科学知识规模增长模式研究——基于数学建模和仿真论证

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fanrend
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
D.J.de solla Price指数增长规律在后续研究中普遍获得印证的同时,指数增长模型也暴露自身的不完备一面,本文聚焦3点模型可能的局限:(1)未考虑到内部个体知识单元间的关联关系及互动规律;(2)通过模型无法表征科学及科学共同体内部的分层现象;(3)科学知识动态增长在认知演化和分维理论等先进的理论与方法视角下还呈现出哪些特殊规律与性质?针对以上展开的3小分支问题可以归结为1个要回答的问题:科学知识增长内在序化运转的动力学机制和规律如何且呈现哪些特征?  由于知识增长作为一种科学社会现象是极其复杂的,远非从单一维度和单一视角就能概括出全貌。针对以上待解决的问题,本文调研不同视角下对知识增长问题研究的相关学派理论,梳理前人在该问题研究上的发展演进脉络并提取诸学派共识性的认知,以此作为本文进一步研究的理论基础。具体来说:(1)如果考虑知识点间内在可能的承接关系(以论文之间的引用来表征);(2)如果考虑平庸科学家与显赫科学家的科学贡献不等价;(3)如果考虑分形几何、演化动力学新兴的理论和方法等描述工具,科学知识增长又会呈现出何种特征与规律?围绕以上要解决的3个问题,本文逻辑框架通过系统自组织序化规律、自组织演化规律和自组织分维规律3大模块开展详细研究。  科学知识增长的系统自组织序化动力学规律的研究借鉴Lotkaian系统的框架以Price引文网络模型实施建模,并进一步对科学知识增长的信息生产过程开展数学建模与推导论证。利用优先链接原理和主方程推导获得含有2个自由参数的欧拉β函数,称之为双参数广义Price公式,在lin→+∞极限条件下,该β函数进一步变换成为所要推导的双参数负幂分布并伴随4条独特性质。该数学模型推导也将信息计量学中Lotka定律从随机性的统计规律发展成为确定性的内在必然性规律。就如同科学共同体内部同行评议存在统一的客观评审标准,它使得科学共同体内部成员之间的沟通没有任何障碍,专业判断能够收敛并趋于一致共识。而对应于Lotkaian系统的秩序则源自于一条简单的累加优势自组织监督规则,它导致了系统的有序性。累加优势规则同样也是系统动力学建构和演化的迭代交互规则,本文进一步对比它(成功产生成功,失败不予惩罚)与马太效应规则(成功产生成功,失败产生失败)异同,并通过竞争性系统中的生存斗争来阐释为何该累加优势规则会产生。  与此同时,本文以Price引文网络模型论证Lotkaian系统自组织序化建构过程中中间推导发现了内在的隐Markov链。同样的情况在科学计量学其它一系列定量化负幂分布推导模型(包括:Simon词频模型、Price缸式模型、Price引文网络模型、广义华林过程)中复现,其中间推导阶段都获得一条隐马尔科夫链。其背后的逻辑含义:科学发现的内在链式结构。链式结构实际上阐明任何科学发现均不是孤立的现象,而是一系列发现引发新的发现,而新的发现又会激发更新的发现这样一个无尽的科学发现链条,从而形成科学发现的链式结构。Lotkaian科学计量系统沿着Markov链式结构的实现信息生产。它从数学建模上佐证了波普尔指出“问题到问题”的科学发现的链式结构,卢曼认知系统论指出的“沟通制造沟通”的自我指涉链式建构。该链式建构模式进一步印证了“牛顿假设”的正确性,这意味着科学知识是建构在相对较少的显赫科学劳动成果基础之上,而这些显赫科学成就本身,反过来,也是建构在先前少部分学术精英肩膀之上的“链式反应过程”。