摘 要：［目的/意義］戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)布局需要部署基礎(chǔ)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)的協(xié)同，而探測(cè)科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)正是挖掘科技協(xié)同的重要途徑。［方法/過(guò)程］針對(duì)科學(xué)—技術(shù)系統(tǒng)多尺度非線性關(guān)聯(lián)特征，本研究從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間序列相互表征視角出發(fā)，構(gòu)建人工智能領(lǐng)域的科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)“網(wǎng)絡(luò)—時(shí)間序列”等價(jià)轉(zhuǎn)換方法，將科技知識(shí)網(wǎng)絡(luò)顯化為非線性時(shí)間序列，采用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)距離、序列同步性指標(biāo)測(cè)量科技協(xié)同演化。［結(jié)果/結(jié)論］本文的研究方法能夠挖掘科學(xué)—技術(shù)系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)；分析發(fā)現(xiàn)人工智能領(lǐng)域科技協(xié)同演化關(guān)系趨于緊密，且由于科學(xué)研究細(xì)化和技術(shù)分化效應(yīng)，科學(xué)與技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)差異性逐步增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)；知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；時(shí)間序列分析；協(xié)同演化；人工智能

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2025.08.005

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕F276.44；G252.8 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A 〔文章編號(hào)〕1008-0821（2025）08-0057-13

Multidimensional Coupling and Co-evolution of Frontier

Science and Technology in Emerging Industries

——A“Network-to-Time Series”Equivalence Transformation Perspective

Zhang Yujie1，2 Ba Zhichao1，2* Meng Kai1，2 Liu Leilei1，2 Wang Liuhong1，2

（1.Research Institute for Data Management amp; Innovation，Nanjing University，Suzhou 215163，China;

2.Laboratory for Data Intelligence and Interdisciplinary Innovation，Nanjing University，Nanjing 210023，China）

Abstract：［Purpose/Significance］The layout of strategic emerging industries requires the coordination between basic scientific research and technological innovation activities，and the exploration of the science-technology（Samp;T）linkage is a crucial pathway for uncovering Samp;T synergies.［Method/Process］In response to the multi-scale nonlinear associative characteristics of Samp;T systems，this study constructed an Samp;T knowledge network in the field of artificial intelligence from the perspective of complex networks and time series mutual representation.The study designed a“network-time series”equivalence conversion method，representing the Samp;T knowledge network as a nonlinear time series.The paper measured the evolution of Samp;T synergies using knowledge network distance and sequence synchrony indicators.［Result/Conclusion］The proposed method uncovered the nonlinear dynamic associations within Samp;T systems.The analysis revealed that the Samp;T synergy in the field of artificial intelligence became increasingly closer，while due to the effects of scientific research specialization and technological differentiation，the disparity between scientific and technological knowledge structures gradually intensified.

Key words：science-technology linkage;knowledge network;time series analysis;co-evolution;artificial intelligence

科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新是推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的核心動(dòng)力［1］?？茖W(xué)系統(tǒng)與技術(shù)系統(tǒng)正是通過(guò)內(nèi)部知識(shí)、要素的實(shí)時(shí)適配，獲得相互之間的互動(dòng)與協(xié)同，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溢出擴(kuò)散和動(dòng)態(tài)耦合，以促進(jìn)科技創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)。然而，許多產(chǎn)業(yè)在發(fā)展實(shí)踐過(guò)程中存在科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的瓶頸，包括由于知識(shí)擴(kuò)散和技術(shù)轉(zhuǎn)移渠道不暢導(dǎo)致科學(xué)研究成果無(wú)法及時(shí)應(yīng)用于技術(shù)實(shí)踐，以及諸多技術(shù)問(wèn)題因缺少基礎(chǔ)研究支撐而得不到有效解決等［2］。盡管這種現(xiàn)狀是由諸多復(fù)雜原因?qū)е拢c產(chǎn)業(yè)中科技資源的“孤島現(xiàn)象”、科學(xué)與技術(shù)之間知識(shí)流動(dòng)不暢與協(xié)同性較低存在一定關(guān)系。因此，針對(duì)科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化不力、不順的“痼疾”，需要深入研究科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)互動(dòng)與協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，以提升科技研究成果的實(shí)踐支撐力。

科學(xué)文獻(xiàn)是科學(xué)研究成果的重要體現(xiàn)，技術(shù)專(zhuān)利是技術(shù)創(chuàng)新的重要載體。對(duì)科學(xué)文獻(xiàn)與技術(shù)專(zhuān)利數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)挖掘，成為目前深入探究科學(xué)與技術(shù)關(guān)系最直接、最有效的方法［3］。現(xiàn)有研究已提出多種科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)探測(cè)方法［4-8］。然而，當(dāng)前研究更多通過(guò)統(tǒng)計(jì)某些特征項(xiàng)在論文和專(zhuān)利中的數(shù)量分布特征以衡量科學(xué)與技術(shù)關(guān)系，難以反映科學(xué)—技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，難以揭示兩者知識(shí)結(jié)構(gòu)生成或演化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角，基于科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)相似、距離測(cè)度方法能夠從節(jié)點(diǎn)和關(guān)系層面計(jì)算科學(xué)—技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)聯(lián)、協(xié)同演化和動(dòng)力耦合［8-9］。

科學(xué)與技術(shù)都有著各自的知識(shí)結(jié)構(gòu)演化軌跡，同時(shí)相互依存，共同發(fā)展，通過(guò)知識(shí)傳遞、吸收與轉(zhuǎn)移形成多重關(guān)聯(lián)?？茖W(xué)創(chuàng)新是科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)中知識(shí)單元的增長(zhǎng)、重組和老化的自組織過(guò)程，技術(shù)創(chuàng)新則體現(xiàn)為技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)中技術(shù)元素的增長(zhǎng)、組合和變異過(guò)程［10-11］。兩者的發(fā)展均依賴(lài)知識(shí)單元和關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)變化。科學(xué)與技術(shù)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)反映了這些變化特性，研究其耦合關(guān)聯(lián)可揭示知識(shí)增長(zhǎng)的關(guān)鍵路徑、演化特征和互動(dòng)模式，從而發(fā)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新的路徑與趨勢(shì)。然而，僅基于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)分析難以精細(xì)量化科學(xué)與技術(shù)在耦合方向、振幅和步調(diào)同步性等方面的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和時(shí)間序列是描述現(xiàn)實(shí)復(fù)雜系統(tǒng)的兩種典型范式［12］。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為一種圖結(jié)構(gòu)，描述系統(tǒng)內(nèi)各部分之間相互作用和動(dòng)態(tài)行為；而時(shí)間序列描述某一系統(tǒng)現(xiàn)象的時(shí)間結(jié)構(gòu)性和時(shí)間相關(guān)性，反映在不同時(shí)間點(diǎn)上的狀態(tài)變化和瞬時(shí)特性?？萍枷到y(tǒng)的復(fù)雜性決定在單一范式下僅能捕捉描述科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)的單一維度或部分特征。而尋求兩種范式等價(jià)轉(zhuǎn)換和相互表征方法，進(jìn)而從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和時(shí)間序列雙重視角全面分析科學(xué)—技術(shù)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的非線性、協(xié)同性，能夠解析特定產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)部科學(xué)認(rèn)識(shí)的“知”與技術(shù)實(shí)踐的“行”的相互轉(zhuǎn)化和協(xié)同創(chuàng)新過(guò)程。因此，本研究旨在從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間序列等價(jià)轉(zhuǎn)換與相互表征視角，分析戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域科學(xué)系統(tǒng)與技術(shù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚嚯x、時(shí)間序列同步及其演化路徑耦合關(guān)系。

