概念知识地图协同创作过程中的群体决策模型_岳芳

第36卷2015年第1期1月科研管理

ScienceＲesearchManagementVol．36，No．1January，2015

文章编号：1000－2995（2015）01－008－0127

概念知识地图协同创作过程中的群体决策模型

岳

1121，34

顾新建，郭剑锋，曹玉华，乐承毅芳，

（1．浙江大学现代制造工程研究所，浙江杭州310027；

2．中国科学院科技政策与管理科学研究所，北京100190；3．浙江科技学院经济管理学院，浙江杭州310023；4．华东交通大学经济管理学院，江西南昌330013）

摘要：概念知识地图可以作为知识表达的基础，采用协同创作的方法可以很好地构建概念知识地图。本文介绍了概念知识地图的主体协同创作过程，建立了群体决策模型。根据有限理性理论，对主体决策能力和主体间的交流互动进行了分析。运用调查问卷的方法获取仿真参数，对某科研组织概念知识地图协同创作过程进行了仿真，验证了该模型的有效性。研究结果表明，要获得稳定的协作结果需要一定的时间；知识积累对协作具有正向促进作用；协作结果对主体的初始认知情况具有敏感性。本研究可为协同创作规则的制定和系统的设计提供参考。

关键词：知识管理；概念知识地图；协同创作；群体决策模型；信息交流中图分类号：TP182

文献标识码：A

范”就是该领域重要的科技支撑计划项目之一，

1引言

通过实施该项目来构建我国面向外文科技文献的知识组织体系，以支持信息揭示、组织和发现

［1］

。

概念知识地图是科技知识组织体系的重要表

现形式之一。当前，各个行业及科研领域都从自身的实际需求出发，开展了大量知识组织体系的

。“十二五”构建、完善和标准化研究与实践期间，科技知识体系建设的相关研究和实践是我国

，“面向在科研管理领域的重要内容之一。例如外文科技文献信息的知识组织体系建设与应用示

概念知识地图的构建是一项艰巨而又复杂的工作，通过引入协同创作的思想，汇聚各领域专家可以实现科技知识组织体系的可持续发的智慧，展。例如，林建科

［2］

将知识地图作为实现企业知

识有效集成和共享的工具，并结合Web2．0思想和技术，利用集体的智慧实现知识地图的自组织协同创作。通过交流和学习，人们的认知和观点

收稿日期：2013－07－11；修回日期：2014－04－17．

2012－2015；国家自然科基金项目：国家自然科学基金资助项目：智慧的低碳设计和制造一体化技术及系统研究（编号：51175463），

2013－2016；国家学基金资助项目：语义支撑下以原油市场为例的Web知识发现关键方法及实证研究（编号：71271200），

2011－科技支撑计划资助项目：面向外文科技知识组织体系的大规模语义计算关键技术研究（编号：2011BAH10B04），2015；国家自然科学青年基金项目：企业知识与员工知识贡献度集成评价研究（编号：71301068），2014－2016。

作者简介：岳

芳（1982－），女（汉），讲师，浙江大学，博士研究生，研究方向：知识管理、制造业信息化、工业工程。山西阳泉人，顾新建（1956－），男（汉），浙江大学，教授，博士生导师，研究方向：知识管理、制造服务、大批量定制等。浙江湖州人，郭剑锋（1976－），男（汉），中国科学院科技政策与管理科学研究所，副研究员，研究方向：决策支持、知识管山东夏津人，guojf@casipm．ac．cn。理、数据挖掘等，通信作者，

女（汉），讲师，浙江大学，博士研究生，研究方向：企业及产品生态效率评价等。内蒙古赤峰人，曹玉华（1976－），

乐承毅（1982－），男（汉），华东交通大学，讲师，博士，研究方向：知识管理、制造业信息化、工业工程。江西抚州人，

交互过程是协同创作的关键环节，也可能会改变，

［3］

是目前研究的重点。Cress等结合Luhmann的系统论和Piaget的认知论，研究了基于Wiki的知识协同创作过程和人们的学习行为，分析了社会化过程和人们认知过程之间的相互影响。Moska-liuk等［4］认为用户知识和Wiki知识的不一致度（性）处于中等水平时，更有利于人们的学习和知识的协同创作。国内一些学者对网络环境下人们

