学科交叉趋势：跨学科论文被引数量明显高于主流学科论文

科学资助者，行业和公众都要求科学应该变得更具冒险精神，更加别出心裁且更具跨学科性。最近发布在arXiv上的一篇预印本论文却指出，在过去的几十年中，主流论文的比例增加了，别出心裁的论文的比例下降了，而跨学科论文的比例却保持不变。这种变化的原因是什么，它是否会对科学发展造成影响呢？本文将尝试讨论。

当前科学生产中的激励机制可能遏制科学进一步发展的一个因素。目前，科学界普遍采用的激励机制基于生产力因素，例如论文数量，质量因素（引用次数等）和累积指标（h因子及其变化等）。这些指标对于主流论文是有利的，而对于跨学科论文和别出心裁（out-of box）型的论文却没那么友好。

在这种指标体系下，与难以理解并可能与学术圈的现有标准相抵触的新颖创意相比，增量式主流创意所面临的阻力要小得多。这些指标刺激了人们发表接近主流的论文，因为他们对职业的重视程度超过了对科学的纯粹进步的热爱。当前的激励机制不适合科学的进一步发展，最近有学者通过构建文献耦合网络（bibliographic coupling network），对这一现象做了更加深入的研究。

论文题目：

The role of mainstreamness and interdisciplinarity for the relevance of scientific papers

论文网址：

https://arxiv.org/abs/1910.03628

如何识别出主流论文，跨学科论文和别出心裁论文

研究者使用1991年在美国物理学会 Physical Review 系列的 6 种期刊（ABCD 四个分刊以及 Physical review letters 和 Reviews of modern physics）上发表的所有论文数据，构建了文献耦合网络，如图 1（a）所示。

在文献耦合网络中，论文表示为节点，如果两个论文都引用了同一篇论文，则在两个论文节点之间定义一个连接， 连接的权重是两篇论文的参考文献列表的重叠部分长度。

文献耦合网络清楚地展示了相似科学领域的集群，也展示了不同期刊的领域偏好。图中，PRA 杂志用紫色表示，PRB 杂志用松绿色表示，PRC 杂志用蓝色表示，PRD 杂志用绿色表示，Physical review letters 用红色表示，Previews of modern physics 用棕色表示。

图 1 （a）文献耦合网络；（b）文献耦合网络局部图，其中各节点的大小代表论文2年后的引用率；（c）文献耦合网络局部图，其中各节点的大小代表论文20年后的引用率

通过集群显现出的模式，研究者将论文划分为三种类型：主流论文，跨学科论文和别出心裁的论文。在文献耦合网络中，跨学科的论文通常“链接”来自不同领域的作品，处在集群和集群之间； 别出心裁的论文出现在集群的外围，而主流论文通常出现在集群中心附近。

研究者截取了原始文献耦合网络的一部分，如图1（b）和1（c）所示，分别探究论文发表2年后和20年后年引用率的变化，图中节点的大小代表论文的年引用率。

显然，一篇论文在20年后的年引用率要比出版后前2年的年引用率要低。从长远来看，图 1（c）中引用率较高的论文出现在集群的外围（别出心裁的论文）和集群之间（跨学科论文），而集群中心的论文（主流论文）的引用率却下降得很明显。例如图中《Phycical Review Letters》的主流论文（红色）获得了较高的短期关注，但从长远来看不再占主导地位，而两篇综述（review）论文（棕色）却有着相反的趋势。

上述的引用变化，也就是科学进步的过程，是如何发生的？图2的示意图形象地描述了这种现象。

图 2  “科学进步过程”的示意图

研究者把对科学（创新或突破）做出重大贡献的论文，都用节点表示。红色节点是已经发表的发现，灰色结点是迄今为止尚未发现（但却是可被发现）的科学事实。

黑色箭头指示哪个工作影响了哪个工作。绿色虚线连接了“可能的邻近点”，这是在给定当前知识状态下，可以在下一个时间段内发现的科学事实的集合，即下阶段的红色节点的集合。黑色虚线表示一旦取得新的进展，就打开了可能性：一旦有了新发现，对应的灰色节点就会变成红色节点。

增量式或小心翼翼的主流研究则如图2（b）所示， 它显示了图（a）中的新知识发现的后“邻域爆炸”现象。这和文献耦合网络中观察到的现象是一致的。

文献耦合网络上的时间趋势

图 3 （a）各论文到其最近的聚类中心的最短距离分布；（b）各论文节点的度分布

衡量跨学科性的一个指标是论文到其最近的聚类中心的最短距离。据此，研究者调研了文献耦合网络随时间变化的趋势，如上图所示。

研究者统计出1981年，1991年和2001年，各论文到其最近的聚类中心的最短距离分布。发现随着时间的推移，分布向左移。这三年的分布在形状上很相似（尤其是分布曲线尾部的形状），这意味着存在论文向集群中心移动的趋势，但这会牺牲位于外围的论文的比例。