1 相關(guān)研究工作

1.1 科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)探測(cè)方法

科學(xué)與技術(shù)之間存在非線性相互作用，表現(xiàn)為各種關(guān)系不再是簡(jiǎn)單疊加，而是通過(guò)相互制約、耦合形成全新的整體協(xié)同效應(yīng)。為有效挖掘這種相互作用，相關(guān)學(xué)者提出多種方法探測(cè)科學(xué)與技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)，主要通過(guò)量化科學(xué)文獻(xiàn)與技術(shù)專(zhuān)利之間關(guān)系，包括引用、作者—發(fā)明者、類(lèi)目映射、主題詞和網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)等展開(kāi)探索。

1）基于引用關(guān)系的科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)探測(cè)。該方法能夠追蹤兩者之間知識(shí)流動(dòng)與擴(kuò)散，進(jìn)而計(jì)量和評(píng)價(jià)彼此作用于對(duì)方的貢獻(xiàn)程度［4］。其中，專(zhuān)利引文分析被廣泛認(rèn)為是進(jìn)行科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)探測(cè)較為有效的方法。專(zhuān)利引用論文分析［13］、論文引用專(zhuān)利分析［14］、論文—專(zhuān)利混合共被引分析［15］3種引用方式被應(yīng)用于科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)探測(cè)，通過(guò)量化科學(xué)關(guān)聯(lián)度（Science Linkage，SL）［16］、科學(xué)強(qiáng)度（Science Strength，SS）［17］、技術(shù)循環(huán)周期（Technology Cycle Time，TCT）［18］和當(dāng)前影響指數(shù)（Current Impact Index，CII）［17］等指標(biāo)測(cè)量技術(shù)創(chuàng)新程度以及與前沿科學(xué)、高新技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)程度，顯性和定量分析科學(xué)與技術(shù)對(duì)彼此創(chuàng)新的推動(dòng)作用。

2）基于作者—發(fā)明人關(guān)系的科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)探測(cè)。主要通過(guò)發(fā)現(xiàn)科學(xué)研究者和技術(shù)專(zhuān)利創(chuàng)造者的雙重角色揭示科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)，是一種從科研主體和發(fā)明主體層面認(rèn)知“科學(xué)—技術(shù)關(guān)系”的方法?？茖W(xué)研究者直接參與專(zhuān)利發(fā)明往往更了解技術(shù)創(chuàng)新亟需解決的科學(xué)問(wèn)題，發(fā)明人直接參與科學(xué)研究也更清楚研究方法和動(dòng)向。為此，相關(guān)學(xué)者通過(guò)分析作者—發(fā)明人關(guān)聯(lián)的數(shù)量分布［19］、演化特征［20］、角色與作用［21］、科技產(chǎn)出［22］等指標(biāo)，揭示從事科學(xué)活動(dòng)或技術(shù)研發(fā)對(duì)科技產(chǎn)出的影響。Wang G B等［23］通過(guò)比較學(xué)術(shù)型發(fā)明人和非學(xué)術(shù)型發(fā)明人在論文產(chǎn)出、被引頻次、H指數(shù)的差異，表明從事科學(xué)研究對(duì)發(fā)明人的專(zhuān)利產(chǎn)出具有正向作用。

3）基于類(lèi)目映射關(guān)系的科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)探測(cè)。該方法主要通過(guò)知識(shí)組織體系建立科學(xué)文獻(xiàn)與技術(shù)專(zhuān)利之間的有效鏈接。鑒于分類(lèi)表或主題詞表作為學(xué)科領(lǐng)域最具代表性的概念類(lèi)聚組織體系，相關(guān)學(xué)者［6，24-25］嘗試通過(guò)建立學(xué)科分類(lèi)體系和專(zhuān)利IPC分類(lèi)體系之間的類(lèi)目映射，以反映科學(xué)—技術(shù)的知識(shí)關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系。賴(lài)院根等［24］針對(duì)當(dāng)前科學(xué)文獻(xiàn)與技術(shù)專(zhuān)利整合性較低的問(wèn)題，提出建立《中國(guó)圖書(shū)館分類(lèi)法》與《國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)表》的類(lèi)目映射模型。Verbeek A等［6］將非專(zhuān)利引文所屬期刊的學(xué)科分類(lèi)與專(zhuān)利的IPC分類(lèi)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表示科學(xué)研究方向與技術(shù)創(chuàng)新方向之間的關(guān)聯(lián)。

4）基于主題或主題詞關(guān)系的科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)探測(cè)。為從科技文獻(xiàn)文本研究主題和內(nèi)容角度揭示科學(xué)與技術(shù)關(guān)聯(lián)，相關(guān)學(xué)者［26-28］提出通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘方法發(fā)現(xiàn)科學(xué)與技術(shù)知識(shí)體系主題詞或主題關(guān)聯(lián)，以揭示科學(xué)—技術(shù)之間的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)。孫曉玲等［27］基于知識(shí)基因發(fā)現(xiàn)算法識(shí)別科學(xué)與技術(shù)知識(shí)進(jìn)化、突變中的關(guān)鍵知識(shí)基因，進(jìn)而借助社團(tuán)發(fā)現(xiàn)算法對(duì)兩者關(guān)聯(lián)趨勢(shì)進(jìn)行建模，探究科學(xué)向技術(shù)的轉(zhuǎn)化以及技術(shù)對(duì)科學(xué)的推動(dòng)作用。劉自強(qiáng)等［29］利用社區(qū)探測(cè)算法識(shí)別論文和專(zhuān)利中研究主題，構(gòu)建融合主題詞共現(xiàn)、主題詞—作者共現(xiàn)和主題詞—引用3種關(guān)系，建立科學(xué)與技術(shù)的主題關(guān)聯(lián)度。

5）基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的科技互動(dòng)檢測(cè)方法。由于科學(xué)—技術(shù)系統(tǒng)之間復(fù)雜的非線性關(guān)系，主題建模很難深入挖掘科技互動(dòng)的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的科技互動(dòng)檢測(cè)方法被許多學(xué)者采納，將科學(xué)與技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行表達(dá)，從微觀層面定量分析科學(xué)與技術(shù)之間知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。Ba Z C［2］、Meng K等［8］從知識(shí)網(wǎng)絡(luò)耦合角度探測(cè)科技互動(dòng)，從節(jié)點(diǎn)耦合和邊耦合兩個(gè)維度量化科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)耦合。許海云等［30］以知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為分析視角，分別構(gòu)建顛覆性技術(shù)的科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)三層知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，利用整體網(wǎng)絡(luò)屬性關(guān)聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)社區(qū)相似度算法來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)子網(wǎng)間的關(guān)聯(lián)測(cè)度。

