广义投入产出分析用于科学学的文章出来了

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1751157715300717
Interrelations among scientific fields and their relative influences revealed by an input–output analysis
Zhesi Shen, Liying Yang, Jiansuo Pei, Menghui Li, Chensheng Wu, Jianzhang Bao, Tian Wei, Zengru Di, Ronald Rousseau, Jinshan Wu

科学领域间相互关系及相对影响的投入产出分析

这是一篇原创性比较高的文章。Journal of Informetrics也是信息科学领域有影响力的期刊。

通常一个学科领域内有很多个子领域。我们的工作试图回答以下两个问题:第一、这些子领域哪一个最有影响力?第二、给定某一个子领域,其对其他的子领域有什么样的影响或者其最受哪个领域的影响?他们把经济系统中的Leontief投入产出方法改造成为一个封闭系统的方法。然后用这个封闭系统投入产出方法回答了以上的两个问题。这个封闭系统的投入产出方法具有广泛的适用性。

经济系统可以看作包含N各部门,如农业、纺织、矿业等。Leontief 投入产出分析的做法是构造一个线性方程,把最终需求部分独立从投入产出网络中出来当作已知量,把各个生产部门的总产出当作未知量。这样可以回答,当最终需求产生一定的变化时,各个生产部门的总产出需要做怎样的相应变化。投入产出分析里面最重要的思想是:直接影响(最终需求本身)和间接影响(生产最终需求直接所需要的各部门投入,生产这些投入的投入,……)必须同时得到考虑。

同样,在科学领域的关系中,也必须考虑一个领域对另外一个领域的直接引用,这些引用的引用,这些引用的引用的引用,等等。于是,问题就成了一个如何综合考虑直接和间接引用的数学问题。

在科学领域的关系中,由于没有最终消费部门,我们提出封闭系统的投入产出分析方法:放弃线性方程的描述而采用本征向量的方式来分析,同时我们通过研究去掉一个部门的结果来看一个部门的影响。对于我们的封闭系统矩阵,去掉第k行和第k列,计算这个矩阵的本征值和本征向量,计算这个矩阵的最大本征值与1的差,这个差就是产业部门k的影响力,相应的本征向量就可以作为产业部门k对其他部门的影响的度量的基础。

用上述方法分析了美国物理学会(APS)杂志上发表文章的数据。把每个一级分类号(PACS)看作一个部门(子领域),把子领域i中文章对子领域j中文章的引用数量作为j领域对i领域的投入,经过归一化建立子领域间的投入产出关系。

首先研究了不同时期子领域的相对重要性,以及重要性的演化。通过分析投入产出分析方法得到的子领域相对重要性与子领域总被引用次数的相关性,发现两者具有正相关性。但也有一些特例,如统计物理(05)的在投入产出分析中得到的排名高于利用引用数所得到的排名,说明统计物理在对其他领域具有重要的间接影响。


图1 投入产出重要性排名与引用次数排名的相关关系。

另外给出了子领域相对重要性的演化过程,随着总引用次数的增加,发现某些领域的重要性(IOF-Z Score)在增加,如03量子力学,而某些领域对其他领域的影响力在降低,如74 (超导,这不表示其自身的重要性在降低,仅仅是对其他子领域而言)(图2)。


图2:1991至2011年间相对重要性(IOF-Z Score)与引用次数(Total Citation)的关系。点击图片会显示动画

另外,发现03量子力学的重要性排名在随时间增长,在2011年成为了影响力最强的子领域,而有的领域在一直下降。


图3 :20个最有影响的子领域影响力排名变化图。

这个工作提出了封闭系统的投入产出分析方法,并应用在美国物理学会杂志发表的文章记录上。发现通过考虑直接连接和间接连接,这个分析方法可以比通过引用次数和文章数挖掘出子领域间深层次的相互关系。这个方法还可以用来分析所有具有投入产出关系的系统中各个元素的影响力和相互影响。

