基于科學知識圖譜的效能評估研究可視化分析*

夏正洪，萬 健，朱新平

（1.中國民用航空飛行學院空中交通管理學院，四川 廣漢 618307；2.中國民航科學技術研究院，北京 100028）

0 引言

系統效能是系統的實際行為表現與系統目標的匹配程度，其度量和評估往往牽涉系統科學、管理科學和行為科學等多個領域［1］。目前，國內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］等領域，研究內容包括評估指標體系及模型構建、評估方法及模擬仿真。但是，這些研究主要是效能評估領域某一知識點的微觀聚焦，缺乏對該領域研究現狀整體格局的宏觀可視化分析。

科學知識圖譜（Mapping Knowledge Domains）是用于顯示科學知識發展進程和結構關系的圖形，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成的復雜網絡進行聚類分析和共引分析，將海量數據以圖形、圖像等可視化集中表現形式，挖掘數據之間的潛在關聯，實現數據可視化信息處理，以協助人們做出科學合理的決策［5-6］?？茖W知識圖譜分析技術在大數據時代背景下發展迅速［7］，目前被廣泛應用于管理科學［8］、安全科學［9-10］、科技管理［11］等領域。

筆者基于華裔學者陳超美開發的科學知識圖譜可視化軟件CiteSpace V［12］，以中國知網CNKI 上的核心期刊為數據源，檢索效能評估領域近20 年所載論文，分析研究成果產出時序、研究力量分布、作者合作、機構合作、關鍵詞及其文獻共引、突變詞分析；通過科學知識圖譜的可視化分析呈現效能評估研究領域的知識結構、規律和分布情況，實現科學知識從微觀聚焦到宏觀可視化分析的突破，進而對效能評估領域研究動態的總體把握。

1 效能評估研究成果可視化分析

1.1 數據來源及方法

以“主題=效能評估”在中國知網（CNKI）上檢索最近20 年（1998 年～2017 年）的文獻，共得到3 089 條數據；根據布拉德福定律可知，少數核心期刊集中了該研究領域的大量重要文獻，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，經過篩選去除不相關的聲明、通知、公告等，可得該領域的有效文獻1 248 篇。

將檢索結果導出為Refworks 文本文件，導入CiteSpace V 中進行格式轉換，“Time Slicing”選擇1998 年-2017 年，“Years Per Slice”設置1 年為一個時間分區，“TOP N Per Slice”選擇閾值50，即每個時區選擇高頻出現的前50 個節點，采用網絡裁剪運算策略（pruning sliced network），繪制作者、機構合作網絡知識圖譜，有效地完成效能評估領域科學研究進行可視化分析。

1.2 論文產出時間圖譜

論文產出是衡量研究領域已有知識的累積量以及成熟程度的重要指標，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：效能評估領域研究論文產出曲線基本符合科學文獻的指數增長規律——普賴斯邏輯增長曲線。1998 年-2000 年，國內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，國內效能評估研究論文呈現線性增長趨勢，并于2003 年首次突破了20 篇；2004 年-2007 年，該領域研究論文呈指數型增長趨勢，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 %；2008 年-2017年，該領域論文發文量基本穩定在（80～100）之間波動，標志著國內效能評估研究已經成熟。

將刊載效能評估領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）、《系統仿真學報》（71 篇）、《彈箭與制導學報》（66 篇）、《電光與控制》（63 篇）、《現代防御技術》（61 篇）、《系統工程與電子技術》（55 篇）、《計算機仿真》（30 篇）、《空軍工程大學學報（自然科學版）（27 篇）》、《現代雷達》（27 篇）、《兵工學報》（23 篇）。根據布拉福德定律，該領域最核心區期刊所刊載的文獻數量約為總數的1/3，即1 248/3=416 篇。由此可見，國內效能評估領域已形成集中穩定的核心發文期刊群；其中，《火力與指揮控制》和《系統仿真學報》為效能評估領域的核心區期刊，兩種刊物均為北大核心和CSCD 核心期刊檢索，所發表的文章在一定程度上代表該領域的熱點，是該領域后續學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計分析如圖2 所示。

圖2 效能評估領域核心期刊群時序分析圖

可見，2007 年-2016 年是國內效能評估研究的高產年度范圍，兩類核心區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論文從數量上看，走出了普賴斯邏輯曲線的緩慢增長、線性增長、指數型增長和穩定震蕩階段；其年度產出在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仿真學報》所刊載的效能評估研究論文首次出現在2004 年，年度產出隨后緩慢增加，在2008 年達到峰值14 篇后迅速下降。

1.3 學科分布

通過對效能評估領域近20 年的研究論文分析，提取研究成果的學科分類如表1 所示。其中，武器工業學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%；其次是航空航天科學工程學科方向（186 篇），占總研究成果的14.75 %；電信技術學科方向發文164 篇（占比13%）；軍事技術學科方向發文量105 篇（占比8.33%）；計算機軟件與應用技術學科方向發文量為93 篇（7.45%）；各學科方向發文量時序變化趨勢基本相同，呈現典型的普賴斯邏輯曲線特征。

