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從節(jié)點(diǎn)屬性角度對(duì)教師科研項(xiàng)目合作網(wǎng)絡(luò)可視化分析
目前的科研合作網(wǎng)絡(luò)可視化通常以節(jié)點(diǎn)連接圖和鄰接矩陣為主要方法，下面是小編搜集整理的一篇探究教師科研項(xiàng)目合作網(wǎng)絡(luò)可視化的論文范文，供大家閱讀查看。
合作研究對(duì)于信息獲取、思想交流、知識(shí)創(chuàng)新有重要的意義，是科學(xué)研究的重要模式。學(xué)者對(duì)科研合作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了大量的探討和研究。隨著可視化技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)可視化已成為分析科研合作網(wǎng)絡(luò)的重要手段。通過(guò)對(duì)合作網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系進(jìn)行可視化建模，將科研合作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以圖形化方式展示出來(lái)，不僅可以科學(xué)高效地協(xié)助用戶清晰地認(rèn)識(shí)合作網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有助于挖掘隱藏在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的有價(jià)值信息。目前已開發(fā)出的多款社會(huì)網(wǎng)絡(luò)可視化軟件，如UCINET，Pajek，NWB等都能用于科研合作網(wǎng)絡(luò)的可視分析。然而當(dāng)前絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)可視分析雖然能較好地揭示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，卻往往忽略了節(jié)點(diǎn)本身的背景信息(如屬性)。實(shí)際上社會(huì)網(wǎng)絡(luò)不僅僅是一系列匿名的節(jié)點(diǎn)和連線，同時(shí)還應(yīng)包含行動(dòng)者的社會(huì)屬性和他們的關(guān)系。Breiger指出作為行動(dòng)者社會(huì)層次的屬性信息通常有重要的社會(huì)影響。因此分析社會(huì)網(wǎng)絡(luò)不僅要關(guān)注所呈現(xiàn)出來(lái)的網(wǎng)絡(luò)模式，同時(shí)也應(yīng)關(guān)注隱藏在屬性中的社會(huì)結(jié)構(gòu)。比如在學(xué)者合作網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)學(xué)者的所在單位信息包含學(xué)院、學(xué)校和國(guó)家3個(gè)不同的層次，如果能從不同的社會(huì)層級(jí)(從個(gè)體，到跨部門，到國(guó)際合作)來(lái)分析學(xué)者行為，將有助于深入理解學(xué)者的合作行為以及影響力的分析。針對(duì)目前社會(huì)網(wǎng)絡(luò)可視化難以支持節(jié)點(diǎn)屬性挖掘的問(wèn)題，本文提出一種從節(jié)點(diǎn)屬性角度對(duì)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視分析的方法，該方法能在展示單個(gè)節(jié)點(diǎn)間相互關(guān)聯(lián)關(guān)系的同時(shí)，展示單個(gè)節(jié)點(diǎn)與其所屬群體和其他群體間的層次關(guān)系，以及不同群體間的關(guān)聯(lián)和從屬關(guān)系，側(cè)重于對(duì)節(jié)點(diǎn)本身的屬性信息和群體間的從屬關(guān)系進(jìn)行挖掘。筆者以某學(xué)院教師科研項(xiàng)目合作網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行分析，從多尺度和跨尺度對(duì)教師的科研合作進(jìn)行了展示，彌補(bǔ)了以往可視分析只注重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性的不足，為更深入全面地了解合作網(wǎng)絡(luò)提供了幫助。
1、相關(guān)工作
圖形可視化正在成為了解不斷擴(kuò)大的社會(huì)交流協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的重要手段。由于這樣的網(wǎng)絡(luò)有著更大、更復(fù)雜的鏈接和結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的直線圖和力引導(dǎo)布局不能有效地揭示關(guān)系和結(jié)構(gòu)，這便導(dǎo)致許多新可視化技術(shù)的產(chǎn)生，如層次聚類和連線集束方法。
