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    自由軟件開發的模塊化理論解釋與啟示

    時間:2023-02-20 08:27:38 電子商務論文 我要投稿
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    自由軟件開發的模塊化理論解釋與啟示

      [摘要]  本文以GNU/Linux為例討論了源代碼的內部結構在自由軟件開發中所起的重要作用。為此,我們考慮了源代碼的模塊化屬性。源代碼的模塊化將直接影響開發者是否參與對自由軟件的開發。基于模塊化的自由軟件開發不僅實現了勞動的分工,同時也實現了勞動價值的分割,在自由軟件的開發過程中較好地解決了搭便車問題。同時,模塊化理論對我國發展軟件產業也有一定的借鑒作用
      
      一、引言
      
      在計算機工業的初期,軟件是硬件的附屬品。企業只是賣硬件,隨系統贈送軟件。在這_時期,軟件的設計思想,新的算法和軟件的源代碼在專家、學者和公司研究人員之間相互交流,促進了軟件的迅速發展。但是,企業很快認識到軟件的價值,對軟件實施了版權控制,并限制了源代碼的發布。同時,軟件的開發方式也發生了變化,變成以商業企業為主體的封閉的開發模式。Unix系統是其中最典型的例子。在Unix發展的早期,源代碼是可以自由拷貝的,每個人都可以借鑒他人的思想,以完善程序。但是,隨著軟件產業的發展,1979年AT&T公司對具有獨立知識產權的操作系統—— UNIX申請了專利,軟件被貼上了版權標識,Unix也被強制實施版權控制,阻止了程序員之間的交流與合作,一些優秀的程序員也相繼離開Bell實驗室,去各個公司任職。商業企業對軟件的知識產權保護成為其他廠商進入相關市場的“壁壘”,在沒有替代產品(特別是系統軟件)的情況下就形成了事實上的壟斷。1989年,Ritchard Stallman在麻省理工學院(MIT)的支持下,在計算機界掀起了﹁場數字改革運動——自由軟件運動。從此,自由軟件得到了蓬勃的發展,成為軟件開發者們非常關注的熱點。
      
      自由軟件(Free Software)是指允許任何人使用、復制、修改、分發(包括再分發修改過的版本),而且提供全部源代碼的軟件。自由軟件的源代碼可以免費獲得,是一種典型私人提供公共物品的經濟現象。成千上萬的“志愿者”參與了諸如Linux操作系統、Apache網頁服務器、Sendmaill郵件服務器等大型復雜軟件的開發,并且這些軟件的質量(例如,性能和穩定性)要優于一般的商業軟件。顯然,傳統經濟學難以對自由軟件的成因做出有說服力的解釋。傳統的經濟學理論認為,在產權不清晰的情況下,私人代理面臨著嚴重的“搭便車”及外部性問題,對于信息產品往往會出現嚴重的投資不足現象;私人代理參與公共物品的開發是無效率的(Arrow,1962),并且自由軟件的開發者僅得到其所開發軟件的私人收益,并沒有從其他消費者那里得到任何補償。由于得到的僅僅是私人收益,按照傳統經濟學的邏輯,自由軟件開發者所付出的努力會遠小于社會的最優數量。另外,商業企業所開發的標準化軟件產品能夠累積不同消費者的需求,這樣就可以彌補大量的開發成本;相對于自由軟件開發者來說,商業企業傾向于做更多的投資,開發更好的產品,滿足更多消費者的不同需求。
      
