基于复杂网络信息处理的工具型系统设计思考

许良奇

（上海市互联网信息办公室）

[摘 要] 营造多元、秩序和安全的网络空间需要一个庞大而复杂的信息处理辅助系统。本文探索了“独立性最大化”和“信息量最小化”的信息公理，以及“层次分析法”，提出了基于复杂网络信息处理条件下，用最简化的结构和最少的资源，研制工具型智能系统的设计思路

[关键词] 网络信息处理 结构公理性 工具型系统

 1工具型系统设计起因 工具型系统的应用设计与中国互联网通信特征、网络信息发布方式倾向以及由此加剧了网络信息处理系统复杂性相关。一是基于文化的差异化，中国互联网选用了同外界的互联网连接但又分开的平行互联方式^[1]；二是基于互联网自身特点，信息发布方面也存在两种并行的方式：组织性发布（PC Publicized Contents）和非组织性发布（UGC User Generated Contents）。前者是规范式的，后者是多元式的。随着通信技术和通信媒介的进步，非组织性内容发布已占主导地位；三是基于上述两条件构建“网络信息处理系统”，在应用需求上、在技术集成上都存在巨大的复杂性。于是，选择复杂的巨系统模式还是选择简单、可用和可靠的工具型系统成了选型焦点。基于上述特征和条件，单功能“工具型”系统可能是最具操作性或边际效益最大化的一个模式。

2工具型系统中的公理化设计

 2.1 工具 工具是指能方便作业的器具，可以是机械性或智能性的^[2]。作为工具，计算机是一种能按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备^[3]。工具是以其实体性质作为属性来描述。在计算机用语中，数据用类型、域、默认值三种性质来描述^[4]。网络信息分析与管理可视作为“类型”—应用目标，“域”或“范围”为时间和空间—应用类别；“默认值”为技术模块—可简化、可工具化的功能。

2.2 工具型系统 放大工具型系统功能性与“独立性最大化”、“信息量最小化”设计公理密切相关。公理化设计理论（Axiomatic Design Theory，ADT）^[5]主要概念包括“域（Domain）、层次（Hierarchies）、曲折映射（Zigzagging）和设计公理（Design Axioms）。公理设计理论认为：设计问题可分4个域：用户域、功能域、结构域和工艺域。用户域为用户的需求；功能域表示要实现的一系列功能需求；结构域表示满足功能需求的设计参数（Design parameters DPs）；过程域是制造过程中工序和工艺的变量集合（Process variables，PVs）^[6]。以下是网络信息处理系统中各域间的逻辑关系

层次结构是指某域的层次结构树。公理化设计的层次展开需要相邻域之间自上而下地进行曲折映射变换，并充分考虑相邻域间的依赖关系、不同层次的功能要求，以及设计参数和工艺变量组成的层次结构。简言之，相邻域之间，左边可视作设计目标，右边可视作实现目标的手段和方法。域与域间功能互为映射，形成功能不一但目标一致结构链

设计公理是独立性公理和信息公理。前者要求保证功能需求（FRs）的相互独立，使得设计参数（DPs）的调整只对其满足的功能需求（FRs）产生影响；后者要求设计信息含量最少。信息含量定义为：

其中P为设计参数（DPs），即满足功能要求的概率。设计参数要尽量满足功能要求，以提高P的值，减少信息含量。简言之，信息含量最小的设计，成功的概率最大。

 2.3 工具型系统与功能域 网络信息处理系统作用于辅助实现网络文化的多元、秩序和安全。实现这目标可以通过三个功能域：分析信息、传播信息、规范信息。他们是总目标下的核心且相邻的功能域。 1．“分析域”实现海量网络数据的处理和转换最大化；2．“传播域”实现预设网络信息影响范围的最大化；3．“规范域”实现网络信息多元和秩序的最大化。从相邻域之间分析，左边是目标：多元、秩序和安全的网络文化；右边是方法：“分析处理”、“传播处理”和“规范处理”。“分析”、“传播”和“规范”这三个功能域相互依赖，相互映射，相互作用，但其功能则是独立的（图3）。

