基于不動點理論的信息系統(tǒng)變更研究

付熙徐 龔希章

摘? 要：文章對高校信息系統(tǒng)的發(fā)展進行研究并對各時期的科技文獻進行了分析，根據(jù)調研結果和文獻分布情況將高校信息系統(tǒng)的發(fā)展劃分為單機系統(tǒng)階段、聯(lián)機系統(tǒng)階段、數(shù)字校園階段和智慧校園階段四個階段。根據(jù)各類運維數(shù)據(jù)和調研情況，對信息系統(tǒng)的變更類型和涉及信息系統(tǒng)組件及人員的變化情況進行了統(tǒng)計和分析，找出了各時期信息系統(tǒng)各要素中的不動點，揭示并分析了信息系統(tǒng)在不同時期維護和變更的規(guī)律。

關鍵詞：軟件工程；信息系統(tǒng)；變更；不動點；系統(tǒng)管理

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A? 文章編號：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(tǒng)的建設與維護是高校信息化的重要環(huán)節(jié)。自計算機出現(xiàn)以來，各種信息技術被廣泛應用于高等院校的教學、科研和管理中。隨著信息技術的發(fā)展，高校信息系統(tǒng)的類型和組織架構也在不斷地發(fā)生變化。與此對應，信息系統(tǒng)也在發(fā)生著各種變更，而這些變更不可避免地對系統(tǒng)的可用性（尤其是兼容性）、可維護性提出了一些挑戰(zhàn)[1，2]，使得了解和管理變更變得尤為重要。因此，一些文獻也通過各類方法對信息系統(tǒng)的變更進行研究和建模[3]。一些文獻對信息系統(tǒng)的建設、管理和維護提出了較為完整的方案，對存在的難點進行了分析[3-6]。但多數(shù)只針對某個系統(tǒng)或某種問題提出了方案[3-6]。

不動點是一個數(shù)學和系統(tǒng)科學領域的概念，指的是在系統(tǒng)的動態(tài)變化中保持穩(wěn)定的因素[7，8]。如圖像處理領域中尺度不變特征變換（Scale-invariant feature transform， SIFT）算法，就是要找到圖像在空間位移、角度變換中的不變的特征[9]。信息系統(tǒng)建設與維護過程中的不變點則是相對的，例如共享數(shù)據(jù)的結構相對于應用系統(tǒng)是一個不動點，在一個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)相對于程序是一個不動點等。系統(tǒng)開發(fā)框架中的MVC框架[10]和設計模式[11]就是在軟件升級維護過程中保持系統(tǒng)不動點，是隔離變化思想的重要體現(xiàn)。而這些框架的設計目標通常是提高單個系統(tǒng)的可維護性，并未系統(tǒng)地考慮整個信息系統(tǒng)的可持續(xù)運行。

本文通過信息系統(tǒng)運維記錄和調研對高校信息系統(tǒng)發(fā)展不同階段變更中的易變因素（不動點）和不易發(fā)生變更的因素進行研究，揭示信息系統(tǒng)在不同階段的變化趨勢。文章首先通過對高校信息技術發(fā)展的探討和對相關技術文獻的統(tǒng)計整理，深入研究高校信息系統(tǒng)發(fā)展各階段的特點以及具有代表性的技術，并據(jù)此定義各個單位進入各個發(fā)展節(jié)點的時間表。在此基礎上，對各階段信息系統(tǒng)變更情況和頻繁程度進行研究，給出系統(tǒng)要素穩(wěn)定性的定義，在此基礎上對系統(tǒng)開發(fā)運維期間的不動點進行分析，展望未來并對高校信息系統(tǒng)的發(fā)展建設給出建議。

1? 高校信息系統(tǒng)的發(fā)展

從開始的單機應用軟件（如Office、視頻錄制軟件等）[1]到聯(lián)機管理信息系統(tǒng)[2，3]和多媒體課件系統(tǒng)[4]，再到數(shù)字校園和智慧校園[5-8]，總體來說信息系統(tǒng)經(jīng)歷了單機系統(tǒng)階段、聯(lián)機系統(tǒng)階段、數(shù)字校園階段和智慧校園階段四個大的階段。

