基于状态空间搜索的科技服务智能拼接和组配研究

赵一鸣 朱永春

(1.武汉大学信息资源研究中心，武汉，430072； 2.武汉大学信息管理学院，武汉，430072； 3. 武汉大学图书情报国家级实验教学示范中心，武汉，430072)

1 引言

科技服务业是指利用现代科技知识、前沿技术和研究分析方法等为社会各界人士、企事业单位提供智力型服务的知识密集型产业[1]。科技服务业是现代服务业的重要组成部分，随着我国高端产业的不断发展，市场对专业科技服务的需求日渐增加。科技服务产业在近50年的时间里不断发展，已经形成了一系列比较成熟的服务流程体系。但随着社会的发展，传统的面向单一领域的专业科技服务流程体系已经无法满足用户需求，能够融合多项科技服务环节、满足用户全方位需求的综合科技服务正成为未来科技服务的主要发展方向。

2014年10月9日，国务院印发了《关于加快科技服务业发展的若干意见》[2]，要求重点发展研究开发、技术转移、检验检测认证、创业孵化、知识产权、科技咨询、科技金融、科学技术普及等八项专业科技服务和综合科技服务，本文探讨的科技服务均在这个范畴中。

综合科技服务平台研发与应用示范是当前国家重点关注的领域，科技部在国家重点研发计划“现代服务业共性关键技术研发及应用示范”重点专项中，先后批准了八个综合科技服务平台研发与应用示范项目，推进科技服务业从专业科技服务到综合科技服务转变。然而，推进科技服务业从专业科技服务到综合科技服务转变的过程中，面临一系列的难题，其中之一就是如何在综合科技服务平台中对各个不同的专业科技服务进行集成。

本研究将针对这一难题，提出一种科技服务智能拼接和组配的方法，为科技服务集成提供一个可供参考的技术路线和解决方案。通过对科技服务流程要素的拼接与组配，可以根据用户需求生成具有一定个性化的综合科技服务流程。

2 文献综述

2.1 综合科技服务

目前针对科技服务的理论研究主要包括科技服务的定义、分类、现状和发展趋势以及信息共享等方面，王晶等[3]基于“科技中介”界定科技服务业的概念，并讨论了科技服务业在科技成果产业化进程中的构成与作用；赵丹等[4]在明确科技服务业定义和现状的基础上，对各省份科技服务业发展情况进行综合评价发现，科技服务发展水平与当地产业聚集程度正相关；He[5]以四川省农业科技服务业为例，分析了科技服务业发展的现状、问题并提出解决对策；王颖等[6]基于TOPSIS方法分析了中部地区科技服务业的发展情况，提出加强科技服务发展是推动产业转型升级的重要措施；Yan等[7]提出了专业科技服务机构服务整合的模式，并以苏南国家技术转移中心为例，探讨了其整合模式和利益分配机制；Windrum等[8]在对英国、德国、荷兰和日本四国科技服务产业发展与国际竞争力进行比较后指出，科技服务应该与制造业等其他经济部门之间建立牢固、互利的关系。应用研究往往聚焦于一个特定需求设计相应的科技服务流程，例如成都市建立的农业科技服务体系[9]，全球地球观测系统(GEOSS)科技服务技术套件[10]等等。

综合科技服务的流程设计主要可以分为三个部分：一是需求的描述、识别与匹配；二是科技服务流程要素的划分；三是科技服务流程要素的拼接与组配。针对以上三个部分，学界已有一定的研究并取得了一些成果。其中，对需求的描述、识别与匹配研究较为成熟，针对科技服务流程要素划分与拼接、组配的研究非常欠缺。

在需求的描述、识别与匹配方面，Chong等[11]从服务营销角度提出了现实需求及其征集、潜在需求及其挖掘和未来需求及其引导三个需求描述标准，基于用户维、服务维、资源维和功能维的多维度需求识别方式，以及完全匹配、嵌入匹配、包含匹配和失败匹配四种匹配类型及其执行策略，能够较好地解决需求的描述、识别与匹配问题；王益成等[12]基于空间向量模型，构建科技情报用户画像，对用户的需求进行精准刻画；Liu等[13]利用在信息资源服务网站上的行为日志来检验和优化获取到的用户需求，从而为用户提供个性化的精准服务；凌婉阳[14]通过问卷调查，在小范围内收集、分析了科研人员对科技情报服务的认知和需求。

有关科技服务流程要素的划分研究较少，因此参考了其他领域的流程划分方法，如郭忠金[17]介绍并总结了基于波特价值链和卡普兰价值链的流程分类方法；马飞等[18]从过程流和语境流的角度，将每个设计活动看成将一定输入转化为输出的实体，并描述每个设计活动的设计规格和设计资源；Geum等[19]从美国专利商标局数据库中提取每个行业的相关科技服务专利，在专利分类分析的基础上，对服务技术进行了界定，并将其分为六大类；陈彦光等[20]根据系统论的原理，用数学方法对城市化Logistic过程的阶段进行了划分。

