科研論文合著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及演化范文

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《系統(tǒng)管理學(xué)報(bào)雜志》2014年第三期

1數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

1．1數(shù)據(jù)搜集與處理從中國(guó)期刊網(wǎng)（CNKI）全文數(shù)據(jù)庫(kù)、ACS、BIOSISPreviews以及S大學(xué)網(wǎng)上人事考核系統(tǒng)，搜集S大學(xué)D學(xué)院教師于1998～2009年發(fā)表的期刊合著論文997篇，其中不包括獨(dú)著、與非本學(xué)院教師合作論文、會(huì)議論文與專利。每篇論文合著人數(shù)為2～5名，比例分別為64．62％、27．34％、7．64％、0．40％。1998～2009年D學(xué)院教師共174名，分別從1～174進(jìn)行編號(hào)，涉及合作者共129名。D學(xué)院3個(gè)系分別為化學(xué)系（記為A）、生物系（記為B）和環(huán)境工程系（記為C），參與合著的教師A系59名、B系61名、C系9名。包括了整個(gè)學(xué)院超過(guò)74％的教師，可以看成學(xué)科群的主要部分，對(duì)這一網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，可以刻畫(huà)出整個(gè)學(xué)科群的結(jié)構(gòu)特征。建立D學(xué)院教師和論文數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)每篇合著論文的作者情況，在Excel中按照年份建立合作關(guān)系鄰接表，使用Matlab轉(zhuǎn)化成鄰接矩陣，采用Ucinet及NetDraw軟件繪制網(wǎng)絡(luò)圖，并結(jié)合Matlab計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指標(biāo)，與學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及主要學(xué)科帶頭人確認(rèn)實(shí)證結(jié)果，通過(guò)深入的訪談以了解影響合著網(wǎng)絡(luò)演化的主要因素。

1．2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以n＝129名教師為頂點(diǎn)，以年為單位，結(jié)合每篇合著論文中出現(xiàn)的所有教師，任意2名教師i、j所在行列交叉處各增加1條邊，構(gòu)造當(dāng)年加權(quán)合著網(wǎng)絡(luò)Gwt＝（gwij（t）），t＝1998，…，2009。逐年累積后可形成累積加權(quán)網(wǎng)絡(luò)Awt＝（awij（t）），t＝1998，…，2009。對(duì)Gwt和Awt分別進(jìn)行閥值運(yùn)算。若gwij（t）＞0，則gij（t）＝1；否則，gij（t）＝0，可得到當(dāng)年無(wú)權(quán)矩陣Gt＝（gij（t））；若awij（t）＞0，則aij（t）＝1；否則，aij（t）＝0，可得到累積無(wú)權(quán)矩陣At＝（aij（t））。所有網(wǎng)絡(luò)均為無(wú)向網(wǎng)絡(luò)，無(wú)權(quán)矩陣表示i、j之間有無(wú)合作關(guān)系，加權(quán)網(wǎng)絡(luò)表示i、j之間合作多少次，2個(gè)頂點(diǎn)間的邊記為（i，j）。

2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征

2．1度特征頂點(diǎn)i的度ki（加權(quán)度wi）為與i相鄰的邊的條數(shù)，即頂點(diǎn)擁有的聯(lián)系數(shù)或鄰居數(shù)，可直觀反映頂點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的核心性和重要性。

2．2連通性網(wǎng)絡(luò)中能夠相互可達(dá)的頂點(diǎn)組成聯(lián)通分量，C為聯(lián)通分量個(gè)數(shù)，其中，頂點(diǎn)數(shù)最多的稱為最大聯(lián)通分量或巨元組（GC）。常用頂點(diǎn)間相互可達(dá)程度及所需最少步數(shù)（即距離）刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)連通程度，頂點(diǎn)i和j間的距離記為dij。對(duì)于連通網(wǎng)絡(luò)。

2．3頂點(diǎn)與邊的顯著性頂點(diǎn)和邊在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置不同所導(dǎo)致地位或作用的重要程度［18］稱為顯著性，可用中心性指標(biāo)、聚集系數(shù)和邊中間度來(lái)刻畫(huà)。度中心性指每個(gè)頂點(diǎn)的度占最大可能度的比例，記為Cid＝di／（n－1），Cid比ki更能反映頂點(diǎn)的顯著性［17］。接近中心性考察某個(gè)頂點(diǎn)與其他頂點(diǎn)的距離有多短，距離短的頂點(diǎn)越多，說(shuō)明這一頂點(diǎn)與其他許多頂點(diǎn)都“接近”，在整體中的中心性高。

