〔摘 要〕本文以2000-2007年電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科各分支領(lǐng)域獲得國家自然科學(xué)基金資助的面上項目情況作為數(shù)據(jù)源，采用熵值法對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到該學(xué)科的研究熱點，并對學(xué)科內(nèi)各領(lǐng)域未來幾年的發(fā)展趨勢做出預(yù)測。

〔關(guān)鍵詞〕國家自然科學(xué)基金；電子學(xué)與信息系統(tǒng)；熵值法；研究熱點

〔中圖分類號〕G20 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821(2009)04-0068-04

Focal Points and Trend of Electronics and Information System

——Entropy Analysis of General Projects by NSFCHe Jing1 Hui Wenjing2 Ma Huzhao3

(1.College of Electronic Information and Automation，Tianjin University of Science Technology，

Tianjin 300222，China；

2.Department of Electronical Engineering，Hebei Engineering and Technical College，Cangzhou 061001，China；

3.Tianjin Science of Science Institute，Tianjin 300011，China)

〔Abstract〕Based on the data of general projects supported by NSFC in kinds of fields of electronics and information system from 2000 to 2007，the research used entropy method to analyze these data，get research focus in this field，and gave a prediction of development in various fields within next several years.

〔Key words〕NSFC；electronics and information system；entropy method；focal points

電子學(xué)與信息系統(tǒng)是一個內(nèi)容非常廣泛的學(xué)科，它包含信息采集與信號處理、通信系統(tǒng)理論、電路技術(shù)、電磁波理論及應(yīng)用等多方面內(nèi)容[1]。隨著人類對信息服務(wù)需求的日益增長，信息的多樣性與實時性對電子信息技術(shù)提出了更高的要求。該學(xué)科的飛速發(fā)展加速了通信、廣播電視、雷達(dá)等領(lǐng)域的信息數(shù)字化進(jìn)程。

我國電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科的發(fā)展與國家自然科學(xué)基金的支持密不可分。國家自然科學(xué)基金屬于自由申請，沒有指令性計劃，因此基本上是按照自然科學(xué)的發(fā)展規(guī)律和科研人員的興趣進(jìn)行自由選題申請。其資助的面上項目從宏觀上反映了電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科研究的軌跡、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。因此，對國家自然科學(xué)基金資助項目的研究可以了解該學(xué)科的研究發(fā)展動態(tài)，從而進(jìn)一步提高我國自然科學(xué)基金的管理水平。

基于這種考慮，本文對近年來(2000-2007年)國家自然科學(xué)基金委員會電子與信息系統(tǒng)學(xué)科資助的面上項目進(jìn)行動態(tài)分析，系統(tǒng)地剖析近年來資助項目情況，重點對資助項目的研究熱點加以分析，以期為科研人員在研究選題方面提供導(dǎo)向，為制定學(xué)科發(fā)展規(guī)劃并遴選優(yōu)先資助領(lǐng)域提供決策參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)信息科學(xué)部新版的學(xué)科代碼劃分，本研究將電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科劃分為信息理論與信息系統(tǒng)、通信理論與系統(tǒng)、信號理論與信號處理、信息處理方法與技術(shù)、電路與系統(tǒng)、電磁場與波、物理電子學(xué)、生物電子學(xué)與生物信息處理、敏感電子學(xué)與傳感器、本學(xué)科其它類共10個研究領(lǐng)域[2]。研究主要以2000-2007年電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科資助的面上項目為數(shù)據(jù)源，分別分析這10個領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。通過分析找到該學(xué)科的研究熱點，供大家參考。

1.2 研究方法

“研究熱點”反映著某一時間段內(nèi)學(xué)術(shù)界對于一些特定問題或領(lǐng)域的關(guān)注程度[3]，資助項目數(shù)量和金額可以在一定程度上說明主要研究領(lǐng)域和非主要研究領(lǐng)域，而受資助項目數(shù)量和金額的增長則反映出各領(lǐng)域的發(fā)展速度，因此，本研究選取項目數(shù)量、項目數(shù)增量(某一領(lǐng)域本年項目數(shù)與上年項目數(shù)差值)、項目數(shù)增長率(增量與上年項目數(shù)之比)、項目金額、金額增量(本年項目金額與上年金額差值)、金額增長率(增量與上年項目金額之比)和平均金額(平均每個項目受資助金額)7個指標(biāo)進(jìn)行分析、綜合以期找到電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科的研究熱點。

