Don R.Swanson的情報學學術成就的方法論意義與啟示

Don R.Swanson的情報學學術成就的方法論意義與啟示　　【內(nèi)容提要】隨著科學技術的飛速發(fā)展，專業(yè)分工越來越細，跨專業(yè)的溝通變得更加困難，而一個專業(yè)領域的信息可能對另一個專業(yè)領域是有價值的，一定存在著某種隱含的有價值的關聯(lián)，而以常規(guī)的方式是檢索不到這種關聯(lián)的。美國芝加哥大學情報學教授Don.R  Swanson創(chuàng)立了一種情報學方法--基于非相關文獻的知識發(fā)現(xiàn)方法及人機交互系統(tǒng)Arrowsmith，很好地解決了這個問題。本文詳盡地介紹了Swanson的情報學方法的產(chǎn)生背景、概……
　　情報學是一門成長中的年輕學科，一般認為，以V.Bush在1945年發(fā)表的著名論文“As  We  May  Think”為開端，迄今為止已有50余年的歷史[1]。從情報學的發(fā)展看，經(jīng)歷了艱難和曲折的歷程，情報學與其他教科學研究相比明顯滯后，尤其是近年來情報學的發(fā)展正面臨著日益嚴重的危機和挑戰(zhàn)，其根本原因在于理論的困乏和方法論的建設力度不夠。情報學發(fā)展至今，仍然缺乏純情報學的專門方法，而多是借鑒和移植其他相關學科的方法，這樣嚴重影響了情報學的學科地位。如果不能從理論和實踐兩方面來建設自己的方法論體系，就難以把情報學當作一門學科來發(fā)展，就不能在軟科學界獲得自己應有的地位，這也是目前情報學界面臨的最大挑戰(zhàn)之一。
　　1985年美國芝加哥大學的Don  R.Swanson教授創(chuàng)立了一種純情報學的研究方法——基于非相關文獻的知識發(fā)現(xiàn)，仿佛一股清新的空氣為情報學帶來了新的活力。于2000年，美國情報科學與技術學會（ASIST）因為Swanson獨特的情報學方法授予他該學會的最高成就獎，該學會對他的評價是：Swanson是一位完美的情報學家，他為基于文獻的知識發(fā)現(xiàn)研究奠定了理論基礎，他所開創(chuàng)的情報學方法和對情報檢索功能的擴展使情報學的地位得到了提升。Swanson出色的工作指明了“情報學到底是什么”和“情報學家應當做什么”，由于他在非相關文獻領域所做的先驅性的研究工作，Swanson已成為情報科學應努力追求的目標和方向。
　　　　　　1　非相關文獻的知識發(fā)現(xiàn)
　　　　1.1　產(chǎn)生背景
　　在四十多年以前，科學家就在積極地探討科學知識分裂化（fragmentation  of  scientific  knowledge）現(xiàn)象，但一直沒有很好的解決方案。美國芝加哥大學的教授Don  R.Swanson從三個方面對知識片斷理論作出了說明[2]：
　�。�1）客觀知識的總量與人類吸收知識的能力之間存在著巨大的差距，并且這種差距在不斷地擴大。
　�。�2）在信息爆炸時代，隨著科學技術的越來越專業(yè)化，跨學科的信息傳遞變得更加困難，就會產(chǎn)生知識的分裂，并且隨著知識的持續(xù)增長，這種現(xiàn)象會更加嚴重。
　�。�3）一個專業(yè)領域的信息可能對另一個專業(yè)領域是有價值的，跨學科間一定存在著潛在的未被發(fā)現(xiàn)的關聯(lián)。事實上文獻間隱性的關聯(lián)數(shù)量可能遠多于顯性的相互引用的關聯(lián)數(shù)，并且這種隱性關聯(lián)的發(fā)現(xiàn)比信息本身的增長更有意義。
