科學(xué)知識圖譜效能評估可視化分析

時間:2022-06-02 05:27:21

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科學(xué)知識圖譜效能評估可視化分析

系統(tǒng)效能是系統(tǒng)的實際行為表現(xiàn)與系統(tǒng)目標(biāo)的匹配程度,其度量和評估往往牽涉系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)和行為科學(xué)等多個領(lǐng)域[1]。目前,國內(nèi)效能評估研究成果多集中在武器裝備[2]、火控雷達[3]、電子對抗[4]等領(lǐng)域,研究內(nèi)容包括評估指標(biāo)體系及模型構(gòu)建、評估方法及模擬仿真。但是,這些研究主要是效能評估領(lǐng)域某一知識點的微觀聚焦,缺乏對該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀整體格局的宏觀可視化分析。科學(xué)知識圖譜(MappingKnowledgeDomains)是用于顯示科學(xué)知識發(fā)展進程和結(jié)構(gòu)關(guān)系的圖形,既是具有時間序列化的知識譜系,又是可視化的知識圖形;可對知識或研究群體所構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進行聚類分析和共引分析,將海量數(shù)據(jù)以圖形、圖像等可視化集中表現(xiàn)形式,挖掘數(shù)據(jù)之間的潛在關(guān)聯(lián),實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化信息處理,以協(xié)助人們做出科學(xué)合理的決策[5-6]??茖W(xué)知識圖譜分析技術(shù)在大數(shù)據(jù)時代背景下發(fā)展迅速[7],目前被廣泛應(yīng)用于管理科學(xué)[8]、安全科學(xué)[9-10]、科技管理[11]等領(lǐng)域。筆者基于華裔學(xué)者陳超美開發(fā)的科學(xué)知識圖譜可視化軟件CiteSpaceV[12],以中國知網(wǎng)CNKI上的核心期刊為數(shù)據(jù)源,檢索效能評估領(lǐng)域近20年所載論文,分析研究成果產(chǎn)出時序、研究力量分布、作者合作、機構(gòu)合作、關(guān)鍵詞及其文獻共引、突變詞分析;通過科學(xué)知識圖譜的可視化分析呈現(xiàn)效能評估研究領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況,實現(xiàn)科學(xué)知識從微觀聚焦到宏觀可視化分析的突破,進而對效能評估領(lǐng)域研究動態(tài)的總體把握。