2.4 功能域中的信息公理 德国生物学家冯·贝塔郎菲（Ludwig von Bertalanffy）在《一般系统论（General Systems Theory）》中认为：信息系统是解释一般系统论即系统由多个元素互为作用和影响而成的范例（An information system is an example of the interaction of multiple elements as envisioned by General Systems Theory）。但按“信息量最小的设计其成功的概率最大”的信息公理，“分析”、“传播”和“规范”应有各自独立的功能结构域。 从来源看互联网的信息存在着空间不一特征，从发布形式看存在组织性和非组织性信息两种类型。因此，在设计网络信息处理系统中要充分考虑相邻域的关系。譬如信息，1．要按来源空间（境内、境外）分开处理；2．要按发布样式（新闻评论、微博客）分开处理；3．要按语言类型（中文、外文）分开处理；4．要按信息格式（文本、视频）分别开处理；5．要按分析目的（发现热点、诊断态势、传播检测、空间渗透）分开处理；6．要按管理范畴（属地信息、非属地信息）分开处理等等（图4）。

2.5技术的共性与功能的特性 信息热点分析、信息传播检测、网络信息规范所用的部件有着鲜明的共性，如“信息采集、数据转换技术（传感技术）”、“光纤通信与安全技术（通信技术）”、“发现、分析、报告技术（计算技术）”、“存储技术（缩微技术）”等等，但部件组合及层次结构则依功能而立（图5）。 应用组合了部件，部件支撑了功能，特色功能铸就了工具型系统。

3 工具型系统设计与工程 所谓“工具型”系统，既有“电锯”、“电锤”那样结构简单、成本较低、组装快速、方便维护的工具表征，又有智能处理海量数据的系统特征。网络信息处理系统是一个具有“规模庞大、结构复杂、目标多样”等特点一个系统工程（Systems Engineering）。采用公理化设计原理，提出“工具型系统”的设计目的在于“化繁为简”。 3.1 设计重点 “化繁为简”是设计重点。其流程是：1．厘定需求中主要功能应用；2．梳理共性化和差异化元素；3．强化可放大的功能模块。譬如“网络信息处理系统”中的“信息分析”、“信息传播”和“信息规范”三个主要功能都有“智能信息报告”的需求。因此，在设计上就要强化“智能报告”的功能性，使之成为一个工具型系统（图6）。在网络信息分析处理方面，不同的空间信源、不同的发布样式、不同的语言类型、不同的数据格式、不同的分析目的同样也可依据需求设计成一个个不同层次结构、不同性能指标、不同技术策略的工具型系统。

“公理化的步骤在于把逻辑形式同现实、同实际的、直观的内容严格分开”^[7]。解析功能域在于观察和发现用尽量少的资源实现尽量多的功能的可能性。系统结构是与系统功能紧密相连的，结构是系统功能的内部表征，功能是系统结构的外部表现。系统的结构决定系统的功能。若结构设计既能满足技术逻辑又能满足应用实际，系统中的部件可以不是当下尖端的，但其功效可能是最好的。 3.2 工程要求 简化结构是开发重点。“如无必要，勿增实体”。^[8]苏格拉底（Socrates）认为：“任何问题最可能的解决办法是步骤最少的方法。”^[9]因此，在系统结构设计上要依照“层次分析法（AHP）^[10]”，在目标层上追求“化零为整”，在策略层上体现“化整为零”。此处“零”即一个“高内聚低耦合”的工具型系统；“整”是把一个个工具型系统整合成即符合“简单、实用、可靠”准则，又实现目标的作业群（图7）。工具型系统的可行性还取决于：“需求定义”（比如信息分类、数据存储周期）、“功能固化”（比如分析信息、规范信息）、“部件配置”（比如软件硬件、网络环境）等每一环节的细化和工程步骤的得当。

此外，工具型系统结构与功能的公理性还须满足三个基本要求：相容性、独立性和完备性。相容性即系统机构与功能域间无矛盾冲突性；独立性即系统公理的唯一性和公理数目的最少性；完备性即系统得出结构和功能逻辑满足推导的全部理由^[11]。