　　Swanson通過深入細致的研究，證實了上述現(xiàn)象的存在。Swanson在1985年一個偶然的機會，發(fā)現(xiàn)兩篇醫(yī)學文獻放在一起，會揭示出一個問題的答案，而這個答案是從單獨一篇文獻得不到的。這預示著在醫(yī)學文獻中存在著大量的未被發(fā)現(xiàn)的隱含的關聯(lián)。舉例來說：A表示一種物質的攝入可能導致一種獨特的生理改變B，而B又作用于身體的某器官或一種疾病C。如果把兩類文獻放在一起加以研究就會獲得有用的信息即A作用于C，而這種信息是不能根據(jù)單獨一類文獻得到的，我們稱AB和BC這兩種文獻是互補的。并且，一個專業(yè)領域的文獻的作者和讀者一般并不熟知另一專業(yè)領域的文獻，也就是說兩類文獻從沒有或很少被共同引用并且也不相互引用，我們稱這兩類文獻是相互獨立的，也就是非相關的。這種情況在兩個不同的專業(yè)領域是經(jīng)常存在的，因此幾乎沒有人考慮到把兩類文獻放在一起加以研究，也不會有人注意到A和C之間可能存在的隱含聯(lián)系。互補性和非相關性描述了在公開信息中存在著未被發(fā)現(xiàn)的有價值信息的模型結構。圖1說明了在目標文獻A和源文件C之間有很多中間文獻B[3]。
　　附圖
　　圖1　互補的非相關文獻
　　　　1.2　Swanson的知識發(fā)現(xiàn)方法
　　Swanson認為在已經(jīng)發(fā)表的非相關文獻中可以推理得到未被發(fā)現(xiàn)的知識，并舉出了一些令人信服的例證。他把這些通過推理而得到的有價值信息稱為“公開文獻中未被發(fā)現(xiàn)的知識”。公開是指已發(fā)表的文獻，直到有人檢索到相關的文獻并注意到它們之間的邏輯關聯(lián)才會推理出新的知識。由于這些文獻是關于不同主題或屬于不同學科的，從中推理出新的知識可能需要相當長的時間或憑借某一次很好的運氣。
　　Swanson解決了這個問題，并相應設計出了一套計算機軟件系統(tǒng)——Arrowsmith（詳細介紹見下文）去搜索非相關文獻中的這種聯(lián)系，目的在于幫助研究者從中找到新的有科學價值的信息。Swanson的工作得到情報學界的普遍贊同，Swanson稱他的方法為基于文本的情報學方法。
　　最近Swanson與伊利諾斯大學精神病學助理教授Neil  R.Smalheiser合作，主要致力于以下的研究，A和C通過實驗一定存在某種聯(lián)系，而想知道他們是如何關聯(lián)的，或者說A和C的可能相關性究竟是什么。
　　　　1.3　什么是Arrowsmith
　　常規(guī)的MEDLINE檢索方式是通過給定的題目檢索已發(fā)表的文獻。然而，這種方式在進行科學發(fā)現(xiàn)時存在著局限性[4]：（1）確認和評價新的、未被驗證的科學假設。（2）進行新的臨床實驗來探討兩個不同領域之間的聯(lián)系。為了擴展MEDLINE檢索功能，克服其局限性，Swanson于1991年設計了一個人機交互的軟件系統(tǒng)并制定了相應的數(shù)據(jù)庫檢索策略，稱為Arrowsmith，用于分析研究非相關的互補文獻，更加易于在兩組生物醫(yī)學文獻間發(fā)現(xiàn)互補性結構[8]。
　　Arrowsmith只是擴展了MEDLINE檢索功能，但不能代替常規(guī)的檢索，因為它需要常規(guī)檢索的結果作為輸入的數(shù)據(jù)，使研究者發(fā)現(xiàn)文獻間新的關聯(lián)和形成新穎的科學假設，當然前提是某領域的知識可能在另一領域不被人所知而具有更大的價值。
　　使用者通常以一個有關兩個實體的問題開始，例如飲食A和疾病C，通過常規(guī)的檢索方式A和C沒有交集，那么物質A或A的缺乏是否會影響疾病C呢？假如存在這樣的情況，A影響B(tài)，而B又作用于C，那么就會推理出A影響C，即使在有關A和C的文獻中分別提到了B，這種A和C之間存在的隱含的關聯(lián)通過常規(guī)的數(shù)據(jù)庫檢索是不能發(fā)現(xiàn)的，那么Arrowsmith很好地解決了這個問題，前提是這些關聯(lián)能在標題中反映出來。