1.1層次可視化的相關(guān)研究
在當(dāng)前的層次可視化研究中常見的是類似于樹根的有根樹結(jié)構(gòu)，這種方法是使用與計(jì)算機(jī)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相類似的直線連接和層次布局來(lái)表示一個(gè)層次網(wǎng)絡(luò);也有將節(jié)點(diǎn)的聚類根據(jù)其層次情況按照不同的深度排列在一個(gè)圓形整體中的氣球布局;還有使用基于空間填充設(shè)計(jì)技術(shù)的樹形層級(jí)圖，這種方法通過(guò)將矩陣中的方塊按照不同的權(quán)重和從屬關(guān)系進(jìn)行嵌套處理來(lái)表示層次關(guān)系。層次聚類圖則是融合以上層次可視化方法，同時(shí)引入可視化交互技術(shù)的一種可視化方式，因?yàn)樗鼡碛锌傆[、縮放以及篩選的功能。該技術(shù)假定一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)被當(dāng)作一個(gè)整體節(jié)點(diǎn)在可視化圖形中輸出，然后構(gòu)建節(jié)點(diǎn)的分層或聚類集群，為這些分層或聚類集群分配一定的顯示空間，這種可視化方法與當(dāng)前的力引導(dǎo)布局對(duì)節(jié)點(diǎn)的位置計(jì)算所不同的是，該方法直接使用節(jié)點(diǎn)本身的屬性信息來(lái)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)位置的定位，既保留了原始數(shù)據(jù)中節(jié)點(diǎn)的分層結(jié)構(gòu)屬性，又避免了力引導(dǎo)布局所需要的大量計(jì)算。
1.2連線集束的相關(guān)研究
節(jié)點(diǎn)之間使用直線連接是一種常用的關(guān)系表示方法，但隨著數(shù)據(jù)量的增大，這種方法會(huì)由于連線交叉的增多而迅速導(dǎo)致視覺上的混亂。Fekete等為了減少直線的交叉提出使用弧線連接來(lái)盡可能避免直線的交叉，而Kauf-mann等為了避免連線的交叉將聚類的方法應(yīng)用到可視化研究中，將位置相近的連線捆綁成束以減少可視化圖形中線的數(shù)量，避免密集的連線對(duì)可視化圖形可讀性的影響。D.Holten融合以上方法的優(yōu)點(diǎn)提出將邊緣匯聚技術(shù)應(yīng)用到預(yù)先定義過(guò)層次的復(fù)合可視化圖形中，針對(duì)的是既包含層次關(guān)系又包含連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。在樹形結(jié)構(gòu)中直接添加網(wǎng)絡(luò)關(guān)系連線會(huì)使樹結(jié)構(gòu)的可讀性受到極大的影響，為了解決可視化畫面雜亂的問(wèn)題，這種既可以顯示節(jié)點(diǎn)的層次屬性，同時(shí)借由可視化交互技術(shù)，通過(guò)點(diǎn)擊縮放可以展示層次屬性的細(xì)節(jié)，使不同層次的信息能夠按照用戶的需求進(jìn)行信息的約減及擴(kuò)展的連線集束的可視化方法被提出，較好地滿足了將網(wǎng)絡(luò)信息和層次屬性相融合的需求。該方法使用階層式的方式來(lái)顯示節(jié)點(diǎn)的樹形結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)一定的聚類和集束來(lái)減少連線交叉所形成的間隙，通過(guò)使用相近連線共享同一個(gè)路徑而兩端散開的連線方式，減少了在大數(shù)據(jù)的顯示中由于連線的交叉而帶來(lái)的視覺上的混亂。
2、數(shù)據(jù)模型
通常社會(huì)網(wǎng)絡(luò)是用圖模型G={V，E}來(lái)表示的。
其中V代表所有節(jié)點(diǎn)的集合，而E代表所有邊(關(guān)聯(lián))的集合。本文在這個(gè)基本的圖模型上進(jìn)行擴(kuò)展來(lái)包含節(jié)點(diǎn)的屬性信息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有多個(gè)屬性，例如一個(gè)學(xué)者的社會(huì)屬性的隸屬關(guān)系可以在國(guó)家、地區(qū)、學(xué)校、學(xué)院、系等多層面進(jìn)行描述。所以定義有多個(gè)層級(jí)屬性的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)為N={VN，EN}，其中VN為所有社會(huì)行動(dòng)者(節(jié)點(diǎn))的集合，而EN為所有社會(huì)關(guān)系(邊)的集合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有m個(gè)屬性，屬性之間是有層次關(guān)系的。屬性之間的層次關(guān)系定義為樹結(jié)構(gòu)Ti=(VTi，ETi)，其中VTi表示來(lái)源于第i個(gè)屬性的樹的節(jié)點(diǎn)，ETi是樹形結(jié)構(gòu)的邊，表示屬性的父子關(guān)系。