張 青,陶彩霞,陳 翀
(中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630)
進入Web 3.0,用戶可以通過手機隨時隨地參與內(nèi)容的創(chuàng)造和傳播,形成移動與互聯(lián)網(wǎng)融合的移動互聯(lián)網(wǎng)時代。移動互聯(lián)網(wǎng)具備基于個人身份/個人位置服務(wù)的特點,移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來使得運營商面臨的 “被管道化”威脅更為嚴(yán)峻,終端、平臺和應(yīng)用已經(jīng)成為新的贏利點。
對于電信運營商來說,流量是今后收入的重要利益增長點。為了更好地支撐移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展,需要對移動互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行合理采集、解讀與表達(dá),從中準(zhǔn)確地捕捉用戶的偏好、業(yè)務(wù)熱點等移動互聯(lián)網(wǎng)用戶特征,數(shù)據(jù)可視化無疑是讓數(shù)據(jù)更加易用和便于理解的最有效途徑。
數(shù)據(jù)可視化順應(yīng)大數(shù)據(jù)時代的到來而興起,本文在闡述數(shù)據(jù)可視化概念后,總結(jié)了移動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化新技術(shù)的特征,并進一步探討了移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用場景。
數(shù)據(jù)可視化[1]是指綜合運用計算機圖形、圖像、人機交互等技術(shù),將采集或模擬的數(shù)據(jù)映射為圖形、圖像、視頻或動畫,并允許用戶對數(shù)據(jù)進行交互分析的理論、方法和技術(shù)。現(xiàn)代主流觀點將數(shù)據(jù)可視化分為傳統(tǒng)的科學(xué)可視化和信息可視化兩類。
科學(xué)可視化面向科學(xué)和工程學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù),如含空間坐標(biāo)和幾何信息的三維空間測量數(shù)據(jù)、計算模擬數(shù)據(jù)和醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)等,重點探索如何以幾何、拓?fù)浜托螤钐卣鱽沓尸F(xiàn)數(shù)據(jù)中蘊含的規(guī)律;信息可視化的處理對象是非結(jié)構(gòu)化、非幾何的抽象數(shù)據(jù),如金融交易、社交網(wǎng)絡(luò)和文本數(shù)據(jù),其核心挑戰(zhàn)是針對大尺度、高維復(fù)雜數(shù)據(jù),如何減少視覺混淆對有用信息的干擾。由于數(shù)據(jù)分析的重要性,將可視化與分析相結(jié)合,形成一個新的學(xué)科——可視化分析學(xué)。
可視化分析學(xué)是一個多學(xué)科領(lǐng)域,涉及以下4個方面:一是分析推理技術(shù),能使用戶獲得深刻的見解,這種見解直接支持評價、計劃和決策的行為;二是可視化表示和交互技術(shù),充分利用人眼寬帶寬通道的視覺能力來觀察、瀏覽和理解大量的信息;三是數(shù)據(jù)表示和變換技術(shù),以支持可視化和分析的方式轉(zhuǎn)化所有類型的異構(gòu)和動態(tài)數(shù)據(jù);四是支持分析結(jié)果的產(chǎn)生、演示和傳播的技術(shù),能與各種觀眾交流有適當(dāng)背景資料的信息??梢暦治龅膶W(xué)科交叉組成及涉及學(xué)科如圖1所示。
移動互聯(lián)網(wǎng)時代,綜合多種媒體獲取和理解信息已經(jīng)成為信息傳播的發(fā)展潮流。文本作為人類信息交流的主要載體之一,對其進行可視化能夠有效幫助人們快速理解和獲取其中蘊含的信息;近年來,社交網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速,其用戶數(shù)量呈爆炸式增長,對社交網(wǎng)絡(luò)進行可視化,將社交網(wǎng)絡(luò)信息以生動、易理解的方式呈現(xiàn),可以直觀地解釋隱藏在社交網(wǎng)絡(luò)背后的結(jié)構(gòu)模式;日志數(shù)據(jù)記錄了用戶隨著時間變化的行為特征信息,用可視化的方式呈現(xiàn)日志數(shù)據(jù)中隱含的信息,理解被記錄對象的行為特征。本節(jié)主要介紹移動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中文本數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及日志數(shù)據(jù)的可視化方法和技術(shù)。