　　Arrowsmith系統(tǒng)是從數(shù)據(jù)庫記錄的標題中提取自然語言加以并列，供研究者加以觀察，以促進發(fā)現(xiàn)進程而不是使發(fā)現(xiàn)過程模式化或自動化。從標題和文摘中的自然語言中識別出關聯(lián)性需要具有一定的判斷力和廣泛的背景知識。
　　Arrowsmith系統(tǒng)是可以免費使用的，可以登錄到http：//kiwi.uchicago，edu或http：//Arrowsmith.psych.uic.edu上，后面的網(wǎng)站裝載的Arrowsmith的最新版本，已較上個版本做了很大改進，打破了Arrowsmith只能應用于標題的局限性，可以是文摘和主題詞，并且Arrowsmith與PubMed實現(xiàn)了緊密結合，使用Arrowsmith變得更加容易、快捷和靈活。
　　　　1.4　Swanson的情報學方法的理論基礎
　　英國的布魯克斯根據(jù)波普爾（Karl  Popper）的“三個世界”理論（即“世界1”是客觀物質世界，“世界2”是主觀知識或精神狀態(tài)的世界，“世界3”是客觀知識世界）的哲學理論出發(fā)，提出了情報學的理論任務，指出情報學是關于客觀知識的分析、組織、傳播和利用的科學。情報學家和圖書館學家則主要研究“世界2”與“世界3、世界1”間的相互作用，并對“世界3”中的各種記錄下來的知識進行搜集和組織，以供利用�，F(xiàn)在，人們要探索“世界1”，就非得同時探索“世界3”不可。人們從“世界3”取得所必須的知識，并利用這種知識將“世界1”和“世界2”聯(lián)系起來，“世界2”作用于“世界1”的結果，記錄下來又成為“世界3”中的一部分。整個這一過程就是情報過程，情報就是這種過程中的動態(tài)的知識[5]。
　　公開文獻中存在著未發(fā)現(xiàn)的知識正是根據(jù)波普爾的客觀知識世界存在著至今未明確表述出來的隱含知識，并且由于概念的排列組合使客觀知識世界的未發(fā)現(xiàn)知識持續(xù)地增長[6]。
　　客觀知識世界中的知識增長是不受客觀物質世界所獲得知識的局限，客觀知識世界與客觀物質世界、主觀世界一樣，同樣可以進行新的探索與發(fā)現(xiàn)。每一個新概念的產(chǎn)生，將會有大量的與現(xiàn)有的其他概念的潛在關聯(lián)，因這些關聯(lián)而可能產(chǎn)生的新知識等待著人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。這就是Swanson的情報學方法存在和發(fā)展的哲學基礎。
　　　　1.5　Swanson的知識發(fā)現(xiàn)方法的成功應用
　　Swanson的第一個基于文獻的知識發(fā)現(xiàn)方法的成功案例就是在1986年有關雷諾病與食用魚油的研究。第二個例證是1988年有關偏頭痛和鎂缺乏的研究。鎂缺乏會導致某種生理改變，這種改變是與偏頭痛相關的。在圖1中A和C之間存在著11種關聯(lián)，也就是說B包含了11種生理改變，舉兩例來說明：鎂可以抑制大腦皮層機能降低，而機能降低可能與偏頭痛的發(fā)作有關；鎂缺失率作為癲癇癥的診斷標準，而癲癇癥是與偏頭痛相關的。需要強調(diào)說明的是，即使鎂和偏頭痛具有非直接相關的文獻各超過60篇，但它們并沒有互相引用。1988年以前，在MEDLINE上鎂和偏頭痛合并檢索沒有命中文獻，在1988年以后，有至少12組不同的醫(yī)學研究工作者進行了報道，偏頭痛患者存在著全身或局部的鎂缺乏，或者偏頭痛患者由于飲食補充鎂而起到有益的變化。也就是說Swanson發(fā)現(xiàn)的鎂與偏頭痛的關聯(lián)性在臨床上已被反復證實了，當然也有一例負面結果的報道。
