組織內(nèi)科研合作網(wǎng)絡(luò)的的實(shí)證分析研究

陳麗偉 郭強(qiáng) 劉建國

摘要：分析組織內(nèi)的科研合作網(wǎng)絡(luò)對于了解學(xué)科現(xiàn)狀，優(yōu)化學(xué)科發(fā)展等學(xué)科管理具有重要意義。本文收集了某科研單位的論文發(fā)表信息，以三千余位科研工作者為節(jié)點(diǎn)，合作關(guān)系為邊，構(gòu)建科研合作網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合作者的年齡、職稱等信息，使用社會網(wǎng)絡(luò)分析等方法對該單位內(nèi)的合作情況進(jìn)行了分析。實(shí)證數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)科研合作網(wǎng)絡(luò)中高科研產(chǎn)出者一定有多個(gè)合作者;不同年齡段科研人員的度和集聚系數(shù)表現(xiàn)出不同的合作形式;職稱越高，科研合作形式越單一。

關(guān)鍵詞：科研合作網(wǎng);社會網(wǎng)絡(luò)分析;時(shí)間演化

引言

隨著知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來及科學(xué)技術(shù)的全球化發(fā)展，科研合作（Scientific Research Collaboration）已成為當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的重要動力[1]。按照合作的一般定義，科研合作就是科學(xué)工作者為達(dá)到生產(chǎn)新的科學(xué)知識這一共同目的或?qū)崿F(xiàn)各自的科研目標(biāo)而進(jìn)行的協(xié)同創(chuàng)新的科學(xué)活動。

科研人員間的論文合作關(guān)系是一種社會關(guān)系，所構(gòu)成的合作網(wǎng)絡(luò)則是一種具有代表性的復(fù)雜社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于科研合作網(wǎng)絡(luò)，國外已經(jīng)有很多研究，其中較為全面的是Newman。他收集了物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)三個(gè)學(xué)科的科研論文并建立科研合作網(wǎng)絡(luò)，分析了合作網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)特性，包括作者發(fā)表論文量、平均每篇論文的作者數(shù)、作者的合作人數(shù)、派系的存在及大小、聚集性。在此基礎(chǔ)上，Newman發(fā)現(xiàn)科研合作網(wǎng)絡(luò)既有小世界網(wǎng)絡(luò)的特性，又有無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的特性。2004年Newman又從論文數(shù)量分布規(guī)律、合作人數(shù)分布規(guī)律、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平均距離等方面來研究合作網(wǎng)絡(luò)。在國內(nèi)，也有很多學(xué)者進(jìn)行科研合作網(wǎng)絡(luò)的研究。劉云等對一個(gè)權(quán)威的國際科技檢索系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，至上個(gè)世紀(jì)90年代，該檢索系統(tǒng)收錄的科研論文中，各國不同機(jī)構(gòu)間的合著文章數(shù)增長了46%，跨國合作的文章數(shù)增加了115%。通過對科研合作網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性的研究與統(tǒng)計(jì)，對科研合作整體狀態(tài)的明確、科研人員角色與位置的識別和人員之間關(guān)系的刻畫有著積極作用。劉杰等通過對一個(gè)小型科研合作網(wǎng)絡(luò)的分析，發(fā)現(xiàn)其也具有類似許多大型合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)所具有的網(wǎng)絡(luò)特性。李進(jìn)[10]等以一個(gè)專業(yè)期刊為樣本利用社會網(wǎng)絡(luò)分析方法對作者科研合作影響進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，具有較大影響力的科學(xué)家作為合作網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，可以帶動科研機(jī)構(gòu)間的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)科研工作的發(fā)展。郭崇慧等收集重點(diǎn)大學(xué)的合著論文，運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與社會網(wǎng)絡(luò)分析方法，從整體、個(gè)體和社區(qū)三個(gè)方面分別對國內(nèi)和國際期刊校際科研合作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，分別得到國內(nèi)期刊和國外期刊是以某幾所高校為核心的社區(qū)。龐秀麗等基于社會網(wǎng)絡(luò)的分析方法，從教師合著網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性屬性及整體屬性兩方面分析研究了某大學(xué)一個(gè)學(xué)院教師論文合著特點(diǎn)，給出優(yōu)化科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)的建議。張心悅等采用社會網(wǎng)絡(luò)分析方法，對中國科研機(jī)構(gòu)國際合作網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間演化問題進(jìn)行了分析，揭示了中國科研機(jī)構(gòu)在創(chuàng)新管理領(lǐng)域的國際合作的發(fā)展規(guī)律及運(yùn)行狀態(tài)。周建林等通過構(gòu)建有向科研合作網(wǎng)絡(luò)，將社會網(wǎng)絡(luò)分析方法和節(jié)點(diǎn)重要性度量方法相結(jié)合來識別復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)有科研潛力的年輕學(xué)者和廣受歡迎的權(quán)威學(xué)者等重要節(jié)點(diǎn)。

