摘 要：

依據(jù)前沿技術(shù)的前瞻性、先導(dǎo)性、探索性及顛覆性特征，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)挖掘的前沿技術(shù)識(shí)別方法，可為高效制定技術(shù)發(fā)展策略、合理調(diào)整技術(shù)規(guī)劃布局提供支撐。首先，以工程索引 （engineering index， EI）和德溫特創(chuàng)新 （Derwent innovation， DI） 平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，制定檢索表達(dá)式采集數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。其次，建立表征前沿技術(shù)特征的指標(biāo)體系，并對(duì)據(jù)此篩選出的技術(shù)文本數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，識(shí)別前沿技術(shù)主題。最后，以量子計(jì)算領(lǐng)域?yàn)槔_展實(shí)證研究，識(shí)別出量子糾錯(cuò)技術(shù)、光量子芯片技術(shù)等前沿技術(shù)點(diǎn)，經(jīng)技術(shù)專家等驗(yàn)證，表明識(shí)別結(jié)果科學(xué)有效。

關(guān)鍵詞：

數(shù)據(jù)挖掘; 技術(shù)識(shí)別; 前沿技術(shù)

中圖分類號(hào)：

F 204

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A""" DOI：10.12305/j.issn.1001-506X.2024.09.20

Frontier technology identification method and empirical research based on data mining

MIAO Hong1， LIAN Jiaxin1， LI Weiwei2， GENG Guotong3，*， WANG Haotong1， ZHANG Huizhao1， WU Feifei1

（1. College of Economics and Management， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China;

2. National Innovation Institute of Defense Technology， Academy of Military Science， Beijing 100071， China;

3. Center for Information Research， Academy of Military Sciences， Beijing 100011， China）

Abstract：

Based on the forward-looking， pioneering， exploratory， and disruptive characteristics of frontier technologies， a method of frontier technology identification based on data mining is constructed to provide support for efficient formulation of technology development strategies and rational adjustment of technology planning and layout. Firstly， data is collected and processed from the engineering index （EI） and Derwent innovation （DI） platform databases as a data source by formulating retrieval expressions. Secondly， the index system representing the characteristics of frontier technology is established， and the selected technical text data is mined to identify the frontier technology topics. Finally， empirical research is conducted in the field of quantum computing as an example， identifying frontier technology topics such as quantum error correction and optical quantum chips. This verification is confirmed by expert review and other methods， making identifying issues scientifically and practically applicable.

Keywords：

data mining; technology identification; frontier technology

0 引 言

前沿技術(shù)是指高技術(shù)領(lǐng)域中具有前瞻性、先導(dǎo)性和探索性的重大技術(shù)，是未來(lái)高技術(shù)更新?lián)Q代和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是國(guó)家高技術(shù)創(chuàng)新能力的綜合體現(xiàn)［1］。積極發(fā)展前沿技術(shù)，有助于帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)［2］及各領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)［3］、公司戰(zhàn)略管理模式［4］等的發(fā)展進(jìn)步，以搶占未來(lái)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)和競(jìng)爭(zhēng)博弈主動(dòng)權(quán)。在數(shù)據(jù)智能驅(qū)動(dòng)及新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)的背景下，前沿技術(shù)的形成過(guò)程、擴(kuò)散速度及應(yīng)用范圍加速變化，亟需開展前瞻性識(shí)別預(yù)見，見之于未萌、識(shí)之于未發(fā)［5-6］。開展前沿技術(shù)預(yù)見研究，有助于看清未來(lái)技術(shù)方向、識(shí)別迷霧陷阱，對(duì)制定技術(shù)發(fā)展策略、調(diào)整技術(shù)規(guī)劃布局、有效應(yīng)對(duì)技術(shù)突襲具有重要意義。