1.1? 各階段的技術特點

各個階段特點和代表性技術如表1所示。

由此可見，隨著時間的推移，雖然應用架構有所變化，但系統(tǒng)間的聯(lián)系越來越緊密，數(shù)據(jù)的重要性也逐步凸顯。

1.2? 基于文獻的分析

相關文獻的數(shù)目可以反映出某種技術的研究和應用趨勢，也可以作為技術發(fā)展階段劃分的一種依據(jù)。根據(jù)各個時代的技術特點，本文根據(jù)各個時期的關鍵技術梳理了相關的關鍵字，在維普上按標題或關鍵字檢索這些技術與高校應用相關的文獻，結果如圖1所示。

如圖1所示，橫軸為時間，縱軸為該年度文獻占所有該主題文獻的百分比。聯(lián)機信息系統(tǒng)相關的管理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等技術在20世紀90年代初就有一些相關文獻，對于這些技術的研究一直存在且文獻數(shù)目都較為穩(wěn)定。而高校數(shù)字校園的概念于2001年首次被提出，在2006—2018年較多被討論，之后智慧校園的概念成為新的主流話題。數(shù)據(jù)倉庫技術相關文獻出現(xiàn)頻次與數(shù)字校園概念的討論比較吻合，高峰期在2006—2015年。之后，關于大數(shù)據(jù)技術的討論興起并于2018年前后達到高潮。而數(shù)據(jù)挖掘技術則在2006年左右興起，直至近期仍熱度不減。

根據(jù)以上分析，可以將高校信息化體系的發(fā)展階段定義為：單機系統(tǒng)階段（1995以前）、聯(lián)機系統(tǒng)階段（1995—2005）、數(shù)字校園階段（2006—2017）、智慧校園階段（2018至今）。

2? 信息系統(tǒng)變更數(shù)據(jù)收集與量化定義

2.1? 數(shù)據(jù)搜集

根據(jù)以上分析，本文通過信息系統(tǒng)運維管理系統(tǒng)和調研收集各高校信息系統(tǒng)生命周期中的以下變更信息及其處理方案，并以此為基礎，構建用于分析的數(shù)據(jù)集：（1）系統(tǒng)的基本信息變更，包括管理員、運維單位、系統(tǒng)基本功能的變更。（2）系統(tǒng)為適應需求變化進行的變更。（3）系統(tǒng)為解決安全問題進行的變更。（4）系統(tǒng)為兼容新的瀏覽器或操作系統(tǒng)進行的變更。（5）系統(tǒng)的升級或停用。

一些被調查機構（包括本單位）有自己的信息系統(tǒng)管理系統(tǒng)，在早期也有信息系統(tǒng)開發(fā)、采購和升級變更的日志。雖然各類系統(tǒng)和數(shù)據(jù)結構都有所不同，但對表2描述的數(shù)據(jù)關系都有較為詳細的記錄。

這些數(shù)據(jù)包含了信息系統(tǒng)變更的詳細信息，包括系統(tǒng)的建立、修改、運行環(huán)境遷移、管理維護人員變動、升級開發(fā)、放棄使用等。系統(tǒng)的變更類型通常在“維護類型”進行了說明，部分信息如對數(shù)據(jù)處理的細分（原始數(shù)據(jù)還是分析結果）需要參考“維護內容”字段，這部分內容不多，可以在數(shù)據(jù)抽取和轉換（ETL）工作后借助文本分析方法手工完成。另外，系統(tǒng)中有大量“日常維護”類型的數(shù)據(jù)，不涉及對軟件、運行環(huán)境、數(shù)據(jù)及維護人員的變更，可不予處理。系統(tǒng)管理和運維單位的變更也可以從系統(tǒng)交接情況表獲得。對于系統(tǒng)沒有唯一標識（如紙質記錄）的情況，將相同管理單位管理的同名系統(tǒng)視為同一系統(tǒng)并賦予相同標識。

經(jīng)數(shù)據(jù)抽取和轉換后，形成如表3所示的兩張關系表。

其中“變更信息”表是本文的分析對象，除包含維護信息的變更部分，也包括管理信息的變更。新的數(shù)據(jù)集中變更類型如下：維護單位變更、運行環(huán)境變更（如硬件和操作系統(tǒng)及中間件的變化）、客戶端展示變更、業(yè)務流程變更、數(shù)據(jù)結構變更、數(shù)據(jù)內容變更、分析結果變更。如一些變更涉及多種類型變更（如系統(tǒng)棄用涉及所有類型變更）則拆分成多條記錄。完成已有數(shù)據(jù)的準備工作后，將調研得到的結果按以上規(guī)則輸入即完成了數(shù)據(jù)的準備工作。