［5］

的协作行为进行了研究。例如，张薇薇等采用活动理论研究框架，构建了网络用户协同创作与

关系的工具。概念知识地图可以形象地展示概念

的属性及概念间的相互关系，可作为知识表达的基础，如图1所示。通过概念知识地图，可以使科研人员对相关知识的结构有宏观的了解，有助于他们进行知识检索，并达到知识共享、创新的目［9］

的。

内容共享的活动系统模型，认为社群成员间的讨论和协商能够有效促进协作、提高产出质量。张通过探讨网络复杂学习环境和协作学习的特殊性，构建出网络环境下复杂学习行为中交互协作学习模式。

基于协同创作思想的维基百科、百度百科发展很快，它们属于人数众多、全球范围的协作模式。而科研组织成员一般具有一定的知识背景，人数较少，且较为固定。由于其特殊性，基于人数众多的协作方式及其规律不能简单地应用于科研组织。此外，科研组织对知识的准确性要求很高，每个组织成员的观点都会对协作结果产生影响，当受到不正确观点影响时，协作结果可能是较差的、甚至是错误的。

为了提高协作的正确性和效率，需要针对科研组织的特点，量化协同过程中各因素对协作结果的影响，为相关软件开发和协同创作机制设计提供指导。本文分析了概念知识地图的主体协同创作过程，构建了群体决策模型，基于有限理性理论，对主体决策能力和主体间的交流互动进行了分析。运用调查问卷的方法获取参数，对某科研组织概念知识地图协同创作过程进行了仿真，分析了主体决策能力、初始观点和交流互动等因素对协作的影响。

Figure1

原瑞

［6］

图1概念知识地图示例

Anexampleoftheconceptualknowledgemap

2．2

主体协同创作过程

主体（Subject）是参与概念知识地图协同创

作的组织成员，如科研组织中的科研人员。对某个问题有共同兴趣的主体，通过协同工作平台逐渐聚拢在一起交流讨论，形成一个群体（Group）。主体通过交流相互影响，有权对概念知识地图进行编辑、修改和投票等操作。

概念知识地图协同创作过程分为三个阶段。第一阶段，根据创建目标，确定协同创作的具体概念。第二阶段，主体自行组织，并在Web2．0环境下进行自由交流和互动。每次讨论后，主体做出决策和判断，针对该概念的具体内容，添加或修改概念的名称、属性和关系，对不同的观点进行评价。第三阶段，经过一段时间讨论后，按照观点汇总规则，综合群体意见，得出结论，完成该概念的构建。在此，借鉴选举中的投票规则，可用的汇总

［10］

规则包括多数法、对决法和末位淘汰法等。

2概念知识地图与主体协同创作过程

2．1

概念知识地图

概念知识地图是知识地图中的一种，是科研

创新工作的重要支撑，由相关主题或概念组织而成，一般指叙述性知识。Canas等认为概念地图是一种构建、交流和揭示复杂领域知识相互

［7］

［8］

3群体决策模型

与互联网用户相比，科研组织的人员和结构

在此假设群体是一个封闭系统。不考相对稳定，

虑人员的流动和对外的信息交流，不引入新观点，即群体中观点的种类在协作过程中保持不变。协作结果主要由主体决策能力、交流互动情况、观点

汇总规则共同决定。可以通过建立群体决策模型

来分析不同因素对协作效果的影响。该模型包括观点层、群体层和决策层，如图2所示

。

图2

Figure2

群体决策模型

Groupdecision－makingmode

会自发构成一个有向网络，表在协作过程中，

Ｒ（G））。主体集为S（G）=｛Si|示为G=（S（G），

i=1，2，…，m；m≥2｝；关系集为Ｒ（G）=｛（Si，Sj）|Si，Sj∈S（G），Sj）≠（Sj，Si），i≠j｝。（Si，Sj）（Si，

即主体Si发表观点，表示一条从Si指向Sj的弧，

Si的观点不改变，Sj听取观点。此时，而Sj可能

在Si的影响下改变观点。

设群体中对某一协作问题所持有的n种观点或偏好的集合为x=｛x1，x2，…，xn｝。设在第t次讨论时，第i个主体Si持有观点xj，可表示为si（t）=xj，si（t）∈x，用s（t）表示所有主体观点的s（t）=｛s1（t），s2（t），…，sm（t）｝。主体Si集合，