上述研究方法根據(jù)科學(xué)文獻(xiàn)與技術(shù)專(zhuān)利數(shù)據(jù)之間存在的不同客觀關(guān)系探究科學(xué)與技術(shù)的關(guān)聯(lián)，但不同方法存在著一定的局限性。專(zhuān)利引用論文或論文引用專(zhuān)利方法僅能單向反映影響，論文—專(zhuān)利混合共被引雖可雙向探測(cè)，但引用關(guān)系稀少且受引用動(dòng)機(jī)、時(shí)間積累等干擾，難揭示前沿科學(xué)—技術(shù)關(guān)聯(lián)。作者—發(fā)明人關(guān)系探測(cè)依賴(lài)大量雙重角色研發(fā)主體，但數(shù)量有限且行為穩(wěn)定性存疑。類(lèi)目映射方法因IPC分類(lèi)粗粒度且與學(xué)科分類(lèi)不完全對(duì)應(yīng)，難準(zhǔn)確反映科學(xué)與技術(shù)知識(shí)關(guān)聯(lián)。另外，上述方法主要揭示科學(xué)與技術(shù)關(guān)系的數(shù)量特征，并未深入科學(xué)文獻(xiàn)的文本內(nèi)容，來(lái)探索科學(xué)與技術(shù)在主題和內(nèi)容層面上的關(guān)聯(lián)?；谥黝}詞關(guān)聯(lián)法能夠從語(yǔ)義層面揭示科學(xué)與技術(shù)的知識(shí)關(guān)聯(lián)，但難以反映科學(xué)—技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，而基于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)方法難以準(zhǔn)確量化科學(xué)—技術(shù)在方向位移、振幅頻率、步調(diào)同步等方面的細(xì)粒度關(guān)聯(lián)。

1.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間序列相互表征方法

從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為非線性時(shí)間序列方法主要分為確定性方法和隨機(jī)性方法兩類(lèi)［31］。

1）確定性方法是以特征分解為基礎(chǔ)的多維尺度分析［32］。這類(lèi)方法通常需要利用網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的特定排序，并依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的鏈接特性為節(jié)點(diǎn)分配數(shù)值。例如，Haraguchi Y等［33］使用經(jīng)典多維尺度分析實(shí)現(xiàn)從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)到時(shí)間序列的轉(zhuǎn)換，并通過(guò)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證轉(zhuǎn)換方法的可逆性。多維尺度分析方法尤其適合處理小世界網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型［34］，在處理其他類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)時(shí)可能會(huì)有局限性。確定節(jié)點(diǎn)排序的一個(gè)常見(jiàn)做法是簡(jiǎn)單地使用鄰接矩陣的自然行或列順序。這種方法雖然能較好地保持節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)距離關(guān)系，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大時(shí)，特征分解所需的計(jì)算時(shí)間也會(huì)顯著增加。

2）隨機(jī)性方法是基于轉(zhuǎn)移概率并通過(guò)隨機(jī)游走方式確定節(jié)點(diǎn)的順序。這類(lèi)方法通過(guò)模擬一系列統(tǒng)計(jì)意義上的隨機(jī)過(guò)程來(lái)捕捉網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)特性［31］。例如，Weng T F等［35］提出一種基于有限記憶隨機(jī)游走的轉(zhuǎn)換方法，將無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為非線性時(shí)間序列，并且發(fā)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)度混合模式的網(wǎng)絡(luò)在轉(zhuǎn)換成時(shí)間序列后表現(xiàn)出不同的自相似特征。隨機(jī)游走不同規(guī)則會(huì)產(chǎn)生具有不同特性的序列，這些規(guī)則反映網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部轉(zhuǎn)移概率。隨機(jī)游走的策略較為豐富，但不同的策略對(duì)應(yīng)的序列差異明顯，所以策略的選取往往依賴(lài)于先驗(yàn)知識(shí)［36-37］。

綜上所述，確定性方法和隨機(jī)性方法具有各自的優(yōu)勢(shì)。其中，隨機(jī)性方法以概率統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，能夠以較高的效率獲取網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)特征。此外，該方法隨機(jī)游走策略具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，通過(guò)改進(jìn)隨機(jī)游走策略，成為研究科技知識(shí)網(wǎng)絡(luò)多維耦合與協(xié)同演化的有力工具。通過(guò)構(gòu)建與分析科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，能夠在兩種模式下同時(shí)探索科學(xué)與技術(shù)的協(xié)同關(guān)系，不僅揭示科學(xué)與技術(shù)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，還能挖掘科學(xué)技術(shù)在二維空間中的同步演化行為。

2 基于“網(wǎng)絡(luò)—時(shí)序”等價(jià)轉(zhuǎn)換的科技關(guān)聯(lián)探測(cè)

本研究從“網(wǎng)絡(luò)—時(shí)序”等價(jià)轉(zhuǎn)換視角探測(cè)新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域前沿科技多維耦合與協(xié)同演化，研究框架如圖1所示。首先，采集新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域科學(xué)文獻(xiàn)與技術(shù)專(zhuān)利數(shù)據(jù)，通過(guò)關(guān)鍵詞抽取算法提取科學(xué)文獻(xiàn)與技術(shù)專(zhuān)利中關(guān)鍵詞，并利用相似度計(jì)算進(jìn)行知識(shí)單元自動(dòng)對(duì)齊；其次，建立科學(xué)技術(shù)知識(shí)單元的共現(xiàn)關(guān)系，構(gòu)建時(shí)序的科學(xué)與技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；第三，提出一種適用于科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的“網(wǎng)絡(luò)—時(shí)序”等價(jià)轉(zhuǎn)換方法，將科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)表征為非線性時(shí)間序列；最后，采用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)距離、知識(shí)序列同步性指標(biāo)計(jì)算科學(xué)—技術(shù)協(xié)同演化特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)—技術(shù)多維耦合與協(xié)同演化的雙向測(cè)度。

2.1 科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2.1.1 科技知識(shí)單元抽取

使用關(guān)鍵詞抽取算法分別識(shí)別科學(xué)論文與技術(shù)專(zhuān)利中的知識(shí)單元。本研究選擇5種較為主流的關(guān)鍵詞抽取算法，分別是：TF-IDF、TextRank、RAKE、Yake、KeyBert?？紤]到關(guān)鍵詞效果會(huì)直接影響到最終科學(xué)與技術(shù)關(guān)聯(lián)測(cè)度的準(zhǔn)確性，事先人工標(biāo)注一部分?jǐn)?shù)據(jù)中的關(guān)鍵詞，對(duì)比不同的抽取算法在數(shù)據(jù)集上的效果，然后選擇最優(yōu)的抽取算法應(yīng)用于全部數(shù)據(jù)。為細(xì)粒度評(píng)估不同算法的抽詞表現(xiàn)，主要選擇4種評(píng)測(cè)指標(biāo)：①完全匹配（Exact Matching），分別計(jì)算P@5、R@5、F@5值；②近似匹配（Approximate Matching），考慮關(guān)鍵詞的不同字符表達(dá)，評(píng)估標(biāo)注關(guān)鍵詞和生成關(guān)鍵詞之間的語(yǔ)義相近性，采用余弦相似度（Cosine Similarity）進(jìn)行近似匹配；③關(guān)鍵詞多樣性（Diversity），參考現(xiàn)有研究［38-39］，使用self-BLEU值進(jìn)行評(píng)估多樣性；④時(shí)間消耗（Time Consumption），比較不同算法時(shí)間消耗情況，以毫秒為單位評(píng)估。

