整合主题的学科知识网络建模与演化机理研究

摘要

随着科学技术的发展，科学研究已进入数据密集型科学发现的“第四范式”。新的知识生态下，用户对面向学科知识创新的知识服务提出更高的要求，而传统的提供型知识服务存在揭示知识语义内容层次不够深入、链接的知识点间关联性不强、刻画学科领域发展的脉络和演化规律不够精细等局限。基于此，本文研究的目的是，在理论上深入探索知识网络的生成与演变，在方法上实现潜在学科知识结构的深度挖掘和演化机理分析，在应用上提供以整合主题的学科知识网络为支撑的分析预测型知识服务。本文沿着“理论研究—网络构建—演化机制—建模仿真”的基本思路展开研究，主要的研究工作和创新性体现在以下几个方面。 (1)从理论基础、概念界定、网络构建和演化机理四个部分，总结提炼了学科知识网络的基本理论。主要包括:在理论基础上，系统梳理科学学、文本挖掘和网络科学三个相关学科的基本理论;在概念界定上，对学科知识、学科知识网络等概念进行界定，明确内涵、类型和基本特征;在网络构建上，引入动态社会网络建模方法-元矩阵网络描述法，通过科学家、知识单元、文献和学术机构四种不同要素之间的复杂关联，创见性地构建了体现学科发展脉络的知识网络;在网络演化机理上，对学科知识网络演化的基本驱动及其作用进行分析，包括节点变化的基本驱动事件和连接变化的基本驱动行为，并对演化驱动作用及其影响进行理论解释。 (2)从主题表示和模型优化入手，深入探索学科主题挖掘方法。首先，明确主题内涵，并通过对比分析探讨适合学科知识网络建模的主题表示方法，结果表明基于概率主题模型的主题表示方法是最佳选择;其次，对典型概率主题模型LDA在最优主题数目选取、语料库构建以及主题抽取效果评价等方面进行改进研究，使其更加适用于学科领域主题挖掘;最后，进一步深化主题挖掘方法，创新性地提出基于生命周期理论和AT主题模型的作者研究主题挖掘及演化分析框架，以揭示学科主题以及作者研究主题随学科发展的演化规律，对理清学科发展脉络具有重要辅助作用。 (3)从主题与其他学科知识节点之间的语义关联计算入手，系统探究了整合主题的学科知识网络的构建和结构演化分析。分别从一模结构、二模结构和整合作者研究主题的合作网络三个层面研究了整合主题的学科知识网络构建方法，创新性地提出学科知识网络中主题影响力和作者主题关联影响力的概念及度量方法。首先，在对整合主题的一模学科知识网络的构建和分析中，提出主题影响力度量指标，实证研究表明该指标可作为主题强度指标的有力补充，可挖掘出在学科发展中起到桥梁和纽带作用的关键性主题;同时，通过对网络拓扑结构的演化分析，显示该类型学科知识网络具有典型的小世界网络特点。其次，在对整合主题的二模学科知识网络的构建中，在分析现有研究方法的特点与局限性基础上，保留了作者、主题两类节点的原始信息，并提出作者主题关联影响力度量方法，实证结果表明该指标可作为学者学术影响力和社会影响力指标的有力补充，可挖掘研究活跃程度高、研究范围广、潜在合作空间大的重要学者。最后，基于论文合著关系和共同研究主题关系构建了整合作者研究主题的学科知识合作网络，以揭示作者之间以共同研究主题为基础的科研合作动机对合作网络的作用机制和演化规律，网络结构演化分析表明该网络的结构属性具有明显的演化规律。 (4)从主题相似性角度入手，重点研究了整合作者研究主题的学科知识合作网络演化机制和演化模型。首先，提出学科知识合作网络动态演化建模的基本框架，基于实证研究提出研究主题相似性是学科知识合作的基本机制;其次，基于研究主题相似性的节点连接机制，创新性构建了学科知识合作网络演化模型（简称RTBA网络演化模型），并通过仿真实验以及与真实合作网络属性的对比分析，验证了模型的可行性和有效性;最后，基于RTBA网络演化模型和NWS小世界模型，对学科知识合作网络中的知识扩散现象进行仿真建模研究。该模型提出学科知识合作网络的知识扩散主要受知识溢出和知识创新这两个过程的影响，并据此构建知识扩散机制。通过知识扩散效果评价指标的对比分析，得出如下结论:网络的拓扑结构对知识扩散效果造成影响，RTBA网络结构优于其他网络结构（规则网络、小世界网络、随机网络）;知识溢出和知识创新对知识扩散的影响机制不同，知识溢出效应主要影响知识扩散前期，对不同的网络结构比较敏感，而知识创新主要影响知识扩散后期，对网络结构不敏感。