熵值法是一種客觀賦權(quán)法，它根據(jù)各項指標(biāo)值所提供的信息量的大小來確定指標(biāo)權(quán)重[4]。由熵值法求得的評價結(jié)果可以從客觀上反應(yīng)評價對象在發(fā)展水平和發(fā)展速度上的狀態(tài)，而現(xiàn)有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)又滿足熵值法需要完整數(shù)據(jù)樣本的要求[5]。因此，采用熵值法來確定電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科的研究熱點是科學(xué)的。熵值法計算研究熱點的具體步驟如下：

(1)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化：選用極差變換法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)X為m個年份、n個指標(biāo)的樣本矩陣，有X=(xij)m×n，對初始數(shù)據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理，令

yij=xij-minixijmaxixij-minixij，(1im，1jn)

其中，maxxij、minxij分別是第j個指標(biāo)下各樣本值的最大值和最小值。計算得到的yij∈[0，1]，而計算信息熵時需要取對數(shù)，因此作為底數(shù)指標(biāo)值應(yīng)為某大于1的值，因此做出以下調(diào)整，令

zij=yij×40+60

得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣：Z=(zij)m×n。

(2)計算指標(biāo)j下第i年所占比重：pij=zij∑mi=1zij(1im，1jn)

(3)求指標(biāo)j的信息熵：ej=-k#8226;∑mi=1pij ln pij(1jn)。其中k值與樣本數(shù)m有關(guān)，本研究中為70則k=1/ln70≈0.2534

(4)計算第j個指標(biāo)的差異系數(shù)：對于指標(biāo)j，其值的差異越大，對方案評價的作用越大，熵值越小，反之，差異越小，對方案評價的作用越小，熵值就越大。因此，定義差異系數(shù)為：gj=1-ej(1jn)。

(5)確定指標(biāo)權(quán)重：指標(biāo)j的權(quán)重為wj=gj∑nj=1gj(1jn)

(6)計算各年、各領(lǐng)域的評價值：fi=∑nj=1zij×wj，對各年同一領(lǐng)域的評價值求均值，即得到該領(lǐng)域的研究熱點值。

2009年4月第29卷第4期現(xiàn)?代?情?報Journal of Modern InformationApr.，2009Vol.29 No.42009年4月第29卷第4期我國電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科研究熱點與發(fā)展趨勢Apr.，2009Vol.29 No.42 電子學(xué)與信息系統(tǒng)研究熱點分析

2.1 項目資助總體情況

信息科學(xué)部重視對電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科領(lǐng)域前沿性與基礎(chǔ)性研究的資助，鼓勵與我國生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合、創(chuàng)新性較強(qiáng)的理論及工程技術(shù)研究。2000-2007年項目資助的總體情況如表1所示。表1 電子學(xué)與信息系統(tǒng)項目資助總體情況

年 度項目數(shù)量(個)總金額(萬元)平均金額(萬元)2000831 41217.0120011242 09716.9120021533 10320.2820031362 78420.4720041693 70821.9420052284 96421.7720062275 43823.9620072386 09625.61

統(tǒng)計得到，2000-2007年累計資助項目1 358項，資助總金額近3億元，年資助金額基本呈遞增趨勢，2007年的資助金額是2000年的4.3倍，資助強(qiáng)度則由2000年的平均每項17.01萬到2007年的25.61萬，增長了51%。從這些數(shù)據(jù)可以看出國家大力增加基金的投入，為電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科的發(fā)展及研究質(zhì)量的提高提供了必要的物質(zhì)保證。

表2列出了2000-2007年電子學(xué)與信息系統(tǒng)各分支領(lǐng)域獲得國家自然科學(xué)基金資助的項目數(shù)量和項目經(jīng)費(fèi)情況。從表2可以看出，近幾年獲得大力資助的領(lǐng)域是“信息理論與信息系統(tǒng)”及“通信理論與系統(tǒng)”，而“生物電子學(xué)與生物信息處理”及“敏感電子學(xué)與傳感器”兩個領(lǐng)域則未獲資助。由于各研究領(lǐng)域的研究方法和技術(shù)不同，其學(xué)科平均資助強(qiáng)度略有差別，從18.5萬元到22萬元不等。信息理論與信息系統(tǒng)、電路與系統(tǒng)分支學(xué)科獲得的平均資助強(qiáng)度較大。表2 各分支領(lǐng)域資助情況

分支領(lǐng)域項目數(shù)項目金額平均金額信息理論與信息系統(tǒng)4139 41721.71通信理論與系統(tǒng)4599 93420.90信號理論與信號處理5198518.52信息處理方法與技術(shù)1543 48521.57電路與系統(tǒng)1222 72622.05電磁場與波1422 99820.67物理電子學(xué)510721.4生物電子學(xué)與生物信息處理000敏感電子學(xué)與傳感器000其它1225621.33