現(xiàn)有的前沿技術(shù)識(shí)別方法主要包括基于專家知識(shí)的主觀識(shí)別和基于數(shù)據(jù)分析的客觀識(shí)別方法?；趯＜抑R(shí)的主觀識(shí)別方法依托專家經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)儲(chǔ)備，運(yùn)用定性分析方法識(shí)別前沿技術(shù)。例如，上海交通大學(xué)與《Science》期刊面向科學(xué)家、學(xué)生、社會(huì)征集國(guó)際前沿、全球共需、科學(xué)發(fā)展相關(guān)問(wèn)題，聚焦前瞻重大科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)咨詢專家建議發(fā)布《125個(gè)科學(xué)問(wèn)題：探索與發(fā)現(xiàn)》，為前沿技術(shù)發(fā)展指明方向［7］?；跀?shù)據(jù)分析的客觀識(shí)別方法主要包括文獻(xiàn)計(jì)量法、專利計(jì)量分析法、文本挖掘法、多指標(biāo)識(shí)別法、機(jī)器學(xué)習(xí)法等。文獻(xiàn)計(jì)量法是識(shí)別前沿中常用的方法之一，其中引文分析方法最為常用。Prabhaa等［8］運(yùn)用聚類分析和引文網(wǎng)絡(luò)追蹤知識(shí)傳播、主要里程碑和新興研究前沿，將主要進(jìn)化路徑可視化。Ahmed等［9］運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量法中的突現(xiàn)強(qiáng)度分析確定研究前沿，運(yùn)用共被引分析建立知識(shí)集群，確定國(guó)家、期刊、機(jī)構(gòu)和學(xué)科領(lǐng)域的主要貢獻(xiàn)力量，建立知識(shí)集群。Rehman等［10］運(yùn)用CiteSpace進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析，基于編制得到的最具影響力的關(guān)鍵詞，得到研究前沿

。專利計(jì)量分析法對(duì)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)量分析，為識(shí)別研究前沿、預(yù)測(cè)趨勢(shì)提供參考。Choi等［11］基于專家意見和專利信息，發(fā)現(xiàn)新興技術(shù)主題。文本挖掘法依據(jù)文本數(shù)據(jù)獲取有價(jià)值的信息，進(jìn)而識(shí)別前沿技術(shù)。Garechana等［12］運(yùn)用潛在狄利克雷分布 （latent Dirichlet allocation， LDA），識(shí)別并動(dòng)態(tài)表征投入實(shí)踐的實(shí)際技術(shù)解決方案的主要前沿技術(shù)。多指標(biāo)識(shí)別法基于多維指標(biāo)以全面客觀識(shí)別前沿技術(shù)。Park等［13］依據(jù)論文和專利信息，運(yùn)用聚類算法及確立多維指標(biāo)來(lái)識(shí)別和分析研究前沿。機(jī)器學(xué)習(xí)方法使用數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)方法和算法來(lái)執(zhí)行分類、預(yù)測(cè)或聚類，有效識(shí)別前沿技術(shù)［14］。李欣等［15］基于機(jī)器學(xué)習(xí)提出研究前沿識(shí)別模型，運(yùn)用聚類分析法識(shí)別出研究前沿主題，展開前沿研究。

從現(xiàn)有的識(shí)別方法看，研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者依據(jù)前沿技術(shù)的不同內(nèi)涵開展了識(shí)別研究?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中指出了前沿技術(shù)的前瞻性、先導(dǎo)性、探索性特征［1］。袁建霞等［16］認(rèn)為科技前沿方向通常是指重要科技領(lǐng)域中具有前瞻性、先導(dǎo)性、探索性及潛在顛覆性的重大理論和技術(shù)方向。本文參考以上對(duì)前沿技術(shù)的界定，經(jīng)梳理發(fā)現(xiàn)對(duì)前沿技術(shù)進(jìn)行識(shí)別的研究仍存在以下不足：一是現(xiàn)有研究主要是從技術(shù)發(fā)展的時(shí)間角度進(jìn)行前沿定義［17］，缺乏基于對(duì)前瞻性、先導(dǎo)性、探索性的深入剖析，導(dǎo)致目前尚未能從其特征入手構(gòu)建指標(biāo)體系，識(shí)別結(jié)果難以凸顯前沿技術(shù)的內(nèi)涵;二是前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)尚不完善，由于前沿技術(shù)的識(shí)別具有明確的問(wèn)題導(dǎo)向，識(shí)別的結(jié)果通常服務(wù)于長(zhǎng)遠(yuǎn)的科技規(guī)劃、戰(zhàn)略布局，未將“顛覆性”技術(shù)特征引用到指標(biāo)體系構(gòu)建中，可能會(huì)使前沿技術(shù)的布局者因?yàn)榧夹g(shù)軌道變更失去先行優(yōu)勢(shì);三是現(xiàn)有前沿技術(shù)識(shí)別方法中，對(duì)前沿技術(shù)發(fā)展所處技術(shù)生命周期階段的判斷缺乏進(jìn)一步驗(yàn)證。