目录

声明

摘要

图表索引

1绪论

1．1研究背景

1．2研究意义

1．2．1理论意义

1．2．2实践意义

1．3国内外研究现状分析

1．3．1学科领域主题挖掘的相关研究

1．3．2学科知识网络的相关研究

1．3．3复杂网络的相关研究

1．3．4研究述评

1．4研究思路与内容结构

1．4．1研究思路

1．4．2内容结构

1．5研究方法与技术路线

1．5．1研究方法

1．5．2技术路线

1．6主要研究创新

2学科知识网络的理论研究

2．1理论基础概述

2．1．1科学学理论

2．1．2文本挖掘理论

2．1．3网络科学理论

2．2学科知识网络的相关概念界定

2．2．1学科知识

2．2．2学科知识网络

2．3学科知识网络构建方法研究

2．3．1元矩阵网络描述法

2．3．2基于元矩阵网络描述法的学科知识网络构建

2．4学科知识网络的演化机理分析

2．4．1学科知识网络演化的基本驱动及其作用分析

2．4．2演化驱动作用及其影响的理论解释

2．5整合主题的学科知识网络建模与演化分析框架

2．5．1整合主题的学科知识网络构建流程

2．5．2整合主题的学科知识网络结构演化分析

2．5．3整合主题的学科知识网络演化建模及仿真实验框架

2．6本章小结

3学科领域主题挖掘研究

3．1主题的内涵及表示方法

3．1．1主题的内涵

3．1．2主题的表示方法

3．2 LDA_主题模型优化方法研究

3．2．1 LDA的理论基础

3．2．2 LDA最优主题数确定方法研究

3．2．3 LDA语料库构建与主题抽取效果评价研究

3．3作者研究主题挖掘及演化研究

3．3．1基于生命周期理论的学科领域发展阶段划分

3．3．2作者研究主题及演化分析框架构建

3．3．3作者研究主题挖掘的实证研究

3．4本章小结

4整合主题的学科知识网络构建与结构演化分析

4．1整合主题的一模学科知识网络构建及结构演化分析

4．1．1学科知识网络中主题影响力概念与度量方法

4．1．2主题-主题关联的一模学科知识网络构建

4．1．3实证研究

4．2整合主题的二模学科知识网络构建及结构演化分析

4．2．1学科知识网络中作者主题关联影响力概念与度量方法

4．2．2作者-主题关联的二模学科知识网络构建

4．2．3实证研究

4．3整合作者研究主题的学科知识合作网络构建研究

4．3．1整合作者研究主题的学科知识合作网络构建

4．3．2整合作者研究主题的学科知识合作网络的结构演化分析

4．3．3实证研究

4．4本章小结

5整合作者研究主题的学科知识合作网络演化建模与仿真实验

5．1学科知识合作网络中作者研究主题相似性分析

5．1．1学科知识合作网络共同研究兴趣指数及其度量

5．1．2学科知识合作网络中研究主题相似性的实证分析

5．2整合作者研究主题的学科知识合作网络演化建模

5．2．1网络演化模型构建过程描述

5．2．2网络演化模型的仿真实验及结果分析

5．3基于多Agent系统的学科知识合作网络知识扩散建模及仿真实验

5．3．1多Agent系统建模的基本理论

5．3．2学科知识合作网络知识扩散模型构建

5．3．3学科知识合作网络知识扩散模型仿真实验及结果分析

5．4本章小结

6总结与展望

6．1研究结论及建议

6．1．1主要研究结论

6．1．2建议

6．2研究不足与展望

6．2．1研究不足

6．2．2研究展望

致谢

参考文献

附录