然而，位于集群之间的论文比例却没有发生变化。图3（b）显示了与图（a）对应的节点的度分布。从图中可以看出，度的分布向更高的方向变化。这意味着论文变得与其他论文越来越相似。

这意味着，随着时间的流逝，集群中心的论文变得越来越多，而衔接论文（位于集群之间的论文）的相对贡献却没有随时间发生变化。

论文引用次数的分布模式

图4 （c）在不同的论文与最近聚类中心最短距离下，1991年发表的论文20年引用次数分布（d）在不同的度下，1991年发表的论文20年引用次数分布（e）“大距离”和“小距离”论文的20年引用次数的分布（f）“度大”和“度小”论文的20年引用次数的分布

研究者以1991年发表的论文为例，统计出三种不同分位数的论文，其20年引用次数随着到最近聚类中心的最短距离变化的曲线，如图 4（c）所示，图4（d）则是随着论文的度变化的曲线。

研究者描绘了这些发表于 1991 年的论文，在20年后引用次数相对于到最近聚类中心的最短距离分布的散点图，如图 4（c）所示，图（d）则为引用次数相对于论文度分布的散点图。研究者使用论文引用次数的“分位数”来追踪引用次数随最短距离变化的趋势。所谓“分位数”是指将一个随机变量的概率分布范围分为几个等份的数值点，50%分位数即平常所说的中位数。图（c）和图（d）分别显示了引用次数的50%、70%和90%分位数点在两种不同分布下的变化趋势。

从图中可以看出，50%分位数（蓝色），70％分位数（红色）和90％分位数（绿色）随距离和度值的增加而显著增加，这不仅意味着别出心裁的论文和跨学科的论文似乎得到了奖励（图4（c）中，距离较大时引用依然很高），而且意味着主流出版物在引用方面也得到了奖励（图4（d）中，度越大，引用越高）。

图4（e）显示了两类论文的20年引用次数的分布：到最近聚类中心距离较短的论文（红色），以及距离较远的论文（蓝色），引文分布明显向更大的中位数变化。图4（f）则显示了度值高（红色）和度值低（蓝色）论文的20年引用次数的分布。图4（f）也显示出了相同的模式：对于度值高的论文，引文分布具有较高的中位数。

用熵来衡量论文的跨学科性

导语

科学资助者，行业和公众都要求科学应该变得更具冒险精神，更加别出心裁且更具跨学科性。最近发布在arXiv上的一篇预印本论文却指出，在过去的几十年中，主流论文的比例增加了，别出心裁的论文的比例下降了，而跨学科论文的比例却保持不变。这种变化的原因是什么，它是否会对科学发展造成影响呢？本文将尝试讨论。

当前科学生产中的激励机制可能遏制科学进一步发展的一个因素。目前，科学界普遍采用的激励机制基于生产力因素，例如论文数量，质量因素（引用次数等）和累积指标（h因子及其变化等）。这些指标对于主流论文是有利的，而对于跨学科论文和别出心裁（out-of box）型的论文却没那么友好。

在这种指标体系下，与难以理解并可能与学术圈的现有标准相抵触的新颖创意相比，增量式主流创意所面临的阻力要小得多。这些指标刺激了人们发表接近主流的论文，因为他们对职业的重视程度超过了对科学的纯粹进步的热爱。当前的激励机制不适合科学的进一步发展，最近有学者通过构建文献耦合网络（bibliographic coupling network），对这一现象做了更加深入的研究。

论文题目：

The role of mainstreamness and interdisciplinarity for the relevance of scientific papers

论文网址：

https://arxiv.org/abs/1910.03628

如何识别出主流论文，跨学科论文和别出心裁论文

研究者使用1991年在美国物理学会 Physical Review 系列的 6 种期刊（ABCD 四个分刊以及 Physical review letters 和 Reviews of modern physics）上发表的所有论文数据，构建了文献耦合网络，如图 1（a）所示。

在文献耦合网络中，论文表示为节点，如果两个论文都引用了同一篇论文，则在两个论文节点之间定义一个连接， 连接的权重是两篇论文的参考文献列表的重叠部分长度。

文献耦合网络清楚地展示了相似科学领域的集群，也展示了不同期刊的领域偏好。图中，PRA 杂志用紫色表示，PRB 杂志用松绿色表示，PRC 杂志用蓝色表示，PRD 杂志用绿色表示，Physical review letters 用红色表示，Previews of modern physics 用棕色表示。