在科技服务流程要素的拼接与组配方面，现有研究中对流程要素拼接、组配的具体方法介绍较少。江日念等[15]以在流程模板上根据实际需求进行修改、配置的方式，得到流程实例；刘紫玉等[16]根据模块化本体间的关联关系进行连接，从而得到领域本体模型。

在一项前期研究中，我们提取出了国务院《关于加快科技服务业发展的若干意见》中列出的八项专业科技服务的流程要素，如表1所示。需要说明的是，根据实际应用场景，这些流程要素可以进一步被打散，实现更细粒度的拼接与组配。

表1 八大专业科技服务的流程要素划分

2.2 状态空间搜索方法和Prim算法

状态空间搜索是一种将问题求解过程转化成寻找由初始状态到目标状态的路径的过程。状态空间模型的应用有很多，例如，李芳等[21]基于变参数状态空间模型,分析新疆资源环境对产业发展的约束，从而为新疆的产业升级方向提供了参考；张优智等[22]基于状态空间模型，实证分析了研发投入与技术创新的动态关系，为我国技术创新发展政策提供了建议。

状态空间搜索的方法有很多，主要包括深度优先搜索、宽度优先搜索和启发式搜索[23]。状态空间搜索的基本思想是，按照一定的规则，逐步改变当前状态，直到遍历所有状态或达到目标状态，记录相应的搜索过程，如图1所示。即：

图1 状态空间搜索的基本思路

(1)确定初始状态和目标状态；

(2)根据一定的规则F，将当前状态转化为新的状态；

(3)如果不等于目标状态，重复步骤(2)，直到达到目标状态，或遍历所有状态。

Prim算法是一种常用的构造最小生成树的算法[24]。其主要思路是，在一个连通图G中随机选择一个起点，添加到集合U中，不断寻找与集合U中点相邻的边权值最小的点，将其添加到集合U中，将这条边添加到集合TE中，直到U中包含连通图中所有的点。此时生成树(U,{TE})即为连通图G的最小生成树。

Prim算法在路径规划中有广泛的应用，王丽君[25]在秦皇岛市旅游线路设计与算法研究的过程中，使用Prim算法将一个个独立的景点连接成一个完整的旅游路线，并使得旅游路线为最佳；孙丁[26]基于Prim算法实现了物流节点的最优连接， Muni等[27]基于Prim算法优化了类人机器人的路径规划算法，使其在无碰撞情况前提下在路径长度和计算时间方面有了显著的改进。

此外，“逐步扩展连接”的思想可以被应用于科技服务流程要素的拼接与组配当中，即从流程要素库中挑选合适的流程要素，并将这些相互独立的流程要素连接为能够满足用户个性化需求的综合科技服务流程。

针对科技服务流程要素拼接与组配技术的研究不足，本文基于状态空间搜索方法和Prim算法，提出了一种基于状态空间搜索的科技服务流程要素拼接和组配方法。

3 科技服务流程要素拼接与组配实现方法

本文对科技服务流程要素的定义是科技服务流程中一些功能相同、不可再分的工作环节。通过向流程要素输入其所需的输入实体，就可以得到对应的输出实体(实体包含了信息、资源、人员等)。其基本结构为：输入实体-流程要素主体(编号、名称等)-输出实体。

3.1 综合科技服务的流程重构

由于用户需求多样，单一专业科技服务无法完全满足用户的个性化需求，故而往往需要从不同类型的专业科技服务流程中提取流程要素，并将这些要素重新组配为一个全新的科技服务流程链。综合科技服务的流程重构正是这样一个根据用户需求，将已有的专业科技服务流程拆分、选择、组配、拼接成一个新的综合科技服务链的过程。

(1)明确已有的x个专业科技服务，将每个专业科技服务分别记作θi,i∈{1,2,3…x}；

(2)梳理各项专业科技服务流程，确定各流程要素，每项科技服务流程要素的数量记作ni，分别记作φij,i∈{1,2,3…x},j∈{1,2,3…ni}；

(3)分析用户需求，记作Y；

(4)根据用户需求，按照一定的方法(记作f)进行流程要素的选择、拼接与组配，使得Y=f(φab,φcd,…,φef)，其中a,c,…,e∈{1,2,3…x},b,d,…,f∈{1,2,3…ni}。

其示意如图2所示。

图2 综合服务流程实现过程示意图

综合科技服务的流程重构主要包括两个步骤，即科技服务流程要素的划分和科技服务流程要素的组配拼接。首先，对每个专业科技服务流程进行划分，得到相对独立的各个专业科技服务流程要素，再根据一定的算法筛选、组配、拼接划分好的流程要素，从而得到满足用户需求的综合科技服务链，并对应着一个新的工作流。