除了科学领域(其他的领域的也可以做了),后续的这个方法用于其他研究主体:科学家、学校、城市、国家、基金单位,都可以开始做了。

顺便,借个贴:今天再看了一遍Susskind的关于Feynman的Ted talk,https://www.ted.com/talks/leonard_susskind_my_friend_richard_feynman。在怎么做研究,怎么讲课,怎么思考上还是很有感触。推荐大家都看看。也推荐都看看Feynman的讲义和小册子们。

课程名称《学会学习和思考》的解读

我们建设的新课的名称《学会学习和思考》,指的是,学会做理解型学习和学会做深入思考。

理解型学习指的是,一定要搞清楚一个东西对你意味着什么,要问“是什么”,“为什么这样”,“我喜欢吗”。实现这个目标的方法是关注概念之间的关系,用关系来组织概念,形成整体组织结构。

在学会这个问这样三个问题和思考联系建立组织结构的方法的基础上,学习的时候主要内容放在一个学科的大图景上。所谓大图景就是指一个学科的基本任务、核心问题、典型思考方式、少量的基础的核心的概念的理解。这样就能做到“Teach Less, Learn More”, “Study Less, Learn More”。这样还能更加具有创造性——关注联系、关注基本问题,不迷失在大量的细节之中而看不见大图景。

深入思考就是要”知其然,知其所以然,知其所以所以然”。也就是是什么,为什么是这样的,为什么选择这个东西来思考(学习、教学)和为什么这样想(学习、教学)。

希望所有的学生学习完本课程之后可以学会上面的学习方法和思考方式。

什么是通识教育(Liberal Arts Education)

通识教育的基本目标是培养有一定知识的并且有责任感的公民,同时给受教育者发现和发展自己的潜力的机会。

其实,这是所有的教育的目标。培养研究者和领导者只不过就是这个教育的继续:那些发现了自己的潜力的受教育者的潜力得到了进一步的发展。培养独立的思考者也只不过是这个教育的深化:有责任感的公民、深入思考的学者自然是独立思考者。

那,既然通识教育这么好,怎么做?

下更多的毛毛雨?让受教育者了解更多的知识,记住更多的事实?没有深入就不可能浅出。这样的毛毛雨教育,了解型记忆型的教育,只能被称为“肤浅教育”,而不是通识教育。那些以为降低难度增加知识量,增加课程数目缩短学时,就是通识教育的,都是在缘木求鱼。

The Number Mysteries的作者 Marcus du Sautoy分享的自己的数学之路给我们要做什么样的通识教育的启示。Marcus小时候的梦想是做一个间谍(因为非常酷,还有家庭的影响)。可是语言能力不太强,在一定要搞清楚一个事情是什么这方面倒是挺强挺喜欢。于是,Marcus的小学老师建议Marcus去阅读一本讲数学是什么的书。从那以后,Marcus就走上了数学的道路,并且,受自己的经历的启发,非常注重准确的有趣的通俗数学读物的写作。

从这个例子,我们发现,一本告诉读者《XX是什么》——学科的基本问题基本任务是什么,并且让你体会到XX学科里面的思考问题的方式,的书的价值,对于一个在发现自己的潜力的过程中的学生来说是多么的大。

Feynman的所有的物理学科普小册子,都能够让你体会到这个领域的物理学家在思考和面对什么问题,典型来说是如何思考的,而且完全没有不正确和哗众取宠的地方。当然,我自己不是因为看了Feynman的书从而了解、喜爱和做上物理的。但是,完全可能存在这样的例子,从那里开始喜欢上物理。(如果有这样的人,请告诉我,我就增加了一个例子)。

勉强算一个例子的话,我阅读了不少这样的《A very short introduction to XX》的书,并且我把很多XX领域的教材也是当作这样的导论性的书来看的。从那里,我了解这个学科,例如语言学、博弈论、投入产出经济学、科学计量学,并且在这些领域里面开展工作。而且,我在这些领域的工作往往直面里面最基本和核心的没有解决的问题,例如一个能够描述博弈实验的理论到底是什么样子的,例如化学家从化学反应开始但是经济学家没有从商品生产关系入手(因此要建立有结构的经济学)。