      關于開發者參與自由軟件開發的動機問題的研究已引起經濟學家們廣泛的關注。Lerner等從勞動經濟學和產業組織理論的角度展開了分析,認為自由軟件開發的動機主要是出于對自身的職業發展以及得到公眾的贊譽等方面的考慮(Lerner,Tirole,2000)。Harhoff與Henkel等系統分析了開發者加人自由軟件開發的激勵問題,主要包括:①誘發商業企業(比如,軟件開發商)持續不斷地改進。自由軟件的開發者會把自己的創新之處免費提供給商業企業,從而商業企業可以對此做出改進并投人市場。②互惠與聲譽效應。自由軟件開發者向他人展示自己的創新之處,這就形成了一種互惠環境,其他的開發者也會傾向于發布自己的創新之處。對于最初發布創新的人,則會得到公眾的贊譽。③較弱的競爭條件。競爭在自由軟件開發者之間是相對比較弱的,向他人公開自己的源代碼并不會對自己造成很大的損害(Harhoff,Henkel et al.,2000)。關于此問題更多的討論可參考達爾構建的一個關于管理自由軟件開發項目的理性代理人行為模型(Dalle,Jullien,2001)。自由軟件開發模式一個很重要的優勢就是擁有一個強大的人才庫。成千上萬的開發者可以參與這個項目的開發。受雇于一家商業企業的開發者數量畢竟是有限的。更重要的是,自由軟件頃月對于需要編寫什么樣的代碼具有更好的知識優勢。在商業企業中,開發者并不能意識到用戶所面臨的所有可能的參數(Johnson,2001)。關于自由軟件開發的其他問題也引起了各個學科領域學者極大的興趣。主要包括:分析自由軟件和商業軟件的競爭關系問題(Johnson,2001;Dalle,Jullien,2001;Khalak,2000),自由軟件的虛擬溝通機制(Neus,2001)以及把自由軟件作為一種復雜的公共物品。
      
      在經濟學與管理學的理論研究文獻中,模
      
      塊化被看做是企業生產制造(Ulrich,1995;Schilling, 2000)、組織設計(Baldwin,Clark,2000)的一種新的范例。軟件產品可以被看做是由一系列具有特定功能的組件組成,作為一個完整的系統也可以被分解成一系列功能模塊,這些模塊之間的相互作用就形成了系統的所有功能(Ulrich,1995;Sanchez,Mahoney,1996)。所謂模塊是指可組成系統的、具有某種確定獨立功能的半自律性的子系統,可以通過標準的界面和其他同樣的子系統按照一定的規則相互聯系而構成的更加復雜的系統(青木昌彥,2002)。每個模塊的研發和改進都獨立于其他模塊的研發和改進,每個模塊所特有的信息處理過程都被包含在模塊的內部,如同一個“黑箱”,但是有一個或數個通用的標準界面與系統或其他模塊相互連接。國內的學者朱瑞博、陳向東、周鵬等人分別就價值模塊的整合、模塊化在知識管理、組織分析中的應用展開了討論(朱瑞博,2003,2004;陳向東,2004;周鵬,2004)。朱瑞博(2003)認為價值模塊是產業融合的載體,模塊化、產業融合不僅使生產結構基礎改變了,競爭的基礎也發生了改變。青木昌彥(2002)則認為模塊化是新產業結構的本質。
      
      為什么自由軟件在某些市場上會表現得如此出色呢?在以往探討自由軟件的文獻當中,人們并沒有就自由軟件的內部結構進行討論。本文僅從自由軟件源代碼的內部結構這個角度來探討這一現象。自由軟件的開發從其內部結構來看,往往具有模塊化的特性。在產品的模塊化設計過程中,每個模塊由不同的設計者單獨設計完成,實現了勞動的分工。同時,每個模塊按照一定的標準界面與系統中的其他模塊統一起來,其單獨的研發與改進并不影響系統中其他模塊的運行,從這個意義上來講,模塊化也實現了產品開發過程中勞動價值的分割。本文首先從一個簡單的博弈模型開始,結合GNU/Linux開發的歷程,分析了自由軟件源代碼內部結構的模塊化屬性在軟件開發中所起的重要作用。在此基礎上探討了模塊化理論在其他相關產業中的應用。
      
      二、自由軟件開發的模塊化理論解釋
      
      對于某一個特定的理性開發者而言,在其做出是否參與某個自由軟件開發的決策時,主要考慮兩方面的問題:一是參與自由軟件開發的成本是什么?二是具體的收益是什么?參與自由軟件開發對于開發者來說成本即為他們所花費時間的機會成本。從開發者的收益上來講,參與自由軟件開發,可以從多方面得到非貨幣的補償。例如,系統管理員可以通過解決所使用開放源代碼軟件的 BUG,從而提高整個網絡的績效(Lerner,Tirole,2000);開發者可以通過自由軟件的開發,得到一個很好的聲譽,從而為個人將來的職業發展奠定基礎。
      