本文沿用社會網(wǎng)絡(luò)分析方法，從科研論文中作者合著這一角度來研究科研合作關(guān)系，運(yùn)用Pajek軟件構(gòu)建作者科研合作網(wǎng)絡(luò)。不僅分析了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特性，還從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)間演化探索該科研單位的合作情況。利用集聚系數(shù)指標(biāo)本身的特征優(yōu)勢，本文考察了教師年齡與度和集聚系數(shù)的關(guān)系，以及職稱與集聚系數(shù)的關(guān)系。從集聚系數(shù)的角度出發(fā)，為科研合作網(wǎng)絡(luò)分析提供了新的思路，給組織內(nèi)科研人員的合作提供建議。

1、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及其結(jié)構(gòu)特性

1.1數(shù)據(jù)獲取與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

本文收集某科研單位在期刊及會議上發(fā)表文章的作者、作者單位等信息，以中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）作為數(shù)據(jù)檢索平臺，對該單位2013-2017年共計(jì)5年的論文分別進(jìn)行檢索收集。整個(gè)數(shù)據(jù)集包含2013年至2017年五年間3099位研究人員，4002篇科研論文，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Gephi軟件，繪制五年科研合作網(wǎng)絡(luò)圖（如圖1所示）。將每個(gè)科研人員用網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示，合作過文章的兩人之間存在一條連邊，連邊權(quán)重取決于兩人合作文章的數(shù)量，以連邊粗細(xì)表示。作者度的大小用表示該作者節(jié)點(diǎn)的顏色和大小表示。作者度越大，則節(jié)點(diǎn)顏色越深，尺寸越大。本文在構(gòu)建科研合作網(wǎng)絡(luò)時(shí)，并不考慮時(shí)間范圍內(nèi)沒有發(fā)表論文的科研人員，以防止產(chǎn)生孤立節(jié)點(diǎn)。另外，為保護(hù)科研人員隱私，本文在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中將所有科研人員進(jìn)行匿名化處理并統(tǒng)一編號。

1.2度和文章數(shù)的分布特性

在科研合作中，一個(gè)作者可能與多個(gè)科研工作者合作，但沒有高產(chǎn)出（本文僅以論文數(shù)認(rèn)定科研產(chǎn)出），有高產(chǎn)出的作者未必有多個(gè)合作者。其中任何一種情況都不能凸顯作者在科研合作的地位。度，指的是一個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中與其他節(jié)點(diǎn)聯(lián)系的數(shù)目，是刻畫單個(gè)節(jié)點(diǎn)屬性最簡單又最重要的概念之一?？蒲泻献麝P(guān)系網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度可以定義為與某一科研人員對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，節(jié)點(diǎn)度越大意味著與該節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)的科研主體合作所發(fā)表的研究成果數(shù)量越多，該科研主體在關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中的地位越重要。本文將節(jié)點(diǎn)度數(shù)和全部節(jié)點(diǎn)個(gè)人所發(fā)文章數(shù)分別放入雙對數(shù)坐標(biāo)中得到如圖2所示。從圖中可以看到，圖2 （a）節(jié)點(diǎn)度數(shù)與作者數(shù)（即節(jié)點(diǎn)數(shù)）在雙對數(shù)坐標(biāo)圖中呈冪率遞減，說明整個(gè)合作網(wǎng)的度分布呈現(xiàn)無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特征，且發(fā)文數(shù)和度數(shù)的分布局部可以取得較好的擬合效果，擬合斜率分別為-1.86和-1.65，擬合誤差分別為0.091和0.078。這表明在科研合作中，與作者合作發(fā)文的人數(shù)和其發(fā)文章數(shù)目成正比，即高產(chǎn)出作者必有多個(gè)合作者。

2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)間演化分析

科研合作網(wǎng)絡(luò)是高度動態(tài)的，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)和邊隨著研究人員的加入以及合作關(guān)系的建立不斷增長和變化。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)間演化分析能夠幫助我們深入理解網(wǎng)絡(luò)的特性，進(jìn)而構(gòu)建演化模型，捕捉其形成機(jī)制，并模仿真實(shí)網(wǎng)絡(luò)行為。