本文提出一種基于數(shù)據(jù)分析并挖掘數(shù)據(jù)潛在價(jià)值的前沿技術(shù)識(shí)別方法，該方法依據(jù)表征前沿技術(shù)特征的指標(biāo)體系篩選文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和專利數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上識(shí)別前沿技術(shù)主題，并以量子計(jì)算領(lǐng)域?yàn)槔M(jìn)行實(shí)證研究。創(chuàng)新之處體現(xiàn)在：一是深入探討前沿技術(shù)的內(nèi)涵特征，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系;二是關(guān)注前沿技術(shù)的應(yīng)用效應(yīng)，將顛覆性這一特征納入前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系;三是基于多視角技術(shù)發(fā)展規(guī)律對(duì)技術(shù)生命周期判斷進(jìn)行驗(yàn)證，以提升識(shí)別過(guò)程的準(zhǔn)確性。

1 基于數(shù)據(jù)挖掘的前沿技術(shù)識(shí)別方法

1.1 研究框架

研究框架包括5個(gè)核心模塊：一是運(yùn)用專利數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)主題聚類，對(duì)所要研究的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行子領(lǐng)域劃分，由此形成技術(shù)脈絡(luò)，明確技術(shù)的發(fā)展方向。即通過(guò)制定檢索策略，在德溫特創(chuàng)新 （Derwent innovation， DI） 數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索并篩選清洗專利數(shù)據(jù)，基于自然語(yǔ)言處理 （natural language processing， NLP） 的全局詞向量表征 （global vectors for word representation， GLoVe）模型和K均值聚類算法 （K-means clustering algorithm， K-means） 得到技術(shù)主題，分析并劃分技術(shù)子領(lǐng)域。二是依據(jù)文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)在技術(shù)生命周期不同階段的特征規(guī)律分析，選擇處于萌芽期或成長(zhǎng)期的潛在前沿技術(shù)子領(lǐng)域。即在工程索引 （engineering index， EI） 數(shù)據(jù)庫(kù)與DI數(shù)據(jù)庫(kù)中分別確定檢索策略，得到子領(lǐng)域的文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)，根據(jù)技術(shù)生命周期發(fā)展階段特征進(jìn)行計(jì)算，排除已經(jīng)處于成熟期的技術(shù)子領(lǐng)域。三是篩選符合前沿技術(shù)特征的文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)，即基于模塊二的篩選結(jié)果，獲取潛在前沿技術(shù)子領(lǐng)域的文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)，根據(jù)前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系進(jìn)行篩選，分別得出符合前瞻性、先導(dǎo)性、探索性、顛覆性前沿技術(shù)特征的數(shù)據(jù)集。四是識(shí)別前沿技術(shù)主題。鑒于前沿技術(shù)可能來(lái)源于科學(xué)原理的重大發(fā)現(xiàn)，也可能來(lái)源于技術(shù)發(fā)展，將模塊三得到的文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，運(yùn)用K-means得到技術(shù)主題清單。五是驗(yàn)證識(shí)別結(jié)果并提出建議。技術(shù)路線圖如圖1所示。

ESI （cessential science indicators） 為基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，IPC-DWPI （international patent classification-Derwent world patents index） 為國(guó)際專利分類號(hào)-德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 數(shù)據(jù)獲取與前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系構(gòu)建

1.2.1 數(shù)據(jù)獲取

學(xué)者們基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)技術(shù)識(shí)別展開研究［18］，專利數(shù)據(jù)中包含豐富的技術(shù)細(xì)節(jié)，常被用來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)預(yù)測(cè)、技術(shù)擴(kuò)散研究等［17］。前沿技術(shù)成果會(huì)以不同的形式被記錄和分享，最容易獲得的系統(tǒng)性、連續(xù)性的知識(shí)載體為文獻(xiàn)和專利，本文以EI數(shù)據(jù)庫(kù)、DI數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，參考權(quán)威網(wǎng)站、已有研究成果，結(jié)合專家論證制定文獻(xiàn)和專利的檢索表達(dá)式，進(jìn)行主題檢索，過(guò)濾缺少標(biāo)題字段和摘要字段的數(shù)據(jù)，得到文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)。

1.2.2 前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系構(gòu)建

1.2.2.1 前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)構(gòu)建依據(jù)

前瞻性、先導(dǎo)性、探索性被視為前沿技術(shù)的基本特征，顛覆性則從發(fā)揮效應(yīng)方面考量技術(shù)可能帶來(lái)的應(yīng)用價(jià)值。因此，本文綜合考慮這4種典型特征作為前沿技術(shù)識(shí)別的依據(jù)，其既具有內(nèi)在聯(lián)系，又具有不同側(cè)重，具體闡述如下。