接受观点xj的决策过程可视为一个随机事件，设其发生的概率为p（si（t）=xj），简写为pi，j。r（t）

汇总所有主体的观点得到表示在第t次讨论时，

r（t）∈x；Ｒ为决策函数，的协作结果，由观点汇总

规则决定，即：

r（t）=Ｒ（s1（t），s2（t），…，sm（t））r（t）为：当Ｒ为线性函数时，

m

性和非理性之间，即人是有限理性的。此外，从群体行为角度出发，他还认为人是处于一定的社会组织中，人的行为是人与人、人与组织相互影响、整合的结果。在安实

［12］

建立的企业博弈模型中，

认为完全理性的决策者是不存在的，其行为受理性意识、分析推理能力、识别判断能力等影响。纽科姆对称理论认为个人之间能够相互影响对某一特定事物的看法

［13］

。本文认为主体的行为同时

。“自身影响因素”受到自身和其他主体的影响

主要包括知觉、注意、记忆和思维等。此外，认知心理学还强调人已有的知识和知识结构对于人们行为的影响

［14］

。“其他主体的影响”主要指主体

之间的信息交流等对主体产生的影响。

通过以上分析，可以从知识存量和认知能力两方面评估主体的决策能力。

（1）知识存量。

知识存量是指某一时点某个组织成员的知识总量。知识存量在协作过程中会随学习和交流而变化，可把它看作是关于讨论次数t的函数，表示t，0≤b≤1。其中，bi，β），为b=g（bi，0，0为主体Sibi，知识存量的初值，即0≥0；β为积累效应系数，0≤β≤1。一次交流对概率pi，j产生的影响，

（2）认知能力。

认知能力包括知觉、注意、记忆、言语和思维

（1）

r（t）=3．1

wisi（t）∑i=1

（2）

wi表示主体Si的权重。其中，

主体决策能力分析

鉴于人们知识的不完备性，并受到时间、精力

Simon［11］认为人的理性是介于完全理等的限制，

但在协作等。认知能力会随主体的经历而变化，

过程较短的时间内，具有相对的持续性和稳定性，0≤ai，可用常数ai，j表示，j≤1。ai，j为主体Si在不考虑知识存量的情况下，即bi，想凭直觉、0=0时，象力等接受观点xj的概率。

主体的决策能力，即是否接受某一观点，受认知能力和知识存量的影响。因此，主体决策能力概率函数为主体Si在第t次讨论时接受观点xj的概率pi，它是关于ai，即：j，j和b的函数，

bi，t，β）pi，j=f（ai，j，0，

（3）

B、C和D四个进行交流。图3左上角所示的是A、

C和D讨论，主体两两讨论的情况，即A和B讨论、A和B的讨论不会影响C和D，反之亦然。（2）多对多方式。类似于小组讨论，主体间

的观点会相互影响。例如通过在线讨论区或论坛B、C和进行交流。图3左下角所示的是主体A、

D相互讨论的情况，C、D并进一步分解为A和B、B和A、C、D讨论，C和A、B、D讨论，D和讨论，A、B、C讨论四个过程。可见，与一对一方式相比，在多对多方式中，主体讨论的热烈程度较高

。

当主体参与交流次数越多，越倾向于接受xj，

f为增函数；反之为减函数。

f为线性当知识存量按照线性模式叠加时，

函数：

pi，j=ai，j+λj（bi，0+β獉t）

（4）

表示较好观点、当λ＞0时，新知识或有益知识对主体决策能力的影响；当λ＜0时，表示较差观点、旧知识或有害知识对主体决策能力的影［15］响。

可见，为了评估主体的决策能力，关键是获取

bi，函数f中的参数ai，j、0和β。当研究人员面对一个新问题，已有知识不足时，往往需要依靠直觉、

想象力、逻辑推理能力等做出判断。此时，在pi，j剥中ai，j起主要作用。一般可通过发放调查问卷，离知识存量的影响，获取ai，j的值。Ｒeagans等

［16］

图3

Figure3

主体间的信息交流方式

Meansofcommunicationamongdifferentsubjects

3．3算法

根据群体决策模型和主体决策能力的分析结

果，设计的主体协同创作过程仿真算法如下：Step1：初始化规模为m的群体；设置最大交流次数T、决策函数Ｒ，针对一个问题存在不同观点x=｛x1，x2，…，xn｝；采用随机数产生器生成

