希望對大家了解我國科研人員近年來(lái)知識圖譜的應用現狀有點(diǎn)幫助。
國內知識圖譜應用概述
摘 要 近年來(lái)我國研究人員對科學(xué)知識圖譜的應用研究不斷增多，本文從應用領(lǐng)域、數據來(lái)源、研究方法與技術(shù)、研究應用目標等方面對我國目前知識圖譜應用情況作出簡(jiǎn)要描述，并指出當前研究中存在的一些問(wèn)題。
關(guān)鍵詞 科學(xué)知識圖譜 應用研究
知識圖譜，或科學(xué)知識圖譜，是顯示科學(xué)知識的發(fā)展進(jìn)程與結構關(guān)系的一種圖示。隨著(zhù)科學(xué)計量學(xué)從數學(xué)表達方式揭示科學(xué)知識及其活動(dòng)規律轉向圖形表達方式，知識地圖從顯示科學(xué)知識地理分布轉向展現知識結構關(guān)系與演進(jìn)規律，科學(xué)知識圖譜悄然興起[1]。近年來(lái)，科學(xué)知識圖譜在我國的應用研究及實(shí)證研究不斷涌現，本文將對這些研究作出簡(jiǎn)要概括，描述我國近年來(lái)科學(xué)知識圖譜應用現狀。
1 科學(xué)知識圖譜概述
“圖譜”是指進(jìn)過(guò)系統編輯并根據實(shí)物描述或攝制的圖，是研究某一學(xué)科所用的資料?！皥D譜”中的“圖”指的是地圖，“譜”指系統，圖與譜合一則是空間與時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的統一表述。圖譜主要表現事物和現象的形態(tài)結構、成因機制、組成物質(zhì)、動(dòng)態(tài)變化等綜合性、復雜性規律，往往以系列圖的形式表示時(shí)空動(dòng)態(tài)變化[2]。
知識圖譜（Mapping Knowledge Domain），也被稱(chēng)為科學(xué)知識圖譜、知識域可視化或知識域映射地圖，是顯示科學(xué)知識的發(fā)展進(jìn)程與結構關(guān)系的的一系列各種不同的圖形。它用可視化技術(shù)描述知識資源及其載體，挖掘、分析、構建、繪制和顯示知識及它們之間的相互聯(lián)系[3]。文獻[4]也將科學(xué)知識圖譜譯為Scientific Knowledge Map，在上述概念的基礎上認為科學(xué)知識圖譜可以在組織內創(chuàng )造知識共享的環(huán)境，從而最終達到促進(jìn)知識交流和研究深入的目的。
具體來(lái)說(shuō)，知識圖譜是把應用數學(xué)、圖形學(xué)、信息可視化技術(shù)、信息科學(xué)等學(xué)科的理論與方法與計量學(xué)引文分析、共現分析等方法結合，用可視化的圖譜形象地展示學(xué)科的核心框架、發(fā)展歷史、前沿領(lǐng)域以及整體知識架構的多學(xué)科融合的一種研究方法。它把復雜的知識領(lǐng)域通過(guò)數據挖掘、信息處理、知識計量和圖形繪制而顯示出來(lái)，揭示知識領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)發(fā)展規律，為學(xué)科研究提供切實(shí)的、有價(jià)值的參考[3]。
知識圖譜的起源與發(fā)展源于引文分析理論、復雜網(wǎng)絡(luò )系統、社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析的興起以及信息可視化提供的技術(shù)支持[5]。其理論基礎有文獻計量學(xué)方法、科學(xué)計量學(xué)方法、信息計量學(xué)方法、引文分析、詞頻分析、社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析、多元統計分析等理論，包括傳統科學(xué)計量圖譜、三維構型圖譜、多維尺度圖譜、社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析圖譜、自組織映射圖譜、尋徑網(wǎng)絡(luò )圖譜、共被引網(wǎng)絡(luò )圖譜等多種類(lèi)型，其構建過(guò)程中常用軟件包括Bibexcel、CiteSpace、HistCite、SPSS、Wordsmith Tools、Ccmatrix[6]、Wordstat、Thomson Data Analyzer、SCI-Map、VxInsight、Pajek、Ucinet、Netdraw、Visio、MainMapper等。