      自由軟件代碼的一個基本特征是具有非競爭性。這就意味著一個開發者在使用代碼的時候并不影響其他的開發者或者其他群體來使用這些代碼。任何一個局中人所做的努力對其他局中人來講都具有正的外部性,這種外部性并不由局中人的主觀愿望所決定。這是一種典型的公共物品的私人提供。約翰遜曾經把這種博弈形式運用到自由軟件的開發過程中,分析了福利、努力程度以及成本對開發者數量的影響(Johnson,2001)。在約翰遜分析的基礎上,下文首先從一個簡單的博弈形式出發來分析模塊化特性在自由軟件開發中所起的重要作用。
      
      1.一個簡單的理論模型
      
      為了分析模塊化在自由軟件開發過程中所起的重要作用,我們首先考慮一種簡單的情形,即自由軟件內部結構及其開發過程中不存在模塊化現象。任何一個開發者都需要一個具有特定功能的軟件代碼,任何一個開發者都可以選擇參與該軟件的開發或者不參與。在這種情況下,所需要開發的源代碼是不可分割的,也就是整個系統的價值并沒有被分割。
      
      代碼的開發對任何一個開發者的價值均為ν,成本為c.也就是說當ν>c的時候,任何一個開發者都有進行源代碼開發的動機。由于自由軟件的特性,任何一位開發者只要完成了代碼的開發,就會選擇把
      
      代碼向其他人公開,但是并不會影響自己的價值。基于上述的表述,我們可以得出:任何一方都沒有權力阻止另外一方開發或者使用源代碼:當一方已經開發好源代碼之后會自動地向另外一方公開。如果只有兩個開發者,其博弈矩陣表述如圖1.
      
      對于參與博弈中的兩個開發者而言,他們可以自由選擇是否參與該系統的開發。如果選擇參與開發,則其收益為ν-c;如果選擇搭便車,則其收益為ν。當然,如果雙方都選擇不開發這樣的系統,對于一個開發者來講其收益都為0.我們可以非常輕松地得到這個博弈矩陣具有兩個純策略下的納什均衡:如果一個開發者選擇開發,另外一個開發者就選擇不開發(“搭便車”)。從社會效率上來講,這兩個均衡都是有效的,處于該均衡下,集體收益均大于其他情況下的集體收益。但同時這樣的均衡卻是不公平的,存在嚴重的“搭便車”現象,選擇“搭便車”可得的。的收益將明顯大于參與自由軟件開發者的收益(ν-c)。按照傳統的經濟學理論,像這種公共物品的私人提供現象必然會導致公共物品的供給不足或者過度使用現象。這與像Linux這樣的自由軟件蓬勃發展的情形不符。接下來我們將從自由軟件源代碼的內部結構出發來討論這種現象。
      
      2.理論模型中加入模塊化結構
      
      在自由軟件的模塊化開發過程中,把一個源代碼的結構分割成一個元系統和一系列的模塊。元系統指的是一個能夠保持系統運轉的最小的系統。模塊是一個較大系統的獨特的部件,它能夠由設計者獨立設計出來,同時又可以作為一個整體在系統中運轉。把一個大系統切割成互相獨立的不同的小系統,可以使一些并不是經常見面的開發者減少必要的交流次數。另外,一個舊版本的模塊可以被新版的模塊所替換,同時卻又不影響整個系統的運轉。這樣,在新模塊中所增加的功能就可以及時在現存的系統中體現出來,同時也不需要更改系統中的其他模塊。
      
      在傳統的軟件開發過程中,源代碼是不可以分割的(即軟件開發過程中有時候也會存在勞動的分工,但是卻沒有實現勞動價值的分割)。代碼內部所隱含的結構形式并不具有模塊化的特征。在模塊化的自由軟件開發過程中,已經存在的最小系統(元系統或者內核)具有模塊化特性,在這種情況下任何一個模塊都可以獨立地進行開發。由于初始的內核已經存在,由于一個模塊的失敗并不會對其他模塊的價值造成直接的影響。因此,在這種情況下,不僅勞動得到了分工,每個開發者創造的價值也實現了分割。
      
