基于Python語言的學術(shù)論文數(shù)據(jù)挖掘與分析

劉煥英

關(guān)鍵詞 Python語言；數(shù)據(jù)挖掘；醫(yī)療人工智能；學術(shù)論文；期刊編輯

中圖分類號 G232.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-0360（2021）05-0021-06

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代的來臨，數(shù)據(jù)規(guī)模巨大，但數(shù)據(jù)存在多樣性、價值密度低及關(guān)系復(fù)雜等特點。如何從海量的信息中獲得有價值的信息變得越來越困難。近年來逐漸興起的數(shù)據(jù)挖掘與分析可以很好地解決這個問題。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)通過多種復(fù)雜的算法在大量的元數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間潛在的規(guī)律及有價值的信息。近年來在金融、醫(yī)療、社交及電信領(lǐng)域取得了顯著成果，而在期刊出版領(lǐng)域應(yīng)用較少。在已有的報道中，有編輯提出把數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)投稿系統(tǒng)中，可以對稿件進行分類送審、向作者定向征稿及相似文獻推薦、對投稿流程及投稿系統(tǒng)進行質(zhì)量評價及促進系統(tǒng)的改進[1]。也已有編輯部利用數(shù)據(jù)挖掘為期刊的選題策劃、學者選擇、專題策劃、稿件篩選等提供更精準的數(shù)據(jù)依據(jù)，為期刊決策提供參考[2-5]。

在相關(guān)的研究中，編輯們更多的是利用HADOOP、ROST News Analysis Tool 4.5等數(shù)據(jù)挖掘工具，這些工具計算力及交互性不夠強大。本文參考譚春林[6]的數(shù)據(jù)挖方法，利用Python語言進行數(shù)據(jù)挖掘及分析。Python語言是數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域最熱門的語言，具有較好的解釋性及交互性，且擁有強大的科學計算能力，能對大量科研人員成果數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，從而獲得有用的價值。而期刊編輯可利用Python對某一領(lǐng)域的發(fā)文情況進行數(shù)據(jù)挖掘及分析，尋找熱門選題，指導(dǎo)期刊的選題策劃。在已有的研究中，期刊編輯領(lǐng)域利用Python來進行數(shù)據(jù)挖掘及分析的報道較少，本文提出利用Python語言對近年來的熱點話題醫(yī)療人工智能相關(guān)的學術(shù)論文進行挖掘和分析，為期刊編輯從事學術(shù)研究提供新思路。

1 研究方法

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于Python 3.7的醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文的信息挖掘分析系統(tǒng)，利用Selenuim來獲取相關(guān)的期刊論文，將數(shù)據(jù)清理并分析后進行結(jié)果輸出。該系統(tǒng)主要分為三個模塊，第一個模塊是數(shù)據(jù)獲取，從中國知網(wǎng)選取相關(guān)的文本信息，其中包括作者、機構(gòu)，關(guān)鍵詞、期刊、發(fā)表時間、下載及被引用次數(shù)等信息。第二個模塊是數(shù)據(jù)清洗及提取，把通知、辦法、條例等非學術(shù)論文的文章刪除。第三個模塊是數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，提取清理后的元數(shù)據(jù)，并對元數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。見圖1。

1.2 數(shù)據(jù)來源

利用中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（https：//www.cnki. net）對醫(yī)療人工智能相關(guān)題材發(fā)文情況進行大數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析。本文從中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫舊版入口，在“期刊”類目下進行“高級檢索”，檢索條件為“全文=人工智能+醫(yī)療/醫(yī)學/醫(yī)院/健康/中醫(yī)；時間=2010-2019；來源=全部期刊“。（數(shù)據(jù)采集時間為2020年5月10日）

1.3 數(shù)據(jù)挖掘

從網(wǎng)頁挖掘文獻元數(shù)據(jù)步驟如下：

第1步：首先使用Selenuim的webdriver. get方法進入中國知網(wǎng)首頁，然后使用Selenuim的element元素的send_keys自動輸入【賬號】與【密碼】，并使用click方法以實現(xiàn)自動點擊以登錄系統(tǒng)。