s（0）=｛s1（0），s2（0），…，sm主体的初始观点，

（0）｝；设置协作网络结构，即主体间的交流关系。

Step2：当进行第t次讨论时，首先判断t是否小于等于T。若满足条件，根据给定的交流方式，

选取主体进行讨论，并根据自身的决策能力和参与讨论的其他主体的观点，改变观点或者保持原有观点。记录每个主体参与的交流次数。Step3：交流次数t加1。如果t大于T，算法结束，并根据决策函数Ｒ，得到协作结果r（T）；否则返回Step2。

认为员工在某一组织中的任期影响该员工的知识

通过调查主体进入科研组织的时间，存量。因此，

获得主体从事相关领域研究的年限，间接推算他

们知识存量bi，0的大致比值。关于β的取值缺乏相关的研究，考虑到一次交流对pi，j的影响较小，在此设为0.01。3．2

主体间的信息交流分析

信息交流过程既是人与人之间思想沟通的过程，也是人与人相互影响和相互作用的过程。Web2．0环境下的信息交流方式，ＲSS和如Blog、Wiki等，具有去中心化、双向交流等特征。与传统的电话、书信等方式相比，交流的深度和广度大大加强，效率更高。根据每次交流时参与人数不同，可将主体间的信息交流方式分为两种：

（1）一对一方式。两个主体单独讨论，一个主体只会受到另一个主体的影响，并且他们的讨论不会影响其他人。例如通过QQ等网络即时聊天工具

4实例

国内某研究院实施了知识管理系统以支持复

概念知识地图功能模块是知杂产品研发。其中，

识管理系统的核心部分。目前，概念知识地图是直接由叙词表转化得到的，但是由于领域词汇量大且不断增多，词汇之间的关系也越来越复杂，知识地图的编制存在效率低、无法动态更新的缺点，因此，采用协同创作的方式建立概念知识地图。该研究院是比较典型的科研组织，可以利用前述模型对知识协作过程和影响因素进行分析。4．1

仿真参数的收集和设置

ck=max｛c1，c2｝，为c2，则群体的观点为xk。观点汇总时，设主体权重相同，即式（2）中w1=w2=…=wm。

分别是一对一仿真时考虑了两种交流方式，方式和多对多方式，对比分析不同交流方式对协作效果的影响。

表2

Table2观点集合x主体集合S

β

最大交流次数T协作的网络结构

仿真参数

x=｛x1，x2｝…，S50｝S=｛S1，S2，

0．01600随机网络

Simulationparameters

为了研究主体的认知规律，根据行为科学的

研究方法，通过问卷调查的方式获得相关参数。高校实验室与研究院的人员组成情况类似。在浙江大学现代制造工程研究所发放问卷，以匿名形式进行随机抽样调查，发放问卷80份，回收问卷52份，剔除存在明显错误和缺失的无效问卷，最终有效问卷50份，其中硕士研究生34人，博士研究生16人。调查问卷的内容着重考察主体的认知能力和知识存量。根据调查结果，每个主体的决策能力不同，如表1所示。

表1

inthesimulation

S1S2S3S4S5…S50

a1，1=0．45，a1，2=0．55a2，1=0．85，a2，2=0．65a3，1=0．3，a3，2=0．5a4，1=0．5，a4，2=0．55a5，1=0．55，a5，2=0．5

…

a50，1=0．2，a50，2=0．45

b1，0=0．02b2，0=0．02b3，0=0．03b4，0=0．03b5，0=0．02

…b50，0=0．08

仿真时采用的主体决策能力函数参数

4．2结果分析

知识协同创作过程是一个自组织的过程。群

体处于有序状态的主要标志是，主体的观点趋于一致，协作内容保持稳定。在协作过程中，主体相互交流，持有不同观点的人数不断变化，可将第t次讨论时持有较好观点x1的人数占群体总人数的比值kt作为衡量“协作效果”的标准。当t=0kt时，即k0为协作的初始状态。随着讨论的进行，