从这些例子,我想说的就是,通识课必须要做到,通过不太多的知识的学习就能够促进学习者了解这个学科的基本面貌和典型思考方式。只有这样的深刻的深入的通识教育才是通识教育,要不然就是蜻蜓点水的肤浅教育(shallow education。顺便,我非常喜欢这个词。还有brainless teaching,无脑教学——指拿过一本书来就开始教,不思考教什么、怎么教、为什么这样教)。学得越肤浅当然可能做得到越多,但是,那绝对不是教育。Whitehead的《教育的目的》明确地提出来的两条原则:不要同时学得东西太多,要学就要学得透彻。

所谓透彻就是要把东西理解,所谓理解就是要把东西和别的东西联系起来,并且尽可能在解决问题中去运用。这也就是概念地图理解型学习和以项目为基础的学习的核心思想。

通识教育和专门化教育(或者说专业教育)的唯一的不同点,就是后者要求的技术和细节的知识会多一点,在“大图景”的理解上,两者完全没有区别。

Ted Talks里面Liz Coleman在呼吁Re-invent Liberal Arts Education,强调把通识教育和越来越视野狭窄的专门化教育区分开来。其实,其中更强调把各个领域联系起来,构成一个整体性的认识,更加强调看见事物之间的深刻的联系,从而更好地来面对新的问题,更加强调关注各个领域的基本的问题,并且从这些基本问题开始做到深入和独立思考和整体性认识。

所谓“大图景”就是:这个学科基本问题是什么,典型思考方式是怎样的,如果学习者要自学,哪一些最少量的核心基本概念需要有,整个学科的风景地图大概怎样。把一个学科的学习的目标定在学会大图景,学会典型思考方法上,并且通过尽量少的知识的学习来达到以上的目标。这就是我们的这一系列的“Teach Less, Learn More”课程的设计思想:教你学习方法、少量的基本概念、给你一个学科的风景图、让你明白基本问题和典型思考方式,并且把理解型学习——思考事物之间的联系、“知其然,知其所以然,知其所以所以然”贯穿始终,希望你能够学会欣赏并且决定是否喜欢这个学科。

通识教育不是肤浅教育,烧掉边界的教育和学习不是所学习的知识跨了边界,而是深刻的理解、思考问题的方式和学习方法跨越了边界。通识教育确实要做到所教的具体知识更加基础更加少,但是,不是少了基础了就是通识教育,必须在“大图景”上仍然保留得很好,必须让受教育者体会这个学科里面的思想者如何思考,在思考什么问题。所以,通识教育是需要整体上重新设计的,而不是把原来的课程改得简单一点就是通识教育,而是需要问:做为一个不一定是这个学科的一线研究者但是又能够理解和欣赏这个学科的“大图景”的人,我要学什么。

论什么是悟性?

经常说某某人有悟性。那指的是什么呢?

我这个人跟人讨论问题的时候喜欢一问到底,跟一些人很难讨论到点上?为什么呢?

今天,我觉得对这两个问题有了一个答案。我在思考一个问题的时候,通常同时在思考为什么问这个问题。也就是说,对于我来说,“知其然,知其所以然,知其所以所以然”——问是什么,为什么这样(不这样会怎样),为什么会问这个为什么,是一件自然的事情。很多时候这几个问题我是一起来思考的。

同时,很多时候,不同的具体问题的是什么是不一样的,为什么往往具有共性,为什么的为什么共性往往更大。了解共性,就可以迁移。于是,明白为什么,就容易把一个问题的答案稍作改变成为另一个问题的答案。为什么的为什么就可以使得思考方式在不同的问题中适用。更深刻的为什么就会具有更大的普适性。

这就是悟性。能够看到更普适的更深刻的为什么,并且通过这个思考把看起来不同的东西联系起来,就是悟性。一个经常被动接受是什么的人,是很难有悟性的。因此,当面对通过步骤ABC可以完成目标O的时候,一定不能停留在接受ABC这个过程的阶段。一定要问为什么ABC可以实现O,ACB行吗,ABC仅仅可以用来实现O吗?还要进一步思考这个从ABC到O的逻辑有一般的意义吗?

