潘崇伦，张 弛

（上海市防汛信息中心，上海 200050）

协同过滤的自服务模式在水务信息管理中的研究

潘崇伦，张 弛

（上海市防汛信息中心，上海 200050）

针对上海市水务信息资源集约化建设的不断深入，传统的信息系统基础架构管理方式由于需要主动的人工干预而存在不可预见的风险问题，通过对协同过滤算法的演化和分析，提出使用协同的思想构建管理模式，并在水务信息基础架构的管理上尝试使用该模式，目的是实现有助于提供辅助决策和自动化管理的服务应用，最终通过不同的生产场景的智能化策略证明协同管理模型的适用性，该研究成果在一定程度上提高信息系统基础架构管理的决策自动化水平及转变政府信息化管理职能方面起到技术支撑作用。

协同；自服务；云计算；辅助决策；水务信息；基础架构管理

0 引言

目前，上海市水务信息化建设为对接“上海智慧城市新一轮三年行动计划”实现资源集约化的建设思路，将建立统一的云管理平台。云管理平台将涵盖水资源信息化通用标准服务模块、运维管理服务、资源申请与调度等内容的研究与应用建设，信息资源管理将越来越受到关注[1]。水务信息系统的管理需求已从以往的经验式运维向建立在辅助决策基础上的科学管理转变，依靠能够自服务的管理系统对历史经验和策略自学习，使得内部管理者（系统管理者、业务维护人员）和外部运维人员能够在一个统一的平台上共享信息，协同完成各种复杂的信息系统支撑处理。

协同是一种管理机制。在整个管理系统中，管理者的作用就是设计一种协同的机制，在协同管理机制的作用下，被管理的系统能相互利用和信息共享，以自动完成整个管理系统的事件推荐目的，这种基于协同推荐思想的自学习过程及管理方法称为协同过滤（CF）的自服务模式。协同过滤的自服务模式在水务信息管理中的研究，主要围绕性能管理、容量管理和优化、可识别应用的基础架构管理、配置与合规性管理、安全强化等几个方面展开。

1 协同过滤的算法及思想

协同过滤算法是个性化推荐中应用最为广泛的方法，是基于相近指标的特性预测目标系统的可能原因，先使用统计技术寻找与目标系统有相同特性的事件样本，然后根据目标系统多个事件样本的处理结果向目标客户进行推荐[2]。

在一个典型的基于协同过滤技术的推荐系统中，输入数据通常可以表述为一个 m，x，n 的系统——项目评估矩阵 R，其中 m 是系统数，n 是事件数，rij是第 i 个系统对第 j 项的评估数值，评估值与内容有关。

1.1 事件样本形成

基于协同过滤技术的推荐系统的核心是为一个需要推荐服务的当前系统寻找最相似的“最近事件样本”集，即对一个系统 u，要产生一个依相似度大小排列的“事件样本”集合 N ={N1，N2，…，Ni}，u 不属于 N，从 N1到 Ns，相似值 sim（u，Ni）从大到小排列。

图 1 演示了协同过滤相近系统的形成过程，当前系统“0”和其他系统之间的相似性被计算，图 1 中以点“0”为中心的最近 5 个点被选择为事件样本。

目前常用的相似性计算有 Pearson 相关度和向量空间相似度等方法。相近指标的确定有 2 种方法：1）根据预先确定的相似性阀值，选择相关性大于阀值的系统作为相近指标；2）根据预先确定的事件样本数n，选择相关性最大的前 n 个系统作为相近指标。

图1 事件样本的形成

1.2 推荐产生

“最近事件样本”集产生后，可计算以下 2 类结果：

1）系统对目标项目相似度的计算。设系统 u 和相应的己选项集 Iu，则对任意项 t 的相似度值 P 可用公式表示：

2）Top-N 推荐集的产生。分别预测系统 i 对其他项目的相似度，并依据大小排列，取其中前 n 个不属于 Iu的项作为 Top-N 推荐集。

2 水务信息基础架构协同管理模式的启示

根据协同过滤算法思想和在云计算环境中管理系统的特点分析，发现云计算环境中的管理系统非常适用于协同的模式，模型在信息系统基础架构特别适用并提供管理模式的转型。首先，水务信息系统积累了大量的日志、操作规范、决策和结果，可以作为事件样本进行输入，即可获得“事件样本N”，所以，不会在算法过程中出现“冷开始”的情况；其次，把“整个系统 M”中的“每个系统 u”看作被管理系统，再对某个推荐策略模型就是 sim（u， Ni）；最后，系统通过调整相似性计算方法，得到对某个事件的多个“辅助决策 prediction”[3]。

2.1 协同管理模式的适用

上海市水务信息系统基础架构环境需要提供整个水务局运营环境 7×24 h 不间断的运行需要。即使按照六西格玛的运行质量要求，最高等级的云计算基础架构环境也只能达到 99.99% 的系统可靠性。针对日常系统中产生的偏差或错误，需要系统采用协同过滤的算法，将历史事件及策略作为事件样本，对符合样本最大相似性的事件进行第一时间辅助决策修复，同时进行事件告警，报告管理人员，最后把管理人员对处理结果的修正作为该事件中最大权重的样本策略，修正模型，完善辅助策略。