完成數(shù)據(jù)抽取和轉換工作后，待分析數(shù)據(jù)庫中系統(tǒng)數(shù)目為237個，各類有效變更共計9 162條，下文的分析工作在此基礎上完成。

2.2? 穩(wěn)定性指數(shù)的定義

信息系統(tǒng)生命周期中涉及各種各樣的變化，一個長期使用的系統(tǒng)幾乎每個部分都會發(fā)生不同程度的變化，不存在絕對的不動點。但是，可以根據(jù)系統(tǒng)的變化情況，找出變化相對較少的部分，這些部分在系統(tǒng)的生命周期中將起到重要的作用，因此設計開發(fā)時應充分考慮這些部分的可適應性和可擴展性。

對系統(tǒng)的維護單位、運行環(huán)境（如硬件和操作系統(tǒng)及中間件）、客戶端展示、業(yè)務流程、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)內容、分析結果在這些變更中的變化或保留情況進行統(tǒng)計和分析后，發(fā)現(xiàn)各個時期的系統(tǒng)數(shù)目和變化記錄情況有較大不同，因此使用式（1）所示的穩(wěn)定指數(shù)：

（1）

其中Si為第i個因素在某個時段的穩(wěn)定系數(shù)，表示該因素在某時段內的穩(wěn)定程度。c為在該時段信息系統(tǒng)變化的總數(shù)，ci為第i個因素在該時段的變化頻數(shù)。由于穩(wěn)定指數(shù)是一個取值在0～1之間的相對比值，因此系統(tǒng)和變更的絕對數(shù)目對結果影響不大。

根據(jù)上文得出的高校信息化體系的發(fā)展階段，對應系統(tǒng)變更的數(shù)據(jù)中的變更時間，可以計算出各時間段各個因素的穩(wěn)定程度，以此得出該時段信息系統(tǒng)建設與運維工作的特點。

3? 高校信息系統(tǒng)變更分析

根據(jù)以上定義，收集分類高校信息化體系各時段維護單位、運行環(huán)境、客戶端展示、流程、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)內容、分析結果的變化情況并計算對應的穩(wěn)定系數(shù)。各階段各因素穩(wěn)定程度如圖2所示。

由圖2可以看出，在單機系統(tǒng)階段，由于系統(tǒng)變更多為整體拋棄，僅有部分流程（程序）和相關數(shù)據(jù)會在重新開發(fā)中保留下來。在聯(lián)機系統(tǒng)階段，系統(tǒng)的棄用仍較為頻繁，但數(shù)據(jù)明顯受到重視，部分系統(tǒng)也有了穩(wěn)定的運維單位。在數(shù)字校園階段，數(shù)據(jù)的標準化和數(shù)據(jù)共享是重要的改進方向，這個階段，大型系統(tǒng)均有較為穩(wěn)定的運維單位，大部分的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)結構也被保留下來以保障高校信息系統(tǒng)體系的系統(tǒng)性，數(shù)據(jù)分析結果也被保留作為參考。而在智慧校園階段，數(shù)據(jù)仍然是重要的不動點，但由于數(shù)據(jù)共享定義和數(shù)據(jù)抽取技術日趨完備，對數(shù)據(jù)結構的限制相對減少，另外由于智能技術的大量應用，一些不重要的非結構化數(shù)據(jù)和臨時分析結果也被拋棄。

4? 結? 論

本文根據(jù)高校信息系統(tǒng)結構的發(fā)展階段對信息系統(tǒng)的變更進行了分析。通過對高校信息化體系和信息系統(tǒng)全生命周期中變化情況的分析可以得到以下結論：在高校信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程中，數(shù)據(jù)是一個重要的不動點，信息系統(tǒng)的運維單位趨于穩(wěn)定但信息系統(tǒng)的組織形式趨于靈活。未來在信息系統(tǒng)的建設過程中，可以以不動點為基礎，進一步規(guī)劃和設計信息系統(tǒng)的架構和運維方式。在今后的工作中也可以進行基于系統(tǒng)的細分研究或者結合系統(tǒng)安全、系統(tǒng)應用等方面的大數(shù)據(jù)進行綜合分析，為高校信息系統(tǒng)的建設提供更多決策支持信息。

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作者簡介：付熙徐（1981—），男，漢族，江西撫州人，工程師，博士，研究方向：軟件工程與人工智能。

收稿日期：2022-08-02

基金項目：上海海洋大學科技發(fā)展專項基金（A2-2006-22-200402）