　　一個是否具有科學意義的假設可根據(jù)以下四個方面加以評定：
　　（1）假設的可行性；
　　（2）權威生物醫(yī)學期刊上可發(fā)表的接受程度；
　　（3）是否能引起生物醫(yī)學工作者的注意并進行相應的臨床實驗和試驗室研究；
　�。�4）假設是否能被隨后的實驗結果驗證支持。
　　以上的兩個早期實例“雷諾病和魚油”及“偏頭痛和鎂”都符合上述評定標準，并在以后的相關研究中被反復地加以舉例引用。
　　Swanson還與他的合作者Neil  Smalheiser利用Arrowsmith系統(tǒng)進行另外五項研究[2.6]：鎂缺乏與神經(jīng)系統(tǒng)疾�。�1994年）、消炎痛與Alzheimer�。�1996年）、雌激素與Alzheimer�。�1996年）、游離鈣磷脂酶A2與精神分裂癥（1998年）、可作為生物武器的潛在病毒（2001年）。
　　　　　　2　對Swanson情報學方法的評價
　　Swanson的基于非相關文獻的知識發(fā)現(xiàn)方法一經(jīng)出現(xiàn)，立即引起了美國情報學界的廣泛關注，生物醫(yī)學領域的研究人員也在慢慢地接受和應用Swanson的方法，但在一片贊揚聲中也存在著對他的方法的批評：
　　　　2.1　肯定的評價
　　在2000年美國情報科學與技術學會（ASlST）授予Swanson學會最高成就獎的典禮上，在介紹他的致詞中，對Swanson的情報學方法給予了充分的肯定。Swanson在過去十五年的基于醫(yī)學文獻的知識發(fā)現(xiàn)研究是革命性的和可仿效的，把情報科學成功地應用于醫(yī)學，通過文獻的研究提出科學的假設，他使文獻處于與臨床實驗同等重要的地位。他設計的第一個創(chuàng)造性的情報工具Arrowsmith系統(tǒng)架起了跨學科間溝通與交流的橋梁，更加易于發(fā)現(xiàn)非相關文獻間的隱含關聯(lián)。
　　美國密歇根大學商學院計算機和情報系教授Michael  D.Gordon是Swanson的方法的堅定支持者，稱他的方法為基于文獻的知識發(fā)現(xiàn)。他認為，Swanson把從公開文獻中進行知識發(fā)現(xiàn)的思想變得具體化和具有可操作性，他進行了具有構思巧妙和可以重復的實驗，并且一些醫(yī)學組織根據(jù)Swanson的文獻中報道的關聯(lián)性把實驗繼續(xù)下去。
　　美國費城科學情報所的Henry  Small認為Swanson已為情報科學開拓了一個新的研究方向，創(chuàng)造了一種新的情報方法。不管這種方法成功與否，人們會以一種新的方式理解情報科學，不再簡單地認為，情報學的主要任務是情報檢索，而是可以向知識發(fā)現(xiàn)的方向拓展[7]。
　　2.2　批評的意見
　　美國費城科學情報所的Henry  Small同時對Swanson的方法也持一種懷疑的態(tài)度。如同任何新生事物的產(chǎn)生都會引起人們的懷疑一樣，Swanson沒有在實驗室收集過任何的實驗數(shù)據(jù)，而這正是驗證科學假設的最主要途徑。
　　Arrowsmith的一個顯著的缺點是只能作用于文獻的標題，而不能作用于全文、文摘甚至是主題詞。Swanson對此作出的解釋是醫(yī)學文獻的絕大多數(shù)標題是能夠準確表達文章的主題的，而要Arrowsmith處理文摘或全文要花費相當長的時間。
　　位于底特律的韋恩州立大學的圖書館學副教授Kenneth  A.Cory指出，把Swanson的方法應用于人文科學時會帶來一些問題，有相當多的文章標題是虛構的和象征性的，例如，“鏡子和燈”討論的是浪漫主義理論，科學家會試圖去搜索它們之間的因果關系，而人文主義者會努力探求其意味深長的寓意。