表1 效能評估研究成果學科分布

2 效能評估研究合作圖譜分析

2.1 作者合作圖譜

圖3 效能評估研究論文作者合作網絡

通過分析作者合作網絡可知，該領域核心作者中的高產者（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（14 篇）、高曉光（13 篇）、羅鵬程（12 篇）、王維平（12 篇）、武昌（12篇）、周經倫（10 篇）。筆者將效能評估領域論文高產者前三甲的研究成果進行了時序統計分析如下頁圖4 所示：這3 位學者的發文量時序變化曲線截然不同；西北工業大學的張安近20 年幾乎每年都有產出效能評估相關論文，其中2008 年達到峰值8篇；空軍工程大學的徐浩軍在該領域的研究從2006年開始，年平均發文量為3 篇；武警工程大學的郭三學在效能評估的研究開始于2014 年，且年平均發文量為4 篇。

圖4 效能評估研究學者發文量TOP3 時序圖

2.2 機構合作圖譜

通過分析效能評估研究論文的機構合作網絡如圖5 所示，近20 年機構合作網絡節點數111，合作關系數57，網絡密度為0.009 3。網絡節點和字號的大小反映機構發文量的多少，紅色圓圈表示機構合作研究成果較多。該領域論文發表量排名前十的機構包括空軍工程大學（239 篇）、西北工業大學（107 篇）、國防科技大學（90 篇）、北京航空航天大學（44 篇）、海軍航空工程學院（41 篇）、海軍大連艦艇學院（35 篇）、海軍工程大學（30 篇）、第二炮兵工程學院（27 篇）、解放軍電子工程學院（27 篇）、解放軍理工大學（25 篇）。節點與節點之間的連線表示機構之間合作次數。由圖可見，參與效能評估領域研究的機構之間的合作關系比較疏散，合作關系較為突出的是空軍工程大學和西北工業大學。

圖5 效能評估研究論文機構合作網絡

2.3 關鍵詞共現圖譜

關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 年效能評估領域1 248 篇核心文獻的分析，提取得到關鍵詞3 967 個，通過統計分析得到該領域前10 個高頻關鍵詞及其頻次分別為：效能評估（593 次），作戰效能（170 次）、層次分析法（91 次）、指標體系（60 次）、作戰效能評估（52 次）、評估（48 次）、效能（38 次）、評估模型（37 次）、仿真（27 次）、模型（24 次）。筆者將該數據導入CiteSpace V 中進行關鍵詞共現知識圖譜如圖6 所示。其中，圖譜共生產節點215 個，542 條連線，網絡密度為0.023 6。知識圖譜中字體及其圓圈的大小代表該節點的重要程度，字體越大、圓圈越大則表示該關鍵詞出現的次數越多，重要性等級越高，越有可能成為網絡的核心節點；連接線上的數字表示共現次數，表示關鍵詞之間的關聯程度大小。CiteSpace 軟件中提供了一個可量化某一節點在連接其他節點中的重要程度的指標——中心度（中介中心性），若某節點的中心度大于等于0.1，說明該節點處于核心位置或對信息的流動起到控制作用。從圖譜中可知，關鍵詞中效能評估（1.21）、作戰效能（0.37）、層次分析法（0.17）、指標體系（0.11）、評估模型（0.10）等節點在圖譜中發揮了重要的樞紐媒介作用。綜合關鍵詞頻次及其中心度，以上節點可視為共現網絡的關鍵節點，反映了效能評估領域的核心研究主題和方法。

圖6 效能評估研究關鍵詞共現分析

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，說明其學術水平較高，有較高的參考價值。高被引文獻研究內容涉及武器系統、雷達、導彈、電子對抗等學科，期刊來源均為公認度較高的核心期刊。其中武器系統效能評估在高被引文獻中占比67 %，由張克在《宇航學報》上發表于2002 年的《關于導彈武器系統作戰效能評估問題的探討》，其總下載量最高、被引次數較高，為各學科效能評估研究奠定了基礎，是后續學者的重要參考來源。

表2 效能評估文獻共引分析

2.5 關鍵詞突變分析

科學知識圖譜能夠顯示知識單元和知識群之間的網絡結構、交叉、演化或衍生等諸多復雜關系，新研究主題或研究熱點的確立通?？梢罁~頻增長率顯著變化或爆發詞檢測；而CiteSpace V不僅能夠實現對高頻節點和聚類的解讀，也能通過“突變詞語”的突變檢測（burst detection）來實現對學科研究前沿的探測。筆者通過對效能評估研究領域近20 年的1 248 篇文獻進行突變詞（burst terms） 提取分析，其結果如圖7 所示。1999 年-2005 年，“作戰效能評估”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域；2005 年-2007 年，突變詞為“防空導彈”，說明該時間段的研究熱點是導彈效能評估；2013 年-2017 年，“云模型”［13-14］和“評估指標”［15］突變次數顯著增加，為效能評估學者青睞的新主題和熱點。

圖7 效能評估研究關鍵詞突變分析

3 結論

以中國知網近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CiteSpace V 對其在空間上形成的客觀共現現象進行可視化分析，包括研究成果產出時序圖譜、學者和機構合作圖譜、關鍵詞共引、文獻共引、突變詞等，從而獲取該領域研究的演進情況。研究結果表明：1）科學知識圖譜能宏觀地勾勒出效能評估的“科學研究地形地貌圖”，使得學者們在該領域的研究“既見樹木，又見森林”。2）國內效能評估研究從產出、研究主題以及合作情況上都已經趨于成熟，目前已形成集中穩定的核心發文期刊群；但還沒有形成真正意義上的核心作者群，作者合作和機構合作關系網絡均較為松散。3）關鍵詞和突變詞分析能有效地把握該領域研究的主題和熱點的演變過程。