信息檢索相關性研究綜述及發展趨勢

王雅坤 成全

摘 要：文章從相關性的基本概念、理論模型、用戶認知、影響因素以及當前基于Web的相關性等方面對信息檢索的相關性問題進行了系統梳理，并指出該領域研究未來的發展趨勢。

關鍵詞：信息檢索 相關性 理論模型 用戶認知

中圖分類號： G250.73文獻標識碼： Ａ 文章編號： 1003-69３８（２０12）０1－0088-07

Research on the Development Trends and Review of Information Retrieval Relevance

Abstract This article gives a systematic review on the information retrieval relevance from five aspects， such as basic concepts， theoretical models， user awareness， influencing factors and the relevance of Web-based， and raises the future development trend of research in this field.

Keywords Information Retrieval； Relevance； Theoretical Model； User Awareness

1 引言

相關性一直以來都是信息檢索領域的核心研究內容之一，其概念的起源可以追溯到17世紀的早期圖書館用戶認識到查找相關信息的問題，但由于客觀原因，相關性只是作為一種朦朧意識停留在人們頭腦中，直到20世紀20年代少數學者（Lotka（1926），Zipf（1949），Urquhart（1959），Price（1965））才陸續從各個領域開始了相關性的研究工作。在信息科學界，Saracevic［1］認為Bradford［2］是最先使用相關性一詞的學者，其在20世紀30年代發表的“文獻的混沌狀態”一文中首次提出“主題相關”的概念。而此后關于“相關性”的探討并未引起學界更大范圍的關注，直到1958年國際科學信息會議（ICSI）的召開，“相關性”（Relevance）才作為信息科學領域的一個重要概念被學術界認可［3］，至此“相關性”逐漸成為信息科學尤其是信息檢索領域經久不衰的研究課題，甚至知識交流學派的代表人物Saracevic認為信息科學之所以成為獨立學科，而不再隸屬于圖書館學或文獻學的原因就在于它開展了相關性的研究，也在于相關性能夠解釋科學交流中的諸多問題，足見“相關性”在信息科學中的重要地位。

當前，各國學者已對信息檢索的相關性問題展開了深入研究，就其主題領域來看，主要包括相關性的基本概念研究、理論模型研究、用戶認知研究、影響因素研究以及當前基于Web的相關性研究新發展等［4］。各個領域在相關性研究的不同時期都有所側重，本文即就上述五個方面對相關性研究的現有成果進行分析并指出該領域研究未來的發展趨勢。

2 信息檢索相關性基本概念研究

對信息檢索相關性基本概念方面的研究工作始于20世紀50年代末，各國學者借助數學工具及各種概念提取方法從各個角度對“相關性”的含義及內容進行了深入剖析［5］。而相關性的基本概念研究以1976年為邊界經歷了前后兩個階段。

第一階段（1959-1976）的主要成果有：Maron和Kuhns（1960）利用概率論定義相關性的概念，提出相關性并非只是簡單的是/非選擇問題；Rees（1966）認為相關性受文檔所包含的信息概念的影響，認為相關信息是對用戶原來所具備的知識而言有用的信息；Goffman（1970）和Newill（1967）把相關性當成連接有效性的一種測度，并試圖用數學方法證明相關性（Relevance）與關聯性（Relation）之間具有等價關系［6］；Saracevic（1970，1975，1976）則建議從文檔、詞與文獻引用等各種文獻特征上來定義檢索的相關性；Cooper（1971）利用數理邏輯給相關性做了一個明確的定義，Wilson（1973）則在Cooper研究的基礎上對數理邏輯相關性描述做了進一步擴充，并將“情境相關性”的概念首次引入到相關性的研究中，這些成果成為第二階段研究工作的基礎［7］。

在第二階段（1977至今），由于相關性各領域研究成果的相繼出現，使相關性的概念描述也呈現出許多新的時代特征。首先是從面向用戶及認知方法的觀點重新審視相關性，認為相關性是個多維的認知概念，在很大程度上依賴于用戶個人對信息的理解以及信息需求的情境；相關性是一個動態的概念，它依賴于信息與用戶某一特定時間所需信息之間關系質量的評價；以用戶的觀點來看，相關性是個復雜的、系統的、可測度的概念［8］。其次是一些學者試圖給信息檢索定義一個邏輯模型來理解相關性概念，這項工作由Rijsbergen（1986，1989）開創，之后又吸引了眾多學者的參與。

