收稿日期：2018-07-09
基金项目：国家自然科学基金项目“信息检索中基于用户检索历史挖掘的个性化查询自动补全方法研究”（项目编号：61702526）；武器装
作者简介：凌艳香（1988-），女，讲师，硕士，研究方向：数据挖掘与信息推荐，已发表论文7篇（第一作者6篇），其中EI 检索1篇，核
心期刊1篇。郑敏娇（1987-），女，讲师，国防科技大学信息通信学院，研究方向：网络安全数据分析。张清辉（1984-），男， 讲师，博士，国防科技大学信息通信学院，研究方向：智能信息服务。
LING Yanxiang ZHANG Qinghui ZHENG Minjiao
(College of Information and Communication,National University of Defense and Technology ,Shaanxi Xi'An 710106,China
)
The researchers collaboration network not only indicates the features and schema of technological
innovation,but also reflects the technology development trend.It is quite meaningful and useful for the policy-makers to draw up development strategies.Based on the technology life cycle theory,this paper uses complex network analysis methods to study the topology features and the evolution of collaboration network in different phases.A dataset from the electronic whiteboard patents is used to demonstrate the analysis.The result shows that the researchers'collaboration behaviors is strongly related to the technology development.It means that the collaboration networks of different phases have different topology features,whose evolution may lead to the
DOI :10.13998/jki.issn1002-1248.2019.01.006
引用本文：凌艳香，张清辉，郑敏娇.基于技术生命周期的专利发明人合作网络演化分析—— —以电子白板领域为例[J].农业图书情报,2019,31(1):54-59.
基于技术生命周期的专利发明人合作网络演化分析
——
—以电子白板领域为例凌艳香，张清辉，郑敏娇
（国防科技大学信息通信学院试验训练基地，陕西西安710106）
摘要：科研人员及其合作关系组成的合作网络，反映着技术创新活动的特征模式以及相关技术领域的发
展趋势，对决策者制定技术发展战略具有重要意义。以中国电子白板领域的专利数据为例，在技术生命周期理论的基础上利用复杂网络分析方法，重点研究发明人合作网络在不同生命周期阶段的拓扑特征以及各阶段过渡过程中合作网络结构的演化特点。研究发现：随着技术发展，团队数量和合作数量持续上升但合作网络整体日益稀疏，其中成长期的合作网络最为活跃。证明技术创新过程中科研人员的合作行为与技术发展之间紧密相关，技术生命周期的过渡使得对应合作网络发生演化，而合作网络的演化也可能是推动或阻碍技术发展的原因之一。