2.2 研究熱點分析結(jié)果

使用上文介紹的熵值法求得各指標(biāo)的權(quán)重wj如表3所示：表3 各指標(biāo)權(quán)重

權(quán)重權(quán)重項目數(shù)量0.22809金額增量0.062948項目數(shù)增量 0.05275金額增長率 0.065865項目數(shù)增長率0.061326平均金額0.327868項目金額0.201154

根據(jù)計算出的權(quán)重，將樣本值做加權(quán)平均，得到各年、各領(lǐng)域的評價值，對同一領(lǐng)域的值取平均得到該分支領(lǐng)域的研究熱點值。具體數(shù)值及各年評價值排序如表4所示：

表4 電子學(xué)與信息系統(tǒng)各分支領(lǐng)域研究熱點值評價結(jié)果

2001200220032004200520062007總排序研究熱點值信息理論與信息系統(tǒng)2122122285.4012通信理論與系統(tǒng)1211211186.0523信號理論與信號處理7758666773.7391信息處理方法與技術(shù)4634533378.3988電路與系統(tǒng)5443475477.3245電磁場與波3575344577.0604物理電子學(xué)88661088867.4742生物電子學(xué)與生物信息處理88998810962.7471敏感電子學(xué)與傳感器8899889962.7471本學(xué)科其它類6387757674.3224

從表4中可以看到，電子學(xué)與信息系統(tǒng)中10個分支領(lǐng)域可分為3個檔次：

(1)第一檔次為“信息理論與信息系統(tǒng)”和“通信理論與系統(tǒng)”。這2個領(lǐng)域的研究熱點值均在80以上，各年排序也在前兩名。對“金額增長率”和“項目數(shù)增長率”2項指標(biāo)的單獨(dú)評價顯示，在全部10個分支中“信息理論與信息系統(tǒng)”排名第2，“通信理論與系統(tǒng)”排名第5，說明這2個領(lǐng)域研究不僅獲得資助的項目數(shù)量多，而且保持了較高的增長率。對這2個領(lǐng)域的平均資助力度也逐年上升，從2000年的16萬元/項目上升到2007年的26萬元/項目。這2個領(lǐng)域都偏重于理論基礎(chǔ)研究，“信息理論與信息系統(tǒng)”含信息論與編碼、信息系統(tǒng)建模與仿真及認(rèn)知無線電等分支，“通信理論與系統(tǒng)”主要涉及網(wǎng)絡(luò)通信、無線通信、多媒體通信等通信系統(tǒng)的理論及相關(guān)技術(shù)，信息科學(xué)部應(yīng)繼續(xù)重視我國自主性學(xué)術(shù)理論創(chuàng)新及發(fā)展，鼓勵這些先進(jìn)理論與實際應(yīng)用相結(jié)合，將理論應(yīng)用于實踐，讓研究成果發(fā)揮更大作用。

(2)第二檔次包括“信號理論與信號處理”、“信息處理方法與技術(shù)”、“電路與系統(tǒng)”、“電磁場與波”、“本學(xué)科其它類”5個領(lǐng)域。這幾個領(lǐng)域的研究熱點值均在70~80之間，處于中等水平。

其中“信號理論與信號處理”領(lǐng)域獲得國家自然科學(xué)基金資助項目總量相對較少，但在“金額增長率”和“項目數(shù)增長率”2項指標(biāo)的評價中名列前茅，在信息化時代對數(shù)字信號的處理方法及理論已成為信息科學(xué)中不可或缺的分支，引起眾多學(xué)者的關(guān)注，有可能成為未來研究的熱點，基金委應(yīng)保持對該領(lǐng)域的資助力度，并在一定范圍內(nèi)略作增加。

“信息處理方法與技術(shù)”領(lǐng)域的研究熱點值為78.4僅次于第一檔次的2個領(lǐng)域，該分支被列為“十一五”期間重點支持研究領(lǐng)域，呈現(xiàn)出旺盛的生命力，其中關(guān)于圖像處理算法的研究更是近年來的熱點[6]。表4中數(shù)據(jù)表明該領(lǐng)域研究熱度呈上升趨勢。針對這種情況，信息科學(xué)部應(yīng)加大對該分支學(xué)科的資助力度。

“電路與系統(tǒng)”作為一個傳統(tǒng)的研究領(lǐng)域，近年來得到了平穩(wěn)發(fā)展。因為進(jìn)行該領(lǐng)域研究的研究成本較高，所以其平均資助強(qiáng)度是各分支學(xué)科中最高的。電路的集成度和復(fù)雜度繼續(xù)按摩爾定律增長，對電路系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力及電路設(shè)計理論提出了更高的要求，作為實際應(yīng)用的需要，這些因素都將繼續(xù)推動該領(lǐng)域研究的發(fā)展。