文本信息在人們?nèi)粘I钪袔缀鯚o處不在,如新聞、郵件、微博、小說和書籍等。面對海量涌現(xiàn)的電子文檔和類文本信息,利用傳統(tǒng)的閱讀方式解讀電子文本已經(jīng)變得越來越低效。因此,利用可視化和交互的方式生動地展現(xiàn)大量文本信息中隱含的內(nèi)容和關(guān)系,是提升理解速度、挖掘潛在語義的必要途徑之一。
文本可視化的研究主要包括基于文本內(nèi)容的可視化、基于文本關(guān)系的可視化、基于多層面信息的可視化[2]。
(1)基于文本內(nèi)容的可視化
面對海量文本,人們需要對每個文本或者整個文本集合的主要內(nèi)容進行快速瀏覽。最典型的可視化形式是“標(biāo)簽云”(tag cloud)。標(biāo)簽云一般使用字體的大小和顏色對關(guān)鍵詞的重要性進行編碼。越重要(權(quán)重越大)的關(guān)鍵詞的字體越大,顏色越顯著。
(2)基于文本關(guān)系的可視化
基于文本關(guān)系的可視化研究文本的內(nèi)外關(guān)系,幫助人們理解文本內(nèi)容和發(fā)現(xiàn)規(guī)律。常用的可視化形式有樹狀圖和節(jié)點連接的網(wǎng)絡(luò)圖,主要關(guān)注文本的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和語義關(guān)系。
(3)基于多層面信息的可視化
基于多層面信息的文本可視化主要研究如何結(jié)合信息的多個方面幫助用戶從更深層次理解文本數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律。其中,包含時間信息的文本可視化近年來受到越來越多的關(guān)注,時間信息提供了關(guān)于文本內(nèi)容變化、數(shù)據(jù)規(guī)律等方面的重要信息。
社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是基于互聯(lián)網(wǎng)中人與人之間的相互聯(lián)系、信息溝通和互動娛樂的運作平臺。Facebook、微信、微博等都是當(dāng)前普及的社交網(wǎng)站。社交網(wǎng)絡(luò)是一個網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu),由節(jié)點和節(jié)點之間的鏈接組成。這些節(jié)點通常指個人或者組織,節(jié)點之間的鏈接關(guān)系有朋友關(guān)系、親屬關(guān)系、關(guān)注或轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系、支持或反對關(guān)系或者擁有共同的興趣愛好等。
圖1 可視分析的學(xué)科交叉組成及涉及學(xué)科
根據(jù)可視化所需展示的內(nèi)容,社交網(wǎng)絡(luò)的可視化方法可以分為4類:結(jié)構(gòu)型、統(tǒng)計型、語義型和時序型,具體介紹如下。
(1)結(jié)構(gòu)型
結(jié)構(gòu)型可視化著重于展示社交網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu),即體現(xiàn)社交網(wǎng)絡(luò)中的參與者和他們之間關(guān)系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。常用的可視化方法是節(jié)點鏈接圖,其中的節(jié)點表示社交網(wǎng)絡(luò)的參與者,節(jié)點之間的鏈接表示兩個參與者之間的某種聯(lián)系,如親屬關(guān)系、擁有共同興趣愛好等,反映一個社交網(wǎng)絡(luò)中的聚類、社區(qū)、潛在模式等。
(2)統(tǒng)計型
社交網(wǎng)絡(luò)某些特性統(tǒng)計變量的分布 (如節(jié)點的度數(shù)、中心性、聚類系數(shù))可用柱狀圖、折線圖、餅圖等基本統(tǒng)計圖表進行可視化。
(3)語義型
社交網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)實世界的反映,蘊含著豐富的語義信息。對復(fù)雜社交網(wǎng)絡(luò)中的語義信息進行可視化,可以有效地發(fā)現(xiàn)社交網(wǎng)絡(luò)中的輿情和突發(fā)事件等。
(4)時序型
社交網(wǎng)絡(luò)中的用戶行為具有時間戳,將時間信息作為屬性融入社交網(wǎng)絡(luò)的可視化,可反映社交網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化情況。