2.1.2 科技知識(shí)單元對(duì)齊

由于科學(xué)概念與技術(shù)術(shù)語(yǔ)之間存在不同程度的粒度不匹配、表達(dá)方式差異等問(wèn)題，需對(duì)兩種知識(shí)單元進(jìn)行粒度匹配和知識(shí)元統(tǒng)一描述。本研究主要選取一種無(wú)監(jiān)督的方法，該過(guò)程包括如下步驟：①關(guān)鍵詞清洗；②構(gòu)建關(guān)鍵詞笛卡爾積組合并計(jì)算相似度；③設(shè)置相似度閾值，當(dāng)關(guān)鍵詞相似度超過(guò)閾值時(shí)，將其視為相同的實(shí)體；④選取頻率最高的關(guān)鍵詞作為標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵詞，用于替代其他關(guān)鍵詞。

2.1.3 科技知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

遵循科學(xué)計(jì)量學(xué)中“共現(xiàn)”概念，關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)關(guān)注知識(shí)成分和知識(shí)傳播的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)?fù)雜的知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)?？茖W(xué)文獻(xiàn)和技術(shù)專(zhuān)利中的關(guān)鍵詞被視為知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，關(guān)鍵詞共現(xiàn)關(guān)系視為連邊，基于該思路，分別構(gòu)建科學(xué)論文和技術(shù)專(zhuān)利的共現(xiàn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，并按照年份劃分時(shí)間周期，構(gòu)建不同年份下的科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

2.2 “網(wǎng)絡(luò)—時(shí)序”等價(jià)轉(zhuǎn)換與相互表征方法

科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為時(shí)間序列方法是對(duì)現(xiàn)有隨機(jī)性方法的拓展［35］。該方法主要采用有限記憶元隨機(jī)游走生成時(shí)間序列，在選擇下一步游走節(jié)點(diǎn)時(shí)會(huì)考慮最近訪問(wèn)過(guò)的節(jié)點(diǎn)的度數(shù)，并將游走節(jié)點(diǎn)軌跡作為時(shí)間軸，游走節(jié)點(diǎn)度作為變動(dòng)幅值。將該方法運(yùn)用到科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中需進(jìn)行一定適應(yīng)性調(diào)整。真實(shí)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)非常稀疏，不僅是無(wú)標(biāo)度的，且具有較為分散組件數(shù)，意味著網(wǎng)絡(luò)中許多節(jié)點(diǎn)具有很少的連接或者獨(dú)立存在，可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)移概率在分母上的和非常小，從而使得節(jié)點(diǎn)游走過(guò)程變得不穩(wěn)定。此外，真實(shí)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)很多（幾萬(wàn)到十幾萬(wàn)不等），而由于存在稀疏性，節(jié)點(diǎn)之間的連接較少，導(dǎo)致隨機(jī)游走在較短的時(shí)間內(nèi)重復(fù)訪問(wèn)局部相同的知識(shí)節(jié)點(diǎn)，難以全面揭示網(wǎng)絡(luò)全局屬性。因此，本研究提出一種改進(jìn)的方法以適應(yīng)科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

首先，引入一種長(zhǎng)程跳轉(zhuǎn)機(jī)制。即在每一步中，以概率pteleport跳轉(zhuǎn)到網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)，而不是僅限于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰居，這有助于避免游走時(shí)長(zhǎng)時(shí)間局限在網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)局部區(qū)域，從而促進(jìn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全面探索。該機(jī)制可以表達(dá)為：定義跳轉(zhuǎn)概率pteleport，在每一步游走中，從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，否則就從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰居中選擇下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。形式化為式（1）：

next_node=random_nodewith probability pteleport

neighbor_nodewith probability 1-pteleport（1）

其次，采取動(dòng)態(tài)調(diào)整記憶長(zhǎng)度策略提高靈活性和效率。動(dòng)態(tài)調(diào)整記憶長(zhǎng)度意味著根據(jù)隨機(jī)游走的上下文或歷史信息調(diào)整游走者記住的步數(shù)，能夠根據(jù)游走節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的位置和經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型靈活調(diào)整其行為。定義記憶長(zhǎng)度調(diào)整規(guī)則后，可在游走過(guò)程中根據(jù)規(guī)則調(diào)整記憶長(zhǎng)度。記憶長(zhǎng)度τ是指游走者記住的最近訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，如果游走者在最近的τmax步中訪問(wèn)的唯一節(jié)點(diǎn)數(shù)少于τmax/2，則增加記憶長(zhǎng)度（最多到τmax），否則減少記憶長(zhǎng)度（最少到τmin）。形式化為式（2）：

τnew=min（τmax，τ+1）if|unique（Vt-τmax：t）|＜τmax2

max（τmin，τ-1）otherwise（2）

其中，Vt-τmax：t表示從時(shí)間t-τmax到t的訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)集合。這兩種策略使隨機(jī)游走過(guò)程更有效地探索大規(guī)模稀疏的科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，避免長(zhǎng)時(shí)間在局部區(qū)域徘徊，同時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特性和游走的狀態(tài)靈活調(diào)整行為，從而更全面地反映科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

為比較改進(jìn)方法與已有方法的性能差異，選擇兩種基線方法進(jìn)行對(duì)比?；诮?jīng)典多維尺度變化的方法（CMDS Method）和基于有限記憶元隨機(jī)游走的方法（FARW Method）。通過(guò)在合成網(wǎng)絡(luò)和真實(shí)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行比較，進(jìn)而對(duì)比不同網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型的穩(wěn)健性。合成網(wǎng)絡(luò)選擇隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)、小世界網(wǎng)絡(luò)和無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，為有效地控制變量，為每個(gè)合成網(wǎng)絡(luò)生成相同數(shù)量節(jié)點(diǎn)。真實(shí)網(wǎng)絡(luò)選擇在構(gòu)建的時(shí)序科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)上隨機(jī)采樣進(jìn)行比較。采用以下4個(gè)指標(biāo)展開(kāi)不同方法間有效性評(píng)估：

1）揭示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬性的能力。每種網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型具有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性，這些特性在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)被映射到時(shí)間序列上形成各自獨(dú)有的特征?；谠撝笜?biāo)比較3種方法生成的時(shí)間序列是否能夠可靠地反映網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)屬性。

2）反映網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)的能力。多尺度熵（Multi-Scale Entropy，MSE）能夠從復(fù)雜性角度反映網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)行為。MSE計(jì)算可簡(jiǎn)單表示為式（3）：