同样,因为我把这不同层次的为什么一起来思考的原因,或者说在跟别人讨论是什么的问题的时候也会一直关注为什么,甚至更加一般的为什么的为什么的问题,于是,在不清楚对方的动机的时候,不知道如何回答是什么的问题。当然,更加深刻的原因是,我希望对方能够明白这样的从是什么到为什么到为什么的为什么的思维方式,从而自己来解决问题。然后,这样做的结果往往是交流不到点上,因为对方关注的是是什么,我关注的是为什么以及为什么的为什么的问题。

丁义明转述其他人的话:普通人看到是什么(概念和定理),思考者看到为什么(所以了解概念之间和定理之间的相似性),深刻的思考着看见为什么的为什么(所以了解相似性的相似性)。

我有两个文科背景的学生。我一直发现交流起来不到点上。更加让我苦恼的事情是,我不知道为什么这个交流不在点上。有的时候甚至想就交流是什么怎么做得了,不要去管为什么和为什么的为什么算了(那样是不对的,我们不是培养科研民工,而是培养独立思考者的,不管这个人将来是否成为科学家)。现在,基本名白了。第一,我比较急,希望他们学会思考方式,从而学会自己来提出问题(顺便,自己提出恰当的问题真的真的很重要)和解决问题。第二,就是,文科的学生,从很早就开始习惯了了解是什么,被告知是什么,怎么做,而不是去思考为什么,更少地思考为什么的为什么。

了解了这个为什么,希望学生以后能够主动多思考为什么和为什么的为什么,关注相似性和相似性的相似性。让我不冲着让你学会思考方式的角度去交流是不可能的。太好为人师了。

总结:悟性就是超越是什么,不断地思考为什么(相似性一般性),还有思考为什么的为什么(相似性的相似性),的表现。

因此,悟性不是简单地聪明——通常指思维敏捷迅速,而是思考的深刻性的问题。是否快,这个可能是天生的。然而,我认为,是否深刻是思维习惯的问题,可以通过后天训练来完成。

从接受是什么,到思考为什么,为什么的为什么,也正是我们的《学会学习和思考》的课程的最最核心的目标。

昨天晚上的入党感言

昨天正式成为中国共产党的一员。我是主动提出来入党的。提交入党申请之前犹豫过,痛苦过,想清楚之后提交的申请,申请之后从来没有犹豫过,尽管有时仍然痛苦。了解我的人知道我是一个有洁癖的人。但是,我没有犹豫过,我非常高兴终于成了党的正式的一员。昨天听到李克强老师的几句话,深有感触,就在转正会现场做了如下感言。记录下来,做为人生的重要的记录。

小时候武侠小说看多了,记住了侠之大者为国为民,记住了英雄就得跳出来。如李克强老师所说,我思考和做事情的标准是要做什么,人生的意义和目标是什么,而不是我得到什么。

人生短暂,转瞬即过,再过几个刹那,我们就将走远。等我离开了,我希望可以说:有我,世界不一样了。

我的教育的思想能够教育出一群人,能够被发扬和发展下去。我的思考和研究工作的创新能够促进社会进步,启发后来的人。我的书将来100年之后还有人看。除了这些,我们还能留下什么呢?真的,让为大家做的服务和为大家服务的思想,长留,就像党的核心的定位一样。让其他的,都随风而去吧。

这些方面,除了我个人的努力和个人的成就,还需要跟大家一起来做,依靠和带领大家来做。这就是我加入党的目的:找到和发展更多志同道合的,并且能够让这些理想有付诸实现的机会。

樊瑛老师对我有一个总结:把教学和科研都当做事业来做。是的,不仅是事业,是把这些事情当做生命来做,当做生命来活。

经历人间事,勿忘我初心。祝愿大家跟我一样永远18,永远热情地为了理想而生活。