日志數(shù)據(jù)可以理解為一種記錄所觀察用戶行為信息的數(shù)據(jù)。日志數(shù)據(jù)記錄了對象隨著時序變化的行為特征信息,用可視化的方法呈現(xiàn)日志數(shù)據(jù)中隱藏的大量不規(guī)則數(shù)據(jù)信息,可有效幫助用戶挖掘日志數(shù)據(jù)中所含的信息,理解被記錄用戶的行為特征[3]。
針對不同領(lǐng)域、不同類型的日志數(shù)據(jù),有不同的可視化需求和方法,主要包括商業(yè)交易、移動軌跡和系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)3類,具體介紹如下。
(1)商業(yè)交易數(shù)據(jù)可視化
電子商務(wù)交易平臺每時每刻都在記錄用戶的交易信息,包括個人信息和每一筆交易記錄,用戶個人信息與交易記錄具有巨大的分析價值,如分析買家的購買記錄和個人特征,可挖掘出特定類型商業(yè)的潛在購買用戶。商業(yè)交易數(shù)據(jù)的可視化,可直觀形象地展示數(shù)據(jù),提高分析效率。
(2)移動軌跡數(shù)據(jù)可視化
GPS等空間定位技術(shù)以及無線通信和移動計算的快速發(fā)展,使得實時跟蹤和記錄移動對象的軌跡或其他相關(guān)信息變?yōu)楝F(xiàn)實,移動數(shù)據(jù)軌跡信息的可視化通常結(jié)合地理信息,直接在地圖上展示,代表性方法有熱力圖(heatmap)。
(3)系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)可視化
系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)記錄了機器或集群的運行性能等信息,被廣泛用于實時監(jiān)控。基于可視化的系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)分析是未來趨勢,如在線日志可視分析軟件Loggly、Splunk等。
移動互聯(lián)網(wǎng)時代,以用戶的位置信息、終端機型、時間信息為基礎(chǔ),結(jié)合用戶個人習(xí)慣信息、在線用戶狀態(tài)、用戶需求,為運營商提供了一幅輪廓清晰的客戶畫像。根據(jù)這樣的畫像,精確的廣告投放正在變成現(xiàn)實。在此基礎(chǔ)上引入可視化技術(shù),使數(shù)據(jù)的說服力、可讀性和邏輯性得到了增強,以便于了解龐大的多維數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系及發(fā)展趨勢。
可視化不是單獨的一個算法,而是一個流程。除了視覺映射外,也需要設(shè)計并實現(xiàn)其他關(guān)鍵環(huán)節(jié)(如前端的數(shù)據(jù)采集、處理和后端的用戶交互)。這些環(huán)節(jié)是解決實際問題必不可少的步驟,并且會直接影響可視化效果。選取客戶畫像中的3個典型場景:用戶行為特征、社交關(guān)系及興趣關(guān)系特征、用戶位置特征,進一步探討數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的實際應(yīng)用。
在流量經(jīng)營精細(xì)化方面,借助DPI(deep packet inspection,深度分組檢測)技術(shù)[4]等,建立客戶超級細(xì)分模型,為各細(xì)分群組客戶打上互聯(lián)網(wǎng)行為標(biāo)簽,從而幫助運營商完善用戶的360°畫像,深入了解用戶行為偏好和需求特征;其次,根據(jù)用戶行為偏好,推送合適的業(yè)務(wù),并根據(jù)對用戶特征的深入理解,建立用戶與業(yè)務(wù)、資費套餐、終端類型、在用網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)匹配,實現(xiàn)全程精準(zhǔn)營銷。
以下根據(jù)用戶的行為數(shù)據(jù)進行特征偏好計算和展示。
(1)數(shù)據(jù)采集
從DPI數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取已生成的數(shù)據(jù)文件,將文件中的用戶信息入庫,得到3G用戶互聯(lián)網(wǎng)訪問記錄清單,并從業(yè)務(wù)系統(tǒng)獲取用戶基本信息(包括性別、年齡、在網(wǎng)時長、套餐、終端等)。
(2)數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換