MSE（τ）=SampEn（m，r，Y（τ））（3）

其中，SampEn（m，r，Y（τ））表示在尺度τ上，給定嵌入維度m和相似容限r(nóng)的樣本熵。量化和比較不同網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型生成的非線性系統(tǒng)多尺度熵，分析3種方法在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致更復(fù)雜或更可預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)行為，進(jìn)而了解這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性如何影響其復(fù)雜性。

3）時(shí)間消耗表現(xiàn)。時(shí)間效率是一個(gè)重要的考量因素，尤其是在處理大規(guī)?？萍贾R(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能夠直觀地反映出算法處理數(shù)據(jù)的速度，協(xié)助評(píng)估算法的復(fù)雜度和效率。比較3種方法在不同類(lèi)型和不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)（從100～10 000）生成的時(shí)間差異。

4）節(jié)點(diǎn)多樣性。比較不同方法生成節(jié)點(diǎn)的多樣性。節(jié)點(diǎn)的多樣性越高，表明該方法捕獲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力越全面。通過(guò)計(jì)算結(jié)果中唯一節(jié)點(diǎn)數(shù)量占網(wǎng)絡(luò)中總唯一節(jié)點(diǎn)數(shù)量的比例進(jìn)行評(píng)估，如式（4）所示：

Diversity=Set（time_series_nodes）Set（network_nodes）（4）

其中，Set（time_series_nodes）表示方法生成結(jié)果中唯一節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，Set（network_nodes）表示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中唯一節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

2.3 科學(xué)—技術(shù)協(xié)同演化測(cè)度

為全面地測(cè)度科學(xué)技術(shù)在結(jié)構(gòu)和時(shí)序方面的耦合度，從時(shí)間序列和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)角度并行測(cè)度科學(xué)—技術(shù)知識(shí)耦合與協(xié)同演化行為?；谘莼叫裕?0］指標(biāo)測(cè)度所生成的科學(xué)與技術(shù)時(shí)間序列之間協(xié)同演化，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)科技關(guān)聯(lián)在不同階段的同步性。演化同步性能夠反映在某一特定年份內(nèi)科學(xué)和技術(shù)序列是否表現(xiàn)出同步變化，即這兩個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)變化在各自的鄰域中是否同步。當(dāng)兩個(gè)序列在同一時(shí)間段內(nèi)顯示同步變化的特征，則認(rèn)為科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)在給定時(shí)間域下具有較高的同步性。這有助于觀察科學(xué)技術(shù)的協(xié)同工作方式、特定條件下功能連接，以及如何在動(dòng)態(tài)環(huán)境中共同演化。利用Synchronization Likelihood（SL）［41］作為測(cè)度指標(biāo)。SL是一種基于時(shí)間序列分析的統(tǒng)計(jì)方法，用于評(píng)估兩個(gè)系統(tǒng)在演化中的同步性，如式（5）所示：

SL=1N∑Ni=1Pi（5）

其中，N表示所生成的科學(xué)技術(shù)序列的長(zhǎng)度，Pi表示第i個(gè)序列下同步概率。SL值越小，表示兩個(gè)序列在給定參數(shù)下具有較高的同步可能性，意味著兩個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)出高度協(xié)同的演化行為。而較大的SL值解釋為這兩個(gè)系統(tǒng)在觀測(cè)期間的協(xié)同演化程度較低，或者相互影響較小。

針對(duì)科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)耦合，時(shí)序科學(xué)與技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)距離測(cè)度可視為網(wǎng)絡(luò)比較或者圖同構(gòu)問(wèn)題的擴(kuò)展，本研究使用Degree Divergence算法進(jìn)行計(jì)算。Degree Divergence考慮每個(gè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的度分布狀態(tài)，通過(guò)比較兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)度分布的JS散度測(cè)度網(wǎng)絡(luò)距離。給定科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)為G1，技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)為G2，其對(duì)應(yīng)的度分布分別為概率分布P和Q，則JS散度定義為式（6）：

JS（P‖Q）=12（KL（P‖M））+12（KL（Q‖M））（6）

其中，KL（P‖M）和KL（Q‖M）分別表示G1和G2的度分布P和Q與它們的平均分布M之間的差異。這兩者越大，意味著各自的分布偏離其平均狀態(tài)的程度越大。JS散度值越大，表示兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的度分布差異越大，即科學(xué)與技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)之間的結(jié)構(gòu)差異越大，說(shuō)明它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)耦合層面的相似度越低。通過(guò)計(jì)算Degree Divergence指標(biāo)，能夠分析科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)層面的差異性，進(jìn)而評(píng)估其耦合程度。

3 人工智能領(lǐng)域?qū)嵶C研究

3.1 實(shí)證領(lǐng)域選擇

本研究以人工智能（Artificial Intelligence，AI）領(lǐng)域?yàn)槔M(jìn)行實(shí)證分析，人工智能包含基礎(chǔ)性的科學(xué)知識(shí)和工程性的技術(shù)知識(shí)，具有較為典型的科學(xué)技術(shù)融合特征。人工智能已在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大發(fā)展?jié)摿?，并在很多學(xué)科產(chǎn)生顛覆性的沖擊。AI領(lǐng)域科學(xué)論文主要從Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)獲取，技術(shù)專(zhuān)利來(lái)自USPTO專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)。科學(xué)論文和技術(shù)專(zhuān)利分別采取關(guān)鍵詞檢索和IPC分類(lèi)號(hào)檢索方式。基于本團(tuán)隊(duì)前期研究基礎(chǔ)，分別構(gòu)造AI領(lǐng)域科學(xué)文獻(xiàn)與技術(shù)專(zhuān)利檢索式，通過(guò)篩選2000—2022年的研究成果數(shù)據(jù)，最終得到論文794 083篇、專(zhuān)利141 902條。

3.2 知識(shí)單元抽取與對(duì)齊分析

本研究采用ChatGPT+人工校對(duì)的方式標(biāo)注數(shù)據(jù)，以用于評(píng)估不同關(guān)鍵詞抽取算法的性能。從所有語(yǔ)料中隨機(jī)采樣230篇（每年論文和專(zhuān)利分別隨機(jī)采樣5篇以確保采樣均勻），然后用ChatGPT的API進(jìn)行預(yù)標(biāo)注，每篇文獻(xiàn)標(biāo)注5個(gè)詞（標(biāo)題抽取2個(gè)關(guān)鍵詞，摘要抽取3個(gè)），然后由3名博士研究生對(duì)ChatGPT標(biāo)注結(jié)果進(jìn)行人工校對(duì)，最終共標(biāo)注1 150個(gè)關(guān)鍵詞。