2．4網(wǎng)絡(luò)緊湊性與傳遞性緊湊性指頂點(diǎn)間聯(lián)系的多少，以及網(wǎng)絡(luò)能夠在多大程度上圍繞某些特定點(diǎn)組織起來(lái)的特征，可用網(wǎng)絡(luò)密度和網(wǎng)絡(luò)中心勢(shì)來(lái)描述［18］。網(wǎng)絡(luò)密度D＝m／［n（n－1）］指網(wǎng)絡(luò)中所擁有的邊數(shù)占最多擁有的邊數(shù)的比例，表明成員之間的關(guān)系密切程度。根據(jù)頂點(diǎn)的不同中心性指標(biāo)，分別定義度中心勢(shì)、接近中心勢(shì)和中間中心勢(shì)來(lái)反映網(wǎng)絡(luò)凝聚力的大小。

2．5層次性可以用社群分析和k－核分析來(lái)討論網(wǎng)絡(luò)的層次性。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出社群結(jié)構(gòu)，即組內(nèi)密度高、組間密度低的現(xiàn)象。有多種方法劃分社群［20－22］，通常采用Newman等［23－24］提出的快速算法。定義Q＝∑i（eii－a2i），其中：eii為社群i內(nèi)部聯(lián)系數(shù)；eij為社群i、j之間的聯(lián)系；ai＝∑jeij。Q＞0．3時(shí)，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)有明顯社群特征。擁有至少k個(gè)鄰居的頂點(diǎn)組成的子網(wǎng)絡(luò)稱為k－核心網(wǎng)絡(luò)，使用k－核分析可以發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的高凝聚力區(qū)域，k－核塌縮是網(wǎng)絡(luò)核心涌現(xiàn)的過(guò)程，塌縮序列指k值增加1時(shí)損失的頂點(diǎn)數(shù)與比例。

3靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析

3．1整體網(wǎng)絡(luò)特征整體特征主要涉及網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、緊湊性和連通性。表1列出了A2009整體特征。由表1可知，平均每個(gè)頂點(diǎn)與5～6個(gè)頂點(diǎn)合作過(guò)，平均合作次數(shù)為30～31次，網(wǎng)絡(luò)密度不高，緊湊性較低，傳遞性一般，距離分布中3出現(xiàn)的頻率最大，任意2個(gè)頂點(diǎn)平均通過(guò)3～4個(gè)頂點(diǎn)可達(dá)，網(wǎng)絡(luò)不具有小世界特征。

3．2社群分析使用Girvan－Newman快速算法對(duì)A2009劃分子群，Q＞0．3時(shí)，可劃分為5～58個(gè)社區(qū)（Q值從0．328～0．502，Q值為0．502時(shí)分為11個(gè)社群）。說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)存在明顯的社群結(jié)構(gòu)，學(xué)科群雖然初步形成，但研究領(lǐng)域有待凝聚。圖1為A2009被劃分為5個(gè)社群（Q＝0．449）時(shí)的情況。圖1中，出現(xiàn)A系和B系2個(gè)大的學(xué)科群，但A43、A53、A126和A27、A59、A72與其他部分相對(duì)獨(dú)立，C系通過(guò)B165和B166這2個(gè)頂點(diǎn)與B系連接，B153屬于A系為主的學(xué)科群。當(dāng)劃分為11個(gè)社群時(shí)，A2、A45和A51通過(guò)B162與B系其他4個(gè)頂點(diǎn)形成一個(gè)子群。說(shuō)明學(xué)科主要以系為單位，已初步形成跨學(xué)科合作，但未成為主流。表2共包括23個(gè)頂點(diǎn)，其中14個(gè)頂點(diǎn)屬于A系，9個(gè)頂點(diǎn)屬于B系。A6、A10、A15、A18、A42、B85、B153和B164等8個(gè)頂點(diǎn)3種中心性都很高。12條中間度大的邊中，有6條（A5－B164，A10－B164，A13－B164，A13－－B95，A45－B162，B165－C171）連接不同系，這些邊可認(rèn)為是弱連接［27］，對(duì)不同群體之間起著關(guān)鍵的知識(shí)與信息溝通作用。