关键词：技术生命周期；专利发明人；合作网络；网络演化；电子白板中图分类号:G306
文献标识码:A
文章编号:1002-1248(2019)01-0054-06
1引言
随着人类面临问题的日趋复杂，科技活动已日益成为一种高度合作的事业。科研人员作为科技创新的主体，通过合作网络进行资源共享、知识交流以及共同创新等活动。反之，以科研人员及其之间的合作关系为核心的合作网络，也反映着合作创新活动的特征模式以及相关技术领域的发展动态。
因此关于合作网络的研究激发了诸如管理科学、计量科学以及复杂网络科学等领域的密集探讨。大量学者在合作网络的形成机制[1,2]、演化路径[3-6,15]、合作模式[7,8]、扩散原理[9]以及合作预测[10]等方面进行了深入研究。其中利用技术生命周期理论开展专利合作网络研究是近几年新兴的方向之一。李红等人利用社会网络分析法，按初始期、成长期、繁荣期的划分对智能手机专利发明人合作网络的特征进行分阶段分析，发现不同时期的合作网络呈现出独特的拓扑特征，且随着各时期之间的过渡，合作网络也随之发生演变[6]。
技术生命周期是指技术的使用寿命，即一项技术从基础科学或应用科学衍生发展而来，将之应用于产品开发与设计上，到该项产品导入市场，直至退出整个市场的一段时间[11]，一般分为引入期、成长期、成熟期和衰退期，不同时期的技术呈现出个性化的阶段特征。
专利数量和专利申请人数量是刻画技术发展的常用指标，在不同生命周期阶段呈现出不同的统计特征。当技术处于引入期时，市场不确定性大，研发风险高，只有少数组织参与技术研究和市场开发，因此该时期专利数量和申请人数量均较少；在成长期时，随着技术难题的解决和市场认可度的提高，大量研究组织和企业开始涌入，技术范围不断扩大，表现为专利数量和专利申请人数量激增，市场格局较分散；在成熟期时，技术商品化程度高，市场竞争激烈，但由于市场容量有限，进入的组织数量减少，专利增长率变慢，专利申请人数量基本维持不变；到衰退期，技术发展遭遇瓶颈或领先优势殆尽，市场濒临饱和，专利数量和申请人数量呈负增长。
技术生命周期的各阶段具有通用性，普遍存在于各个领域，且可以进行预测。了解技术处于生命周期的何种阶段，掌握技术的整体发展趋势，可辅助科研组织、企业和政府进行远见性研究和管理。
综上，文章拟依托中国电子白板领域的专利数据，结合技术生命周期理论和复杂网络分析方法，重点研究专利发明人合作网络在不同生命周期阶段的个性化拓扑特征，以及各阶段过渡过程中合作网络结构的演化特点，旨在探索技术创新活动中的合作行为与技术发展之间的潜在关联，为决策者制定技术发展战略和技术合作政策提供理论依据。
2样本数据与方法
专利是技术创新的产物，是技术信息最有效的载体。合作创新过程中，高校、企业、研究机构以及来自这些组织的科研人员自发地形成一种非正式的合作网络，并在此基础上进行着知识资源的共享和交流，因此专利联合发明是被广泛用来研究技术合作创新的实证指标之一。
通过中国国家知识产权局网站、Soopat专利数据库以及佰腾专利检索引擎，以“电子白板”为检索词，获取了中国电子白板领域1999年—2016年1828件专利的相关数据，从中提取出发明人数量大于1的专利，形成合作专利数据集。当专利的发明人数量大于1时，说明该专利对应的发明人之间存在合作关系，依此为原则，利用R语言对原始数据中的发明人字段进行处理，共提取出1591名发明人及他们之间5108条合作关系。
2.1技术生命周期判别
统计1999年—2016年各年份的专利数量、合作专利数量(有两个或两个以上的发明人)、发明专利数量、实用新型专利数量、外观专利数量、专利发明人数量以及专利申请人数量，绘制出各统计数据的折线图。
由图1和图2可见，专利各数量指标的增减趋势基本一致，重要拐点的年份基本相同，具体特征表现
基于技术生命周期的专利发明人合作网络演化分析——
—以电子白板领域为例
technology
changes.