不同算法在關(guān)鍵詞抽取的效果如圖2所示，本研究使用小提琴圖直觀地展示5種算法在4種評(píng)估指標(biāo)上的表現(xiàn)，最終選擇RAKE作為科技知識(shí)單元抽取最佳算法，主要原因如下：在完全匹配指標(biāo)（圖2（a））中，RAKE和Yake算法在F@5得分方面均表現(xiàn)優(yōu)異，二者分?jǐn)?shù)的集中值較高，中位數(shù)分?jǐn)?shù)位于較高水平，并且在精確度上的得分分布有一部分超過(guò)60%，表明RAKE和Yake在知識(shí)單元精確度上具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠滿足對(duì)準(zhǔn)確性的要求。在近似匹配指標(biāo)（圖2（b））上，RAKE的整體分布雖略有波動(dòng)，但其得分集中在0.4左右，與其他算法接近。此外，盡管RAKE在時(shí)間消耗上不是最快的（圖2（d）），但相比Yake等算法，其處理速度更高效。綜上所述，RAKE算法在完全匹配上表現(xiàn)出色，在保持較高精確度的同時(shí)，其時(shí)間消耗相對(duì)適中，符合大規(guī)模批量處理需求。

基于RAKE算法分別從論文和專(zhuān)利中抽取關(guān)鍵詞，詞的范圍設(shè)定為2～3以確保詞的有效性。雖然N-gram設(shè)置為2～3，但結(jié)果中仍然包含類(lèi)似research、analysis、method、system等表義很廣泛但無(wú)特殊意義的詞，所以二次預(yù)處理將詞范圍限定在2～3。最終從論文中抽取3 524 558個(gè)關(guān)鍵詞，專(zhuān)利中抽取609 963個(gè)關(guān)鍵詞。使用嵌入表示+向量搜索+相似度計(jì)算處理大量的關(guān)鍵詞消除知識(shí)元粒度不匹配的問(wèn)題。這一環(huán)節(jié)中，閾值的設(shè)定決定知識(shí)單元對(duì)齊的粒度，過(guò)高的閾值可能限制相似術(shù)語(yǔ)合并，而過(guò)低的閾值可能將原本不同的術(shù)語(yǔ)錯(cuò)誤地對(duì)齊。為此，本研究從數(shù)據(jù)中進(jìn)行多次隨機(jī)采樣，然后多次調(diào)整閾值大小（閾值測(cè)試范圍為0.75～0.95），經(jīng)過(guò)人工觀測(cè)、對(duì)比校驗(yàn)，最終確定相似度閾值設(shè)置為0.9，將對(duì)齊輸出結(jié)果保存為JSON格式，最終將2 013 201個(gè)詞（去重）對(duì)齊到188 917個(gè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵詞。知識(shí)單元對(duì)齊前后的部分結(jié)果如表1所示。

3.3 科技知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與結(jié)構(gòu)分析

構(gòu)建每年的科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是無(wú)向的且不考慮節(jié)點(diǎn)權(quán)重和邊權(quán)重。去除度小于及等于1的節(jié)點(diǎn)和邊，并刪除自連接的邊以減少冗余。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)每年科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，包括節(jié)點(diǎn)數(shù)量、組件數(shù)量、平均度、度分布情況，如圖3所示。

圖3（a）～（c）分別展示科學(xué)與技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量、組件數(shù)量和平均度變化（紫色為科學(xué)網(wǎng)絡(luò)，黃色為技術(shù)網(wǎng)絡(luò)）。在各子圖中，科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)指標(biāo)都高于技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，可能是由于原始數(shù)據(jù)中論文與專(zhuān)利數(shù)量差異造成的，因此重點(diǎn)關(guān)注二者隨時(shí)間變化趨勢(shì)。圖3（a）顯示科學(xué)和技術(shù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)均上升，科學(xué)網(wǎng)絡(luò)從104級(jí)增長(zhǎng)至105以上，增速顯著高于技術(shù)網(wǎng)絡(luò)；圖3（b）表明兩網(wǎng)絡(luò)組件數(shù)量均增加，科學(xué)網(wǎng)絡(luò)從約2 000增至8 000以上，技術(shù)網(wǎng)絡(luò)從約1 000增至4 000，組件增多反映網(wǎng)絡(luò)更加稀疏，節(jié)點(diǎn)趨于形成孤立群體，知識(shí)單元多樣化且存在大量潛在未發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系。圖3（c）顯示科學(xué)網(wǎng)絡(luò)平均度從2000年的約4.5增至2022年的5.5以上，技術(shù)網(wǎng)絡(luò)從約3.5增至4以上，表明節(jié)點(diǎn)連接數(shù)增加，局部聯(lián)系更緊密，但因獨(dú)立組件較多，整體連通性仍較弱。

圖3（d）～（e）分別展示每年科學(xué)和技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的度分布，使用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)可視化。橫軸為節(jié)點(diǎn)度，縱軸為度的概率密度，黑線為度分布擬合。每個(gè)子圖展示特定年份中節(jié)點(diǎn)度與度概率密度的關(guān)系，表明大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的度較小，且度概率密度隨度增加迅速下降。AI領(lǐng)域科學(xué)和技術(shù)網(wǎng)絡(luò)均呈現(xiàn)冪律分布，度高的節(jié)點(diǎn)占比低，大部分節(jié)點(diǎn)連接較少，符合無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特征。少數(shù)知識(shí)樞紐節(jié)點(diǎn)主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)不同主題間的知識(shí)交流和傳播，而大多數(shù)節(jié)點(diǎn)保持知識(shí)多樣性。2000—2022年，網(wǎng)絡(luò)逐漸變得更為稠密，呈現(xiàn)知識(shí)累積特性，新增網(wǎng)絡(luò)傾向連接主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，符合無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的偏好依附性。

3.4 “網(wǎng)絡(luò)—時(shí)序”相互表征效果評(píng)估

知識(shí)網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間序列相互表征方法在合成網(wǎng)絡(luò)和真實(shí)網(wǎng)絡(luò)上的對(duì)比實(shí)驗(yàn)如圖4所示，其中子圖4（a）～（c）展示合成網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)果。圖4（a）為隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)果，橫坐標(biāo)為時(shí)間步數(shù)，縱坐標(biāo)為振幅。隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)連接均勻，3種方法生成的序列表現(xiàn)為均勻波動(dòng)。圖4（b）為小世界網(wǎng)絡(luò)結(jié)果，特征為短路徑長(zhǎng)度和高聚類(lèi)系數(shù)。改進(jìn)方法和FMRW方法生成的序列體現(xiàn)小世界特性，表現(xiàn)為較快的變化周期和高度相關(guān)性，而CMDS序列則展現(xiàn)平滑波動(dòng)，周期性較弱。圖4（c）為無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)結(jié)果，特征為冪律度分布，少數(shù)節(jié)點(diǎn)連接度高。改進(jìn)方法和FMRW方法生成的序列表現(xiàn)出復(fù)雜且不規(guī)則的動(dòng)態(tài)，更符合無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特性，而CMDS方法產(chǎn)生的序列較為規(guī)則，雖然在局部出現(xiàn)劇烈變動(dòng)，但這種趨勢(shì)和無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的二八分布并不吻合。子圖4（d）～（g）是在真實(shí)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)上的表現(xiàn)，其中圖4（d）和（e）分別是科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)度分布以及生成序列，科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)來(lái)自2001年（節(jié)點(diǎn)22 849，邊50 408），顯示出二八分布。改進(jìn)方法和FMRW方法生成序列符合這個(gè)特征，而CMDS生成序列更類(lèi)似于隨機(jī)。圖4（f）和（g）分別是技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)度分布以及生成序列，技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)來(lái)自2008年（節(jié)點(diǎn)10 538，邊19 124），符合無(wú)標(biāo)度特性，CMDS和FMRW生成時(shí)間序列要么是隨機(jī)波動(dòng)，要么處于局部游走狀態(tài)，未能反映其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而改進(jìn)方法穩(wěn)定地挖掘技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)標(biāo)度屬性?？傮w而言，改進(jìn)方法和FMRW方法在合成網(wǎng)絡(luò)中能夠有效捕捉不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征，二者的差異主要體現(xiàn)在振幅上。對(duì)于真實(shí)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，改進(jìn)方法能夠準(zhǔn)確反映二八分布和無(wú)標(biāo)度特性，而FMRW方法在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中的表現(xiàn)不穩(wěn)定，尤其對(duì)長(zhǎng)程跳轉(zhuǎn)敏感度低，容易陷入局部特征。