為了分析社會(huì)網(wǎng)絡(luò)和社會(huì)層次屬性信息，使用TreeNet圖模型，一個(gè)由樹形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)子圖所構(gòu)成的復(fù)合圖。一個(gè)TreeNet圖模型TrNi可以寫成:TrNi=(Ti，N，ρ)，其中ρ是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在樹結(jié)構(gòu)中葉節(jié)點(diǎn)的映射，ρ(nTi)→nN，nTi∈VTiL，nN∈VN，VTiL是Ti樹形結(jié)構(gòu)里的葉節(jié)點(diǎn)，該模型被用于整合具有不同層次屬性的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)。
3、案例分析
以武漢大學(xué)信息管理學(xué)院教師科研合作網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行可視分析。該數(shù)據(jù)集包括72名教師以及141個(gè)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目分別為該學(xué)院在2006—2012年獲批的國(guó)家自然科學(xué)、國(guó)家社會(huì)科學(xué)和教育部3類項(xiàng)目。節(jié)點(diǎn)屬性有兩層，學(xué)院和系，具體來(lái)說(shuō)為1個(gè)學(xué)院，5個(gè)系，分別是圖書館系、信息管理科學(xué)系、檔案與政務(wù)信息系、出版系、信息系統(tǒng)與電子商務(wù)系。針對(duì)該學(xué)院科研合作網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是以教師為節(jié)點(diǎn)，教師的合作關(guān)系作為邊。這是一個(gè)無(wú)向有權(quán)重的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，任意兩名教師同時(shí)參與的項(xiàng)目數(shù)作為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間邊的權(quán)重。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邊權(quán)重總和為364。與以往分析整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性不同的是，從節(jié)點(diǎn)屬性角度來(lái)分析學(xué)院科研合作網(wǎng)絡(luò)，具體來(lái)說(shuō)，從多尺度和跨尺度的角度來(lái)揭示合作模式。比如針對(duì)科研管理人員來(lái)說(shuō)，不僅需要知道整體的教師合作次數(shù)，更關(guān)注系與系之間的合作模式有何不同，哪兩個(gè)系合作最為頻繁哪些教師跨系合作多，是連接不同系的科研人員。為此筆者利用EXTRAVIS構(gòu)建了一個(gè)合作網(wǎng)絡(luò)可視化系統(tǒng)，通過(guò)交互界面實(shí)現(xiàn)多尺度和跨尺度分析，為科研管理人員提供快速、易理解的評(píng)估和更有效的交流手段。多尺度體現(xiàn)在個(gè)人與個(gè)人、系與系合作模式展現(xiàn)，跨尺度體現(xiàn)在個(gè)人跨系合作模式展示。
3.1系與系合作關(guān)系的可視化分析
基于節(jié)點(diǎn)屬性信息和節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)信息而生成的各系間的項(xiàng)目合作總圖。左側(cè)菜單可以對(duì)數(shù)據(jù)模型中的ρ進(jìn)行調(diào)整，這樣可以選擇是否對(duì)關(guān)系連線進(jìn)行匯聚，而右邊則通過(guò)列表的形式對(duì)系內(nèi)和跨系合作的數(shù)量情況進(jìn)行宏觀展示。連線的粗細(xì)表示項(xiàng)目合作次數(shù)的多少，而連線中標(biāo)注的數(shù)字則量化地描述了合作次數(shù)的多少，從圖1可以清楚地看到每個(gè)系與其他系的合作次數(shù)，提示信息管理系與電子商務(wù)系是合作最多的兩個(gè)系。在此基礎(chǔ)上很容易得到以系為單位的合作情況(如表1所示)，可以發(fā)現(xiàn)信息管理科學(xué)系是與其他系發(fā)生合作次數(shù)最多的系，其總數(shù)達(dá)到了80次，其次是信息系統(tǒng)與電子商務(wù)系58次，出版系36次及檔案與政務(wù)信息系32次，圖書館系28次。