3 信息檢索相關性理論模型研究

從20世紀70年代開始，信息科學界開始嘗試建立相關性的理論框架，在諸多理論框架研究的學者當中Saracevic和Mizzaro的研究成果較全面系統。Saracevic（1970，1975，1996）［9］［10］［11］從直覺、哲學、交流科學以及基本屬性等方面闡述了相關性的廣義框架，闡述了信息科學框架中的涉及相關性本質四種模型，即系統、通信、情境以及心理模型，在基于信息檢索交互的分層模型的基礎上，提出了第五種模型即交互式模型，并列舉出相關性的所有可能的層次，該模型借用了人機交互研究中闡釋理論以及語言學中的分層理論；Mizzaro［12］提出了四維框架以描述相關性，即：①信息資源，包括文獻（document）、文獻的替代品（surrogate）以及信息（information）；②用戶信息需求的描述，包括信息問題、信息需求、查詢請求以及查詢表達式；③時間，時間維非常典型地體現了相關性判斷的動態性；④構件，信息資源和用戶信息需求的描述以及二者結合中的所有元素都可以分解為主題（topic）、任務（task）和背景（context）等三個組件［12］；在近期的研究結果中，Borlund（2003）［13］通過重新引入情境相關性構建了整體的相關性框架；由Bo-Y.Kang，Dae-Won Kim，Sang-Jo Lee（2005）［14］研究的模糊集相關性模型試圖利用模糊集理論實現了一種基于文檔內容語義理解的檢索系統從而提高網絡檢索的有效性。

Saracevic將這些成果劃分成為系統相關、通信相關、情境相關、心理相關和交互式相關這五種類型的相關模型。這些不同種類的相關模型在信息檢索相關性問題的描述方法及解決思路上各有優劣。

3.1 系統相關模型

系統模型是出現得最早也是應用最廣泛的模型，自上世紀50年代系統模型出現以來，已被廣泛認同并逐漸演化為我們所熟知的“傳統信息檢索模型”。系統模型將信息檢索描述成對應的兩極元素：系統和用戶。系統端將給定的數據信息按一定的數據結構組織起來以便于與用戶的信息提問進行匹配，匹配的過程遵照系統預先定義的算法進行；用戶端則將信息用戶的問題和信息需求轉化成系統所能理解的檢索提問式；信息檢索的過程就是文檔與信息需求提問式相互匹配的過程。系統模型對相關性的描述和評價主要依托文檔與信息需求提問間的匹配來實現，而系統的相關反饋機制則對于用戶信息需求提問式的修正具有良好的指導作用。

系統相關性模型的著眼點集中在檢索系統中文檔的獲取、表達、組織與匹配，關注的是系統內部操作方面的問題。由于檢索系統實現的方法多種多樣，因而，從系統角度評價信息檢索則更多地依賴于尋求與系統構成相適應的不同的方法和算法從而達到提高信息檢索相關度的目的。傳統的信息檢索模型和與之對應的系統相關性模型從最初的布爾邏輯精確匹配開始，一直致力于尋求最優的相關性匹配算法，基于概率的、向量空間的、邏輯的、自然語言處理的相關性匹配在系統模型研究的各個階段發揮著重要的作用。對于信息檢索相關性的評價研究從20世紀50年代末60年代初到1990年的TREC評價一直都植根于系統模型。

3.2 通信相關模型

1975年Saracevic［15］借助香農的信息論提出基于通信的信息檢索相關性模型，該模型試圖利用信息交流的代碼模型來解釋相關性問題，模型將信源與信宿之間的信息交換作為通信，同時考慮到通信過程受到噪音的干擾和相關反饋機制的影響。在信息檢索的交互過程中，排除這種通信的不確定性，相關性被理解成如何在系統與用戶之間建立一種有效的通信方式。相關性在系統與用戶之間建立起了某種關聯，這種關聯的影響因素從系統的角度看包含主題知識、主題文檔、系統文件以及文檔的表示；從用戶的角度看則包括信息需求、需求的表達、用戶的認知結構、信息需求的用途及其價值。這些因素所形成的關聯Saracevic稱其為“相關性的不同視角”，如從主題文檔的視角來看，相關性是指查詢主題與文檔主題之間的關聯度；而從系統的視角來看，相關性則成為檢索系統中系統文件與文檔操作與用戶的信息需求表達之間的關聯度。

