基于不动点理论的信息系统变更研究

付熙徐 龚希章

摘  要：文章对高校信息系统的发展进行研究并对各时期的科技文献进行了分析，根据调研结果和文献分布情况将高校信息系统的发展划分为单机系统阶段、联机系统阶段、数字校园阶段和智慧校园阶段四个阶段。根据各类运维数据和调研情况，对信息系统的变更类型和涉及信息系统组件及人员的变化情况进行了统计和分析，找出了各时期信息系统各要素中的不动点，揭示并分析了信息系统在不同时期维护和变更的规律。

关键词：软件工程；信息系统；变更；不动点；系统管理

中图分类号：TP311    文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）01-0090-03

Research on Information System Change Based on Fixed Point Theory

FU Xixu， GONG Xizhang

（Institute of Information and Education Technology， Shanghai Ocean University， Shanghai  201306， China）

Abstract： This paper studies the development of university information system and analyzes the scientific and technological documents in different periods. According to the survey results and the distribution of documents， the development of university information system is divided into four stages： stand-alone system stage， online system stage， digital campus stage and smart campus stage. According to various operation and maintenance data and investi-gation， the change types of information systems and the changes of information system components and personnel involved are counted and analyzed， the fixed points of various elements of information systems in different periods are found， and the rules of maintenance and change of information systems in dif-ferent periods are revealed and analyzed.

Keywords： software engineering; information system; change; fixed point; system management

0  引  言

信息系統的建设与维护是高校信息化的重要环节。自计算机出现以来，各种信息技术被广泛应用于高等院校的教学、科研和管理中。随着信息技术的发展，高校信息系统的类型和组织架构也在不断地发生变化。与此对应，信息系统也在发生着各种变更，而这些变更不可避免地对系统的可用性（尤其是兼容性）、可维护性提出了一些挑战[1，2]，使得了解和管理变更变得尤为重要。因此，一些文献也通过各类方法对信息系统的变更进行研究和建模[3]。一些文献对信息系统的建设、管理和维护提出了较为完整的方案，对存在的难点进行了分析[3-6]。但多数只针对某个系统或某种问题提出了方案[3-6]。

不动点是一个数学和系统科学领域的概念，指的是在系统的动态变化中保持稳定的因素[7，8]。如图像处理领域中尺度不变特征变换（Scale-invariant feature transform， SIFT）算法，就是要找到图像在空间位移、角度变换中的不变的特征[9]。信息系统建设与维护过程中的不变点则是相对的，例如共享数据的结构相对于应用系统是一个不动点，在一个系统中数据相对于程序是一个不动点等。系统开发框架中的MVC框架[10]和设计模式[11]就是在软件升级维护过程中保持系统不动点，是隔离变化思想的重要体现。而这些框架的设计目标通常是提高单个系统的可维护性，并未系统地考虑整个信息系统的可持续运行。

本文通过信息系统运维记录和调研对高校信息系统发展不同阶段变更中的易变因素（不动点）和不易发生变更的因素进行研究，揭示信息系统在不同阶段的变化趋势。文章首先通过对高校信息技术发展的探讨和对相关技术文献的统计整理，深入研究高校信息系统发展各阶段的特点以及具有代表性的技术，并据此定义各个单位进入各个发展节点的时间表。在此基础上，对各阶段信息系统变更情况和频繁程度进行研究，给出系统要素稳定性的定义，在此基础上对系统开发运维期间的不动点进行分析，展望未来并对高校信息系统的发展建设给出建议。

1  高校信息系统的发展

从开始的单机应用软件（如Office、视频录制软件等）[1]到联机管理信息系统[2，3]和多媒体课件系统[4]，再到数字校园和智慧校园[5-8]，总体来说信息系统经历了单机系统阶段、联机系统阶段、数字校园阶段和智慧校园阶段四个大的阶段。

1.1  各阶段的技术特点

各个阶段特点和代表性技术如表1所示。

由此可见，随着时间的推移，虽然应用架构有所变化，但系统间的联系越来越紧密，数据的重要性也逐步凸显。

1.2  基于文献的分析

相关文献的数目可以反映出某种技术的研究和应用趋势，也可以作为技术发展阶段划分的一种依据。根据各个时代的技术特点，本文根据各个时期的关键技术梳理了相关的关键字，在维普上按标题或关键字检索这些技术与高校应用相关的文献，结果如图1所示。

如图1所示，横轴为时间，纵轴为该年度文献占所有该主题文献的百分比。联机信息系统相关的管理信息系统、数据库等技术在20世纪90年代初就有一些相关文献，对于这些技术的研究一直存在且文献数目都较为稳定。而高校数字校园的概念于2001年首次被提出，在2006—2018年较多被讨论，之后智慧校园的概念成为新的主流话题。数据仓库技术相关文献出现频次与数字校园概念的讨论比较吻合，高峰期在2006—2015年。之后，关于大数据技术的讨论兴起并于2018年前后达到高潮。而数据挖掘技术则在2006年左右兴起，直至近期仍热度不减。

根据以上分析，可以将高校信息化体系的发展阶段定义为：单机系统阶段（1995以前）、联机系统阶段（1995—2005）、数字校园阶段（2006—2017）、智慧校园阶段（2018至今）。

2  信息系统变更数据收集与量化定义

2.1  数据搜集

根据以上分析，本文通过信息系统运维管理系统和调研收集各高校信息系统生命周期中的以下变更信息及其处理方案，并以此为基础，构建用于分析的数据集：（1）系统的基本信息变更，包括管理员、运维单位、系统基本功能的变更。（2）系统为适应需求变化进行的变更。（3）系统为解决安全问题进行的变更。（4）系统为兼容新的浏览器或操作系统进行的变更。（5）系统的升级或停用。