下面将详细介绍科技服务流程要素的划分方法及组配算法。

3.2 科技服务流程要素的划分

科技服务流程要素的划分没有统一的标准，一般根据行业中实际使用情况进行划分。可以采用德尔菲法[28]，邀请相关领域专家参与讨论，对该领域内科技服务流程要素进行划分。一般来说，划分的流程要素要满足以下特征：

(1)传递性——有一般化的输入实体和输出实体；

(2)独特性——有较为明显的、可以与其他流程要素区分的特征；

(3)重要性——在一个流程中发挥着重要的作用；

3.3 科技服务流程要素的组配算法

在整个科技服务流程中，各个流程要素之间不是孤立的，而是相互依赖的。这为科技服务流程要素的组配提供了可能。每个流程要素都包括了输入实体和输出实体部分，其结构如图3所示。

输入实体执行过程输出实体

为方便对算法进行描述，对以下运算规

则进行定义：

运算规则1：当一组流程要素的输出实体集合恰好包含另一组流程要素的输入实体集合时，这两组流程要素之间便建立了上下游关系。

运算规则2：当一组流程要素的输出实体集合与另一组流程要素的输入集合实体有交集时，这两组流程要素之间便建立了回溯关系。

运算规则3：当一个流程要素的输出实体集合与另一个流程要素的输入实体集合的交集不是空集时，就将这两个流程要素前后连接。

运算规则4：当一个流程要素链的尾部元素与另一个流程要素链中的某个元素相同时，就将这两个流程要素链以相同元素为节点连接。

算法的基本步骤如图4所示，主要分为生成树、剪枝和拼接三个部分。

图4 科技服务流程要素组配算法流程图

3.3.1 生成树模块

(1)主要功能

生成树模块的主要功能是：在接受流程要素库、已有实体集合、目标实体集合三个输入项的基础上，通过运算规则1，筛选得到能够组成个性化综合科技服务的流程要素集合。但该集合中包含部分与服务目标无关的流程要素。

(2)主要步骤

在生成树部分，主要包括三个步骤。

第一，分别建立一个科技服务流程要素集合(以下简称流程要素集合)和输出实体集合，首先向输出实体集合中添加已有实体(例如企业可以自行解决的资源)。

第二，按照运算规则1，在科技服务流程要素库中寻找与包含已有实体的流程要素满足上下游关系的流程要素，并将这些流程要素添加到流程要素集合，将这些流程要素的输出实体添加到输出实体集合中；

第三，重复上一步操作直到输出实体集合中包含了所有目标输出实体。

(3)算法表达

生成树模块中的符号定义如下：

①用W1代表已有实体集合，W2代表目标输出集合，Wt代表临时实体集合，为φ；

②V是科技服务流程要素库，包含所有科技服务流程要素，V1是相关科技服务流程要素集合；

③对于流程要素θi，θi的输入实体是Input(θi)，输出实体是Output(θi)。

生成树模块寻找相关科技服务流程要素的过程如下：

①将W1中的全部元素φ1,φ2,φ3……φn添加到Wt中；

②若W2⊆Wt，则输出此时的V1；否则，执行③；

③遍历V中的每个元素，对于每个元素θi，若Input(θi)⊆Wt，则将Output(θi)添加到Wt中，同时将θi添加到V1中，执行②。

3.3.2 剪枝模块

剪枝模块的主要功能是：在接受流程要素集合(由生成树模块输出)、已有实体集合、目标实体集合三个输入项的基础上，通过运算规则2，从而进一步筛选得到能够组成个性化综合科技服务的流程要素集合。此流程要素集合中不包括无关流程要素。

其主要步骤是按照运算规则2逆向执行生成树模块。

3.3.3 拼接模块

(1)主要功能

拼接模块的主要功能是：在接受流程要素集合(由剪枝模块输出)、已有实体集合、目标实体集合三个输入项的基础上，实现对流程要素的拼接，得到能够满足用户需求的个性化综合科技服务流程。

(2)主要步骤

根据流程要素输入输出关系将新流程要素集合中的流程要素进行连接，完成流程要素组配。

(3)算法表达

拼接模块中的符号定义如下：

①V2是最终科技服务流程要素集合，由上一步骤生成；

②对于流程要素θi，θi的输入实体是Input(θi)，输出实体是Output(θi)；

③连接方法Conn(θj,θk)，将流程要素θj和θk前后连接，生成流程要素链Linki；

④对于流程要素链Linki，Linki包含的流程要素集合是Factor(Linki)，尾部流程要素是Tail(Linki)；

⑤用L代表流程要素链集合；

⑥连接方法ConnLink(Linki,Linkj)，将Linki的Tail(Linki)删去，剩余部分与Linkj中与Tail(Linki)相同的元素前后连接，生成新的流程要素链Linkk。