在圖1的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，點(diǎn)擊系所屬信息片使其展開而得到了圖2的合作關(guān)系詳細(xì)視圖。通過(guò)展開每一個(gè)系節(jié)點(diǎn)，能夠得到包含每個(gè)系教師詳情信息的系合作關(guān)系詳圖，從中可以看到兩級(jí)節(jié)點(diǎn)，第一級(jí)是系，第二級(jí)是個(gè)人。詳圖除了進(jìn)一步顯示信息管理系與電子商務(wù)系間最為密切的合作關(guān)系外，還顯示了全部參與合作的二級(jí)節(jié)點(diǎn)(教師)的情況，從整體上顯示了系內(nèi)和系間存在的合作關(guān)系。圖2提示信息管理科學(xué)系中教師間合作關(guān)系連線最為密集，內(nèi)部合作有63次，其次為電子商務(wù)系30次。
3.2個(gè)人在系內(nèi)及跨系合作關(guān)系可視化
為了解個(gè)人在系內(nèi)以及跨系的合作情況，可以將整個(gè)系的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行縮放以觀察個(gè)人跨系合作情況，以“LuoLin”(以下簡(jiǎn)稱“LL”)節(jié)點(diǎn)為實(shí)例，展示跨系合作次數(shù)視圖并進(jìn)行分析。在圖3中可以發(fā)現(xiàn)“LL”節(jié)點(diǎn)屬于信息管理科學(xué)系，“LL”跨系合作涉及的系有4個(gè)，分別是電子商務(wù)系、出版系、圖書館系、檔案與政務(wù)信息系。
如果需要進(jìn)一步了解個(gè)人究竟與哪些個(gè)人進(jìn)行跨系合作，可以通過(guò)可視化交互式技術(shù)將所有與“LL”節(jié)點(diǎn)有聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)都通過(guò)附加標(biāo)注的方式在圖4中進(jìn)行展示，通過(guò)由指向性而展開的附加標(biāo)引，提示與“LL”節(jié)點(diǎn)有聯(lián)系的相關(guān)節(jié)點(diǎn)和具體的節(jié)點(diǎn)信息及數(shù)量。
從圖4可以看出，與“LL”節(jié)點(diǎn)有合作的系內(nèi)節(jié)點(diǎn)共有7個(gè)，系跨系節(jié)點(diǎn)有4個(gè)，與“LL”節(jié)點(diǎn)有合作關(guān)系的節(jié)點(diǎn)以文字的形式在畫面上縱向排列，可以讀出節(jié)點(diǎn)數(shù)共有11個(gè)，它們分別是“LP”、“ZYF”、“XLF”、“LG”、“ZXJ”、“ZXG”、“YL”、“TXQ”、“LW”、“LQ”、“MFC”，且在右邊的信息分列欄中，高亮的位置(計(jì)算機(jī)顯示)同樣可以輔助用戶讀取與“LL”節(jié)點(diǎn)有關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點(diǎn)位置。由此可見層級(jí)式邊緣集束模型對(duì)同層級(jí)間數(shù)據(jù)的可視化也有著良好的信息傳遞效果，圖4中的數(shù)據(jù)可以概括成為表2的“LL”節(jié)點(diǎn)個(gè)人與系合作情況表，“LL”節(jié)點(diǎn)共與5個(gè)系中的11個(gè)節(jié)點(diǎn)有過(guò)12次合作。
若按照系整體的角度對(duì)跨系合作數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，信息管理科學(xué)系最多，有80次合作，而最少的圖書館系也有28次，由此可以發(fā)現(xiàn)跨系合作非常頻繁，有的系跨系合作次數(shù)甚至與系內(nèi)合作次數(shù)相當(dāng)，同時(shí)有的節(jié)點(diǎn)還成為跨系合作中的橋梁，如“LL”、“HRH”等均與所有系有過(guò)合作。
這說(shuō)明在目前的科研合作中跨系交流現(xiàn)象十分明顯，實(shí)際上科研合作并沒(méi)有受到組織結(jié)構(gòu)的影響。
4、分析
目前針對(duì)科研合作網(wǎng)絡(luò)的研究大體可分為3類。第一類是針對(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)部成員合著情況的研究，如Perianes-Rodríguez通過(guò)對(duì)大學(xué)內(nèi)合著分析來(lái)識(shí)別研究小組，并對(duì)其進(jìn)行可視分析。歐陽(yáng)霞探討了EAMOLA成員的科研合著行為，分析了合著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、密度、核心作者分析，以及項(xiàng)目實(shí)施前后合著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化分析。第二類是針對(duì)某一領(lǐng)域的作者以及機(jī)構(gòu)合著情況分析，如邱均平和王菲菲通過(guò)構(gòu)建國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)領(lǐng)域作者的合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，分析作者的外在合作關(guān)系，同時(shí)輔以作者關(guān)鍵詞耦合分析挖掘該領(lǐng)域內(nèi)潛在的合作團(tuán)體。