标志着不断变化并逼近于某一常数。若kt=1，“知识协同创作成功”，意味着经过一段时间的讨

论，所有主体均持有较好观点x1；若kt=0，标志着“知识协同创作失败”，意味着所有主体均持有较

若需要的交差观点x2。一般情况下，当kt=1时，流次数t越少，说明协作效率越高。tmin为达到稳

定状态需要的最少讨论次数。

主体间的交流次数和方式会对协作效果产生很大影响。此外，对初值具有敏感性是复杂系统的一个重要特征，它是指初始条件的微小扰动会随时间推移被放大。协作过程作为一个动态的非线性复杂过程，因此也可能存在初值敏感性特征。4．2．1一对一方式

仿真结果表明，当k0约大于20%时，协作成kt不断增功的概率较大，随着交流次数t的增加，加至1，达到稳定状态，即群体的观点为较好观点x1，如图4所示。协作的初始状态k0值越大，达到稳定状态所需t越少，因此协作效果越好。

当k0约小于20%时，会出现两种情况：

Table1Parametersofsubjects’decision－makingabilityfunction

设置的仿真参数如表2所示。群体对某一问

题存在两种观点x1和x2，两者的关系为竞争型（替代型）。在任何时刻，每个主体仅持有一种观

x2为较差点。设x1更接近实际情况为较好观点，pi，观点。因此，面对x1时，1=ai，1+λ1（bi，0+β獉

pi，pi，t），其中λ1为+1，1为增函数；面对x2时，2=

pi，ai，其中λ2为－1，2+λ2（bi，0+β獉t），2为减函数。

主体不了解两种观点在群体中的分布情况。

观点汇总规则为多数原则，设在第t次讨论时，群体中持有观点x1的人数为c1，持有观点x2的人数

（1）协作成功，即群体中持有较好观点x1的人数不断增加，直至所有主体均持观点x1。根据此时群体的观点为x1。随着t的观点汇总规则，增加，主体接受观点x1的概率pi，接受观点1增大，x2的概率pi，群体中持有观点x1的主体越来2减小，kt不断增加至1。越多，

（2）协作失败，即群体中持有较好观点x1的人数不断减少，直至所有主体均持较差观点x2，此时群体的观点为x2。随着t的增加，虽然pi，1增pi，大，但还未来得及体现知识积累的积极2减小，

kt就迅速减小为0，作用，导致协作失败。这是由于协作结果受到k0的影响，若群体中持有观点x2

的主体越多，主体就越容易接受观点x2

。

pi，因此kt会出现反弹。这也就解释了初期2减小，群体中持有较好观点x1的人数少，是如何通过链

式反应最终扩散到每个主体的。

（2）协作失败，即群体中持有较好观点x1的人数不断减少。这种情况与一对一方式中协作失败的情况类似

。

图5Figure5

讨论次数对协作效果的影响（多对多方式）Theimpactofcommunicationfrequencyoncollab-

orativeresults（many－to－manyway）

4．2．3

对比分析交流方式对协作结果的影响

如图6所示。一对一协作成功率与k0的关系，

图4Figure4

交流次数对协作效果的影响（一对一方式）Theimpactofcommunicationfrequencyoncollabo-

方式中，当k0约小于20%时，协作的成功率与k0大相关系数约为0．78，为显致成线性正相关的关系，

著相关，斜率较大约为4．72。k0≈20%是分界点，

当k0约大于20%时，协作成功的概率高。多对多方式中，当k0约小于60%时，协作的成功率与k0大致成线性正相关的关系，相关系数约为0．97，为高度相关，斜率较小约为2．37。k0≈60%是分界点，当k0约大于60%时，协作成功的概率高