生成树模块寻找相关科技服务流程要素的过程如下：

①遍历V2中的每个元素，如果两个元素θj,θk之间满足Ouput(θj)∧Input(θk)≠φ，则Conn(θj,θk)，将生成的Linki添加到L中；

②遍历L，如果两个元素Linki和Linkj之间满足Tail(Linki)∈Factor(Linkj)，则ConnLink(Linki,Linkj)，将新生成的Linkk添加到L中，同时删除Linki和Linkj，直到L中只剩一个元素为止；

③输出L中的元素，此元素即为完整的综合科技服务链。

4 技术转移类综合科技服务中的流程要素拼接与组配

技术转移类综合科技服务是指以技术转移类专业科技服务为主体的综合科技服务，其包含了技术转移、知识产权、科技咨询、科技金融等多种专业科技服务的流程要素，能够满足用户技术转移类科技服务的复合需求。

以技术转移需求端的科技服务流程要素组配为例，说明基于状态空间搜索的科技服务流程要素组配方法如何从流程要素库中筛选出有用的流程要素，并根据用户需求进行拼接与组配。

4.1 流程要素的划分

邀请专家对流程要素进行划分，结果如表2所示。在实际应用中，可使用神经网络、随机森林等算法，从已划分好的流程要素信息库中筛选相应领域的科技服务流程要素。为了模拟筛选结果中可能包含干扰项的情况，在流程要素的末尾添加了三个干扰流程要素，分别表示输入实体有关而输出实体无关、输入实体和输出实体都无关、输入实体无关而输出实体有关三种情况。

表2 技术转移需求端的流程要素

4.2 流程要素的组配

技术转移需求端的科技服务旨在根据客户的特定需求，寻找匹配相应的技术专利，最后签署技术交易合同。因此，对于技术转移需求端的科技服务流程来说，其可以提供的实体是“需求”(即企业对某种或某些技术的需求)，而期望产出的目标实体是“技术交易合同”。将“需求”和“技术交易合同”分别代入组配算法中。其执行步骤如下：

(1)向输出实体集合中添加“需求”实体，向目标实体集合中添加“技术交易合同”；

(2)在流程要素库中寻找与输出实体集合满足上下游关系(在这里即输入实体仅包含“需求”)的流程要素，包括“官方征集需求”和“企业提出需求”，将这两个流程要素添加到流程要素库，再将它们各自输出实体的元素“需求说明-官方征集”“需求说明-企业提出”添加到输出实体集合中；

(3)检查输出实体集合中是否含有“技术交易合同”元素，发现没有满足则终止条件，重复(2)中步骤，继续扩充流程要素集合和输出实体集合，直到输出实体集合中包含“技术交易合同”元素，返回此时的流程要素集合，此时已将“干扰二”和“干扰三”排除在流程要素集合之外；

(4)向输入实体集合中添加“技术交易合同”元素；

(5)在(3)中返回的流程要素集合中，寻找与输入实体集合满足回溯关系(在这里即输出实体包含了“技术交易合同”元素)的流程要素，包括“协议交易”流程要素，将其添加到新的流程要素集合，再将它的输入实体的元素“合作方式和价格”添加到输入实体集合中；

(6)检查输入实体集合中是否含有“需求”元素，发现没有满足则终止条件，重复(5)步骤，继续扩充新的流程要素集合和输入实体集合，直到输入实体集合中包含“需求”元素，返回此时新的流程要素集合，此时将“干扰一”也排除在新的流程要素集合之外，保证新的流程要素集合中只包含与目标流程相关的流程要素；

(7)根据流程要素间的关系进行连接，完成技术转移需求端流程的拼接。

4.3 流程要素的组配结果

本文技术转移需求端的流程要素拼接和组配使用Python编程语言实现，流程要素数据以JSON格式保存，每个流程要素对应的专业科技服务储存在MySQL数据库中。最终拼接和组配结果如图5所示。

图5 技术转移需求端科技服务流程预览图

5 讨论与结论

本文从过程流的角度提出了一种基于状态空间搜索的科技服务流程要素组配方法，基于Prim算法将搜索到的新节点加入下一次搜索的思想，提出了一种新的状态空间搜索方法，能够较好地、高效地实现流程要素的拼接和组配。通过对科技服务流程要素的组配，可以根据用户的个性化需求生成相应的综合科技服务流程，在这个流程中，各个流程要素之间仍然是线性关系。

由于综合科技服务存在复杂性和多样性，不同领域专家对科技服务流程要素的划分标准、划分粒度等可能存在一定分歧；另外，由于科技服务流程要素数量众多，以人工的方式进行划分可能存在一定的困难。因此，使用德尔菲法对流程要素进行划分的方法存在一定的局限性。如何更高效地进行科技服务流程要素的提取或划分，是后续研究的一个重要方向。