technology life cycle;patent inventors;collaboration network;network evolution;electronic whiteboard
图1每年专利数量
如下:
(1)1999年—2008年，专
利数量、发明人数量以及申请人数量都较少，各指标增长速度缓慢，部分年份还曾出现负增长(如2008年)，专利类型以发明专利为主。该时期随着计算机技术的发展，多媒体应用需求逐步凸显，电子白板顺势诞生，但由于只是基础性的技术研究，市场需求不明确，存在较大研发风险，因此整个技术领域还处于相对不稳定的初步发展阶段。(2)2009年—2012年，各指标增长速度剧增，专利类型为发明专利和实用新型专利为主。在前期发展的基础上，多媒体需求大幅增加，相应的技术设备开始步入稳定成熟，该阶段的电子白板技术也从基础性研究过渡至产品开发生产，市场不确定性消
失，吸引了大量人员和组织投入该领域，整个技术领域进入全面蓬勃发展阶段。
(3)2013年—2016年，各指标出现负增长，后期
尽管发生缓慢上升，但明显已不如2012年的高峰期，专利类型以实用新型专利为主。经历了之前的蛰伏和快速发展，电子白板技术得到了社会的广泛认同，但由于触屏、虚拟现实等新型技术的冲击，加之领域本身的瓶颈和市场的有限性，该阶段的电子白板技术虽能维持一定程度的增长，但增速明显放缓。专利数量以及参与的科研组织、企业等数量也开始下滑，整个领域进入成熟期并开始显现出衰退迹象。
依据技术生命周期理论可初步判断,1999年—2008年是电子白板技术的初始期,2009年—2012年是成长期,2013年—2016年是成熟期。由于2017以后数据未知，因此还无法判断衰退期。
2.2发明人合作网络演化分析
为了清楚分析中国电子白板技术合作网络的演化
过程和演化特征，依据上文技术生命周期判别结果，将时间区间(1999年—2016年)划分为3个阶段：初始期(1999年—2008年)、成长期(2009年—2012年)以及成熟期(2013年—2016年)。
研究过程分为两个阶段：一是从各阶段的合作网络图直观分析网络的整体结构和演化过程；二是从各阶段的拓扑特征深入分析合作网络的演化特点。2.2.1发明人合作网络的大致演化过程
由图3(a)—3(c)可见，电子白板技术发明人合作网络的整体演化呈现如下特征:
(1)网络规模不断扩大，合作关系日益紧密。随
时间推移，节点和边数量持续增加，尤其是从初始期到成长期，增幅最明显。 (2)团队结构明显，但合作范围较小。绝大多数节点抱团形成小的团队，大量合作关系存在于团队内
部，团队之间的合作关系较少。但随着技术发展，在成长期和成熟期出现少量具有中介性质的节点，部分团队也发生融合
。
图2
每年专利发明人和申请人数量
/篇
/篇
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(3)核心团队凸显且随时间发生更迭。每个阶段
的合作网络各有若干个核心团队，其内部合作关系频
繁，相应专利数量较多。但各阶段的核心团队不一，这种更迭说明技术领域内关键研究力量有起有落，市场竞争格局不断发生变化，未出现一方独大的情况。2.2.2发明人合作网络的拓扑特征及其演化特点
图4(a)—4(c)是各阶段的节点度分布图，由图可见合作网络在初始期、成长期和成熟期均表现出明显的长尾效应[12]，即网络中极少数节点占据了大多数合作关系，大多数节点只占据少量合作关系。从社会学角度看，这也是典型的马太效应。说明在电子白板领域核心技术和中坚人才主要分布在少数个体和团队，他们借助已有优势可以汇聚更多技术资源和研发力量，从而产生更多合作创新行为和专利，是技术发展的关键贡献者。而其余的大多数人和团队虽然个体上的贡献量不大，但他们的总和对技术领域发挥着重要作用。
对合作网络的度分布进行拟合分析，发现均服从幂率分布，即P(k)~k γ,k 为度数,γ为幂指数，是一个常数,P(k)为度数为k 的节点占所有节点的比例。γ
体现着节点度数的两级分化程度，其值越大说明度数大的节点越少、度数小的节点越多。初始期、成长期和成熟期的分别约为1.513、1.761和1.496，可知成长期合作网络的节点度两级分化程度最高，且度数的最大值最高。
表1记录了合作网络的拓扑特征[16]，分析各时期同一拓扑特征的变化，可发现合作网络演化过程具有以下几个特点:
(1)合作规模呈增大趋势，成长期增幅和增速均最大。初始期共10年，节点和边的增幅为171,392；增速为1.71,3.92；成长期共4年，节点和边增幅为448,1718；增速为112,429.5；成熟期有4年，节点和边增幅为277,495；增速为69.25,123.75。合作网络在成长期的快速发展与技术生命周期的阶段特征相吻合。
图3(c)成熟期(2013-2016)合作网络图
图3(b)成长期(2009-2012)合作网络图
图3(a)初始期(1999-2008)合作网络图
图4(c)成熟期节点度分布图
图4(b)成长期节点度分布图
图4(a)初始期节点度分布图
基于技术生命周期的专利发明人合作网络演化分析———以电子白板领域为例
-
(2)团队规模不断增大，内部合作趋于深入。连
通子图是指子图中所有节点都通过各种途径相连且与
子图外节点不相连[13]，它可以代表现实中的团队结构。完全连通子图[13]是指子图中所有节点都相互连接，它是团队结构的一种特殊情况，即团队成员间两两都存在合作关系。从初始期到成熟期，连通子图和完全连通子图的个数不断增大，说明技术领域内的团队数量不断增加，同时团队成员之间的合作更加频繁全面。(3)网络结构不具备小世界效应。各时期的合作网
络虽然平均距离较小，但聚类系数也很小，结合图3(a)—
3(c)可见各团队之间大多互不相连，较多节点之间不可达，由此可判断该合作网络不具备小世界效应。说明电子白板技术领域整体上的交流效率和质量都较低。(4)合作关系的增长与节点的增长不相匹配。网
络密度[14]定义为实际边数l 与最多可能边数N(N-1)/2之比，其中N 为节点数。网络密度随时间不断减小，说明边数的增长速度和幅度与节点不相匹配，造成网络越来越稀疏。节点接近度[14]是该节点到达所有其他节点的距离之和的倒数，其值不断减小，说明节点到达其他节点越来越难，进一步证实合作网络日益稀疏松散。
(5)成长期的合作网络最为活跃。网络聚类系数、平均距离和节点的度、中间度、特征向量值、分布函数的幂指数在成长期均达到巅峰。其中聚类系数最大
说明网络中各节点的聚集趋势最高。平均距离最大说明网络最稀疏，节点之间的可达路径长度最长。节点的度、中间度和特征向量值都能反映节点在网络中的重要性[14]，其平均值代表着节点之间的连接程度和依赖程度，这3个指标最大说明成长期的合作网络各节点的交互程度最大。在度分布函数中，幂指数越大，度为k 的节点出现的概率P(k)越小。大度数节点少、小度数节点多，导致成长期合作网络的节点度两级分化最大。
3结语
通过复杂网络分析方法，分析电子白板领域的专利发明人合作网络在技术生命周期各阶段的拓扑特征和演化特点，可得如下结论:
(1)技术领域内存在少量核心科研人员和团队。
合作网络的节点度服从幂率分布，说明电子白板领域
的核心技术和科研力量集中于少数个体和团队。他们是技术领域的骨干力量，借助已有优势可以获得更多资源和人才，产生更多成果。不同时期的核心团队不一，说明电子白板技术的市场竞争格局不断发生
着变化。(2)技术领域内的交流效率低。合作网络不具备
小世界效应，呈“烟囱式”结构。团队内部合作紧密
但团队之间不连通，整个网络的平均距离虽小，但较多节点之间不可达，聚类系数也较小。反映出电子白
初始期（1999年-2008年）
成长期（2009年-2012年）
成熟期（2013年-2016年）
节点个数 171 619 896 边个数 392 2 110 2 605 密度 0.027 0.011 0.006 5 聚类系数 1.169 2.178 1.637 平均距离 1.054 1.48 1.313 连通子图个数
47 148 220 最大连通子图的节点数 10 23 26 完全连通子图个数 32 124 176 最大全连通子图的节点数 9
15
15
度(平均，最大，最小) (4.485，23，1) (6.817，129，1) (5.815，92，1) 接近度(平均，最大，最小) (0.598，0.617，0.588)
(0.163，0.168，0.162)
(0.112，0.111，0.115)
中间度(平均，最大，最小) (0.099，2，0) (1.472，96，0) (0.885，154，0) 特征向量值(平均，最大，最小) (-0.017，0，-0.343)
(0.004，0.624，0)
(0.003，0.545，0)
度分布函数的幂指数
1.513
1.761
1.496
表1各生命周期阶段合作网络的拓扑特征
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