科研论文合著网络结构及演化范文

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《系统管理学报杂志》2014年第三期

1数据处理与网络构建

1．1数据搜集与处理从中国期刊网（CNKI）全文数据库、ACS、BIOSISPreviews以及S大学网上人事考核系统，搜集S大学D学院教师于1998～2009年发表的期刊合著论文997篇，其中不包括独著、与非本学院教师合作论文、会议论文与专利。每篇论文合著人数为2～5名，比例分别为64．62％、27．34％、7．64％、0．40％。1998～2009年D学院教师共174名，分别从1～174进行编号，涉及合作者共129名。D学院3个系分别为化学系（记为A）、生物系（记为B）和环境工程系（记为C），参与合著的教师A系59名、B系61名、C系9名。包括了整个学院超过74％的教师，可以看成学科群的主要部分，对这一网络进行分析，可以刻画出整个学科群的结构特征。建立D学院教师和论文数据库，根据每篇合著论文的作者情况，在Excel中按照年份建立合作关系邻接表，使用Matlab转化成邻接矩阵，采用Ucinet及NetDraw软件绘制网络图，并结合Matlab计算网络结构指标，与学院领导及主要学科带头人确认实证结果，通过深入的访谈以了解影响合著网络演化的主要因素。

1．2网络构建以n＝129名教师为顶点，以年为单位，结合每篇合著论文中出现的所有教师，任意2名教师i、j所在行列交叉处各增加1条边，构造当年加权合著网络Gwt＝（gwij（t）），t＝1998，…，2009。逐年累积后可形成累积加权网络Awt＝（awij（t）），t＝1998，…，2009。对Gwt和Awt分别进行阀值运算。若gwij（t）＞0，则gij（t）＝1；否则，gij（t）＝0，可得到当年无权矩阵Gt＝（gij（t））；若awij（t）＞0，则aij（t）＝1；否则，aij（t）＝0，可得到累积无权矩阵At＝（aij（t））。所有网络均为无向网络，无权矩阵表示i、j之间有无合作关系，加权网络表示i、j之间合作多少次，2个顶点间的边记为（i，j）。

2网络结构特征

2．1度特征顶点i的度ki（加权度wi）为与i相邻的边的条数，即顶点拥有的联系数或邻居数，可直观反映顶点在网络中的核心性和重要性。

2．2连通性网络中能够相互可达的顶点组成联通分量，C为联通分量个数，其中，顶点数最多的称为最大联通分量或巨元组（GC）。常用顶点间相互可达程度及所需最少步数（即距离）刻画网络连通程度，顶点i和j间的距离记为dij。对于连通网络。

2．3顶点与边的显著性顶点和边在网络中所处的位置不同所导致地位或作用的重要程度［18］称为显著性，可用中心性指标、聚集系数和边中间度来刻画。度中心性指每个顶点的度占最大可能度的比例，记为Cid＝di／（n－1），Cid比ki更能反映顶点的显著性［17］。接近中心性考察某个顶点与其他顶点的距离有多短，距离短的顶点越多，说明这一顶点与其他许多顶点都“接近”，在整体中的中心性高。

2．4网络紧凑性与传递性紧凑性指顶点间联系的多少，以及网络能够在多大程度上围绕某些特定点组织起来的特征，可用网络密度和网络中心势来描述［18］。网络密度D＝m／［n（n－1）］指网络中所拥有的边数占最多拥有的边数的比例，表明成员之间的关系密切程度。根据顶点的不同中心性指标，分别定义度中心势、接近中心势和中间中心势来反映网络凝聚力的大小。

2．5层次性可以用社群分析和k－核分析来讨论网络的层次性。社会网络表现出社群结构，即组内密度高、组间密度低的现象。有多种方法划分社群［20－22］，通常采用Newman等［23－24］提出的快速算法。定义Q＝∑i（eii－a2i），其中：eii为社群i内部联系数；eij为社群i、j之间的联系；ai＝∑jeij。Q＞0．3时，认为网络有明显社群特征。拥有至少k个邻居的顶点组成的子网络称为k－核心网络，使用k－核分析可以发现，网络的高凝聚力区域，k－核塌缩是网络核心涌现的过程，塌缩序列指k值增加1时损失的顶点数与比例。