2.1.1 性能管理

制定智能运维决策及管理容量时所需的数据，在预测分析和智能警报中适用协同管理模式关联多种系统症状，创建有意义的潜在问题警告，从而避免警报风暴，实现高效的系统间协作，并为促进性能问题的主动修复推荐信息辅助决策。

2.1.2 容量管理和优化

通过历史数据及日志和业务行为分析，对基础架构资源交付型功能进行协同管理建模，考虑到类似功能的资源使用习惯，例如针对防汛类业务在汛期及周期性变化环境中，基础架构环境对资源交付的表现进行预警和辅助决策。并且推荐使用灵活的容量建模和项目管理模型，根据防汛业务需求及服务等级要求制定资源战略。

2.1.3 可识别应用的基础架构管理

利用可让管理员深入了解应用与基础架构依赖关系的集中式运维视图，主动管理虚拟基础架构的管理模型。映射系统正在运行的计算、存储和网络资源，协同评估和分析依赖关系，检测相对于最近事件样本的差异，并推荐给管理员可能的原因。

2.1.4 配置与合规性管理

利用即时可用的配置和合规性策略，可自定义过滤策略，可以利用自动工作流、智能警报、简化的原因分析和建议的操作简化实施过程。利用基于推荐策略的自动化，管理员可以主动强制实施配置标准，尽早检测出配置差异，并自动修复 IT 策略的违规现象。

2.1.5 安全强化

持续确保基础架构环境，强化虚拟和物理基础架构所有方面的合规性。通过大量过程行为进行模式比对，过滤相近模型的行为事件，以便能快速追溯到不合规的行为并进行修复。

2.2 水务信息基础架构管理模式转型

上海市水务信息中心已尝试采用云计算技术对计算、储存和数据等资源进行虚拟化管理，资源按需分配，有效发挥软硬件作用；同时，信息化建设不再自行购买网站硬件和安全设备，大大减少网站运行的人力、财力、管理和安全成本。由于使用了云计算和虚拟化等技术，原来的资源颗粒度被多级细分，使得管理员在系统或业务管理层面的工作变得越加繁琐。

协同过滤模式的自服务模式对水务信息化管理的影响不仅体现在技术层面，更是在管理模式和政府职能转变层面发挥着不可或缺的支撑作用。

2.2.1 技术支持层面

硬件、平台、软件都属于资源，并可以作为服务提供给用户，云计算实现虚拟资源有效统一的管理、监控和部署调度，但是关键的统一决策必须通过自服务的管理模式解决。

2.2.2 管理模式层面

通过对水务信息系统的协同辅助决策及统计过滤信息的分析、对比，抽取数据库中在汛期安全生产发展现状、趋势的数据，为各阶段信息系统的生产监管监察机构掌握现状、制定政策、进行决策提供辅助支持，保障信息系统管理的科学化决策。

2.2.3 政府职能层面

自服务管理模式的核心理念不是一项新的技术应用，而是以技术创新为起步，带动水务信息管理和职能模式的根本性改变。最重要的是从战略层面认识自服务管理模式的价值，形成高效的管理团队，将水务信息从管理职能向服务职能转变。

3 结语

把个性化推荐中协同过滤算法的思想运用到系统管理科学中，研究基于协同过滤推荐算法思想的自服务基础架构资源的管理模式。与传统的单向、双向管理模式相比，协同管理模式充分利用被管理系统之间的协同交互信息，强调管理系统的任务是建立协同管理机制。为分析解决复杂的系统管理中的管理问题提供了新思路，可以使管理者从烦琐的管理事务中解脱出来，同时也增加了管理的客观性，使管理向政策化、规范化的方向迈进，对丰富和发展复杂大系统的基本管理理论具有重要意义。

在上海市水务局的信息系统基础环境中，计算机软硬件的更新换代迅速、网络环境复杂多变、设备的不断增加及配置的繁琐和多样，对管理者来说是巨大的挑战。所以对水务信息系统基础架构的管理引入新的算法和策略，构建在协同自服务的基础架构管理系统之上，引入新的管理模式和技术手段，可提升信息系统的管理效率。

[1] 胡传廉. 水务信息化建设与管理方法探讨[J]. 中国水利，2007 (7): 13-15.

[2] Itami, H.Mobilizing Invisible Assets [M]. Cambridge: Harvard University Press, 1987: 23-28.

[3] Fiegenbaum. Hart and Schendel Strategic Reference Point Theory[J]. Strategic Management Journal, 1996, 21 (1): 10-16.

Study of Self-service Mode for Incollaborative Filtering in Water Information Management

PAN Chonglun, ZHANG Chi
(Shanghai Flood Control Information Center, Shanghai 200050, China)

With the intensive water information resource construction in Shanghai, the traditional instruction of information system has the problems of unpredictable risk, because it needs active human intervention. Based on the evolution and analysis of collaborative filtering algorithm, it proposes to use the idea of cooperation construction management mode, and tries to use this model in the management of water information infrastructure. The goal is to realize the application services which are helpful to provide aided decision-making and automation management. The applicability of collaborative management is demonstrated finally through intelligent strategy of different production scens. The research could enhance decision-making automation level of water information infrastructure management and provide technical support in the aspect of changing the function of government information management.

collaborative; self-service; cloud computing; decision support; infrastructure management

TP391

A

1674-9405(2015)04-0017-03

2015-02-13

潘崇伦（1982－），男，江苏泰州人，工程师，主要研究方向为水利信息化。