图 1 （a）文献耦合网络；（b）文献耦合网络局部图，其中各节点的大小代表论文2年后的引用率；（c）文献耦合网络局部图，其中各节点的大小代表论文20年后的引用率

通过集群显现出的模式，研究者将论文划分为三种类型：主流论文，跨学科论文和别出心裁的论文。在文献耦合网络中，跨学科的论文通常“链接”来自不同领域的作品，处在集群和集群之间； 别出心裁的论文出现在集群的外围，而主流论文通常出现在集群中心附近。

研究者截取了原始文献耦合网络的一部分，如图1（b）和1（c）所示，分别探究论文发表2年后和20年后年引用率的变化，图中节点的大小代表论文的年引用率。

显然，一篇论文在20年后的年引用率要比出版后前2年的年引用率要低。从长远来看，图 1（c）中引用率较高的论文出现在集群的外围（别出心裁的论文）和集群之间（跨学科论文），而集群中心的论文（主流论文）的引用率却下降得很明显。例如图中《Phycical Review Letters》的主流论文（红色）获得了较高的短期关注，但从长远来看不再占主导地位，而两篇综述（review）论文（棕色）却有着相反的趋势。

上述的引用变化，也就是科学进步的过程，是如何发生的？图2的示意图形象地描述了这种现象。

图 2  “科学进步过程”的示意图

研究者把对科学（创新或突破）做出重大贡献的论文，都用节点表示。红色节点是已经发表的发现，灰色结点是迄今为止尚未发现（但却是可被发现）的科学事实。

黑色箭头指示哪个工作影响了哪个工作。绿色虚线连接了“可能的邻近点”，这是在给定当前知识状态下，可以在下一个时间段内发现的科学事实的集合，即下阶段的红色节点的集合。黑色虚线表示一旦取得新的进展，就打开了可能性：一旦有了新发现，对应的灰色节点就会变成红色节点。

增量式或小心翼翼的主流研究则如图2（b）所示， 它显示了图（a）中的新知识发现的后“邻域爆炸”现象。这和文献耦合网络中观察到的现象是一致的。

文献耦合网络上的时间趋势

图 3 （a）各论文到其最近的聚类中心的最短距离分布；（b）各论文节点的度分布

衡量跨学科性的一个指标是论文到其最近的聚类中心的最短距离。据此，研究者调研了文献耦合网络随时间变化的趋势，如上图所示。

研究者统计出1981年，1991年和2001年，各论文到其最近的聚类中心的最短距离分布。发现随着时间的推移，分布向左移。这三年的分布在形状上很相似（尤其是分布曲线尾部的形状），这意味着存在论文向集群中心移动的趋势，但这会牺牲位于外围的论文的比例。

然而，位于集群之间的论文比例却没有发生变化。图3（b）显示了与图（a）对应的节点的度分布。从图中可以看出，度的分布向更高的方向变化。这意味着论文变得与其他论文越来越相似。

这意味着，随着时间的流逝，集群中心的论文变得越来越多，而衔接论文（位于集群之间的论文）的相对贡献却没有随时间发生变化。

论文引用次数的分布模式

图4 （c）在不同的论文与最近聚类中心最短距离下，1991年发表的论文20年引用次数分布（d）在不同的度下，1991年发表的论文20年引用次数分布（e）“大距离”和“小距离”论文的20年引用次数的分布（f）“度大”和“度小”论文的20年引用次数的分布

研究者以1991年发表的论文为例，统计出三种不同分位数的论文，其20年引用次数随着到最近聚类中心的最短距离变化的曲线，如图 4（c）所示，图4（d）则是随着论文的度变化的曲线。

研究者描绘了这些发表于 1991 年的论文，在20年后引用次数相对于到最近聚类中心的最短距离分布的散点图，如图 4（c）所示，图（d）则为引用次数相对于论文度分布的散点图。研究者使用论文引用次数的“分位数”来追踪引用次数随最短距离变化的趋势。所谓“分位数”是指将一个随机变量的概率分布范围分为几个等份的数值点，50%分位数即平常所说的中位数。图（c）和图（d）分别显示了引用次数的50%、70%和90%分位数点在两种不同分布下的变化趋势。

从图中可以看出，50%分位数（蓝色），70％分位数（红色）和90％分位数（绿色）随距离和度值的增加而显著增加，这不仅意味着别出心裁的论文和跨学科的论文似乎得到了奖励（图4（c）中，距离较大时引用依然很高），而且意味着主流出版物在引用方面也得到了奖励（图4（d）中，度越大，引用越高）。

图4（e）显示了两类论文的20年引用次数的分布：到最近聚类中心距离较短的论文（红色），以及距离较远的论文（蓝色），引文分布明显向更大的中位数变化。图4（f）则显示了度值高（红色）和度值低（蓝色）论文的20年引用次数的分布。图4（f）也显示出了相同的模式：对于度值高的论文，引文分布具有较高的中位数。

用熵来衡量论文的跨学科性