3静态网络分析

3．1整体网络特征整体特征主要涉及网络的规模、紧凑性和连通性。表1列出了A2009整体特征。由表1可知，平均每个顶点与5～6个顶点合作过，平均合作次数为30～31次，网络密度不高，紧凑性较低，传递性一般，距离分布中3出现的频率最大，任意2个顶点平均通过3～4个顶点可达，网络不具有小世界特征。

3．2社群分析使用Girvan－Newman快速算法对A2009划分子群，Q＞0．3时，可划分为5～58个社区（Q值从0．328～0．502，Q值为0．502时分为11个社群）。说明网络存在明显的社群结构，学科群虽然初步形成，但研究领域有待凝聚。图1为A2009被划分为5个社群（Q＝0．449）时的情况。图1中，出现A系和B系2个大的学科群，但A43、A53、A126和A27、A59、A72与其他部分相对独立，C系通过B165和B166这2个顶点与B系连接，B153属于A系为主的学科群。当划分为11个社群时，A2、A45和A51通过B162与B系其他4个顶点形成一个子群。说明学科主要以系为单位，已初步形成跨学科合作，但未成为主流。表2共包括23个顶点，其中14个顶点属于A系，9个顶点属于B系。A6、A10、A15、A18、A42、B85、B153和B164等8个顶点3种中心性都很高。12条中间度大的边中，有6条（A5－B164，A10－B164，A13－B164，A13－－B95，A45－B162，B165－C171）连接不同系，这些边可认为是弱连接［27］，对不同群体之间起着关键的知识与信息沟通作用。

3．3k－核分析对A2009进行k－核分析，生成了有向3k－核心网络，如图2所示。由图2可知，在129个顶点组成的合著网络中，sk－核（s为阶数，s＝1，2，…，7）包含的顶点数依次为129、106、78、54、37、19和9个。7k－核的9个顶点学术联系最为紧密和活跃，均来自于A系，6k－核只有1个顶点B153来自B系，5k－核有18个顶点来自B系。塌缩顶点数分别为（23，28，24，17，18，10，9），核塌缩序列为（0．178，0．217，0．186，0．132，0．139，0．078，0．070），3k－核和5k－核塌缩速度较快，表明网络存在一定程度的不均匀性。

3．4顶点与边的显著性顶点的显著性表征其在学院内产生影响的重要程度，边的显著性指合作的重要性和关键性。表2列出了Cid、Cir、Cib、Cic、Cijb排名前10的顶点和边。

4网络演化分析

4．1合著情况演化合著的顶点数与人均合著论文数的逐年演化情况如图3所示。由图3（a）可知，当年参与合著的顶点数从1998年的17个增加到2007年的71个，随后有所下降。图3（b）中，当年人均合著论文数小于2篇，累积数量持续增加到7篇。当年参与合著顶点数与合著论文数的增长可分为1998～2000年和2004～2007年快速增长、2000～2004年持平以及2007～2009年下降4个阶段。在进一步访谈中，学院领导及相关学科带头人认为其中2个增长阶段与人才引进、科研奖励政策实施及科研项目增加有关，2009年稍有下降，主要是强调论文质量的结果。

4．2度特征演化Gt和At的密度、平均度、度－度相关系数逐年演化情况如图4所示。图4（a）中，Gt和At的密度总体上随t下降，G2000和A1999之前下降速度较快，之后趋于缓和。图4（b）中，〈kt〉在均值2．8（标准差0．4）附近波动，尽管Gwt出现2次波动，但总体呈下降趋势，表明顶点增加程度超过了边增加程度。图4（c）中，〈wt〉呈增加趋势，但G2005～G2007略为下降，是参与合著顶点数增加较快的结果（见图3（a））。图4（d）中，所有rt为正，累积网络呈现典型的同配性，Aw2002和A2003分别达到最大，后续年份同配性逐年下降，说明度大顶点与度小顶点合作趋势不断增加。