。

rativeresults（one－to－oneway）

4．2．2

多对多方式

当k0约大于60%时，协作成功的概率较大，

kt不断增加至1，达到稳定状态，即随着t的增加，

群体的观点为较好观点x1，如图5所示。协作的初始状态k0值越大，达到平衡状态所需t越少，因此协作效果越好。

当k0约小于60%时，会出现两种情况：（1）协作成功，即群体中持有较好观点x1的kt减少，人数先减少后增加。随着讨论的进行，但

kt又会慢慢增大至1，是持续一段时间，呈现出“S”型的柔缓增长曲线。这是由于协作结果会受到k0的影响，群体中持有较差观点x2的人越多，

kt主体就越容易接受观点x2，导致协作刚开始时，会减小；但是随着t的增加，知识不断积累，主体

接受观点x2的概率接受观点x1的概率pi，1增大，

图6

Figure6

协作成功率与k0的关系

Therelationshipbetweensuccessrateandk0

例如k0=70%，在一对一方式当k0较大时，

kt=1；在多对多方式中，中，当tmin≈300时，当tminkt=1。由于交换信息的频率更高，≈100时，多对

多方式达到稳定状态所需讨论次数更少，所以多对多方式比一对一方式协作效率高。如图4和图5所示。

当k0较小时，一对一方式协例如k0=30%，作成功，而多对多方式出现两种情况，协作成功和协作失败。可见，受到k0的影响，多对多方式出现协作失败的可能性大。当两种方式都协作成功时，一对一方式的kt增加速度更快。因此，综合来看，一对一方式比多对多方式协作效果好，如图4和图5所示。

及相互影响始终处于复杂的动态变化中。本研究

只考虑了信息交流对主体知识存量的影响，未考虑其他学习方式对知识存量的影响；实例中只分析了主体的协作网络为随机网络的情况；对于主体的决策能力概率函数，只考虑了线性关系。下一步的工作将从这些方面对群体决策模型进行改进。

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5结论与不足

本文为研究科研组织如何更快更好的进行概

念知识地图协同创作提供了一个有效的数学模

型，为协同规则的制定和系统设计提供了理论依据。通过以上分析，得到的主要结论有：

（1）协同创作是一个动态的过程，特别是在协作初期，主体可能频繁的改变观点，协作结果是不稳定的，因此需要一定的时间获得稳定的协作结果。如何确定协作结束的时间点是关键，如果选取的时间点太早，很可能得到不成熟的结果，反之，则影响协作的效率。

（2）知识存量和信息交流对群体决策的影响。在知识协同创作初期，主体的直觉、思维和想象力等认知能力起主要作用，但是随着时间的推移，交流次数的增加，相关领域知识不断积累，知识存量的作用逐渐突显出来。

（3）协作结果对群体初始观点的情况k0具有敏感性。在协同创作开始时，若某种观点占主导地位，则主体接触该观点的机会多，因此更容易接受这个观点，即使该观点是错误的。不同交流方式对k0的敏感性不同，采用多对多方式时，主体容易受到主流观点的影响，对k0更加敏感。当k0多对多方式的协作效率高；反之，一对一较大时，

方式的协作效果好。

建立定量的群体决策模型是比较困难的，例如人的认知和决策过程机理复杂，受到很多因素影响，且这些因素难以量化。此外，主体间的交流

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Groupdecision－makingmodelforcollaborativebuildingoftheconceptualknowledgemap

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，LeChengyi4YueFang1，GuXinjian1，GuoJianfeng2，CaoYuhua1，

（1．InstituteofAdvancedManufacturingEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，Zhejiang，China；

2．InstituteofPolicyandManagement，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；

3．SchoolofEconomicsandManagement，ZhejiangUniversityofScienceandTechnology，Hangzhou310023，China；

4．SchoolofEconomicsandManagement，EastChinaJiaotongUniversity，Nanchang330013，China）

Abstract：Conceptualknowledgemapcanbethebasisofknowledgeexpression．Agroupofsubjectscanparticipateinthebuild-ingofconceptualknowledgemapinacollaborativeway．Firstly，thispaperpresentsthecollaborativeprocess，andproposesagroupdecision－makingmodel．Basedontheboundedrationalitytheory，thedecision－makingabilityandinteractivecommuni-cationofthesubjectsareanalyzed．Moreover，toverifythevalidityofthismodel，thequestionnaireisusedtoobtainsimulationdata，andthecorrespondingsimulationanalysisisconductedtoexplorethecollaborativeprocessofbuildingconceptualknowledgemapinascientificresearchorganization．Theresultsindicatethatittakessometimetoobtainastablecollaborativeresult；knowledgeaccumulationhasapositiveroleinpromotingcollaboration；collaborativeresultsaresensitivetosubjects’initialcog-nition．Finally，thisresearchcanprovideabasisforthedesignofcollaborativerulesandsystem．

Keywords：knowledgemanagement；conceptualknowledgemap；collaborativelybuilding；groupdecision－makingmodel；inter-activecommunicatio