2 國內知識圖譜應用
完備的知識圖譜應用流程通常應包含以下步驟：確定知識領(lǐng)域；收集數據；提取研究領(lǐng)域術(shù)語(yǔ)；時(shí)區分割；閾值選擇；精簡(jiǎn)和合并；顯示；可視檢測；驗證關(guān)鍵點(diǎn)[7]。文獻[8]從數據挖掘的思想出發(fā)，將其分為數據收集、數據預處理、數據計算、繪制圖譜、研究報告形成五個(gè)主要部分。本文將圍繞這一系列步驟，從應用領(lǐng)域、數據來(lái)源、研究方法與技術(shù)、研究應用目標等方面對我國目前知識圖譜應用情況作出簡(jiǎn)要描述。
2.1 應用知識領(lǐng)域
文獻[4]認為，科學(xué)知識圖譜的應用領(lǐng)域很廣，已經(jīng)滲透到科研、教育及社會(huì )問(wèn)題的解決等領(lǐng)域。綜觀(guān)我國研究人員對知識圖譜的應用，主要集中在以下領(lǐng)域：（見(jiàn)表1）
表一 我國知識圖譜應用領(lǐng)域分布
領(lǐng)域 | 研究實(shí)例內容 | 領(lǐng)域 | 研究實(shí)例內容 |
圖書(shū)館學(xué)情報學(xué) | 情報學(xué) | 經(jīng)濟與管理 | 國際技術(shù)創(chuàng )新理論 |
國際“專(zhuān)利信息”研究 | 國際創(chuàng )新管理 | ||
國際競爭情報 | 創(chuàng )新理論研究 | ||
圖書(shū)情報學(xué) | 企業(yè)風(fēng)險管理 | ||
國內圖書(shū)情報界 | 國際旅游 | ||
國際競爭情報研究 | 區域創(chuàng )新系統研究 | ||
國際信息資源管理研究 | 我國生態(tài)可持續發(fā)展領(lǐng)域研究 | ||
知識管理 | 教育 | 工程教育 | |
國外知識管理領(lǐng)域流派研究 | 醫學(xué)文獻檢索課程改革研究 | ||
科技情報 | 研究生教學(xué) | ||
引文分析 | 具體學(xué)科應用 | 地學(xué) | |
科學(xué)計量學(xué) | 科學(xué)計量學(xué) | 詢(xún)證醫學(xué) | |
知識計量學(xué) | 醫學(xué)文獻分析 | ||
國內外科學(xué)計量學(xué)元研究 | 國際生物制氫研究 | ||
科學(xué)計量學(xué)進(jìn)展 | 農史學(xué)科學(xué)科關(guān)系 | ||
科學(xué)計量學(xué)家研究 | 國際奧林匹克運動(dòng)研究 | ||
科學(xué)學(xué) | 中國科學(xué)學(xué)歷程 | 中國力學(xué) | |
科學(xué)傳播研究 | 農業(yè)信息分析 | ||
技術(shù)預見(jiàn) | 期刊 | 美國《科學(xué)哲學(xué)》 | |
教育學(xué)科卓越科研機構描繪 | 《情報科學(xué)》 | ||
科學(xué)基金資助監管 | |||
國家科技人力資源研究 | |||
科學(xué)傳播熱點(diǎn) | |||
學(xué)科發(fā)展監測與評價(jià) | |||
遼寧高校自然科學(xué)分布 |
可見(jiàn)，我國研究人員對知識圖譜的應用類(lèi)型眾多，涉及不同學(xué)科、行業(yè)，但主要也分為科研、教育、社會(huì )問(wèn)題解決三大范疇，其中以圖書(shū)館學(xué)情報學(xué)、科學(xué)學(xué)及經(jīng)濟管理領(lǐng)域的應用居多。
2.2 數據來(lái)源
通過(guò)表1可以發(fā)現，我國研究人員在具體應用知識圖譜的過(guò)程中，視角有所不同。一些研究人員側重分析整個(gè)國際或國外某一學(xué)科領(lǐng)域，其他部分研究人員注重對國內或國內某一地區的某一學(xué)科領(lǐng)域。因此，其數據來(lái)源有所區分。經(jīng)過(guò)對文獻的梳理發(fā)現，國際或國外研究的數據多來(lái)自于SCI（科學(xué)引文索引）、SSCI（社會(huì )科學(xué)引文索引）、A&HCI（藝術(shù)與人文引文索引）、ISTP（國外科學(xué)與技術(shù)會(huì )議）幾大數據庫或其收錄的核心期刊；國內研究，部分基于SCI及SSCI數據庫中我國研究人員的文獻，部分則是通過(guò)對CNKI（中國知網(wǎng)）檢索數據或是CSSCI（中文社會(huì )科學(xué)引文索引）數據庫收錄的核心期刊的文獻。