4．3连通性演化A2008及之前的网络都不连通，A2009形成了全连通网络，网络连通性演化如图5所示。图5（a）中，Gt的连通分量数呈增加趋势，A1999和A2000达到最大值8后，最终减少到1。表明巨元组之外合作增加，网络是由1个核心演化为多个核心，最终形成一个整体。图5（b）中，At网络效率上限（以每年实际参与合作顶点数nt作分母）、下限（以最大顶点数n＝129作分母）总体上都在增加，最大效率E2009＝0．3395，表明网络结构对信息与知识扩散的促进程度在增加，但效率仍然不高。

4．4核心区域演化对At进行k－核分析，最高阶k－核的演化情况如表3所示。由表3可知，k－核的增长包括阶数的增长和顶点数的增长，At最高阶k－核先是顶点数增加，然后是阶数增加，是一个间断跳跃的过程。最高阶k－核所有顶点全部为A系，而且十分稳定。图2（b）中的9个顶点，A13、A15、A81和A84等4个存在于A1998的4k－核中，A6、A18、A76、A82存在于A1999的4k－核中，A3进入A2000的6k－核中，而且一直保留到A2009的7k－核。表明由于累积优势，主要学术骨干在学科发展中一直起着核心领导的作用，学院合并未产生新的高阶核心成员，同时其他成员难以成为学术骨干，这些困难主要来自于团队搭建、科研项目与经费的获取等方面。

5结语

本文使用复杂网络与社会网络方法，从整体、层次和个体3个层面分别对S大学D学院科研论文合著网络进行静态刻画，发现了网络整体性、层次性、重要顶点和边的一些特征；通过对12年网络结构的演化情况进行动态分析，发现学科演化阶段性以及度特征、连通性和核心成员的演化规律。研究表明，该学院学科群已经形成，但研究领域比较分散，以系为单位的学科占主要地位，跨学科合作团队已经初步形成，但还未成为主流。本文在考虑院系合并等实际背景下研究组织内部科研合著网络结构与演化，在学科建设实践与科研合著网络研究之间建立了更为深入的联系。以D学院为主体的资源与环境学科群是学校重点发展的4个学科群之一，其规划战略目标是在2020年形成具有国际知名度的品牌学科和研究中心。根据以上分析，D学院的学科特点可概括为：院系合并对系间跨学科合作促进作用不是十分明显，学科群已经初步形成，但各系不平衡，新核心成员涌现不足。科研项目与经费、学术带头人作用的发挥、人才引进、科研奖励政策实施是鼓励合作的重要因素，稳定的核心成员成为影响学科发展的双刃剑。本研究的结果与结论对科研管理有以下启示：（1）结合国内外相关学科发展情况和自身实际进一步提炼学科定位，制定具体目标，找准学科发展的差距。（2）总结跨学科合作的有利因素，同时对阻碍科研合作的制度、组织及个人因素进行分析，研究国内外促进学科交叉的政策制度，如复旦大学和上海交通大学的Med－X基金和Med－X研究院，在此基础上制定出促进科研合作特别是跨学科合作的策略。（3）关注显著性高的顶点和边，在发挥现有核心成员领导作用的同时，搭建学术发展平台，大力引进和扶持新核心成员。科研合著网络的研究受到多个学科的关注，体现了学科发展的结构特征。之前研究既有基于大量数据分析基础上得到的普遍性结论，也有对具体学科网络进行的描述或比较。本研究的特色和创新之处在于结合具体情境，从静态和动态角度对特定科研互动网络进行分析，更为全面深入地从结构方面刻画出科研组织演化过程和现状，为管理实践提供了有价值的现实依据。为了更有效地为制度设计与政策制定提供依据，未来研究可关注合著网络结构与科研绩效之间的关系。

作者：李莉武邦涛谭晓燕单位：上海对外经贸大学商务信息学院上海交通大学安泰经济与管理学院艾利安人才服务有限公司