Arif等學(xué)者研究了印度計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)的成員合著網(wǎng)絡(luò)。李長(zhǎng)玲等人對(duì)我國(guó)圖書情報(bào)學(xué)研究機(jī)構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了可視分析。第三類是針對(duì)期刊的合著研究，如李亮和朱慶華選擇了《情報(bào)學(xué)報(bào)》的合著作者為對(duì)象，對(duì)國(guó)內(nèi)情報(bào)學(xué)領(lǐng)域的合著網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了實(shí)證研究，評(píng)價(jià)了學(xué)者在合著網(wǎng)絡(luò)中的地位，發(fā)現(xiàn)了合著網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)系緊密的團(tuán)體。孟微和龐景安以《情報(bào)理論與實(shí)踐》合著網(wǎng)絡(luò)為例，對(duì)其中有代表性的子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了具體的分析。余豐民、楊江明以《圖書情報(bào)工作》為研究對(duì)象，除了對(duì)作者合著進(jìn)行分析外，進(jìn)一步對(duì)機(jī)構(gòu)合著和區(qū)域合著現(xiàn)象進(jìn)行了研究，以評(píng)價(jià)某種刊物的作者、地區(qū)和機(jī)構(gòu)的合著水平和能力。雖然研究對(duì)象不同，但以上這些研究的方法基本相同，大都采用科學(xué)計(jì)量方法和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法，通過(guò)統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)數(shù)目、合作情況和高頻詞，挖掘出該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究主題以及核心人物。但在合著網(wǎng)絡(luò)可視化方面存在層次屬性被忽略、關(guān)系信息展示不充分等問(wèn)題。因此只能進(jìn)行單尺度(個(gè)體—個(gè)體)的關(guān)聯(lián)分析，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多尺度(機(jī)構(gòu)—機(jī)構(gòu)、地區(qū)—地區(qū)、國(guó)家—國(guó)家)和跨尺度(個(gè)人—機(jī)構(gòu)、個(gè)人—地區(qū)、機(jī)構(gòu)—地區(qū)、機(jī)構(gòu)—國(guó)家)的關(guān)聯(lián)分析，因此很難回答哪些機(jī)構(gòu)合作最多，哪些地區(qū)合作最多，哪個(gè)學(xué)者跨機(jī)構(gòu)、跨地區(qū)合作最多，哪個(gè)機(jī)構(gòu)跨地區(qū)、跨國(guó)家合作最多等問(wèn)題。而本文提出的合作網(wǎng)絡(luò)可視化方法通過(guò)交互界面提供快速，可縮放、多尺度和跨尺度可視界面，能夠很好地彌補(bǔ)之前的不足，協(xié)助用戶輕松地獲取對(duì)復(fù)雜合作網(wǎng)絡(luò)的更深層理解。
5、結(jié)束語(yǔ)
目前的科研合作網(wǎng)絡(luò)可視化通常以節(jié)點(diǎn)連接圖和鄰接矩陣為主要方法，僅注重節(jié)點(diǎn)的分布和邊的排列，忽略了節(jié)點(diǎn)的屬性信息。為此，本文提出了從節(jié)點(diǎn)屬性角度對(duì)科研合作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視分析的方法，并以武漢大學(xué)信息管理學(xué)院項(xiàng)目合作網(wǎng)絡(luò)為例，對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了多尺度和跨尺度的可視分析，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)可視化方法在表現(xiàn)層次屬性可視化方面上的不足。
該方法不僅具有易讀性的優(yōu)勢(shì)，而且具有極好的可擴(kuò)展性，能夠滿足多層數(shù)據(jù)的可視縮放。在本文中節(jié)點(diǎn)的屬性層次僅考慮了兩層，數(shù)據(jù)集相對(duì)簡(jiǎn)單，在下一步的研究中，將擴(kuò)大數(shù)據(jù)集到學(xué)校范圍以探測(cè)學(xué)院間的合作模式。另外將融合文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行整序和排列，以提供更多的分析功能。
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