通信相關性模型從通信交流的廣義框架層次給相關性作了定位，但對于信息檢索相關性的交互性及動態性特征不能給予充分的體現。

3.3 情境相關模型

上世紀70年代末到80年代初的近十年時間是相關性模型研究的冬眠時期，這段時間理論界并未出現新的相關性理論框架模型，學者們大多依賴于原有的模型體系研究檢索系統的相關性問題，直到80年代中期相關性模型的研究才開始復蘇。1990年意大利錫拉庫扎大學的學者Schamber、Eisenberg和Nilan［16］提出了情境相關性模型，該模型將情境關系、用戶關聯性、多維性、時間依賴性和動態性特征全部納入到相關性的基本特性當中。考慮到信息交換和信息通信的動態變化特征，相關性被學者們理解為對某一特定時間信息與信息需求之間相互關系質量評價的動態概念。

情境相關模型弱化了相關性的系統主體特征，擴大了相關性的外延，然而情境相關模型也必然存在著自身的缺陷，最本質的缺點是該模型沒有將相關性的動態特征及其與情境的關系同信息檢索的過程和系統主體聯系起來考慮，而只是強調用戶在信息檢索過程中的核心地位，全然不顧系統對相關性的影響，使得情境相關模型研究由原始的系統相關模型走向了另一個極端，這對相關性的全面系統研究極為不利。

3.4 心理相關模型

由于早期系統相關模型只注重系統不重視用戶的弊端，也隨著信息科學研究者們對相關性研究過程中用戶所扮演角色的逐漸重視，一些信息科學家發現在信息處理與檢索的過程中用戶對信息的認知狀態和認知過程對信息檢索相關性的評價產生了重要影響。基于認知心理學的理論基礎，1992年信息學者Harter［17］提出了一個新的面向用戶的相關性模型，Harter稱其為“心理相關模型”，由于該模型注重用戶的認知，因而一個更加精確的描述是“認知相關模型”。心理相關模型的出現給主題相關帶來了極大的挑戰，Harter的心理相關模型從本質上否定了主題相關，認為用戶的信息需求來源于自身的研究興趣，而這種興趣主要受用戶心理所驅動。

Harterz的心理相關模型揭示了信息需求的滿足，從認知心理學的角度來看信息需求的滿足意味著達到用戶的某種認知狀態，而用戶的認知狀態始終是流動和變化的。盡管心理相關模型對用戶的心理認知變化進行了很好的揭示，但是對于信息檢索交互性而言依然存在其自身的缺陷。針對其他檢索相關性模型，心理模型嚴格孤立于認知心理的相關理論，從某種意義上說視角非常狹隘，只關注用戶自身信息需求的表達以及當得到檢索答案時認知結構的變化，忽視了檢索過程的動態特征和交互性，忽視了情境特征在信息檢索過程中的作用。盡管心理相關模型在相關性構成的研究過程中起到了不可替代的作用，但由于其構建的過程只是對信息檢索作出一種有效的反應，而并非與檢索系統進行有機融合，因而其作用受到了較大限制。

3.5 交互式相關模型

早期的信息檢索是一種批處理的靜態過程，然而，由于1970年之后聯機系統的廣泛應用，信息檢索的交互性特征得到了鮮明的體現，學術界對交互式領域的研究也逐漸受到重視。Bennet（1972），Belkin、Vickery（1985，1995）與Ingwersen（1992，1996）都從自身的研究角度構建了信息檢索的交互式相關模型。其中以Ingwersen提出的認知模型與Belkin交互模型為主要代表。Saracevic（1996）在此基礎上提出了信息檢索交互性層級模型，該模型試圖從下列三個方面解決信息檢索過程中的交互性問題：①充分協調及優化信息檢索過程中人員與機器的各自優勢；②盡可能地減小并解決在以系統為中心及以用戶為中心的檢索系統中存在的弱勢；③在模型的構建過程中創建一個通用的框架來揭示信息科學研究領域的相關性問題。該模型借助了人機交互的理論，而人機交互行為的層級關系則是構成現代語言學的基礎。