第2步：首先使用Selenuim的webdriver.get方法進入中國知網(wǎng)期刊 的高級檢索頁，然后使用Selenuim的e lement元素的send_keys、select_ by_value自動輸入【 人工智能】、【邏輯關(guān)系 and】、【醫(yī)療/醫(yī)學/醫(yī)院/健康/中醫(yī)】click方法以實現(xiàn)自動點擊以進行檢索。

第3步：使用Selenuim元素的find_element_ by_class_name獲檢索結(jié)果

1.4 數(shù)據(jù)清洗

把作者為空的文章，例如：通知，辦法、條例等非學術(shù)論文刪除，方法如下：

1.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于作者、 機構(gòu)、關(guān)鍵詞、基金與分類信息中含有多個屬性，例如多名作者、多個關(guān)鍵詞，需要使用Python的split函數(shù)把這1行數(shù)據(jù)拆分成2行或多行數(shù)據(jù)，然后使用 Python的pymysql模塊寫入MySQL，以利于我們接下來的統(tǒng)計。同理把機構(gòu)、關(guān)鍵詞、基金的屬性也進行拆分，寫入相應(yīng)的表進行保存。見表2。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

使用Python的pymysql模塊讀取MySQL的表，并使用Python調(diào)用MySQL的SQL查詢語言進行統(tǒng)計，統(tǒng)計方法如下：

# 獲取文章開始、結(jié)束時間及文章總數(shù)

1.7 圖片制作

使用Python的wordcloud模塊制作云圖，使用GraphPad Prism 7.0制作折線圖。

2 結(jié)果與分析

通過Python數(shù)據(jù)挖掘共收集到2 253條原始數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)清理后，得到1 706篇醫(yī)療人工智能相關(guān)的學術(shù)論文，來源于804種期刊，所有文章共被引用6 130次，共被下載634 050次。文章共有6 695位作者，2 218個機構(gòu)參與，共有關(guān)鍵詞1 392，其中有基金支持的文章661篇。屬于自動化技術(shù)、計算機技術(shù)的有853篇，醫(yī)藥衛(wèi)生類的有568篇。

2.1 作者及機構(gòu)分析

1 706篇醫(yī)療人工智能學術(shù)論文中署名作者共有6 695位，去除重復(fù)后共3 951位不同的作者，其中獨立作者的文章有348篇，合作作者文章為1 358篇。署名1次的作者共有3 546人，署名2次的作者有544人，署名3次的作者有267人，署名4～7次的作者共有252人。只看作者的署名次數(shù)反映不出作者的整體貢獻情況，因此需要利用作者加權(quán)法進行統(tǒng)計分析。作者加權(quán)法是指如果一篇文章有多位作者，根據(jù)作者的排名順序進行加權(quán)統(tǒng)計，即按作者的排名遞減分配其權(quán)數(shù)，再進行統(tǒng)計分析。加權(quán)系數(shù)排名前10的作者為李燦東、于彤、李敬華、向運華、王浩、蕭毅、孟祥鋒、金征宇、譚鐵牛、劉土遠。從作者統(tǒng)計角度來看，此時域范圍內(nèi)期刊發(fā)文作者大多為醫(yī)學或人工智能領(lǐng)域?qū)＜摇?p>

從摘要信息中，共挖掘到3 951位作者所在的機構(gòu)，其中只出現(xiàn)了1次的機構(gòu)有1 959個；1 706篇學術(shù)論文中，由獨立作者機構(gòu)完成的論文為1 121篇，機構(gòu)合作完成的585篇，獨立作者機構(gòu)完成的文章較多。

根據(jù)作者及機構(gòu)分析，可以得出80%的文章為多作者合作完成，53%的作者只署名一次，66%的文章為獨立作者機構(gòu)完成，其中中國中醫(yī)科學院中醫(yī)藥信息研究所是參與完成最多的機構(gòu)，見表3。醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文高產(chǎn)機構(gòu)主要集中在研究所或者醫(yī)學院校，這些機構(gòu)為醫(yī)療人工智能領(lǐng)域的研究做出了較大的貢獻。