　　Arrowsmith的另一個問題是使用者需要花費大量的時間和精力，因為兩類非相關文獻的合并會產(chǎn)生詞語數(shù)量相當龐大的列表B，需要使用者認真地測覽和篩選。并且當網(wǎng)絡的速度減慢時，則系統(tǒng)的反應時間也會變慢。Swanson的合作者伊利諾伊大學精神病學助理教授NeilR.Smalheiser也認同這一點，Arrowsmith處理文件的時間長短取決于文件的大小，從30分鐘到幾個小時不等，并且還需要精通該領域的專家花費一定的時間來處理解釋輸出的結果，從中發(fā)現(xiàn)有價值的信息。此外，也不能保證通過Swanson的方法每次都能成功地推測出科學假設。
　　對Arrowsmith存在的另一種擔心是計算機是否會代替人腦，由計算機產(chǎn)生假想是否會抑制人類思維的敏感性和創(chuàng)造力。
　　　　2.3　存在的爭鳴
　　位于匹茲堡的卡內(nèi)基·梅隆大學的Raul  Valdes  Perez博士在《the  Scientist》雜志上發(fā)文，針對Arrow  smith的懷疑作出如下答復：對任何新生事物持懷疑態(tài)度的觀點是不可取的，因為科學家總是在不斷地發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造新的事物，在MEDLINE中總是能夠發(fā)現(xiàn)新的疾病、基本粒子和化學反應，主要的問題應是找到正確的關聯(lián)，而恰恰Arrowsmith為我們提供了簡單而又智能化的方法。
　　如果說Arrowsmith不能在人文科學領域進行成功的發(fā)現(xiàn)，那么在醫(yī)學領域同樣會遇到失敗的嘗試；雖然應用Arrowsmith會花費一定的時間和精力，但比僅通過大腦的想像要更加高效。人們應該努力掌握使用計算機的能力，而不是抱著懷疑和批評的態(tài)度。
　　美國密歇根大學商學院計算機和情報系教授Michael  D.Gordon認為，沒有必要擔心計算機會代替人類，永遠也不可能把所有的科學研究過程都交給計算機處理，計算機只是科學家進行科學研究的輔助性工具，它會幫助科學家從繁瑣的、機械性的工作中解脫出來，這樣科學家會有更多的時間思考問題[8]。
　　　　2.4　作者的觀點
　　Arrowsmith從產(chǎn)生到現(xiàn)在一直進行著版本上的更新和功能上的完善，Arrowsmith的最新測試版已經(jīng)解決了Arrowsmith只能作用于標題的問題，已可以作用于主題詞和文摘，并且也大大縮短了處理文件的時間。筆者曾以“鎂和偏頭痛”為例，在2001年底測試Arrowsmith  2.0版本，上傳文件后半個小時沒有輸出結果，而2002年同樣的課題采用Arrowsmith最新版等待輸出結果，時間縮短到了幾分鐘。并且Arrowsmith的操作界面變得更加友好，更加易于推廣和使用。
　　作為情報學家要想在其他的領域發(fā)現(xiàn)非相關文獻間有價值的關聯(lián)是比較困難的，盡管存在這樣的推理形式：“A→B”和“B→C”，就會得到“A→C”，但事實上在復雜的專業(yè)領域如醫(yī)學存在著相當多的因果關聯(lián)，是不會簡單地得到這種推理關系“A→C”的。情報學家要應用Swanson的方法還需要通曉所要研究的專業(yè)領域，比較現(xiàn)實的方法是情報學家與所要研究的領域的專家合作，從大量的關聯(lián)中挑選出具有科學意義的關聯(lián)，并作為一種科學假設或啟發(fā)性思路，而非科學發(fā)現(xiàn)，以期引起該領域的專業(yè)人員的注意，只有經(jīng)過他們的臨床或實驗室的驗證后，才能肯定地說是科學發(fā)現(xiàn)。
　　　　　　3　Don  R.Swanson的情報學學術成就的方法論意義
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