4 基于用戶認知的信息檢索相關性研究

相關性的動態理論由來以久，早在上世紀50年代，Vickey等人就指出相關性判斷總是隨著時間變化，而且因用戶不同而不同，1966年Rees和Saracevic指出對于特定用戶而言，時間是相關性評價的一個重要指標［18］。但此后一段時間，學術界對這方面的論著甚少，直到1975年，相關性的動態及認知觀才再一次進入眾多學者的視線。這段時期Swanson等學者的工作對本領域深入研究起了積極的推動作用。Swanson認為，信息檢索是一種試驗性的動態修正過程，用戶提交給信息檢索系統的信息需求描述只是對原始問題的猜測性描述，這種描述會隨著系統通過反饋從而影響用戶對原始問題認知程度的加深而得到相應的修正，由于實驗性動態修正過程而導致的用戶認知的改變給相關性研究帶來了一種全新的認識，信息科學者開始從用戶認知的觀點來研究信息檢索系統的相關性問題。從上世紀80年代開始，圍繞相關性的用戶認知及動態理論，信息科學界就以下幾個方面展開了激烈的討論：①用戶需求、請求與查詢提問的動態性研究［19］［20］；②基于學習的認知理論［21］（Regazzi，1988）與心智模型［22］［23］（Harter，1992；Sutton，1994）研究；③時間是影響相關性評價的一個重要因素［24］（Bruce，1994）；④用戶認知隨時間變化的數學模型研究［25］［26］（Bookstein，1983；Tiamiyu，Ajiferuke，1982）。同時也取得了豐碩的研究成果，Harter［27］認為相關性的評價是動態的，它是用戶的一種心理狀態，這種心理狀態隨被檢索的客觀信息所激發用戶心理認知程度的大小而發生相應的改變；Bruce（1994）［28］的研究基于這樣一種假設，用戶的相關性評價隨著信息檢索系統與用戶的交互過程發生改變，為證明其真實性他利用認知方法建立了捕獲與評價用戶相關性改變的模型；Spink（1998）［29］與他的同事證實了檢索系統反饋給用戶的信息能夠影響用戶對信息需求的認識，并改變用戶對原始問題的重新定義。以知識表示（Knowledge representation）等為理論基礎的觀點認為，用戶的判斷實際上是在文檔信息與頭腦中已有的概念知識體系之間尋找匹配的過程，這種觀點注意的是用戶的內部概念體系與外部世界的相互作用以及內部知識與相關性判斷的關系。相關性的動態及認知觀念在上世紀80年代被融合于信息檢索過程中的人機交互（Ingwersen 1984）以及人工智能中的問題求解（Problem solving）之中（Simon 1981），不過這一時期對相關性這一概念的理論探討尚不多見，它將成為下階段相關性理論研究的核心內容之一［30］。

5 信息檢索相關性影響因素驗證研究

為了弄清相關性判斷受何種因素的影響，信息科學界進行了幾次卓有成效的實驗性研究，分別在上世紀60年代和90年代形成本領域研究的兩次高峰。

第一次高峰以Cranfield（1957，1962）、Goffman、Nevill（1967）、Cuadra、Katter、Rees、Schultz（1967）的試驗研究為主要標志。Cranfield測試先后進行了兩次，開創了相關性影響因素分析的先河，找到了影響相關性判斷的多種因素，第一個采用基于相關性的標準，即查全率與查準率進行檢索系統評估，引起了相關性研究的爭論［31］；Goffman和Nevill認為相關性是信源與信宿之間信息傳遞的有效性的測度。這種觀點是從信息交流的角度來考慮問題的。信息交流的目的是減少信宿的不確定性或改變信宿的知識結構。當信宿接收到信息之后要判斷其能否滿足需求，是否能減少不確定性或增加知識，這個判斷過程就是傳遞過程中信息的相關性判斷，也是信息交流的有效性的測度［32］；Guadra和Katter認為相關性是兩組實體之間關系的一種反映，對相關性的定義就是列舉這兩組實體中的事物，定義形式為：相關性是由A決定的B與C之間的D的E。其中A表示判定者、用戶等；B表示信息、情報、文獻等；C表示需求、提問等；D表示相關、一致等；E表示程度、層次、關聯等。在信息科學中相關性即是指在一定條件下信息、文獻與信息需求、信息提問之間的相似性，并認為相關性判斷應隨著刺激材料特征的不同而有所變化，也應隨著用戶狀態（包括需求、態度、偏見以及知識儲備等）的不同而異；Rees和Schuhz則認為個體差異對相關性判斷的影響很大，越是對主題的科學內涵熟悉的個體被判斷為相關的文獻越少，尤其是當判斷者以及文獻，文獻表示發生變化的情況下，這說明相關性判斷依賴于個體知識儲備的內在差別［33］。