2.2 關(guān)鍵詞分析

對1 706篇醫(yī)療人工智能學術(shù)論文的關(guān)鍵詞進行統(tǒng)計，共統(tǒng)計到關(guān)鍵詞的數(shù)量為5 716個，平均每篇文章的關(guān)鍵詞為3.35個，繪制出關(guān)鍵詞云圖（見圖2）。其中高頻關(guān)鍵詞171個，排在前10位的的有：人工智能（627次）、學習（120次）、大數(shù)據(jù)（105次）、機器人（82次）、應(yīng)用（55次）、深度學習（46次）、機器學習（42次）、醫(yī)療（35次）專家系統(tǒng)（34次）、醫(yī)學影像（29次）。出現(xiàn)頻次最高的關(guān)鍵詞是“人工智能”，其次是“學習”和“大數(shù)據(jù)”，這三個關(guān)鍵詞占所有關(guān)鍵詞的14%，而且絕對數(shù)量比其他關(guān)鍵詞要多。從圖2可知，這些關(guān)鍵詞有主題型關(guān)鍵詞和內(nèi)容型關(guān)鍵詞，其中主題型關(guān)鍵詞有人工智能，機器人，專家系統(tǒng)、醫(yī)學影像等，反映了學科性質(zhì)和研究領(lǐng)域；另外，內(nèi)容型關(guān)鍵詞有學習、應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、自然語語處理等，反映了學科的研究內(nèi)容和研究工具。從關(guān)鍵詞分析來看，期刊在此時域內(nèi)載文關(guān)鍵詞傾向于人工智能、大數(shù)據(jù)、機器人、醫(yī)學影像、專家系統(tǒng)等。這是部分醫(yī)療人工智能相關(guān)的學術(shù)論文的研究熱點之一。

2.3 刊物分析

1 706篇醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文分布在804種期刊上，分布較廣泛，經(jīng)過分析可知，這些期刊主要分為三類：一類是醫(yī)學類，一類是自動化技術(shù)、計算機技術(shù)類，還有一類是綜合類期刊。其中醫(yī)學類期刊有218種，自動化技術(shù)、計算機技術(shù)類的有120種，綜合類期刊有262種。另外，醫(yī)學類期刊的載文量是462篇，自動化技術(shù)、計算機技術(shù)類的有362篇，綜合類期刊的載文量是495篇，其他期刊載文量為387篇。見圖3。

從圖3可以看出，醫(yī)學類期刊，自動化技術(shù)、計算機技術(shù)類及綜合類期刊載文量相當，占總論文數(shù)的68%，這說明醫(yī)療人工智能領(lǐng)域的論文刊載在這三類期刊上，因為醫(yī)療人工智能帶有很強的多學科交叉的性質(zhì)，涉及醫(yī)學、計算機學、語言學等學科，人工智能又是近幾年的研究熱點，因此在期刊上的分布是比較合理的。

醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文發(fā)文量排名前10的刊物為：中國數(shù)字醫(yī)學（64篇）、電子技術(shù)與軟件工程（29篇）、中國醫(yī)療設(shè)備（23篇）、中國新通信（23篇）、醫(yī)學信息學雜志（16篇）、中華中醫(yī)藥雜志（15篇）、科技傳播（14篇）、人工智能（13篇）、通訊世界（11篇）、第二軍醫(yī)大學學報（9篇）。從以上結(jié)果可以看出，刊文量較多的均為醫(yī)學類期刊，其中《中華中醫(yī)藥雜志》及《第二軍醫(yī)大學學報》為核心期刊。

