基于重叠结构的知识演化研究

《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确指出“全面推进中国特色 国家创新体系建设”,科技创新已经成为国家科技发展的基本战略。科技创 新需要了解和把握现有领域的现状、趋势、结构、变化以及潜在的问题等,而 这些任务正是科技情报工作的职责所在,从而也凸显了科技情报工作的必 要性和重要性。 由于现代信息技术的飞速发展,科技情报工作面临机遇与挑战。一方 面,信息技术的发展、信息环境的变化为情报工作提供了许多工具与资源, 如数据挖掘与可视化技术为科学计量学的发展提高了数据处理的效率和质 量;另一方面,面对信息爆炸和情报不足并存的现象,如何有效利用海量信 息,是迫切需要解决的问题。另外,科学知识体系逐步庞大、细化,各类学科 之间相互交叉渗透、汇聚融合的频率增加,联系不断增强,这些都使得科技 情报研究的对象和需求日益复杂,因此,科学情报工作必须重视学科或领域 之间的知识演化关系的分析揭示。 在跨学科研究中,学科交叉点往往就是科学的生长点或新的科学前沿, 这里有可能产生重大的科学突破。因此,学科或领域间的交叉渗透可能 会对知识演化过程和演化关系造成重要的影响,揭示这种演化关系有可能 对研究交叉学科的形成和演变机制以及探索研究前沿的产生有一定的启示 作用,同时对科技创新也有重要的意义。目前的知识演化分析方法(如同被 基于重叠结构的知识演化研究 2 引分析方法、共词分析方法等)大多是将研究领域聚类划分,而现实的科学 网络或知识网络中,科学家、主题词汇或科技文献都可能同时属于多个学科 或研究领域(即本书所提的重叠结构)。因此,目前知识演化分析方法并不 能真实地反映科学网络或知识网络的特性。虽然跨学科研究(或交叉学科) 间接地体现重叠结构现象,但跨学科研究(或交叉学科)都是基于现有学科 分类进行的,而现有学科分类本身并不能实时地反映科学发展的状态。知 识结构中的重叠结构本身就是学科交叉的体现,探索从重叠结构的角度研 究学科或领域之间的交叉渗透,结合知识演化和跨学科研究优势,是一个值 得解决的问题。因此,揭示学科或领域之间的知识演化关系,发现可能的交 叉重叠及其影响因素和演化规律等,对于挖掘科研动态、发现潜在变化以及 规划科技创新具有重要的意义。 重叠现象并不是一种新现象,在模糊聚类分析和复杂网络中已有研究, 并且跨学科研究中的知识转移也间接地体现知识演化中的重叠现象。但对 于知识结构中重叠结构的形成过程及影响因素,重叠结构的时间演变特征 及重叠结构与学科交叉领域的关系并未有深入的研究。 本书的研究目标在于提出一种基于重叠结构的知识演化分析方法,利 用这种方法可以揭示科学研究中的重叠结构,并进一步深入地分析知识演 化过程中研究领域之间的交叉、渗透以及演化过程。研究内容主要涉及重 叠结构探测、重叠度计算、重叠结构动力学特性、重叠结构时间演变特征及 基于重叠结构的跨学科研究,其中重叠结构动力学、重叠结构时间演变特征 和基于重叠结构的跨学科研究是本书的研究重点,重叠结构探测和重叠度 计算是研究基础。 本书内容共分8章,主要内容如下: 第1章主要综述了知识演化研究现状。在知识演化分析中,多数研究 通常只关注知识演化分析的部分演化特征,特别是知识的新增、转移和扩散 在知识演化的研究中相对较多。我们通常所说的研究前沿的探测与分析, 实际上包含知识的新增和融合的演化特征,知识转移和知识传播则包含 前 言 3 着知识的转移、扩散及融合的相关特征。