外来的知识单元添加进现有的系统之中,是建立在不违反学科系统内部已有逻辑序性建构的基础上,也不能违反链式建构的结构连续性。  科学知识增长的系统自组织演化规律。从科学计量的视角,本文进一步引入描述系统演化的2个定量化指标:幂律分布幂指数γ和香农的信息熵量H来表征系统序化程度。仿真结果进一步印证了二者之间存在负相关关系。针对演化问题的研究,本文进一步利用γ区分不同时间切片条件下两类典型的增长态势:Ⅰ型增长态势(γ<1),累积增长无极限,强调去中心化,草根理论,符合“长尾定律”特征;而Ⅱ型增长态势(γ>1),累积增长有极限,强调核心精英作用,精英理论,呈现“80/20法则”特征。同时,Ⅰ型与Ⅱ型增长态势之间没有绝对鸿沟,系统进化意味着Ⅰ型增长态势会向Ⅱ型增长态势过渡,而不能反过来。  科学知识增长的系统自组织分维规律。信息计量学界呈现出经验性的负幂分布规律,它与分形几何有着相似的数学表达式,因此,知识增长在结构上也会呈现出自相似的特征。负幂分布的幂指数(或序参数)在分维几何中表征了分形几何的分维数。本文进一步通过计算机仿真来模拟Price引文网络的建构过程和科赫(Koch)雪花曲线的迭代分形演化过程,两动力学过程都呈现出Markov链式建构与结构的自相似建构的特征。  总之,①科学知识增长在序化建构过程中呈现出Markov链式建构特征。②同时,科学知识增长还呈现出认知进化的特征,由低一级有序向高一级有序的方向进化,可以通过科学计量学的幂指数γ和信息熵H指标来定量描述。而且系统越有序,幂指数γ越大和信息熵H越小。由于存在Markov链式系统假设,演化问题研究方法可以通过提取不同时间切片条件下的结构对比来实现。③最后,科学知识增长还呈现尺度不变性特征和自相似特征,在无外界扰动情况下,领域系统的幂指数γ保持不变。
其他文献
湖北光敏感核不育水稻不育系同常规水稻品种及“三系”杂交稻的亲本一样、在生产上应用一定时间后,由于生物学混杂,机械混杂以及不育系自身产生的分离和变异,都会导致种子纯
耕地质量等级成果更新是国土调查的重要组成,是贯彻落实《中华人民共和国土地管理法》的基础工作。通过掌握和科学量化农用地的质量与分布,实现政府对土地管理由数量为主,逐
伴随着教育改革发展的强劲东风,新课程如生机勃勃、万象更新的春天向每一位教师走来。它将实现音乐课程改革从学科本位、知识本位向关注每一位学生发展的历史性转变。课程改
在经历了从禁止到推动的过程后,我国电信网、广播电视网和互联网三网融合的进程已经逐步走上了正轨,发展速度也越来越快。按照国家的整体规划,2010年至2012年是我国电信、广电业
教师的主导作用和学生的主体地位是当前国内外教育界最关注的热门课题之一。素质教育要求教师把学生从传统的被动的受教育地位转变到主动的求知地位上来,在教学活动中,教师不
新一轮的课程改革正在火热进行中,我校为了适应党的教育方针政策,推出了“先学后教,当堂训练”的教学模式。这对于我这个在讲台上讲了三十年的讲授型教师而言,无疑是当头一棒
近些年来,伴随着较好的宏观经济发展形势,我国一线城市已涌现数百家购物中心,发展较好的二、三线城市,也具备了开发购物中心的基本条件。然而,我国现有的购物中心,有一部分还沿用传
素质教育是当前教育改革的主课题。素质教育目标的实现,在很大程度上决定于学科教学的落实。语文学科,在培养和发展学生的语文素质和能力乃至学生各种素质上起着重要的作用。
随着我区完成农村九年义务教育后,近年来,农村学校又几乎同时掀起了实施“阳光体育运动”和“阳光营养午餐”。校园开展丰富多彩的大课间阳光体育活动,确保学生每天锻炼一小
中师化学教学要结合化学学科的特点,从化学内容的实际出发,对学生进行思想素质的教育;要结合课堂教学的内容去发掘科技素材,努力提高学生们的科技素质;要充分挖掘教材中美的