      為了表述的需要,我們對自由軟件的模塊化開發過程做如下的假設:①由于像Linux這樣的自由軟件開發過程中,元系統(也就是內核)已經存在。但是只有元系統的軟件卻沒有任何的價值,就像有了操作系統而沒有應用程序一樣,為了方便起見,在分析過程中我們假設元系統的價值和成本均為0;②整個系統由兩部分組成:1個元系統(即內核)和n個模塊,在整個源代碼的開發過程中有 n個開發者(其中有j個開發者參與了系統的開發,j≤n);③系統的價值和成本在所有的模塊中平均分配,即每個模塊的價值為其成本為也就是說每開發一個模塊,系統增加的價值為增加的成本為④在此過程中,任何一個開發者開發的模塊都會與其他人共享。
      
      對于某一個軟件開發者i來說,如果選擇參與自由軟件的開發,其凈收益為
      
      (1)
      
      如果選擇不參與自由軟件的開發,其凈收益為
      
      (2)
      
      因為v>c,顯然有Ri1>Ri2.即在基于模塊化的自由軟件開發過程中,一個理性的開發者會選擇參與自由軟件的開發。這樣就較好地解決了“搭便車”的問題。
      
      出于問題的簡化,我們只考慮在自由軟件的開發過程中只有2個開發者、2個模塊的情形。對于每個開發者而言,可以選擇參與開發或者不開發模塊。如果某一個開發選擇參與開發模塊,其同樣也可以選擇開發模塊A或者開發模塊B.基于以上的假設,該博弈矩陣的表述如圖2.
      
      在該博弈中,由于只有2個開發者、2個模塊,所有任何一個模塊的價值為0.5ν,參與開發任何一個模塊的成本為0.5c.兩個開發者參與開發相同的模塊,其得到的收益均為0.5(ν-C),如果兩個開發者選擇開發不同的模塊,其得到的收益均為ν-0.5c.如果其中一個選擇了搭便車,其得到的收益均為0.5ν(因為,此時整個系統的價值只有0.5ν)。
      
      如圖2所示,該博弈也同樣存在兩個純策略下的納什均衡:兩個開發者同時都會參與自由軟件的開發,但是他們會開發不同的模塊。也就是說,如果一個開發者選擇開發模塊A,另一個開發者則會選擇開發模塊B.由此可見,基于模塊化的自由軟件開發中,在追求效率的同時也體現了公平。這是非模塊化的軟件開發所不能達到的。
      
      通過對模塊化與非模塊化自由軟件開發過程對開發者與搭便車者收益的比較(如圖3),可以得到:①對于“搭便車”者而言,在模塊化結構的自由軟件開發中收益明顯減少。從ν減少到0.5v②對開發者而言,在模塊化結構的自由軟件開發中收益明顯增加。從ν-c增加到
      
      ν-0.5c.在模塊化結構的自由軟件開發過程中,參與開發者的收益要明顯高于“搭便車”者的收益(由于v>c,故有v-0.5c>0.5v),而在非模塊化結構的自由軟件開發過程中參與開發者的收益要明顯低于“搭便車”者的收益 (ν-0.5c
      
      三、CNU/Linux案例分析與應用
      
      在Ritchard Stallman發動的自由軟件運動中,他宣稱沒有任何世俗的力量可以強加在人類與 CPU之間,壟斷人類通向CPU之路,將其轉化為巨大的經濟強權。根據原有的規則:開發軟件廠商擁有源代碼的專有權,他們牢牢控制了源代碼,只有他們才有特權訪問源代碼;用戶和其他程序員無法查看、改動和完善,使用戶無法真正融人計算機環境之中,并且立下禁令:用戶之間不得相互拷貝,拷貝就是盜版。Ritchard Stallman要開發出一套完整的操作系統,不但開放源代碼,而且鼓勵用戶之間相互拷貝。這就導致了自由軟件基金會(Free Software Foundation,FSF)的建立和GNU項目的產生。GNU組織向世人傳播Ritchard Stallman的思想,認為自由軟件作為一種思維藝術,應該是全人類的寶貴財富,不應為任何人所私有。Stallman曾幽默地稱“GNU is Not Unix”(GNU不是 Unix),就是說,GNU組織和各種版權專有組織不同,它的版權所保護的是_種共享與合作的精神,允許任何人使用、復制、修改、分發(包括再分發修改過的版本),而且提供全部源代碼的軟件。
      