表1中，，，r，N分別代表各年子網(wǎng)絡(luò)的平均度，平均集聚系數(shù)，平均路徑長度，度相關(guān)系數(shù)以及子網(wǎng)絡(luò)數(shù)目。由表1可知，各年平均度、集聚系數(shù)及子網(wǎng)絡(luò)數(shù)目相對穩(wěn)定。平均路徑長度[6]為網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間距離的平均值，其實(shí)質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)傳遞所需要經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)的平均個(gè)數(shù)，反映了網(wǎng)絡(luò)的全局性質(zhì)。平均路徑長度小，說明網(wǎng)絡(luò)的易達(dá)性好，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率高。在科研合作網(wǎng)絡(luò)中，平均路徑長度是連接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)兩個(gè)作者之間最短關(guān)系鏈中作者的平均人數(shù)。從表中可以看出，2013年至2015年任意兩個(gè)作者建立關(guān)系平均需要3.5步，2016、2017年則平均需要5.5步。這表明2013年至2015年網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系較2016年和2017年更緊密。度相關(guān)性也即同配性，是為了度量網(wǎng)絡(luò)中不同的度的節(jié)點(diǎn)間的合作狀況。從一般的角度看，同配就是指屬性相近的節(jié)點(diǎn)傾向于互相連接?？蒲泻献骶W(wǎng)絡(luò)中的屬性指的是節(jié)點(diǎn)的度。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的同配系數(shù)r∈[一1，1]。如果r >0，則網(wǎng)絡(luò)是同配的;如果網(wǎng)絡(luò)r<0，則網(wǎng)絡(luò)是異配的。丨r丨的大小反應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)同配或異配的強(qiáng)弱程度。從這些數(shù)值我們看出，網(wǎng)絡(luò)整體是異配的，但是異配的強(qiáng)度較弱。觀察網(wǎng)絡(luò)圖可知，因?yàn)榇罅康淖泳W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)不多，圖形簡單且往往呈現(xiàn)星形結(jié)構(gòu)，加之網(wǎng)絡(luò)中存在為數(shù)不少的“兩點(diǎn)一線”結(jié)構(gòu)。前面一種呈現(xiàn)出異配性，后面一種則呈中性，同配系數(shù)為O，大量此類結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出弱異配性。

3、年齡職稱與集聚系數(shù)

網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集聚系數(shù)可以反映節(jié)點(diǎn)鄰居間的緊密程度，科研合作網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集聚系數(shù)能夠解釋科研人員相互之間的合作形式?；诩巯禂?shù)的特征，我們考察了教師的年齡與度及集聚系數(shù)的關(guān)系。其中教師的年齡與度的分布圖如圖3 （a）所示，明顯看出年齡處于30歲至55歲之間的教師，他們的度即合作人數(shù)大多數(shù)小于20，但度最大的教師處于該年齡階段;而年齡處于55歲以上的教師人數(shù)較少，他們的度多分布在0到40之間，分布較為分散。教師年齡與集聚系數(shù)的分布圖如圖3 （b）所示，明顯地，年齡在30歲到50歲之間的教師均可對應(yīng)不同的集聚系數(shù)，系數(shù)值的變化范圍從0到1逐漸向下收緊，表明他們在網(wǎng)絡(luò)中的合作結(jié)構(gòu)多樣，既有典型的師生兩兩合作，也有師生多人合作情況。而且集聚系數(shù)為1的教師均處于該年齡階段。有趣的是作者年齡在55歲以上的集聚系數(shù)均趨近于O，這從另一方面反映該年齡段的教師更加傾向于和自己的學(xué)生分別合作發(fā)表文章。

另外，我們又考察了職稱與集聚系數(shù)的關(guān)系。如圖4所示，職稱為講師、副教授和教授分別對應(yīng)不同的集聚系數(shù)范圍。講師的集聚系數(shù)較為均勻地分布在0至0.4之間，副教授的集聚系數(shù)則集中在0至0.2之間，教授的集聚系數(shù)會更加集中在0至0.1之間。職稱越高，集聚系數(shù)分布越集中，且數(shù)值越小。顯然，教授更愿意和不同的人分別合作從事科研活動，也可以這么說，大多數(shù)人更愿意和擁有教授職稱的人一起實(shí)踐科研過程。職稱越高，科研合作形式越單一，猜測是因?yàn)楦酉硎芸蒲羞^程而不是結(jié)果。

4、總結(jié)與展望

本文以社會網(wǎng)絡(luò)分析方法為基礎(chǔ)，不僅分析了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特性，還從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)間演化和部分節(jié)點(diǎn)的個(gè)體分析以及教師年齡與度和集聚系數(shù)的關(guān)系等多個(gè)角度出發(fā)，對一個(gè)具有培養(yǎng)研究生資質(zhì)的科研單位科研合作狀況做了考察得出以下結(jié)論：在科研合作中，科研產(chǎn)量高的作者必有多個(gè)合作者。由度、集聚系數(shù)與教師年齡分布圖可知，年齡處于30歲至55歲的教師合作人數(shù)大多小于20，且集聚系數(shù)均對應(yīng)不同的值，表明他們在網(wǎng)絡(luò)中的合作結(jié)構(gòu)較為多樣;而年齡大于55歲的教師合作人數(shù)較為分散，大多分布于0到40之間，有趣的是他們的集聚系數(shù)均趨近于O，表明該年齡段的教師更傾向于和自己的學(xué)生分別合作發(fā)表文章。集聚系數(shù)與教師職稱分布圖可知，職稱越高，科研合作形式越單一，猜測是因?yàn)楦酉硎芸蒲羞^程而不是結(jié)果。

本文對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)間演化只是做了趨勢分析，沒有建立演化模型來模擬合作的產(chǎn)生以及預(yù)測未來的合作關(guān)系，接下來的工作將會圍繞這兩方面展開。由于署名和單位表達(dá)多元的原因，并未對SCI的文章進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，雖不影響整體結(jié)論，但一定程度上影響了結(jié)論的精確度，在后續(xù)的文章中將逐步完善。

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