3．3k－核分析對(duì)A2009進(jìn)行k－核分析，生成了有向3k－核心網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。由圖2可知，在129個(gè)頂點(diǎn)組成的合著網(wǎng)絡(luò)中，sk－核（s為階數(shù)，s＝1，2，…，7）包含的頂點(diǎn)數(shù)依次為129、106、78、54、37、19和9個(gè)。7k－核的9個(gè)頂點(diǎn)學(xué)術(shù)聯(lián)系最為緊密和活躍，均來(lái)自于A系，6k－核只有1個(gè)頂點(diǎn)B153來(lái)自B系，5k－核有18個(gè)頂點(diǎn)來(lái)自B系。塌縮頂點(diǎn)數(shù)分別為（23，28，24，17，18，10，9），核塌縮序列為（0．178，0．217，0．186，0．132，0．139，0．078，0．070），3k－核和5k－核塌縮速度較快，表明網(wǎng)絡(luò)存在一定程度的不均勻性。

3．4頂點(diǎn)與邊的顯著性頂點(diǎn)的顯著性表征其在學(xué)院內(nèi)產(chǎn)生影響的重要程度，邊的顯著性指合作的重要性和關(guān)鍵性。表2列出了Cid、Cir、Cib、Cic、Cijb排名前10的頂點(diǎn)和邊。

4網(wǎng)絡(luò)演化分析

4．1合著情況演化合著的頂點(diǎn)數(shù)與人均合著論文數(shù)的逐年演化情況如圖3所示。由圖3（a）可知，當(dāng)年參與合著的頂點(diǎn)數(shù)從1998年的17個(gè)增加到2007年的71個(gè)，隨后有所下降。圖3（b）中，當(dāng)年人均合著論文數(shù)小于2篇，累積數(shù)量持續(xù)增加到7篇。當(dāng)年參與合著頂點(diǎn)數(shù)與合著論文數(shù)的增長(zhǎng)可分為1998～2000年和2004～2007年快速增長(zhǎng)、2000～2004年持平以及2007～2009年下降4個(gè)階段。在進(jìn)一步訪談中，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)學(xué)科帶頭人認(rèn)為其中2個(gè)增長(zhǎng)階段與人才引進(jìn)、科研獎(jiǎng)勵(lì)政策實(shí)施及科研項(xiàng)目增加有關(guān)，2009年稍有下降，主要是強(qiáng)調(diào)論文質(zhì)量的結(jié)果。

4．2度特征演化Gt和At的密度、平均度、度－度相關(guān)系數(shù)逐年演化情況如圖4所示。圖4（a）中，Gt和At的密度總體上隨t下降，G2000和A1999之前下降速度較快，之后趨于緩和。圖4（b）中，〈kt〉在均值2．8（標(biāo)準(zhǔn)差0．4）附近波動(dòng)，盡管Gwt出現(xiàn)2次波動(dòng)，但總體呈下降趨勢(shì)，表明頂點(diǎn)增加程度超過(guò)了邊增加程度。圖4（c）中，〈wt〉呈增加趨勢(shì)，但G2005～G2007略為下降，是參與合著頂點(diǎn)數(shù)增加較快的結(jié)果（見(jiàn)圖3（a））。圖4（d）中，所有rt為正，累積網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)典型的同配性，Aw2002和A2003分別達(dá)到最大，后續(xù)年份同配性逐年下降，說(shuō)明度大頂點(diǎn)與度小頂點(diǎn)合作趨勢(shì)不斷增加。

4．3連通性演化A2008及之前的網(wǎng)絡(luò)都不連通，A2009形成了全連通網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)連通性演化如圖5所示。圖5（a）中，Gt的連通分量數(shù)呈增加趨勢(shì)，A1999和A2000達(dá)到最大值8后，最終減少到1。表明巨元組之外合作增加，網(wǎng)絡(luò)是由1個(gè)核心演化為多個(gè)核心，最終形成一個(gè)整體。圖5（b）中，At網(wǎng)絡(luò)效率上限（以每年實(shí)際參與合作頂點(diǎn)數(shù)nt作分母）、下限（以最大頂點(diǎn)數(shù)n＝129作分母）總體上都在增加，最大效率E2009＝0．3395，表明網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)信息與知識(shí)擴(kuò)散的促進(jìn)程度在增加，但效率仍然不高。

4．4核心區(qū)域演化對(duì)At進(jìn)行k－核分析，最高階k－核的演化情況如表3所示。由表3可知，k－核的增長(zhǎng)包括階數(shù)的增長(zhǎng)和頂點(diǎn)數(shù)的增長(zhǎng)，At最高階k－核先是頂點(diǎn)數(shù)增加，然后是階數(shù)增加，是一個(gè)間斷跳躍的過(guò)程。最高階k－核所有頂點(diǎn)全部為A系，而且十分穩(wěn)定。圖2（b）中的9個(gè)頂點(diǎn)，A13、A15、A81和A84等4個(gè)存在于A1998的4k－核中，A6、A18、A76、A82存在于A1999的4k－核中，A3進(jìn)入A2000的6k－核中，而且一直保留到A2009的7k－核。表明由于累積優(yōu)勢(shì)，主要學(xué)術(shù)骨干在學(xué)科發(fā)展中一直起著核心領(lǐng)導(dǎo)的作用，學(xué)院合并未產(chǎn)生新的高階核心成員，同時(shí)其他成員難以成為學(xué)術(shù)骨干，這些困難主要來(lái)自于團(tuán)隊(duì)搭建、科研項(xiàng)目與經(jīng)費(fèi)的獲取等方面。