（1） 前瞻性：所遴選的技術(shù)代表未來(lái)世界前沿科技的發(fā)展方向，指處于技術(shù)生命周期的萌芽期、成長(zhǎng)期，且從事相關(guān)研究的關(guān)鍵學(xué)者、關(guān)鍵組織所關(guān)注的技術(shù)方向。

前瞻性是前沿技術(shù)識(shí)別的核心指標(biāo)之一。前沿技術(shù)不同于熱點(diǎn)技術(shù)。在研究前沿過(guò)程中，形成了一些可行性高、參與程度高的途徑或方法即熱點(diǎn)［19］，熱點(diǎn)技術(shù)的識(shí)別主要是從數(shù)量上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，未從產(chǎn)業(yè)價(jià)值、影響力、新穎性等角度進(jìn)行研究，缺乏前瞻性［18］。前沿技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是技術(shù)的先進(jìn)、方向引領(lǐng)性特征。依據(jù)創(chuàng)新理論和技術(shù)擴(kuò)散理論，在創(chuàng)新主體的引領(lǐng)開拓的內(nèi)在需求與贏者通吃的外在競(jìng)爭(zhēng)共同作用下，當(dāng)前沿技術(shù)吸引足夠的關(guān)注度后，則成為熱點(diǎn)技術(shù)，但熱點(diǎn)技術(shù)并非一定具有前沿性特征。

前瞻性反映著技術(shù)的階段性特征，即技術(shù)不能處于成熟階段，因?yàn)樘幱谠撾A段的技術(shù)開拓引領(lǐng)性被協(xié)同共生作用替代。除階段性特征外，創(chuàng)新主體的引領(lǐng)能力也影響著技術(shù)前沿的形成。頂尖科學(xué)家的學(xué)識(shí)和問(wèn)題發(fā)現(xiàn)能力使其具有高瞻遠(yuǎn)矚的眼光，科學(xué)家關(guān)注前沿領(lǐng)域的研究［20］，已有研究表明全球頂尖科學(xué)家創(chuàng)造的研究成果具有前沿性［21］。此外，學(xué)術(shù)共同體的集體智慧也是識(shí)別技術(shù)前沿前瞻性的重要依據(jù)。技術(shù)的先進(jìn)程度及對(duì)未來(lái)的引領(lǐng)作用，通過(guò)學(xué)術(shù)同行的共同判斷，其結(jié)果的可信性更強(qiáng)。因此，通過(guò)基金資助信息使技術(shù)的前瞻性得到保證。研究表明，受到各類基金資助的研究成果具有前瞻性、高水平和創(chuàng)新性［22］。

（2） 先導(dǎo)性：所遴選的技術(shù)對(duì)其他關(guān)聯(lián)技術(shù)具有較強(qiáng)的帶動(dòng)性，指與多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)、技術(shù)相關(guān)聯(lián)，并與關(guān)聯(lián)技術(shù)融合發(fā)展，產(chǎn)生廣泛影響力的技術(shù)方向。

前沿技術(shù)不僅要領(lǐng)先，還要對(duì)未來(lái)有帶動(dòng)作用，即產(chǎn)生持續(xù)廣泛多樣的影響。因此，先導(dǎo)性成為前沿技術(shù)識(shí)別的第2個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。伴隨技術(shù)交叉融合發(fā)展的趨勢(shì)，多學(xué)科、多技術(shù)領(lǐng)域交叉可能帶來(lái)意想不到的新興技術(shù)。從知識(shí)的視角看，知識(shí)的關(guān)聯(lián)、融合規(guī)律及特征可以作為判斷“先導(dǎo)性”的重要依據(jù)。為此，可用關(guān)聯(lián)性和影響力考量前沿技術(shù)的先導(dǎo)性。

（3） 探索性：所遴選的技術(shù)強(qiáng)調(diào)研究主題的新穎性、結(jié)果的不確定性、技術(shù)路徑的差異性，指研究主題新近出現(xiàn)，研究視角、方法等具有創(chuàng)新性的技術(shù)方向。

前沿技術(shù)具有占先、新穎的特征［23］，因此探索性成為識(shí)別前沿技術(shù)的第3個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。探索性不僅在時(shí)間維度上進(jìn)行“新”的考量，而且要在主題維度上體現(xiàn)與前不同。因此，可以用新穎性和創(chuàng)新性進(jìn)行考量。