一些被调查机构（包括本单位）有自己的信息系统管理系统，在早期也有信息系统开发、采购和升级变更的日志。虽然各类系统和数据结构都有所不同，但对表2描述的数据关系都有较为详细的记录。

这些数据包含了信息系统变更的详细信息，包括系统的建立、修改、运行环境迁移、管理维护人员变动、升级开发、放弃使用等。系统的变更类型通常在“维护类型”进行了说明，部分信息如对数据处理的细分（原始数据还是分析结果）需要参考“维护内容”字段，这部分内容不多，可以在数据抽取和转换（ETL）工作后借助文本分析方法手工完成。另外，系统中有大量“日常维护”类型的数据，不涉及对软件、运行环境、数据及维护人员的变更，可不予处理。系统管理和运维单位的变更也可以从系统交接情况表获得。对于系统没有唯一标识（如纸质记录）的情况，将相同管理单位管理的同名系统视为同一系统并赋予相同标识。

经数据抽取和转换后，形成如表3所示的两张关系表。

其中“变更信息”表是本文的分析對象，除包含维护信息的变更部分，也包括管理信息的变更。新的数据集中变更类型如下：维护单位变更、运行环境变更（如硬件和操作系统及中间件的变化）、客户端展示变更、业务流程变更、数据结构变更、数据内容变更、分析结果变更。如一些变更涉及多种类型变更（如系统弃用涉及所有类型变更）则拆分成多条记录。完成已有数据的准备工作后，将调研得到的结果按以上规则输入即完成了数据的准备工作。

完成数据抽取和转换工作后，待分析数据库中系统数目为237个，各类有效变更共计9 162条，下文的分析工作在此基础上完成。

2.2  稳定性指数的定义

信息系统生命周期中涉及各种各样的变化，一个长期使用的系统几乎每个部分都会发生不同程度的变化，不存在绝对的不动点。但是，可以根据系统的变化情况，找出变化相对较少的部分，这些部分在系统的生命周期中将起到重要的作用，因此设计开发时应充分考虑这些部分的可适应性和可扩展性。

对系统的维护单位、运行环境（如硬件和操作系统及中间件）、客户端展示、业务流程、数据结构、数据内容、分析结果在这些变更中的变化或保留情况进行统计和分析后，发现各个时期的系统数目和变化记录情况有较大不同，因此使用式（1）所示的稳定指数：

（1）

其中Si为第i个因素在某个时段的稳定系数，表示该因素在某时段内的稳定程度。c为在该时段信息系统变化的总数，ci为第i个因素在该时段的变化频数。由于稳定指数是一个取值在0～1之间的相对比值，因此系统和变更的绝对数目对结果影响不大。

根据上文得出的高校信息化体系的发展阶段，对应系统变更的数据中的变更时间，可以计算出各时间段各个因素的稳定程度，以此得出该时段信息系统建设与运维工作的特点。

3  高校信息系统变更分析

根据以上定义，收集分类高校信息化体系各时段维护单位、运行环境、客户端展示、流程、数据结构、数据内容、分析结果的变化情况并计算对应的稳定系数。各阶段各因素稳定程度如图2所示。

由图2可以看出，在单机系统阶段，由于系统变更多为整体抛弃，仅有部分流程（程序）和相关数据会在重新开发中保留下来。在联机系统阶段，系统的弃用仍较为频繁，但数据明显受到重视，部分系统也有了稳定的运维单位。在数字校园阶段，数据的标准化和数据共享是重要的改进方向，这个阶段，大型系统均有较为稳定的运维单位，大部分的数据和数据结构也被保留下来以保障高校信息系统体系的系统性，数据分析结果也被保留作为参考。而在智慧校园阶段，数据仍然是重要的不动点，但由于数据共享定义和数据抽取技术日趋完备，对数据结构的限制相对减少，另外由于智能技术的大量应用，一些不重要的非结构化数据和临时分析结果也被抛弃。

4  结  论

本文根据高校信息系统结构的发展阶段对信息系统的变更进行了分析。通过对高校信息化体系和信息系统全生命周期中变化情况的分析可以得到以下结论：在高校信息系统的发展历程中，数据是一个重要的不动点，信息系统的运维单位趋于稳定但信息系统的组织形式趋于灵活。未来在信息系统的建设过程中，可以以不动点为基础，进一步规划和设计信息系统的架构和运维方式。在今后的工作中也可以进行基于系统的细分研究或者结合系统安全、系统应用等方面的大数据进行综合分析，为高校信息系统的建设提供更多决策支持信息。

参考文献：

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[4] 胡志強，刘敬肖.发挥多媒体课件的优势提高专业基础课教学质量 [J].辽宁教育研究，2004（4）：61-62.

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[7] 陈汝栋.不动点理论及应用 [M].国防工业出版社，2012.

[8] 刘朝阳.不动点计算方法及其在非线性规划中的应用 [D].哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院，1990.

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[11] 葛萌，杨卫忠，欧阳宏基.工厂设计模式在Java RMI中的应用研究 [J].计算机与数字工程，2013，41（2）：307-309.

作者简介：付熙徐（1981—），男，汉族，江西抚州人，工程师，博士，研究方向：软件工程与人工智能。

收稿日期：2022-08-02

基金项目：上海海洋大学科技发展专项基金（A2-2006-22-200402）