5結(jié)語(yǔ)

本文使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)方法，從整體、層次和個(gè)體3個(gè)層面分別對(duì)S大學(xué)D學(xué)院科研論文合著網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靜態(tài)刻畫(huà)，發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)整體性、層次性、重要頂點(diǎn)和邊的一些特征；通過(guò)對(duì)12年網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)科演化階段性以及度特征、連通性和核心成員的演化規(guī)律。研究表明，該學(xué)院學(xué)科群已經(jīng)形成，但研究領(lǐng)域比較分散，以系為單位的學(xué)科占主要地位，跨學(xué)科合作團(tuán)隊(duì)已經(jīng)初步形成，但還未成為主流。本文在考慮院系合并等實(shí)際背景下研究組織內(nèi)部科研合著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與演化，在學(xué)科建設(shè)實(shí)踐與科研合著網(wǎng)絡(luò)研究之間建立了更為深入的聯(lián)系。以D學(xué)院為主體的資源與環(huán)境學(xué)科群是學(xué)校重點(diǎn)發(fā)展的4個(gè)學(xué)科群之一，其規(guī)劃戰(zhàn)略目標(biāo)是在2020年形成具有國(guó)際知名度的品牌學(xué)科和研究中心。根據(jù)以上分析，D學(xué)院的學(xué)科特點(diǎn)可概括為：院系合并對(duì)系間跨學(xué)科合作促進(jìn)作用不是十分明顯，學(xué)科群已經(jīng)初步形成，但各系不平衡，新核心成員涌現(xiàn)不足。科研項(xiàng)目與經(jīng)費(fèi)、學(xué)術(shù)帶頭人作用的發(fā)揮、人才引進(jìn)、科研獎(jiǎng)勵(lì)政策實(shí)施是鼓勵(lì)合作的重要因素，穩(wěn)定的核心成員成為影響學(xué)科發(fā)展的雙刃劍。本研究的結(jié)果與結(jié)論對(duì)科研管理有以下啟示：（1）結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)科發(fā)展情況和自身實(shí)際進(jìn)一步提煉學(xué)科定位，制定具體目標(biāo)，找準(zhǔn)學(xué)科發(fā)展的差距。（2）總結(jié)跨學(xué)科合作的有利因素，同時(shí)對(duì)阻礙科研合作的制度、組織及個(gè)人因素進(jìn)行分析，研究國(guó)內(nèi)外促進(jìn)學(xué)科交叉的政策制度，如復(fù)旦大學(xué)和上海交通大學(xué)的Med－X基金和Med－X研究院，在此基礎(chǔ)上制定出促進(jìn)科研合作特別是跨學(xué)科合作的策略。（3）關(guān)注顯著性高的頂點(diǎn)和邊，在發(fā)揮現(xiàn)有核心成員領(lǐng)導(dǎo)作用的同時(shí)，搭建學(xué)術(shù)發(fā)展平臺(tái)，大力引進(jìn)和扶持新核心成員。科研合著網(wǎng)絡(luò)的研究受到多個(gè)學(xué)科的關(guān)注，體現(xiàn)了學(xué)科發(fā)展的結(jié)構(gòu)特征。之前研究既有基于大量數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上得到的普遍性結(jié)論，也有對(duì)具體學(xué)科網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的描述或比較。本研究的特色和創(chuàng)新之處在于結(jié)合具體情境，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)角度對(duì)特定科研互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，更為全面深入地從結(jié)構(gòu)方面刻畫(huà)出科研組織演化過(guò)程和現(xiàn)狀，為管理實(shí)踐提供了有價(jià)值的現(xiàn)實(shí)依據(jù)。為了更有效地為制度設(shè)計(jì)與政策制定提供依據(jù)，未來(lái)研究可關(guān)注合著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與科研績(jī)效之間的關(guān)系。

作者：李莉武邦濤譚曉燕單位：上海對(duì)外經(jīng)貿(mào)大學(xué)商務(wù)信息學(xué)院上海交通大學(xué)安泰經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院艾利安人才服務(wù)有限公司