DPI分析日志經(jīng)抽取后,按兩個關(guān)鍵庫(URL規(guī)則庫、應(yīng)用庫)完成用戶客戶端和訪問內(nèi)容的準(zhǔn)實時歸類和統(tǒng)計,基于分析數(shù)據(jù)歸類統(tǒng)計結(jié)果,輸出以下關(guān)鍵內(nèi)容:TopN應(yīng)用、訪問偏好分類、訪問次數(shù)、用戶興趣度。針對用戶搜索行為,首先對搜索關(guān)鍵詞進行預(yù)處理,以排除原始數(shù)據(jù)中一些無用或冗余的信息;接著進行分詞和詞干提取處理,抽取其中的特征信息,形成搜索關(guān)鍵詞、搜索分類、搜索次數(shù)、搜索偏好度等分析挖掘數(shù)據(jù)。DPI日志處理規(guī)則如圖2所示。
(3)可視化映射
用戶行為特征屬于高維數(shù)據(jù),難點在于如何呈現(xiàn)單個數(shù)據(jù)點的各屬性值分布以及比較多個數(shù)據(jù)點之間的屬性關(guān)系。區(qū)域可視化將全部數(shù)據(jù)點的全部屬性以區(qū)域填充的方式在二維平面布局,并采用顏色、距離等視覺通道呈現(xiàn)數(shù)據(jù)屬性的具體值,所有數(shù)據(jù)點在空間中布局排列,方便用戶進行對比。
用戶移動互聯(lián)網(wǎng)行為特征的數(shù)據(jù)可視化映射包括以下4個方面:
· 用戶的基本屬性,包括性別、年齡、在網(wǎng)時長、套餐、終端等;
· 用戶的移動互聯(lián)網(wǎng)訪問偏好,即訪問分類,不同顏色、距離反映不同熱度;
·用戶的應(yīng)用使用偏好,直接顯示用戶最常使用的TopN個應(yīng)用,不同顏色、距離反映不同使用頻率;
圖2 DPI日志處理規(guī)則
·用戶的搜索偏好,類似總體搜索偏好的分析方法,采用詞云+分類統(tǒng)計方式,不同顏色、距離反映不同搜索頻次。
由于涉及海量日志信息的處理以及大量節(jié)點圖形的表現(xiàn),為了在可視化顯示上盡可能地實現(xiàn)高效,采用Highcharts實現(xiàn)圖形展示。如圖3所示,圓圈中心的頭像代表性別,外一圈是用戶的基本信息,最外圈是用戶的偏好(顏色、距離的不同代表不同的熱度)。
圖3 用戶行為特征數(shù)據(jù)可視化
通信關(guān)系是電信用戶之間常規(guī)的通信往來信息,如通話、短信、彩信等,由于電信企業(yè)對用戶計費的需要,這類信息一般在企業(yè)各類業(yè)務(wù)計費系統(tǒng)中長期保存,是最常用來進行電信用戶社交網(wǎng)絡(luò)分析的通信關(guān)系數(shù)據(jù),一般采用計費系統(tǒng)中原始的通話詳單記錄(call detail record,CDR)。
以下根據(jù)用戶的通話詳單進行社交關(guān)系分析,并在用戶的社交關(guān)系圈內(nèi)進行用戶興趣圖譜的計算和展示。
(1)數(shù)據(jù)采集
對于社交網(wǎng)絡(luò)分析[5],最重要的數(shù)據(jù)是支撐建立節(jié)點間邊的數(shù)據(jù)。在電信企業(yè),這些數(shù)據(jù)包括通話詳單記錄數(shù)據(jù),代表用戶與用戶間連接的方式。由于CDR數(shù)據(jù)量龐大,有必要以月為周期進行數(shù)據(jù)抽取,并根據(jù)業(yè)務(wù)問題分析,按月進行月均指標(biāo)計算。
(2)數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換
描述一個社交網(wǎng)絡(luò),最常用的指標(biāo)就是一階中心度和二階中心度。一階中心度指與一個特定節(jié)點存在直接聯(lián)系的節(jié)點數(shù)量;二階中心度則指與原始點直連的節(jié)點的連接點的個數(shù)。這兩個基礎(chǔ)指標(biāo)的計算非常重要,是確定電信用戶社交網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵節(jié)點(即有影響力用戶)的核心指標(biāo),是用戶影響力因素指標(biāo)計算的主要構(gòu)成。
另外,由于來話和去話的資費價值不同,用戶連接的兩個不同方向有不同意義,因此一階和二階中心度的來話、去話要分別進行計算,而用戶間通話的次數(shù)、時長以及平均單次通話時長都將一并考慮,作為用戶間關(guān)系強度基礎(chǔ)指標(biāo)分別進行計算。
圖4 用戶社交關(guān)系數(shù)據(jù)可視化
(3)可視化映射
根據(jù)數(shù)據(jù)特征,采用節(jié)點鏈接圖展現(xiàn)用戶社交關(guān)系:節(jié)點表示社交網(wǎng)絡(luò)的參與者,節(jié)點之間的鏈接表示兩個參與者之間的某種聯(lián)系,如通信關(guān)系、擁有共同興趣愛好等。根據(jù)節(jié)點鏈接的方向進行聚類,方向一致的聚在一起,從而降低視覺復(fù)雜度,清楚地顯示復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)圖,并且體現(xiàn)節(jié)點層次的連接關(guān)系。用戶可以快速、準(zhǔn)確地找到自己感興趣的節(jié)點,如圖4所示。