因此,本章主要从研究前沿探测、 知识转移和知识传播3个方面分析知识演化研究相关进展。 第2章主 要 介 绍 复 杂 网 络 中 重 叠 结 构 探 测 算 法 的 相 关 进 展 和 基 于 BGLL重叠探测算法的实现。重叠结构已成为社团结构探测研究中一个新 兴的研究方向,其探测算法主要分为两类:以非重叠社团结构探测算法为基 础的重叠社团结构探测算法和原生重叠社团结构探测算法。由于前一种方 式可以充分利用现阶段秀的、的社团结构探测算法,因此本章对优 秀的社团结构探测算法 BGLL算法进行改进,实现了重叠结构探测。 第3章主要内容是社团重叠度计算。社团重叠度是重叠结构中的基础 指标,其可以反映社团间的相似程度和关系远近,直接影响知识结构的表 现。目前的重叠社团结构研究对重叠度计算仅考虑了节点数,不能反映出 重叠节点与关联社团的链接强度及链接强度差异对重叠度的影响。本章提 出了一种综合的、可以反映重叠节点数、重叠节点对关联社团贡献程度和重 叠节点对关联社团贡献程度差异的重叠度计算方法。 第4章主要探索重叠结构动力学特性。重叠动力学指重叠结构的形成 过程及影响因素。重叠结构的形成可能是由于一个社团借用(或引入)另一 个社团的理论或方法,也有可能是综合多个社团的理论和方法构建一个新 框架而形成的。当然,在重叠结构的形成过程中,可能涉及时间、主题、机 构、地区等多种因素,本书从重叠方向、重叠速度和知识流动3个方面考虑。 ①重叠方向:重叠方向指重叠区域由一个社团转移至另一个社团或多个社 团主题流向重叠区域所表现出来的方向特性。本书提出同被引时间差来探 测重叠方向,即根据重叠区域与不同关联社团发生同被引关系的时间分布 来判断重叠方向。②重叠速度:重叠结构的形成有一定的过程,不同重叠结 构的形成可能有不同的能量。这种能量体现重叠结构形成速度的快慢,即 重叠速度。本书定义重叠速度指标来表示重叠结构形成的快慢。③重叠结 构中的知识流动:重叠结构中的知识流动指重叠结构中各关联社团之间的 知识融汇和交互过程。重叠主题有可能是关联社团中的某一个社团贡献 基于重叠结构的知识演化研究 4 的,也有可能是多个社团共同贡献的。知识流动可以揭示出重叠结构是由 哪些主题构成的,这些主题是从一个社团流向另一个社团还是多个社团流 向重叠区域。本书定义了重叠主题关联差异度来判断重叠结构中的知识 流动。 第5章主要探讨重叠结构时间演变特征。重叠结构的时间演化特征主 要揭示不同时间窗中重叠结构的变化情况。重叠结构的时间演变特征可能 有:①新重叠结构的出现:指重叠结构在前一个时间窗中找不到匹配的重叠 结构。这种变化可能意味着一个新的交叉领域的产生和形成。②显著变化 的重叠结构:指重叠度发生显著变化的重叠结构,这种变化可能意味着一个 交叉领域的发展趋势。③重叠结构消失:指前一时间窗中的重叠结构在下 一时间窗找不到匹配的重叠结构,重叠结构可能融入下一时间窗中的某个 或某些社团,或者重叠结构独立发展成为一个社团。这种变化可能意味着 一个交叉领域的成熟。由于重叠结构中重叠节点的变化与重叠结构的变化 有密切关系,本书尝试通过重叠结构中重叠节点的演变来探测重叠结构的 演变特征。 第6章主要分析重叠结构与跨学科研究的关系。知识结构中的重叠结 构本身就是学科交叉的体现,因此,从重叠结构的角度研究学科或领域之间 的交叉渗透具有天然的优势。本章通过构建 ESI(EssentialScienceIndicators)高被引论文的同被引网络,利用改进 BGLL算法实现了重叠结构探测, 并结合 Guimera和 Amaral定义的 Hub节点指标,进一步分析了具有跨学 科属性的重叠关系链接。