圖5展示網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)能力的多尺度熵分析。子圖5（a）～（c）分別呈現(xiàn)合成網(wǎng)絡(luò)上不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)的多尺度熵結(jié)果。圖5（a）顯示，隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的熵值變化平緩，復(fù)雜性較低；改進(jìn)方法和FMRW的熵值波動(dòng)較大，CMDS則較為平穩(wěn)。圖5（b）表現(xiàn)小世界網(wǎng)絡(luò)的熵，短路徑加速節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散，小尺度復(fù)雜性較高，熵值隨尺度增大而上升，改進(jìn)方法和FMRW較好地捕捉局部到全局的動(dòng)態(tài)過(guò)渡。圖5（c）則描述無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的熵值變化，小尺度上呈現(xiàn)混沌特性，熵值上升，大尺度上趨于有序，改進(jìn)方法和FMRW更能揭示無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。圖5（d）和（e）分別展示科學(xué)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的多尺度熵。CMDS在兩者上表現(xiàn)穩(wěn)定，無(wú)明顯波動(dòng)；而改進(jìn)方法和FMRW在不同尺度上趨勢(shì)相似，科學(xué)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度上升并逐漸平穩(wěn)，技術(shù)網(wǎng)絡(luò)則表現(xiàn)出更強(qiáng)的波動(dòng)性。兩者的差異可能源于隨機(jī)游走策略的不同。通過(guò)對(duì)非線性系統(tǒng)復(fù)雜度的比較，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)方法和FMRW具有相似的性能，能夠有效捕捉不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)行為和復(fù)雜性。

為比較不同規(guī)模下時(shí)間消耗，合成網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)量為100、1 000、10 000，每個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)模下時(shí)間消耗（毫秒為單位）取隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)（er_graph）、小世界網(wǎng)絡(luò)（ws_graph）、無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)（ba_graph）三者平均值。對(duì)于科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)（sci_graph，10 538個(gè)節(jié)點(diǎn)）和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)（tech_graph，22 849個(gè)節(jié)點(diǎn)），直接測(cè)量其時(shí)間消耗，結(jié)果如圖6（a）所示。FMRW速度最快，改進(jìn)方法次之，由于引入長(zhǎng)程跳轉(zhuǎn)機(jī)制和動(dòng)態(tài)調(diào)整記憶長(zhǎng)度策略導(dǎo)致游走過(guò)程中增加概率計(jì)算。而CMDS方法由于是計(jì)算密集型且內(nèi)存需求高的過(guò)程，顯示出很高的時(shí)間消耗。通過(guò)計(jì)算3種算法的多樣性，游走步長(zhǎng)設(shè)置為與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小一致，結(jié)果如圖6（b）所示。由于CMDS方法將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為距離矩陣，導(dǎo)致所有節(jié)點(diǎn)都參與到時(shí)間序列中，默認(rèn)多樣性為100%。改進(jìn)方法與FMRW的方法具有明顯差異，在5種不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)上，改進(jìn)方法所生成時(shí)間序列多樣性比FMRW更高。在合成網(wǎng)絡(luò)上，改進(jìn)方法多樣性超過(guò)50%，而FMRW方法約40%。在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)上，科學(xué)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)都超過(guò)30%，二者幾乎持平。而FMRW方法僅為1.4%和0.5%。雖然改進(jìn)方法與FMRW方法在合成網(wǎng)絡(luò)上的差距不大，但在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)上二者拉開(kāi)差距，差額幾乎超過(guò)30%，說(shuō)明本研究提出的改進(jìn)方法在真實(shí)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)上更具有適應(yīng)性。

綜上所述，通過(guò)在合成網(wǎng)絡(luò)和真實(shí)網(wǎng)絡(luò)上的比較，改進(jìn)方法具有兩方面優(yōu)勢(shì)。其一，引入長(zhǎng)程跳轉(zhuǎn)機(jī)制避免游走者局限于局部區(qū)域，生成的序列能夠穩(wěn)定反映知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)，并識(shí)別不同尺度下的多尺度熵變化。而CMDS生成的序列同質(zhì)性強(qiáng)，難以反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；FMRW對(duì)長(zhǎng)距離跳轉(zhuǎn)不敏感，容易停留在無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的局部區(qū)域，捕獲整體結(jié)構(gòu)能力不足。其二，改進(jìn)方法通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整記憶長(zhǎng)度，能夠遍歷更廣泛區(qū)域，對(duì)識(shí)別真實(shí)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間序列有重要幫助；而CMDS雖然具有最高多樣性，但時(shí)間復(fù)雜度較高且難以準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.5 科學(xué)技術(shù)協(xié)同演化測(cè)度

基于上述分析，本研究將提出的方法應(yīng)用于2000—2022年的所有科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。由于科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不同，采用二者規(guī)模的平均值作為步長(zhǎng)，利用SL指標(biāo)計(jì)算科技協(xié)同演化指數(shù)。通過(guò)相空間重構(gòu)和KD-Tree加速鄰域搜索，最終得到圖7（a）所示的計(jì)算結(jié)果（藍(lán)線）。SL值反映人工智能領(lǐng)域科學(xué)與技術(shù)知識(shí)序列的協(xié)同演化變化。在2000—2005年，SL值較高（最低0.2089，最高0.3002），表明AI領(lǐng)域科學(xué)與技術(shù)協(xié)同性較弱，主要由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一和創(chuàng)新分散。2006—2010年，SL值下降至最低點(diǎn)0.1837，AI技術(shù)逐漸集中在機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域，協(xié)同創(chuàng)新增多，促進(jìn)了科學(xué)與技術(shù)的同步發(fā)展。2011—2015年，SL值在0.1639～0.2315之間波動(dòng)，深度學(xué)習(xí)的突破和技術(shù)應(yīng)用擴(kuò)展促進(jìn)兩者關(guān)系的進(jìn)一步密切。2016—2022年，SL值保持平穩(wěn)并處于較低水平（2016年為0.1921，2022年為0.1773），表明AI領(lǐng)域的協(xié)同互動(dòng)更加緊密，跨領(lǐng)域合作加強(qiáng)，技術(shù)整合提高協(xié)同效應(yīng)。

