力学方法分析了产业竞争情报的因果图及其行为规律，探索了产业竞争情报的供需机制，构建了系统动力学的供需模型[25]；陈芊里等通过建立以因果关系图为基础的云南省公共图书馆的系统动力学模型，为云南省公共图书馆战略管理的发展提供了相应的理论根据和现实基础[26]；楼雯等根据系统动力学理论，分析了高校图书馆信息资源的配置，从资源配置使用子系统、资源配置实施子系统和资源配置环境子系统进行了系统性的建模与仿真[27]。由此可见，基于全局性视角的系统动力学分析方法在图书馆应用研究方面开辟了新的途径。但是，总的来说，系统动力学在国内图书情报学研究中的涉及面相对狭窄，且应用面尚未完全展开。

在国际方面，系统动力学起步较早，发展相对成熟，虽然没有在整个图书情报学领域得到全面广泛的应用，但作为一种有效的系统化分析方法，已在图书情报学某些具体研究领域得到不同程度的应用，如知识管理、信息资源决策管理以及信息系统等。

知识管理是系统动力学应用相对宽泛的领域：Dangelico运用系统动力学理论分析了认知能力、物理距离以及组织协作的邻近性，这是多个组织之间形成技术积聚的重要条件，对于知识创造与知识扩散相当重要[28]；Wang研究了个体组织在危机情境下的隐性知识转移问题，模拟了组织采用多种不同模式的知识转移机制，对关键知识在组织内部扩散的效率、及其对组织绩效产生的影响程度作了定量化的分析[29]；Morrison等研究了在跨学科协作过程中，以多样化领域专家的知识视角构建基于病理诱因及其诊断过程的系统动力学模型，并采用访谈法与观察法收集专家协同工作过程中的原始数据资料，对模型进行仿真测试和验证[30]。

在信息资源决策管理方面，Sterman认为系统动力学是对真实组织系统的抽象和简化，并不是真实组织系统的复制品，同时以企业组织为研究对象，运用系统动力学理论研究了企业组织运营过程中的信息资源合理配置的问题[31]；Warren和Langley构建了学习型组织的群体智能因果关系与反馈结果的系统动力学模型，评价了组织的持续创新能力，进而支持组织群体决策[32]；Škraba等通过调查两组群体对象之间交互反馈信息的强弱，绘制了相关因果循环图，并在此基础上，通过仿真实验验证了较强的信息反馈对群体决策优化和决策结果具有积极作用[33]；Vázquez等通过对企业组织运营过程中普遍现象的认知与理解，借助系统动力学的模型仿真技术，以达到进一步对其进行预测控制，从而为企业决策提供有效信息支持[34]；Paich等通过对组织竞争情报信息分析、归纳，构建了关于企业竞争产品生命周期动态流的因果回路图，模拟仿真了提升关键流节点对提升组织竞争力的影响[35]。

在信息系统方面，Love等将系统动力学方法与项目个案研究方法相结合，梳理了组织项目系统的信息资源组成要素，进一步总结了影响项目进程的主要性能影响因素[36]；Georgantzas等在分析信息系统与系统动力学关系的基础上，运用系统动力学的方法分析了信息系统在群体、组织和市场方面的设计、实施和影响[37]；Lee等介绍了系统的动态规划和控制方法，提出一个可操作化的建模框架，并将系统动力学与基于网络的方法相结合，从而将系统动力学作为信息系统网络化的战略项目管理工具[20]。

综上所述，随着系统动力学的理论不断丰富和成熟，其应用范围亦变得愈加广泛，但是通过对图书情报学领域的系统动力学文献进行进一步跟踪研究发现，这些模型几乎都是一次性使用，很少有文献进一步对模型进行二次开发，这在一定程度上阻碍了研究工作的深入开展。Lane在2007年回顾和梳理Forrester的一生及其对系统动力学的巨大贡献时，曾经强调了系统动力学模型是根据情境的实时变化，不断反馈、修正、改进和提升的过程，对模型二次开发具有相当的必要性与重要性[38]。

3 系统动力学对图书情报学领域的启示

当前，大数据时代的到来[39]，给图书情报学带来了一定的冲击。这既是机遇，也是挑战。一方面，大数据以新的技术发展形态成为图书情报学领域研究对象的重要组成部分，促进图书情报机构的服务理念、服务手段、服务管理产生重大变革；另一方面，海量复杂数据的迅猛增长给图书情报学领域的数据处理能力提出了挑战，加深了研究问题的复杂性与长期性。因此，系统动力学方法的引入，极大地提升了图书情报学领域研究者对复杂问题的应对和处理能力。

因此，综观系统动力学在图书情报学领域中的应用情况，到目前为止，图书情报领域已经具备了相对成熟的客观条件。

（1）国内图书情报学领域的研究者对于系统动力学理论已有一定的研究基础，随着学术开放程度的不断提高，将有更多研究者了解到系统动力学的应用，必然导致图书情报领域对于系统动力学的需求与潜在使用者有增加的趋势。

（2）随着计算机技术的发展，国内外系统工程领域对于系统动力学的建模技术、仿真技术已有相当的研究，这极大地促进了Vensim、Powersim、Anylogic等系统动力学软件的传播和推广，同时，加速了图书情报领域对系统动力学技术的理解与使用。

（3）由于系统动力学从控制论和非线性动力学发展而来，其建立的理论和模型都有严格的数学基础，完全可以作为图书情报学领域的一种实用工具，从而能够帮助图书情报学的管理者解决组织所面临的系统因果方面问题，应用门槛较低，极大地促进了在图书情报学领域的应用。

与此同时，为进一步提升系统动力学在国内图书情报学领域的推广，图书情报学领域的研究人员可以从以下方面着手：①在关注大数据发展的同时，重点提升图书情报学领域研究者将系统动力学理论运用到实际大数据问题中的应用处理能力；②国内图书情报学领域的研究团队可以积极开展跨学科的交流与合作，通过组织学术研讨会、报告交流会等形式了解其它学科领域的系统动力学应用情况，从而根据本学科自身的特点，扩大系统动力的应用层面；③重视与加强同国际图书情报学领域学者的交流与合作，以方法学习、案例学习的方式，深入理解系统动力学相关理论原理，吸收具体的应用实践经验；④高校图书情报学专业可以根据自身实际情况，适当增设系统动力学的相关课程，进一步普及系统动力学的重要理论知识，为年轻的研究者打好理论基础；⑤相关刊物和研究机构可以对系统动力学的理论以及在各学科中的实际应用情况定期或不定期进行总结，为其持续发展奠定重要基础[40]。

4 结语

图书情报学作为一类交叉性学科，吸收其它学科的理论方法是相当有必要的。此外，系统动力学对于图书情报学领域的研究者而言，作为研究复杂问题的系统化仿真工具，有助于提升研究方法的科学性、研究过程的合理性以及研究结果的准确性。与此同时，在大数据环境下，图书情报学领域的研究问题也必然面临着大数据的影响，这无疑导致了研究问题本身的复杂性和长期性，势必要求图书情报学领域的研究者以前瞻性、全局性的视角看待这些问题，这也恰好促进了系统动力学发挥其应有的价值，推进图书情报学界的理论体系深度化，应用技术的多样化。

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