2.3 研究方法與技術(shù)手段
2.3.1 研究方法
（1）文獻計量分析
文獻計量分析作為傳統的信息描述統計方法，主要有基于時(shí)間、期刊、作者、機構、地區或國家的分布幾種類(lèi)型。我國研究人員在分析過(guò)程中，以上分布類(lèi)型均有涉及，其中以對文獻的期刊分布的研究居多。如，劉則淵等在對三十年中國科學(xué)學(xué)主題文獻進(jìn)行可視化分析的過(guò)程中，顯示了科學(xué)文獻的時(shí)序分布、期刊分布和作者分布[9]；高勁松等在國際“專(zhuān)利信息”研究熱點(diǎn)的揭示中采用了時(shí)序分布及國家分布[10]；而王琪等在應用知識圖譜研究國際奧利匹克運動(dòng)的現狀與發(fā)展趨勢時(shí)，采用的文獻的機構分布[11]。
（2）引文分析與共被引分析
引文分析的作用在于，通過(guò)引文的網(wǎng)狀關(guān)系研究，能夠探明有關(guān)學(xué)科間的關(guān)系和某些發(fā)展規律。共被引分析是一種重要的關(guān)聯(lián)分析方法，可以區分為著(zhù)者共被引、期刊共被引及學(xué)科共被引。
著(zhù)者共被引分析。通過(guò)著(zhù)者共被引分析，可以揭示學(xué)科專(zhuān)業(yè)人員之間的聯(lián)系和結構特點(diǎn)，進(jìn)而反映其從事的學(xué)科專(zhuān)業(yè)之間的關(guān)系及變化趨勢。趙勇，沙勇忠通過(guò)對24種情報學(xué)核心期刊引文的著(zhù)者共引分析繪制情報學(xué)研究的知識圖譜，并據此確定國際情報學(xué)研究熱點(diǎn)[12]。此外，沈建通、宋慧林、徐振亮、孫毅等各自采用著(zhù)者引文分析方法在詢(xún)證醫學(xué)、旅游、創(chuàng )新管理、工程教育多個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展了知識圖譜應用[13-16]。
期刊共被引分析。期刊共被引分析能夠揭示學(xué)科期刊之間的相互關(guān)系及結構特征，同時(shí)可以通過(guò)期刊共引關(guān)系判斷某些期刊的專(zhuān)業(yè)范疇、幫助確定學(xué)科的核心期刊。蔣春林、趙勇、秦長(cháng)江、孫毅、侯海燕等分別使用期刊引文分析的方法就我國生態(tài)可持續發(fā)展領(lǐng)域、圖書(shū)情報領(lǐng)域、農業(yè)史學(xué)科、工程教育、國際科學(xué)計量學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)展相關(guān)知識圖譜的繪制[6,16-18]。
學(xué)科共被引分析。通過(guò)學(xué)科共被引，能夠揭示不同學(xué)科之間的交叉關(guān)系與依賴(lài)關(guān)系，反映學(xué)科體系的學(xué)科構成與結構特征。不過(guò)，目前國內研究人員在知識圖譜應用過(guò)程中較少采用這種分析方式，在筆者查閱的文獻中尚未出現這方面的實(shí)例。
引薦分析。引薦分析法是鄭州大學(xué)的周春雷在改進(jìn)引文分析法的基礎上提出的一種創(chuàng )新的情報學(xué)研究方法。周春雷將其命名為“基于h指數的專(zhuān)家引薦分析法”，其思路是：層層選舉，即首先由領(lǐng)域內全體作者通過(guò)引文進(jìn)行投票，采用h指數遴選出高影響力作者（即專(zhuān)家），然后得出專(zhuān)家頻繁引用的人（即專(zhuān)家眼中的同行），最后匯總全部信息，運用網(wǎng)絡(luò )分析法和可視化方法勾勒出領(lǐng)域內具有較大學(xué)術(shù)影響力的學(xué)者群體?；趪鴥葓D情領(lǐng)域的引薦分析實(shí)證研究，認為可以勾勒學(xué)科內各研究領(lǐng)域的聚集情況，從而發(fā)現本領(lǐng)域的新秀、其他領(lǐng)域有影響力的研究者及國外專(zhuān)家[19]。這種新型思路值得我國研究人員借鑒思考。
（2）詞頻分析與共詞分析
詞頻分析法的基本原理在于通過(guò)一個(gè)詞出現頻次的多少的變化，來(lái)確定熱點(diǎn)及其變化的趨勢。共詞分析中的“詞”可以是“關(guān)鍵詞”、“作者”、“作者機構”、“參考文獻”等，對這些詞分別進(jìn)行統計并繪制知識圖譜可以分別反映出該學(xué)科或機構的研究主題結構、作者合作網(wǎng)絡(luò )、機構合作網(wǎng)絡(luò )、地區合作網(wǎng)絡(luò )、學(xué)科知識結構來(lái)源等情況。