整體而言，2000—2022年的科學(xué)技術(shù)協(xié)同指標(biāo)值整體呈現(xiàn)波動(dòng)式下降的趨勢(shì)，這表明隨著時(shí)間的推移，科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)之間的協(xié)同演化變得越來(lái)越緊密?；A(chǔ)科學(xué)知識(shí)的逐步完善，人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及跨領(lǐng)域合作的加強(qiáng)，促使AI發(fā)展路徑的多樣化以及領(lǐng)域內(nèi)協(xié)同創(chuàng)新的提升。這與科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)所反映的知識(shí)互聯(lián)互通基本一致，隨著AI基礎(chǔ)科學(xué)研究取得不斷的進(jìn)展，相對(duì)應(yīng)的技術(shù)進(jìn)步也隨之加快，新技術(shù)的出現(xiàn)又反過(guò)來(lái)促進(jìn)科學(xué)理論的驗(yàn)證和發(fā)展。這種正向循環(huán)的關(guān)系加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)應(yīng)用之間日益增強(qiáng)的協(xié)同作用，二者相互促進(jìn)，共同推動(dòng)人工智能與衍生領(lǐng)域的高度協(xié)同和高質(zhì)量發(fā)展。

此外，基于Degree Divergence算法計(jì)算時(shí)序科學(xué)技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)距離，如圖7（b）所示（紅色線）。與科學(xué)技術(shù)知識(shí)序列同步性相反，每年科學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的距離呈現(xiàn)波動(dòng)式增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這表明二者的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐年增大。例如，在2002年該指標(biāo)達(dá)到較低的值，可能是由于這一階段科學(xué)和技術(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)較強(qiáng)，二者的結(jié)構(gòu)相似性較高。2003年，科學(xué)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開(kāi)始出現(xiàn)明顯差異，Degree Divergence值顯著上升，可能原因是AI領(lǐng)域內(nèi)不同技術(shù)分支的快速發(fā)展以及科學(xué)研究領(lǐng)域的多樣化，導(dǎo)致科學(xué)和技術(shù)之間的知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性減弱。2004—2007年，Degree Divergence值持續(xù)上升，科學(xué)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)差異進(jìn)一步擴(kuò)大，這一時(shí)期AI技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)技術(shù)路線開(kāi)始逐漸明確和分化，各技術(shù)分支產(chǎn)生不同的應(yīng)用方向，從而導(dǎo)致科學(xué)與技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)差異加大。類(lèi)似地，2008—2022年該指標(biāo)繼續(xù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，特別是隨著AI研究與應(yīng)用的進(jìn)一步成熟，科學(xué)研究領(lǐng)域的探索更加深入和細(xì)化，不同領(lǐng)域之間的知識(shí)關(guān)聯(lián)變得更加復(fù)雜，導(dǎo)致科學(xué)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)之間產(chǎn)生新的知識(shí)壁壘?？傮w而言，盡管科學(xué)技術(shù)知識(shí)序列的協(xié)同性逐漸增強(qiáng)，但Degree Divergence值的增長(zhǎng)說(shuō)明科學(xué)和技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上的關(guān)聯(lián)性逐漸減弱。二者的區(qū)別表明人工智能在發(fā)展過(guò)程中，隨著技術(shù)分支的多樣化和科學(xué)研究的細(xì)化，知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)差異性增加，但科學(xué)技術(shù)知識(shí)的協(xié)同作用在增強(qiáng)。

4 總 結(jié)

本研究構(gòu)建人工智能領(lǐng)域科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)具有較為明顯的無(wú)標(biāo)度特性。少數(shù)科學(xué)技術(shù)知識(shí)作為綜合性的知識(shí)樞紐，對(duì)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)起著主導(dǎo)作用，它們匯聚來(lái)自不同主題的知識(shí)，使得網(wǎng)絡(luò)中不同主題能夠相互連接和交流，通過(guò)大量的連接迅速傳播知識(shí)到整個(gè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。而其他大多數(shù)知識(shí)點(diǎn)擁有很少的連接性，在保持知識(shí)傳遞作用的同時(shí)維持著知識(shí)多樣性。運(yùn)用所改進(jìn)的方法對(duì)科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為非線性的二維時(shí)間序列，在4種指標(biāo)上進(jìn)行比較，改進(jìn)方法能夠較為有效地挖掘科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜關(guān)聯(lián)。進(jìn)一步地，對(duì)所有年份的科學(xué)—技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)化，計(jì)算科學(xué)技術(shù)在不同年份的協(xié)同演化行為，并結(jié)合知識(shí)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)從多維視角探索新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域前沿科技耦合與協(xié)同演化行為。結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，人工智能領(lǐng)域在科學(xué)技術(shù)知識(shí)協(xié)同方面的關(guān)聯(lián)越來(lái)越緊密，由于科學(xué)研究細(xì)化和技術(shù)分化，科學(xué)與技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)差異性正在逐年增加。

基于上述分析和發(fā)現(xiàn)，本研究進(jìn)一步探討以下政策建議的可行性：

1）加強(qiáng)跨領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新，促進(jìn)知識(shí)傳遞與整合。由于科學(xué)與技術(shù)知識(shí)的高效傳遞和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同依賴(lài)于少數(shù)樞紐節(jié)點(diǎn)的作用，這些樞紐節(jié)點(diǎn)匯聚來(lái)自不同主題的知識(shí)。為增強(qiáng)人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新活力，應(yīng)當(dāng)支持跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，推動(dòng)科技與產(chǎn)業(yè)界之間的深度合作。特別是鼓勵(lì)基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用技術(shù)與產(chǎn)業(yè)需求之間的對(duì)接，促進(jìn)知識(shí)的跨領(lǐng)域融合和共享。

2）推動(dòng)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)多樣性與穩(wěn)定性。隨著科學(xué)技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)差異性逐年增加，網(wǎng)絡(luò)中的知識(shí)多樣性得到了有效保障，但也面臨知識(shí)碎片化、信息孤島等問(wèn)題。從決策視角出發(fā)，應(yīng)注重對(duì)各類(lèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的支持，尤其是在知識(shí)點(diǎn)較為分散、缺乏連接性的領(lǐng)域。通過(guò)政策引導(dǎo)，促進(jìn)領(lǐng)域的融合與知識(shí)共享，幫助減少知識(shí)空白，并促進(jìn)各類(lèi)創(chuàng)新主體的多樣化發(fā)展。

3）促進(jìn)科學(xué)與技術(shù)協(xié)同演化，提升創(chuàng)新能力。人工智能領(lǐng)域科學(xué)與技術(shù)知識(shí)的協(xié)同越來(lái)越緊密，但同時(shí)科學(xué)與技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)差異性也在加大。這表明科學(xué)與技術(shù)的協(xié)同發(fā)展正在逐步走向?qū)I(yè)化和細(xì)分化。各類(lèi)創(chuàng)新主體應(yīng)加強(qiáng)科技政策的協(xié)同性，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的協(xié)同演化，特別是在新興技術(shù)領(lǐng)域，支持跨部門(mén)、跨行業(yè)的合作，增強(qiáng)各類(lèi)創(chuàng)新主體之間的協(xié)同效應(yīng)。

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