第二次高峰以Schamber、Park、Barry、Wang（1994）等學者的研究成果為標志，這階段的研究主要側重于尋求完善的相關性評價指標，并制定相關性評價體系。Schamber［34］的研究目的是探討在信息源以及信息表現形式都呈多樣性的環境中，用戶在其真實的信息查詢以及信息利用活動中所采用的相關性標準，將最后確定的標準分成10大類22小類；Park［35］將到1990年為止的所有涉及相關性評估標準的研究歸納為5類，分別是文獻、判斷情境、檢索問題表述、判斷者以及文獻表現形式。以此為基礎，Park［36］以大學教師以及研究生等在內共10人為研究對象，以其真實的信息問題為背景，通過分析實驗對象對檢索結果（書目記錄）的相關性判斷發現了影響用戶相關性判斷的因素，并將其分為三類，即用戶的內部情境、外部情境以及問題情境；Barry［37］［38］的研究也是基于用戶自發的信息需求，評判用戶面對真實的信息需求所進行的相關性評估，結論顯示用戶會使用主題以外的信息進行相關判斷，由此可斷定在相關判斷的過程中，很多情境因素事實上起著相當重要的作用，這些情境因素主要包括用戶的經驗、背景、知識素養、信仰以及個人喜好等；Wang［39］［40］［41］則從認知的角度構建了文獻選擇的認知模型，包括六個組件：文獻信息元素、用戶標準、文獻價值、個人知識、決策標準以及決策自身。

6 信息檢索相關性研究的新發展

上世紀90年代以后相關性研究已經逐步走向成熟，理論研究成果也由單一的片面研究向多層次、多角度的研究方向發展。相關性概念被解剖得非常細致，各種新的觀點層出不窮，討論得也更加全面。Schamber（1994）［42］［43］等從行為科學的角度詮釋信息行為與相關性之間的關系，認為相關性是設計與評估信息檢索系統的主要依據，它受控與人們的信息活動過程中的行為，因而相關性應當被應用于人類的整個信息行為中進行研究。以Saracevic（1996）為代表的論述更加深入細致地剖析相關性的概念意義，指出應該在多個層次和角度上研究相關性，包括系統（system）角度、認知（cognitive）角度、情境（situational）角度和動機（motivational）角度等，人機交互已經成為這方面研究的焦點之一；Mizzaro（1998）提出一個重要的觀點，認為時間也是相關性的一個維度，在人機交互過程中是無法回避的，這一觀點已經得到普遍認同［44］；Brajnik，Mizzaro和Tassso（1996）從三個角度來描述相關性，即：主題相關、任務相關、背景相關。即某一信息屬于用戶所感興趣的主題范圍，或有利于用戶解決當前面臨的問題，或是適用于當前的環境、條件。在具體情況中可能會是主題、任務、背景相關，或者是主題相關和任務相關，或者是主題、任務、背景均相關［45］。進入網絡時代，基于Web的相關性研究再一次吸引了眾多學者的目光。Web不是一個純文本信息的展示平臺，而是一個動態交互的多媒體資源融合的平臺，同時還可兼容FTP、MailingList、Newsgroups等各類資源，Web強大的發展勢頭促使著Web信息檢索發展為Internet上主流的檢索方式，雖然它的發展時間并不長，但是已由功能單一、種類稀少進入到了功能多元化、種類多樣的發展階段，如何在動態的網絡環境中研究相關性問題，雖然可以借助現有的不少成熟理論與技術，但終究還有不少懸而未決的問題需要廣大信息科研工作者去解決［46］。

近年來，基于Web的信息檢索相關性研究吸引了越來越多國內學者的關注，相關的實證研究開始出現。武漢大學何紹華教授針對傳統網絡信息檢索查全率、查準率低下的問題，對Mizzaro的相關性及語義網理論進行融合，指出網絡環境下信息檢索效率低下的主要原因在于檢索算法采用詞型匹配而非詞義匹配以及對來源信息標引缺乏語義描述信息，在此基礎上設計了一種語義信息標引方法和語義查詢擴展方法來改善查全率和查準率［47］。南京大學成穎［48］在Saracevic及Harter研究的基礎上，提出了將語言學中的關聯理論作為相關性研究的理論基礎，并利用關聯理論驗證了信息檢索交互模型中的信息生產以及信息標引兩項工作。

7 結語

目前，信息檢索的相關性研究已經越來越引起人們的重視，其發展也已經取得了一定的成效，但縱觀現有的研究成果，主要還是集中于相關性的理論探討階段。由于相關性研究領域的技術不成熟而導致的相關性實驗驗證及判據性的實證研究成果還十分有限，尤其在網絡信息資源飛速發展，而網絡已成為信息用戶主要信息檢索環境的今天，基于網絡環境、側重語義視角、面向用戶需求、體現用戶行為的信息檢索相關性實證研究將成為該領域研究的主流發展趨勢。

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作者簡介：王雅坤（1974—），女，河北大學期刊社講師，研究方向：信息管理、編輯出版；成全（1979—），男，國家圖書館博士后，福州大學公共管理學院信息管理系碩士生導師。