      自由軟件是典型的網絡時代新經濟的模式,是由成千上萬個程序員在工作之余開發完成的。某個程序員的日常工作并不一定符合自己的興趣和愛好,在開發自由軟件的過程中,他卻可以獲得巨大的成就感和榮譽感,這種動力并非是用金錢可以買到的。Internet的普及,為自由軟件的發展提供了巨大的便利。分布在世界各地的程序員,可以利用Internet彼此交流思想,完成﹁個軟件項目的開發。當然,如果你愿意,也可以加人到他們之中,為自由軟件的發展做出自己的貢獻。自由軟件的開發模式也因此和傳統的軟件行業截然不同。他是完全開放、共同協作的開發模式。由于源代碼是公開的,每個人都可以修改程序,如果某個修改為大家所認可,那么它就可以逐漸發展壯大。反之,如果某個修改意見無法獲得大多數人的肯定,那么它就會逐漸消失。且每一個使用自由軟件的人,都是用戶和開發者,他可以修改程序,可以測試程序,也可以對程序的功能提出自己的意見。各種觀點之間根據優勝劣汰的法則公平競爭,如果你獲得了大多數人的支持,那么你就可以獲得更好的發展。
      
      在自由軟件發展的道路上,最著名的例子要數Linux操作系統。Linux操作系統不管是在源代碼的結構上,還是開發水平上都要比原先的操作系統(比如UNIX)更加成熟。從Linux操作系統源代碼的結構上看,它是模塊化的,并且是可升級的(Stallman,1999)。高度模塊化的源代碼結構給軟件開發者和使用者均帶來了極大的好處。開發者可以對具有某種特定功能的模塊進行獨立開發而不需要花時間去協調與其他模塊之間的關系。并且模塊化開發不僅允許模塊之間的水平開發,而且可以通過對類似模塊之間的創新和競爭(開發新的模塊或者對原有的模塊進行改進)充分改善系統的功能(Badwin,Clark,2000)。另外,作為最終的用戶來說,在安裝系統的時候可以就個人的需求與偏好選擇適合自己的模塊。
      
      模塊化的代碼結構是由松散的組件構成的,是對一個系統完全意義上的分割,而不像完全集成的代碼,各個組件之間存在很強的依賴關系,并不是完全通過界面來交換信息。Linus Torvalds是其中的一名主要的開發者,其主要任務是開發Linux操作系統的內核,其他所有在GNU宣言下開發的自由軟件都可以通過這個內核集成起來。自從Linux內核1991年對外公布后,大量“志愿者”開發的自由軟件都可以通過這個內核(公共界面)進行信息交流。Linux內核規定了與各個模塊之間進行數據傳輸的協議,任何基于這個內核的自由軟件模塊都必須遵循這些設計規則。這些開發者把精力放在諸如Apache網頁服務器、Sendmaill郵件服務器、MySQL數據庫系統等應用軟件的開發上。同時,Linux等操作系統也對許多企業的競爭戰略造成了重大的影響。在因特網有近60%的網頁服務器采用了Apache;使用Linux操作系統的用戶也超過了3000萬并且最近幾年這個數量也在快速的增長。電子郵件服務器Sendmaill、數據庫系統MySQL也應用在大量的服務器上。在前幾年風靡一時的微軟壟斷案中,微軟公司也把Linux操作系統等替代品的存在作為其不具有市場壟斷性的證據之一。
      
      模塊化是復雜系統的一個共同特征,這是各個不同學科的學者關注模塊化理論的關鍵所在。模塊化很多產生在高科技產業中,比如電腦產業就是一個典型的例子。一臺個人電腦由主板、顯示器、驅動器、應用軟件等組成,每個部分都自成一體而又相互緊密聯系。公司1964年推出的最早的模塊型電腦——360系統。在那之前,各主機制造商的各機型都有獨特的操作系統、處理器、周邊設備、應用軟件等。每當廠商進行技術革新推出新的電腦系統,都需要開發相應的軟件和零部件。終端用戶在更換新的電腦系統時,需要重新改寫原來的程序。為此,很多顧客對購買或租賃表現出消極的態度。360系統的設計者在設計過程中采用了模塊化原則,把處理器和周邊設備的設計信息分成“看得見”與“看不見”兩大類(Badwin,Clark,2000),構建了不同裝置的模塊互相交流信息的設計規則。散布于全世界的幾十個設計隊伍必須完全服從這些規則,各隊伍對模塊里“隱藏起來”的要素,即不影響其他模塊的要素具有完全的處理權。驅動器設計隊伍為了保證模塊能夠正確發揮作用,必須遵守數據傳輸的技術規格,硬件形狀尺寸規格等個人電腦的總體要求。然而除此之外,每個成員可以采用自己認為最合適的方法來設計驅動器系統。他們所做的判斷和其他模塊的設計者無關,也沒有必要和整個電腦系統的設計者和設計規則的決策者商量。其他競爭企業的驅動器設計隊伍,只要遵守明確的設計規則,也可以嘗試運用其他工藝方法來開發獨創性的驅動器。IBM引進這一方法后。使新系統(通過追加“模擬裝置”模塊)與現存的軟件之間有了兼容性,結果在該公司與客戶
      