1效能評估研究成果可視化分析

1.1數(shù)據(jù)來源及方法。以“主題=效能評估”在中國知網(wǎng)(CNKI)上檢索最近20年(1998年~2017年)的文獻,共得到3089條數(shù)據(jù);根據(jù)布拉德福定律可知,少數(shù)核心期刊集中了該研究領(lǐng)域的大量重要文獻,于是在高級檢索中將期刊來源類別選擇為核心期刊和EI源期刊,檢索條件:精確,經(jīng)過篩選去除不相關(guān)的聲明、通知、公告等,可得該領(lǐng)域的有效文獻1248篇。將檢索結(jié)果導(dǎo)出為Refworks文本文件,導(dǎo)入CiteSpaceV中進行格式轉(zhuǎn)換,“TimeSlicing”選擇1998年-2017年,“YearsPerSlice”設(shè)置1年為一個時間分區(qū),“TOPNPerSlice”選擇閾值50,即每個時區(qū)選擇高頻出現(xiàn)的前50個節(jié)點,采用網(wǎng)絡(luò)裁剪運算策略(pruningslicednetwork),繪制作者、機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)知識圖譜,有效地完成效能評估領(lǐng)域科學(xué)研究進行可視化分析。1.2論文產(chǎn)出時間圖譜。論文產(chǎn)出是衡量研究領(lǐng)域已有知識的累積量以及成熟程度的重要指標(biāo),筆者將效能評估研究近20年的核心期刊論文進行時間圖譜分析如圖1所示:效能評估領(lǐng)域研究論文產(chǎn)出曲線基本符合科學(xué)文獻的指數(shù)增長規(guī)律———普賴斯邏輯增長曲線。1998年-2000年,國內(nèi)效能評估研究還處于初級階段,論文年平均不超過10篇,是普賴斯曲線緩慢增長的初級階段;2001年-2003年,國內(nèi)效能評估研究論文呈現(xiàn)線性增長趨勢,并于2003年首次突破了20篇;2004年-2007年,該領(lǐng)域研究論文呈指數(shù)型增長趨勢,并于2007年達到了峰值105篇,該年研究成果占比總研究成果的8.3豫;2008年-2017年,該領(lǐng)域論文發(fā)文量基本穩(wěn)定在(80~100)之間波動,標(biāo)志著國內(nèi)效能評估研究已經(jīng)成熟。將刊載效能評估領(lǐng)域研究論文的北大核心期刊按其刊載量進行降序排列,前十位分別是《火力與指揮控制》(358篇)、《系統(tǒng)仿真學(xué)報》(71篇)、《彈箭與制導(dǎo)學(xué)報》(66篇)、《電光與控制》(63篇)、《現(xiàn)代防御技術(shù)》(61篇)、《系統(tǒng)工程與電子技術(shù)》(55篇)、《計算機仿真》(30篇)、《空軍工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)(27篇)》、《現(xiàn)代雷達》(27篇)、《兵工學(xué)報》(23篇)。根據(jù)布拉福德定律,該領(lǐng)域最核心區(qū)期刊所刊載的文獻數(shù)量約為總數(shù)的1/3,即1248/3=416篇。由此可見,國內(nèi)效能評估領(lǐng)域已形成集中穩(wěn)定的核心發(fā)文期刊群;其中,《火力與指揮控制》和《系統(tǒng)仿真學(xué)報》為效能評估領(lǐng)域的核心區(qū)期刊,兩種刊物均為北大核心和CSCD核心期刊檢索,所發(fā)表的文章在一定程度上代表該領(lǐng)域的熱點,是該領(lǐng)域后續(xù)學(xué)者的重要參考期刊源。筆者進一步對核心期刊群進行時序統(tǒng)計分析如圖2所示??梢?,2007年-2016年是國內(nèi)效能評估研究的高產(chǎn)年度范圍,兩類核心區(qū)期刊時序變化曲線顯著不同。其中,《火力指揮與控制》所刊載的效能評估相關(guān)論文從數(shù)量上看,走出了普賴斯邏輯曲線的緩慢增長、線性增長、指數(shù)型增長和穩(wěn)定震蕩階段;其年度產(chǎn)出在2007年首次超出25篇后一直保持在該水平以上,且在2016年達到峰值38篇?!断到y(tǒng)仿真學(xué)報》所刊載的效能評估研究論文首次出現(xiàn)在2004年,年度產(chǎn)出隨后緩慢增加,在2008年達到峰值14篇后迅速下降。1.3學(xué)科分布。通過對效能評估領(lǐng)域近20年的研究論文分析,提取研究成果的學(xué)科分類如表1所示。其中,武器工業(yè)學(xué)科方向效能評估研究成果最突出(742篇),占總研究成果的58.86豫;其次是航空航天科學(xué)工程學(xué)科方向(186篇),占總研究成果的14.75豫;電信技術(shù)學(xué)科方向發(fā)文164篇(占比13豫);軍事技術(shù)學(xué)科方向發(fā)文量105篇(占比8.33豫);計算機軟件與應(yīng)用技術(shù)學(xué)科方向發(fā)文量為93篇(7.45豫);各學(xué)科方向發(fā)文量時序變化趨勢基本相同,呈現(xiàn)典型的普賴斯邏輯曲線特征。