湯建民在基于文獻計量的卓越科研機構描繪研究中，以國內教育學(xué)科為例，采用了詞頻分析以及高頻作者統計及高產(chǎn)作者合作網(wǎng)絡(luò )等方法來(lái)繪制知識圖譜，評價(jià)卓越科研機構[20]。高勁松在研究國際“專(zhuān)利信息”研究熱點(diǎn)的過(guò)程中，亦采用的詞頻分析的方法特別是高頻關(guān)鍵詞分析[10]；同時(shí)，王琪在繪制國際奧林匹克運動(dòng)研究的知識圖譜中夜采用了高頻關(guān)鍵詞的分析[11]。共詞分析中，較多使用的是關(guān)鍵詞共現分析的方法，如姜春林、劉則淵、杜廣強、段慶鋒等人的研究[6,9,21,22]。對于學(xué)科共現分析及其他合作網(wǎng)絡(luò )的的繪制較少，屈天鵬在基于SCI數據繪制遼寧高校自然科學(xué)學(xué)科分布時(shí)采用了學(xué)科共現分析方法[23]。
（3）多元統計分析
多元統計分析是對若干（可能）相關(guān)的隨機變量的觀(guān)測值的分析。其特征在于降維技術(shù)，包括因子分析、多維尺度分析和聚類(lèi)分析[5]。因子分析通常采用主成分方法和方差極大正交旋轉；聚類(lèi)分析一般采用層次聚類(lèi)，選擇離差平方和法與歐氏距離平方法；多維尺度分析通常生成二維體系圖[17]。由于SPSS軟件的強大功能，對于多元統計分析方法的使用多數采用此軟件，國內研究人員在其具體研究過(guò)程中并無(wú)較大分別。
（4）社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析
社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析是人、集團、組織或其他信息與知識處理實(shí)體的關(guān)系和流動(dòng)的映射和測量。社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析可以為任何共同體構建一個(gè)社會(huì )網(wǎng)絡(luò )，其主要分析指標有緊密性、中介性、中心性、橋、簇、團、叢等，通過(guò)社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析中的相關(guān)概念可以找出具有重要地位的作品作者或是關(guān)鍵詞及學(xué)科力量與群體分布情況[5]。
我國研究人員在知識圖譜的實(shí)際繪制過(guò)程中，社會(huì )網(wǎng)絡(luò )圖譜的繪制并無(wú)原理上的分別，所不同的是其使用的具有社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析功能的工具與軟件，這將在下一部分介紹。所構建的社會(huì )網(wǎng)絡(luò )，按其節點(diǎn)代表的不同計量指標，可分為關(guān)鍵詞共現網(wǎng)絡(luò )、作者合作網(wǎng)絡(luò )、機構合作網(wǎng)絡(luò )、地區合作網(wǎng)絡(luò )、學(xué)科結構網(wǎng)絡(luò )等。如姜春林在我國生態(tài)可持續發(fā)展研究中綜合使用了作者合作、省區合作等[6]；劉則淵在繪制我國30年來(lái)科學(xué)學(xué)發(fā)展歷程的知識圖譜時(shí)，采用關(guān)鍵詞共現網(wǎng)絡(luò )[9]。
2.3.2 研究工具與軟件
繪制知識圖譜常用的工具與軟件可按其分析方法與階段的不同，分為以下幾類(lèi)：引文分析軟件、詞頻分析軟件、多元統計分析軟件、社會(huì )網(wǎng)絡(luò )軟件。
（1） 引文分析軟件。我國研究人員使用較多的詞頻分析軟件主要有Bibexcel、CiteSpace，Thomson Data Analyzer。此外，國際上常用的引文分析軟件還有HistCite。
（2） 詞頻分析軟件。國內研究人員使用較多的是Wordsmith Tools，國外學(xué)者通常還使用另一款名為WordStat的軟件。
（3） 多元統計分析軟件。通常均為SPSS軟件。
（4） 社會(huì )網(wǎng)絡(luò )分析軟件。主要為Pajek與Ucinet兩種。
2.4 研究應用目標