      的交易以及資金方面都獲得了巨大的成功。
      
      模塊化的趨勢不僅體現在生產制造領域,而且體現在各種服務領域,特別是過程較容易分解的金融業。金融業的一個業務如證券組合管理包括了資產選擇、交易執行、產權轉讓、全權委托服務等內容。每個部分都可以很簡單的分開,交給不同的金融機構進行連貫操作,從而金融業者就不必對金融服務的全部過程負責。金融市場構建模塊類衍生產品是最為典型的模塊金融創新產品,通過遠期合約、期貨合約、期權合約、互換協議等具有良好構造能力的金融產品進行分解重組,可以產生種類繁多的創新組合,滿足不同投資者對風險、收益的不同偏好。同樣,銀行貸款也是一種將大額大風險的貸款項目分為不同金融機構共同承貸、共擔風險的金融創新產品。而金融控股公司則是一種模塊化的金融組織創新成果。母公司通過對子公司的控制進入不同的金融行業,子公司都具有獨立法人資格,構成集團公司內部不同的模塊,而每個子公司內部也有不同業務、區域功能模塊組成,母公司可以通過調整子公司的組成模塊實現全能化經營和集約化管理。
      
      四、結論與啟示
      
      第一,在基于模塊化的自由軟件開發過程中不但實現了勞動分工,而且同時也實現了勞動價值的分割。把一個系統分解成各個不同的子模塊,不同的開發者專注于對其中某一模塊的開發,一方面實現了勞動的分工,另一方面也提高了自由軟件開發的效率。基于模塊化的性質,每個模塊在開發出來以后都可以通過一個被稱作是內核的原系統進行信息交流,發揮整個模塊的功能,同時也并不會影響其他模塊功能的發揮。而且在各個不同的模塊整合在一起后,由于外部性的存在,會使整個系統增加的功能要超過該模塊本身的功能。在此過程中實現了價值的分割與整合。
      
      第二,對于開發者而言,基于模塊化的自由軟件開發具有更大的吸引力,其在參與開發過程中可以得到更高的期望收益。
      
      第三,在非模塊化的自由軟件開發過程中,存在著嚴重的“搭便車”現象,當一個開發者選擇參與開發,其余的開發者就會選擇“搭便車”,最終會導致軟件的供給不足;在基于模塊化的開發過程中,所有的開發者都更傾向于參與開發不同的模塊,從而實現整個系統的開發。這就為我們解決公共物品的私人提供問題提供了思路。
      
      隨著我國軟件產業的迅速發展,開發基于本國的操作系統具有重要的戰略意義。要全新開發一個操作系統,不管從效率,還是可行性上來講都有點不切實際。開放源代碼的自由軟件為我們提供了有效而又可行的捷徑。就像紅旗Linux這樣的操作系統,在我國的政府機關部門中已經占據了較大的市場份額。但是,自由軟件的開發需要一個溝通方便、規范的平臺,這是我國的主管部門需要關心的問題;開放源代碼的自由軟件開發也存在一定的弊端:缺少利潤激勵機制。為此,不管是行業協會還是政府部門都有責任建立一系列的規范機制,加大對自由軟件的投入。模塊化理論在諸如產業經濟學、供應鏈管理、工業工程、軟件工程、新產品開發等學科領域都得到了人們普遍的關注。但是,模塊化理論畢竟是最近幾年才開始蓬勃發展起來的理論,還不夠成熟,還需要對這一理論進行不斷的完善。
      
      第四,自由軟件的開發是一個不確定性、風險極高的R&D項目,本文在進行各項論述時,并沒有把不確定性這個變量考慮在內,這是以后需要繼續研究的課題。

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