4 结束语 工具型系统的评价准则是“简单、可用和可靠”。事实上，它即是应用的追求，也是技术可靠性的根本。当下云计算技术日臻成熟，“IAAS”、“SAAS”、“PAAS”等云技术服务术语已不再陌生，这为基于复杂网络信息处理的工具型系统的设计与应用奠定了良好的实施基础。试想，若把一个个工具型系统进行组合应用，就可能产生一个巨大的链式效应；在此条件下若再做综合处理，其结果对分析、传播、规范网络信息的杠杆作用是显而易见的（图8）。 由此可以预见，工具型系统以及它的有机组合应用，无论是在辅助构建“多元、秩序、安全网络文化”环境的需求方面，还是在实现智能系统多样、灵活和安全等性能目标方面都会产生很大的可能性和操作性。

注解： 1．《中国的平行互联网世界》杨荣文 李世默新加坡《联合早报》2012-01-20 2．百度百科（http：//baike.baidu.com/view/74746.htm）全国科学技术名词审定委员会审定 3．百度百科（http：//baike.baidu.com/view/3314.htm）全国科学技术名词审定委员会审定 4．百度百科（http：//baike.baidu.com/view/77730.htm）全国科学技术名词审定委员会审定 5．Axiomatic Design：Advances and Applications Nam Pyo Suh Oxford University Press，USA ISBN：0195134664 2001-5-17 6．技术创新方法网（http：//www.triz.gov.cn/trizjs/200806/t20080613_82130.htm 7．《数学思想方法及其教学设计》邵光华 宁波大学教师教育学院 2010.11 8．奥卡姆剃刀定律 “如无必要，勿增实体”（Entities should not be multiplied unnecessarily）维基百科http：//wiki.mbalib.com/wiki/%E5%A5%A5%E5%8D%A1%E5%A7%86%E5%89%83%E5%88%80%E5% AE%9A%E5%BE%8B 9．《关于复杂问题简单化的一些认识》华梦强2011年8月10日 10．Decision making with the analytic hierarchy process Thomas L. Saaty Int. J. Services Sciences，Vol. 1，No. 1，2008 11．《几何原本》欧几里的（Euclid）陕西人民出版社 2010年4月 ISBN：9787224092448 参考文献： 1．《环境因素对文化的影响》 郭莲《学习时报》2012-01-16第02版 http：//www.studytimes.com.cn：9999/epaper/xxsb/html/2012/01/16/02/02_40.htm 2．《有机体·结构·功能——孔德“有机体类比功能主义”及其他》吕佳龄 兰州大学哲学社会学院《兰州大学学报（社会科学版）》 2005年04期 3．《OLAP工具在企业决策支持系统中的应用》BiThink商业智能网 2011年4月14日http：//www.cnblogs.com/zhixx/archive/2011/04/14/2027147.html 4．《系统分析师常用工具》张华 清华大学出版社 2004年第1版 http：//www.tup.tsinghua.edu.cn/book/ SHOWBOOK.asp?cpbh=016336-01 5．《系统工程理论》郁滨 解放军信息工程大学电子技术学院中国科学技术大学出版社2009-02-01版 6．《公理化设计与六四西格玛设计中的应用》邹先军、王志陵 上海质量2008年2期 http：//wenku.baidu.com/view/b16c7ac708a1284ac85043b9.html 7．《基于公理化设计的产品模块化设计》 毛熔波、刘伟、杨正书 重庆大学机械学院 中国科技论文在线 www.paper.edu.cn 8．China's Connectivity Revolution by Stephen S. Roach《中国的互联性革命》斯蒂芬·罗奇 美国有线电视新闻网2012年1月26日http：//globalpublicsquare.blogs.cnn.com/2012/01/26/chinas-connectivity-revolution/ 9．General System Theory：Foundations，Development，Applications 《一般系统理论：基础、发展、应用》卢德维奇·冯·贝塔郎菲（Revised Edition）Ludwig von Bertalanffy George Braziller Inc.；Revised edition（March 17，1969）http：//www.istheory.yorku.ca/generalsystemstheory.htm 10．Management Information Systems James A. O'Brien《管理信息系统》（美）詹姆斯·奥布赖恩McGraw-Hill Companies，Inc.，2010