文獻[3]從理論上做出分析，認為知識圖譜的主要應用包括：（1）從事科學(xué)技術(shù)活動(dòng)的學(xué)術(shù)共同體和作為其知識載體的網(wǎng)絡(luò )；（2）某一學(xué)科主要研究領(lǐng)域之間的內部聯(lián)系，各研究領(lǐng)域之間的知識輸入與知識輸出；（3）研究主題的衍生、滲透于擴散趨勢；（4）學(xué)科領(lǐng)域內顯性或編碼化的知識（作者、專(zhuān)利、期刊和其他出版物）之間的關(guān)系；（5）科學(xué)社會(huì )網(wǎng)絡(luò )（科學(xué)合作網(wǎng)絡(luò )）等。
本文將國內研究人員在知識圖譜應用中期望達到的目標，做了簡(jiǎn)單歸納如下：
（1）明晰學(xué)科基本框架。包括揭示學(xué)科結構、學(xué)科屬性、學(xué)科地位。
（2）探究學(xué)科研究?jì)热?。包括主要研究領(lǐng)域，核心研究領(lǐng)域，相關(guān)研究領(lǐng)域，前沿與熱點(diǎn)領(lǐng)域。
（3）描述學(xué)科研究人員。包括學(xué)術(shù)代表人物，主流學(xué)術(shù)研究群體，主要研究機構以及學(xué)科力量分布，確定核心期刊。
（4）預測學(xué)科研究進(jìn)展。包括學(xué)術(shù)前沿，發(fā)展趨勢，學(xué)科進(jìn)化信息，發(fā)展規律，尋找學(xué)科盲點(diǎn)等。
（5）揭示學(xué)科間關(guān)系。揭示學(xué)科與相鄰學(xué)科間關(guān)系，確定學(xué)科群，確定相關(guān)學(xué)科等。
（6）面向實(shí)際應用。如用于決策支持[8]、技術(shù)預見(jiàn)[24]、科研基金資助監測[22]等。
3 總結與討論
我國知識圖譜的研究起步較晚，缺乏對知識圖譜理論的系統的研究，目前主要以應用為主。知識圖譜應用近年來(lái)在我的應用迅速增多，其文獻分布于不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的期刊，實(shí)際應用中涉及的學(xué)科范圍較廣，涵蓋了自然科學(xué)領(lǐng)域及社會(huì )科學(xué)領(lǐng)域的的部分學(xué)科，并有不斷朝其他學(xué)科滲透的趨勢。對繪制知識圖譜，并基于知識圖譜進(jìn)行情報研究目前已形成了一套較為成熟的方法。
我國知識圖譜應用不斷涌現的過(guò)程中，暴露出了存在的一些問(wèn)題：
（1）主要將知識圖譜作為一個(gè)工具應用于各個(gè)領(lǐng)域，應用研究的理論基礎薄弱，缺乏理論上的實(shí)證分析[4]。
（2）國內繪制知識圖譜通常采用國外已成熟的傳統方法，研究手段和方法滯后，缺乏對先進(jìn)技術(shù)與方法的研究。如尋徑網(wǎng)絡(luò )、自組織特征映射、力矢量布局算法、潛在語(yǔ)義算法、最小生成樹(shù)算法、三角測量等較為先進(jìn)的映射技術(shù)在國外已有實(shí)驗報道，但在國內除尋徑網(wǎng)絡(luò )的方法外僅有簡(jiǎn)單評介[3]。
（3）知識圖譜應用過(guò)程中使用的工具與軟件，多為國外開(kāi)發(fā)，要求的數據格式與國內主要數據庫有差別，軟件對中文處理的支持差。
雖然存在這些問(wèn)題，但當前我國知識圖譜的研究中還是有一些喜人之處的。鄭州大學(xué)的周春雷提出的“引薦分析法”，可以認為是我國研究人員對引文分析、知識圖譜理論的新貢獻。武漢大學(xué)的沈陽(yáng)領(lǐng)導的ROST虛擬學(xué)習團隊開(kāi)發(fā)的ROST內容挖掘系統是對基于中文的數據挖掘、知識發(fā)現的極大技術(shù)支持[25]。該款軟件對中文支持力度好，且功能豐富，包括分詞、字頻分析、詞頻分析、社會(huì )網(wǎng)絡(luò )與語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò )分析、情感分析、流量分析、相似分析、聚類(lèi)分析、分類(lèi)分析、微博分析、期刊分析、標簽云等一系列情報分析及可視化功能。
為保證我國科學(xué)知識圖譜研究得以發(fā)展，不斷推進(jìn)理論研究與創(chuàng )新及技術(shù)革新，應是我國科學(xué)知識圖譜研究人員今后研究的重點(diǎn)與方向。
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