2效能評估研究合作圖譜分析

2.1作者合作圖譜。根據(jù)普賴斯定律,某一領(lǐng)域的核心作者發(fā)文數(shù)m應(yīng)滿足:m=0.749*nmax姨(nmax姨表示發(fā)文最多作者的文獻數(shù)),經(jīng)過統(tǒng)計分析可知m=0.749*31姨=4.17,取整得到5,即在效能評估研究領(lǐng)域發(fā)文量大于等于5篇的作者可視為核心作者,近20年共有55人,共計發(fā)文403篇,占總文獻數(shù)的32.75豫,未達到普賴斯所認(rèn)為的核心作者發(fā)文總數(shù)占全部發(fā)文量的50%,說明國內(nèi)效能評估領(lǐng)域還沒有形成真正意義上的核心作者群。筆者采用CitespaceV對效能評估研究領(lǐng)域的作者合作關(guān)系進行分析如圖3所示,字號越大說明該作者發(fā)文量越多,紅色圓圈表示作者間的合作研究成果較多??梢姡?0年來該領(lǐng)域共包含252個作者、252對合作關(guān)系、作者合作網(wǎng)絡(luò)密度為0.008;說明作者之間的合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)整體較為松散,即效能評估領(lǐng)域沒有形成聯(lián)系緊密的合作網(wǎng)絡(luò)。但是,以來自同一院校師生之間2人~5人之間的局部合作網(wǎng)絡(luò)較多,如空軍工程大學(xué)的徐浩軍、華玉光、劉凌、孫金標(biāo)、郭輝等5人組成的最大子網(wǎng)絡(luò),通過發(fā)揮團隊集體優(yōu)勢,承載效能評估知識的延續(xù)性,提高在該領(lǐng)域的科研產(chǎn)出效率。通過分析作者合作網(wǎng)絡(luò)可知,該領(lǐng)域核心作者中的高產(chǎn)者(假定其論文總量大于等于10篇)有張安(31篇)、徐浩軍(18篇)、郭三學(xué)(14篇)、高曉光(13篇)、羅鵬程(12篇)、王維平(12篇)、武昌(12篇)、周經(jīng)倫(10篇)。筆者將效能評估領(lǐng)域論文高產(chǎn)者前三甲的研究成果進行了時序統(tǒng)計分析如下頁圖4所示:這3位學(xué)者的發(fā)文量時序變化曲線截然不同;西北工業(yè)大學(xué)的張安近20年幾乎每年都有產(chǎn)出效能評估相關(guān)論文,其中2008年達到峰值8篇;空軍工程大學(xué)的徐浩軍在該領(lǐng)域的研究從2006年開始,年平均發(fā)文量為3篇;武警工程大學(xué)的郭三學(xué)在效能評估的研究開始于2014年,且年平均發(fā)文量為4篇。2.2機構(gòu)合作圖譜。通過分析效能評估研究論文的機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)如圖5所示,近20年機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)111,合作關(guān)系數(shù)57,網(wǎng)絡(luò)密度為0.0093。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和字號的大小反映機構(gòu)發(fā)文量的多少,紅色圓圈表示機構(gòu)合作研究成果較多。該領(lǐng)域量排名前十的機構(gòu)包括空軍工程大學(xué)(239篇)、西北工業(yè)大學(xué)(107篇)、國防科技大學(xué)(90篇)、北京航空航天大學(xué)(44篇)、海軍航空工程學(xué)院(41篇)、海軍大連艦艇學(xué)院(35篇)、海軍工程大學(xué)(30篇)、第二炮兵工程學(xué)院(27篇)、解放軍電子工程學(xué)院(27篇)、解放軍理工大學(xué)(25篇)。節(jié)點與節(jié)點之間的連線表示機構(gòu)之間合作次數(shù)。由圖可見,參與效能評估領(lǐng)域研究的機構(gòu)之間的合作關(guān)系比較疏散,合作關(guān)系較為突出的是空軍工程大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)。2.3關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜。關(guān)鍵詞是對所述文章思想和觀點的高度概括,筆者通過對近20年效能評估領(lǐng)域1248篇核心文獻的分析,提取得到關(guān)鍵詞3967個,通過統(tǒng)計分析得到該領(lǐng)域前10個高頻關(guān)鍵詞及其頻次分別為:效能評估(593次),作戰(zhàn)效能(170次)、層次分析法(91次)、指標(biāo)體系(60次)、作戰(zhàn)效能評估(52次)、評估(48次)、效能(38次)、評估模型(37次)、仿真(27次)、模型(24次)。筆者將該數(shù)據(jù)導(dǎo)入CiteSpaceV中進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜如圖6所示。其中,圖譜共生產(chǎn)節(jié)點215個,542條連線,網(wǎng)絡(luò)密度為0.0236。知識圖譜中字體及其圓圈的大小代表該節(jié)點的重要程度,字體越大、圓圈越大則表示該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)越多,重要性等級越高,越有可能成為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點;連接線上的數(shù)字表示共現(xiàn)次數(shù),表示關(guān)鍵詞之間的關(guān)聯(lián)程度大小。CiteSpace軟件中提供了一個可量化某一節(jié)點在連接其他節(jié)點中的重要程度的指標(biāo)———中心度(中介中心性),若某節(jié)點的中心度大于等于0.1,說明該節(jié)點處于核心位置或?qū)π畔⒌牧鲃悠鸬娇刂谱饔谩膱D譜中可知,關(guān)鍵詞中效能評估(1.21)、作戰(zhàn)效能(0.37)、層次分析法(0.17)、指標(biāo)體系(0.11)、評估模型(0.10)等節(jié)點在圖譜中發(fā)揮了重要的樞紐媒介作用。綜合關(guān)鍵詞頻次及其中心度,以上節(jié)點可視為共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點,反映了效能評估領(lǐng)域的核心研究主題和方法。2.4效能評估文獻共引分析。表2是效能評估研究排名前5位的高被引文獻,說明其學(xué)術(shù)水平較高,有較高的參考價值。高被引文獻研究內(nèi)容涉及武器系統(tǒng)、雷達、導(dǎo)彈、電子對抗等學(xué)科,期刊來源均為公認(rèn)度較高的核心期刊。其中武器系統(tǒng)效能評估在高被引文獻中占比67豫,由張克在《宇航學(xué)報》上發(fā)表于2002年的《關(guān)于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估問題的探討》,其總下載量最高、被引次數(shù)較高,為各學(xué)科效能評估研究奠定了基礎(chǔ),是后續(xù)學(xué)者的重要參考來源。2.5關(guān)鍵詞突變分析??茖W(xué)知識圖譜能夠顯示知識單元和知識群之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、交叉、演化或衍生等諸多復(fù)雜關(guān)系,新研究主題或研究熱點的確立通常可依據(jù)詞頻增長率顯著變化或爆發(fā)詞檢測;而CiteSpaceV不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對高頻節(jié)點和聚類的解讀,也能通過“突變詞語”的突變檢測(burstdetection)來實現(xiàn)對學(xué)科研究前沿的探測。筆者通過對效能評估研究領(lǐng)域近20年的1248篇文獻進行突變詞(burstterms)提取分析,其結(jié)果如圖7所示。1999年-2005年,“作戰(zhàn)效能評估”突變強度和頻次高居榜首,表明該時間段效能評估研究集中在武器裝備和軍事領(lǐng)域;2005年-2007年,突變詞為“防空導(dǎo)彈”,說明該時間段的研究熱點是導(dǎo)彈效能評估;2013年-2017年,“云模型”[13-14]和“評估指標(biāo)”[15]突變次數(shù)顯著增加,為效能評估學(xué)者青睞的新主題和熱點。