2.4 分類號

1 706篇醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文中，屬于自動化技術(shù)、計算機技術(shù)的有853篇，醫(yī)藥衛(wèi)生類的有568篇。其中醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文數(shù)量排行前10的文章類別有TP18（人工智能理論）、R-05（醫(yī)學與其他學科的關(guān)系）、TP242（機器人）、R-4（臨床醫(yī)學）、F49（信息產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟）、RTP391（計算機應(yīng)用，信息處理（信息加工）圖像識別及其裝置、R2-03（中醫(yī)現(xiàn)代化研究）、R319（醫(yī)學一般科學，其他科學技術(shù)在醫(yī)學上的應(yīng)用）、R197.3（保健組織與事業(yè)（衛(wèi)生事業(yè)管理））、TP311.13（計算機軟件，程序設(shè)計方法）。還包括其他類別如語言文學、研究生教育、服務(wù)業(yè)、情報資料處理等。從分類號來看，醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文中，50%的文章屬于自動化技術(shù)、計算機技術(shù)，33%的文章屬于醫(yī)藥衛(wèi)生類。

2.5 發(fā)表時間分析

通過數(shù)據(jù)挖掘統(tǒng)計出2010—2019年醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文的發(fā)文情況，見圖4。由結(jié)果可知，2012—2016年醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文發(fā)文量較平穩(wěn)上升，2017—2019年醫(yī)療人工智能相關(guān)的學術(shù)論文發(fā)文量大幅增加。從近10年來醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文的發(fā)文情況來看，2017—2019年發(fā)文量大幅增加，2017年的發(fā)文量為2016年的2倍，2018年發(fā)文量為2017年的2倍，2019的發(fā)文量跟2018年發(fā)文量相當。2017年國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》及《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（2018—2020）》，說明我國已在戰(zhàn)略和行動層面部署人工智能的發(fā)展目標。標志著人工智能發(fā)展成為國家戰(zhàn)略。故2017年起，醫(yī)療人工智能的發(fā)文量成倍增加。

3 結(jié)論

伴隨著我國互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源越來越豐富，但因大部分數(shù)據(jù)以非結(jié)構(gòu)形式存在著，信息的收集和分析非常困難，數(shù)據(jù)的利用率較低。在進行數(shù)據(jù)挖掘前，若使用傳統(tǒng)的人工查詢及收集的方法來對每篇論文的題目、作者、單位、期刊、關(guān)鍵詞、引用次數(shù)、下載頻次及分類號等相關(guān)信息，進行復(fù)制粘貼，不但效率低，也無可避免發(fā)生數(shù)據(jù)遺漏及錯誤數(shù)據(jù)等問題。而使用Python數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，數(shù)據(jù)采集及分析準確率高，速度快，具有人工收集無法比擬的優(yōu)勢。

本研究為期刊編輯提供了期刊數(shù)據(jù)的研究方法和總體思路，從而間接提升編輯部組稿約稿工作的科學性，同時也為作者提供該研究領(lǐng)域的研究熱點及機構(gòu)等重要學科信息。本文通過中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，搭建了基于Python語言的醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文的數(shù)據(jù)挖掘及分析系統(tǒng)，對近10年來醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文進行數(shù)據(jù)挖掘，主要對題錄信息中的題名、作者、關(guān)鍵詞、機構(gòu)，及對文章的發(fā)表時間、發(fā)表雜志、分類號等信息進行分析，得出了該主題的發(fā)文特征。醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文在大多發(fā)表醫(yī)學類期刊，大部分屬于自動化技術(shù)、計算機技術(shù)類或醫(yī)藥衛(wèi)生類。該題材文章以多作者合作為獨立作者機構(gòu)完成居多，高頻關(guān)鍵詞有人工智能、大數(shù)據(jù)、機器人、機器人、醫(yī)學影像、專家系統(tǒng)等。

期刊編輯可利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大數(shù)據(jù)思維進行編輯與出版學領(lǐng)域的研究，告別傳統(tǒng)的手工檢索的方式，可以大大提高檢索效率。筆者借助Python語言對近10年來醫(yī)療人工智能相關(guān)學術(shù)論文進行題錄分析，揭示該領(lǐng)域海量文章的內(nèi)容特征，既可為期刊編輯及作者了解最新研究熱點，也為期刊編輯從事編輯與出版學研究提供新技術(shù)，是一種值得推廣的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。

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