“電磁場與波”主要涉及電磁場理論、計算電磁學(xué)、電波傳輸、微波元件、電磁兼容等方面問題，國外一直較重視這方面的研究，我國在這方面還有很大發(fā)展空間，“電磁波產(chǎn)生、傳播及應(yīng)用的新理論與技術(shù)” 已被列為“十一五”期間重點支持研究領(lǐng)域，隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，有關(guān)電磁輻射的研究也日益升溫。國家自然基金委應(yīng)增強(qiáng)對該領(lǐng)域的資助。

(3)第三檔次為“物理電子學(xué)”、“生物電子學(xué)與生物信息處理”、“敏感電子學(xué)與傳感器”3個領(lǐng)域。這3個領(lǐng)域的研究熱點值小于70，相關(guān)科研較不活躍。

“物理電子學(xué)”是近代物理學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、量子電子學(xué)及相關(guān)技術(shù)與學(xué)科的交叉與融合，主要在電子工程和信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。目前國內(nèi)多所高校均有該學(xué)科碩士點或博士點，并建有重點實驗室，但近年來申請到的國家自然科學(xué)基金受資助項目較少。部分原因在于該領(lǐng)域?qū)儆诮徊鎸W(xué)科，需要較強(qiáng)的物理基礎(chǔ)，并往往研究在強(qiáng)輻照、低信噪比、高通道密度等極端條件下小時間尺度信號的狀態(tài)，所需科研投入較多。信息科學(xué)部應(yīng)考慮鼓勵該領(lǐng)域研究，擴(kuò)大粒子物理、等離子體物理、激光等物理前沿對電子工程和信息科學(xué)的概念和方法所產(chǎn)生的影響，并由此形成電子學(xué)的新領(lǐng)域和新生長點。

“生物電子學(xué)與生物信息處理”是上世紀(jì)80年代以來新興的一門邊緣學(xué)科，是生物學(xué)與電子信息科學(xué)相互交叉滲透形成的[7]。本文的評價體系顯示該學(xué)科的研究熱點值較低，但國際上該領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速，已介入生命科學(xué)研究領(lǐng)域，用于探究生命過程的本質(zhì)，揭示重大疾病的機(jī)制。我國對該領(lǐng)域的發(fā)展也已提起重視，“生物信息處理與生物計算”被列為“十一五”期間重點支持研究領(lǐng)域，相信在國家資金的支持下，該領(lǐng)域的研究將有長足進(jìn)步。

“敏感電子學(xué)與傳感器”主要研究各種傳感器的傳感機(jī)理、信息檢測及新型敏感元件。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量?？梢哉f，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。隨著我國的傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展并日臻成熟，該領(lǐng)域已不再是研究重點，因此，其研究熱點值居于末位。

3 結(jié) 語

本研究利用熵值法對我國電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科的研究熱點和發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，給出的綜合評價結(jié)果完全基于評價指標(biāo)所提供的信息而產(chǎn)生。分析結(jié)果顯示：

(1)“信息理論與信息系統(tǒng)”和“通信理論與系統(tǒng)”學(xué)科作為近年來資助重點保持了較好的發(fā)展勢頭，以后幾年仍將是研究熱點，發(fā)展態(tài)勢良好。

(2)“電路與系統(tǒng)”與“電磁場與波”領(lǐng)域研究熱點值在10個領(lǐng)域中處于中等水平，但市場的實際應(yīng)用需求將在很大程度上推動這2個領(lǐng)域的發(fā)展，因此未來幾年被關(guān)注度將有所提高。

(3)“生物電子學(xué)與生物信息處理”是一個新興學(xué)科，我國在這方面的研究尚處于起步階段，目前熱點值較低，但國外這方面研究很多且成果豐碩，我國也已將它被列為“十一五”期間重點支持研究領(lǐng)域，可以預(yù)見該領(lǐng)域發(fā)展的黃金時期即將到來，國家自然科學(xué)基金委應(yīng)增強(qiáng)對該領(lǐng)域的資助。

(4)“敏感電子學(xué)與傳感器”領(lǐng)域經(jīng)過多年發(fā)展，已日趨成熟，若無突破，估計短期內(nèi)不會成為研究熱點。

由于分析結(jié)果僅是基于國家自然科學(xué)基金資助項目得到的，未參考科研論文等相關(guān)數(shù)據(jù)，所以不能完全體現(xiàn)該學(xué)科的發(fā)展趨勢。本文采用熵值法分析電子學(xué)與信息系統(tǒng)的研究熱點與發(fā)展趨勢，旨在為電子學(xué)與信息系統(tǒng)學(xué)科的科研人員選擇研究方向時提供參考，并在信息科學(xué)部確定資助項目時有所幫助。

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