以中國知網(wǎng)近20年收錄的主題為“效能評估”的核心期刊論文為研究對象,借助CiteSpaceV對其在空間上形成的客觀共現(xiàn)現(xiàn)象進行可視化分析,包括研究成果產(chǎn)出時序圖譜、學(xué)者和機構(gòu)合作圖譜、關(guān)鍵詞共引、文獻共引、突變詞等,從而獲取該領(lǐng)域研究的演進情況。研究結(jié)果表明:1)科學(xué)知識圖譜能宏觀地勾勒出效能評估的“科學(xué)研究地形地貌圖”,使得學(xué)者們在該領(lǐng)域的研究“既見樹木,又見森林”。2)國內(nèi)效能評估研究從產(chǎn)出、研究主題以及合作情況上都已經(jīng)趨于成熟,目前已形成集中穩(wěn)定的核心發(fā)文期刊群;但還沒有形成真正意義上的核心作者群,作者合作和機構(gòu)合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)均較為松散。3)關(guān)鍵詞和突變詞分析能有效地把握該領(lǐng)域研究的主題和熱點的演變過程。

作者:夏正洪 萬健 朱新平 單位:1.中國民用航空飛行學(xué)院空中交通管理學(xué)院 2.中國民航科學(xué)技術(shù)研究院