研究表明,重叠结构可以直观地反映学科交叉的 主题,并可以用于分析和探测潜在的跨学科领域。 第7章主要利用重叠结构分析农业学科群主题结构构建及领域交叉特 性。本章选择 ESI学科分类中与农业紧密相关的农业科学、动物与植物科 学和环境与生态科学3个学科的 ESI高被引论文构建农业学科群的引文网 络,利用改进的 BGLL算法获取农业学科群的主题结构。同时,根据第6章 提出的学科交叉领域识别方法,在农业学科群主题结构的基础上,筛选重要 前 言 5 的跨学科重叠关系链接,并进一步比较分析跨学科重叠关系链接的形成及 合理性,为发现新的交叉领域提供了可能。后,本研究进一步比较分析农 业学科群主题结构与中国农业大学学科布局,揭示中国农业大学在农业学 科群中的优势领域和未涉及的重要领域。 第8章对本书的研究进行总结和展望。概括性地介绍取得的研究成 果、创新之处、研究存在的问题、不足及后续工作,后就基于重叠结构的知 识演化分析方法在应用中可能存在的问题进行讨论。 本书由国家社会科学基金项目“跨学科研究影响力的计量分析研究” (批准号:15BTQ070)、*人文社科青年项目“基于重叠结构的学科交叉 演化研究”(批准号:13YJC870001)、大北农青年学者研究计划“农业学科群 中交叉领域探测及分析研究”(批准号:3801-2413001)资助。 后特别指出,本书的内容有部分来源于我的博士学位论文,在此对给 予我悉心指导的博士生导师张晓林教授致以诚挚的谢意! 同时,我还要 感谢给予我指导和帮助的老师和同学们,感谢冷伏海教授、金碧辉教授、张 智雄教授、李广建教授、孟连生教授等各位老师提供的建议,感谢中国科学 院科技战略咨询研究院的王小梅研究员,中国科学院文献情报中心韩涛副 研究员,是他们指引我进入情报研究这个原本陌生的学科领域,为我提供了 良好的工作环境和丰富的科研实践机会;感谢中国农业大学图书馆馆长何 秀荣教授、副馆长左文革教授以及信息服务部全体同事的支持和帮助;感谢 我的妻子何欣和女儿陈若溪(DorothyChen),是她们给了我一个图书馆馆 员从事情报学研究的支柱和动力。 陈仕吉 2018年1月于北京海淀

本书提出一种基于重叠结构的知识演化分析方法,利用这种方法可以揭示科学研究中 的重叠结构,有助于深入地分析知识演化过程中研究领域之间的交叉、渗透以及演化过程。 本书首先综述了知识演化分析及基于复杂网络的重叠结构探测算法的研究进展,提出基于 BGLL的重叠结构探测算法,并进一步对知识网络中涉及的社团重叠度、重叠结构动力学特 性、重叠结构时间演变特征及基于重叠结构的跨学科领域监测展开较为深入的研究,通过重 叠结构动力学特性和演变特征的研究,验证了基于重叠结构的知识演化分析方法用于分析 学科或领域间交叉渗透的可行性。

本书提出一种基于重叠结构的知识演化分析方法,利用这种方法可以揭示科学研究中 的重叠结构,有助于深入地分析知识演化过程中研究领域之间的交叉、渗透以及演化过程。 本书首先综述了知识演化分析及基于复杂网络的重叠结构探测算法的研究进展,提出基于 BGLL的重叠结构探测算法,并进一步对知识网络中涉及的社团重叠度、重叠结构动力学特 性、重叠结构时间演变特征及基于重叠结构的跨学科领域监测展开较为深入的研究,通过重 叠结构动力学特性和演变特征的研究,验证了基于重叠结构的知识演化分析方法用于分析 学科或领域间交叉渗透的可行性。