圖4中,當(dāng)用戶對某個具體的節(jié)點感興趣時,可以選中該節(jié)點,則該節(jié)點、與其相連接的節(jié)點以及相應(yīng)邊都突出顯示出來,而其他的節(jié)點及邊的不透明度降低。同時,有關(guān)選中節(jié)點的統(tǒng)計信息,如性別、語音通話次數(shù)、消息發(fā)送次數(shù)等將被顯示出來。一個節(jié)點表示一個手機用戶,節(jié)點的大小表示用戶通信頻度。邊用來連接兩個節(jié)點,表示用戶間社交關(guān)系的緊密程度。此外,可以通過柱狀圖直觀地看出該節(jié)點好友的親密度統(tǒng)計信息,如圖5(a)所示?;谟脩羯缃蝗φ宫F(xiàn)用戶訪問偏好的興趣相似度情況,如圖5(b)、圖5(c)所示,柱狀高度、顏色體現(xiàn)用戶間興趣的相似情況。
用戶軌跡分析的目的在于從用戶的歷史行為軌跡中挖掘和解釋用戶的日常行為規(guī)律。在對這一問題的研究中,聚類分析是最常用的技術(shù)手段,然而由于缺乏必要的驗證信息,對聚類結(jié)果的解讀通常需要結(jié)合特定的時空上下文進行。如Kirmse等人對用戶日常行為特點的研究[6],使用meanshift聚類根據(jù)用戶的歷史行為軌跡數(shù)據(jù)生成了其日常駐留區(qū)域,并結(jié)合時間特點給出結(jié)果的語義解釋(如用戶在白天駐留時間最長的地點是工作場所,晚上駐留時間最長的地點是家里)。
以下基于用戶注冊的基站情況變化,展示用戶一天的位置移動軌跡情況。
(1)數(shù)據(jù)采集
原始的數(shù)據(jù)是由基站ID與對應(yīng)的時間序列組成的。如果用戶處在某個基站范圍內(nèi)的時間比較長,就會出現(xiàn)有幾條記錄的情況,將對后續(xù)的分析產(chǎn)生影響。因此,將相同的基站記錄合并為一條記錄,同時,原始記錄對應(yīng)的時間也需要合并,以得到進入該基站和離開該基站的時間。
(2)數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換
前面的數(shù)據(jù)預(yù)處理,已經(jīng)將原始數(shù)據(jù)表中的噪聲數(shù)據(jù)去除,重新構(gòu)造了數(shù)據(jù)的記錄格式,構(gòu)造成[Tstart,Tend,areaID.cellID]的三元組形式。還需進一步對重構(gòu)的基站數(shù)據(jù)(即地點信息)進行再處理,構(gòu)造出用戶移動路徑的集合。在基站記錄中,在該位置停留的時間占整個記錄的比例若大于某個閾值,這里即路徑終點。在用戶移動的過程中,如果基站發(fā)生切換,離開前一個基站的時間就是該基站的結(jié)束時間,該數(shù)據(jù)被記錄并生成一條新的記錄,新記錄存儲進入前一個基站的時間,即開始時間以及基站的結(jié)束時間。同時,要存儲當(dāng)前基站的開始時間,直到下一次基站切換發(fā)生。
圖6 用戶位置特征可視化
考慮現(xiàn)實生活中這樣的情況,用戶到達(dá)工作地點開始工作,或者到達(dá)目的地長時間沒有移動,那么對應(yīng)于數(shù)據(jù)中,就會出現(xiàn)一條記錄的開始時間和結(jié)束時間的間隔很長,可以認(rèn)為該路徑應(yīng)該終止。這里定義了地點持續(xù)時間,即與該地點對應(yīng)的基站的通信時間,就是在一條記錄中基站的結(jié)束時間和開始時間的差,該時間差表示處在某個基站信號范圍內(nèi)的時間。
(3)用戶移動軌跡可視化映射
用戶移動軌跡屬于地理空間數(shù)據(jù)可視化,這里采用地理信息的線性數(shù)據(jù)可視化,表達(dá)多對象軌跡變化的地圖,如圖6所示,曲線的寬度代表流量的大小,如實地呈現(xiàn)軌跡的源頭、合并、分散、路徑改變和匯入的動態(tài)過程,是一種基于聚類和層次結(jié)構(gòu)的地理信息簡化方法。
在大數(shù)據(jù)時代,數(shù)據(jù)的數(shù)量和復(fù)雜度的提高帶來了對數(shù)據(jù)探索、分析、理解和呈現(xiàn)的巨大挑戰(zhàn)。除了直接統(tǒng)計或者數(shù)據(jù)挖掘的方式,可視化通過交互式視覺表現(xiàn)的方式幫助人們探索和解釋復(fù)雜的數(shù)據(jù)。本文在分析數(shù)據(jù)可視化理論的基礎(chǔ)上,總結(jié)了主流的移動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化技術(shù),并結(jié)合客戶畫像的典型場景,對數(shù)據(jù)可視化過程進行深入的實踐研究,為下一步數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用的開展提供貼合實際的參考依據(jù)。
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