（4） 顛覆性：所遴選的技術(shù)通?？梢孕纬杉夹g(shù)軌道躍遷，在功能實(shí)現(xiàn)上取代主流技術(shù)［24］，指具有突破性、改變市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局的技術(shù)方向。

顛覆性技術(shù)具有極強(qiáng)的破壞力［25-26］，使之成為識(shí)別前沿技術(shù)的第4個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。顛覆性創(chuàng)新理論提出后，顛覆性技術(shù)的識(shí)別成為研究熱點(diǎn)，對(duì)于國(guó)家戰(zhàn)略決策和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力發(fā)展具有重要意義［27-29］。識(shí)別顛覆性技術(shù)的方法很多［17，30-34］，但能夠產(chǎn)生顛覆作用的技術(shù)應(yīng)是領(lǐng)域內(nèi)非依據(jù)技術(shù)迭代形成的，而且其影響不是局部的或區(qū)域的。為此，運(yùn)用獨(dú)創(chuàng)性和潛在價(jià)值進(jìn)行考量。增加一個(gè)核心指標(biāo)不是指標(biāo)體系中指標(biāo)數(shù)量的變化，而是更能充分反映前沿技術(shù)的本質(zhì)含義，即前沿技術(shù)不僅新穎、先進(jìn)、引領(lǐng)，還要具有創(chuàng)造未來(lái)的潛力。

1.2.2.2 前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)測(cè)算

指標(biāo)的合理性對(duì)于研究結(jié)果的有效性至關(guān)重要［35］，通過(guò)解構(gòu)前沿技術(shù)的內(nèi)涵與邏輯，本節(jié)旨在選取具有代表性的關(guān)鍵指標(biāo)，確保簡(jiǎn)單高效［36］，形成前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系，從而對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和專利數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，獲得前沿技術(shù)清單。

（1） 前瞻性

從文獻(xiàn)、專利計(jì)量視角，前瞻性可以通過(guò)分析技術(shù)生命周期曲線擬合確定其所處階段［37］、選擇ESI高被引論文作者的研究文獻(xiàn)［38］、受基金資助的研究文獻(xiàn)［39］進(jìn)行衡量。技術(shù)生命周期階段性體現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展程度，選擇生命周期處于萌芽期、成長(zhǎng)期的技術(shù)領(lǐng)域，作為具備前瞻性的首要條件。首先，以文獻(xiàn)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，對(duì)清洗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行S曲線擬合，綜合技術(shù)發(fā)展歷程，分析技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，并確定技術(shù)生命周期階段。其次，結(jié)合技術(shù)生命周期理論，基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和專利數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證技術(shù)的生命周期階段。即參考已有研究提出的多視角技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究框架［40］，構(gòu)建技術(shù)生命周期發(fā)展階段特征驗(yàn)證表，如表1所示，判斷子領(lǐng)域在技術(shù)生命周期中所處的階段。

選擇生命周期處于萌芽期、成長(zhǎng)期的技術(shù)領(lǐng)域，作為具備前瞻性的首要條件。ESI高被引論文作者的研究文獻(xiàn)可以表征關(guān)鍵學(xué)者關(guān)注的研究方向，體現(xiàn)關(guān)鍵學(xué)者的預(yù)判能力;故將ESI高被引論文作者界定為關(guān)鍵學(xué)者，基于此在文獻(xiàn)庫(kù)中檢索關(guān)鍵學(xué)者所發(fā)表的文獻(xiàn)，作為指標(biāo)篩選標(biāo)準(zhǔn)。受基金資助的研究文獻(xiàn)可以表征關(guān)鍵組織關(guān)注的研究方向，體現(xiàn)關(guān)鍵組織的預(yù)判能力。以文獻(xiàn)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，將是否受基金資助作為指標(biāo)篩選標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 先導(dǎo)性

從文獻(xiàn)、專利計(jì)量視角，先導(dǎo)性可以通過(guò)文獻(xiàn)分類碼數(shù)量、IPC數(shù)量測(cè)量技術(shù)關(guān)聯(lián)領(lǐng)域的廣度，通過(guò)文獻(xiàn)被引頻次、權(quán)利要求書項(xiàng)數(shù)測(cè)量技術(shù)影響程度。文獻(xiàn)分類碼及IPC-DWPI子類的數(shù)量可以表征學(xué)科、技術(shù)領(lǐng)域的多樣性，體現(xiàn)技術(shù)的關(guān)聯(lián)、融合特征，二者數(shù)值越高，技術(shù)的關(guān)聯(lián)廣度越強(qiáng);故以文獻(xiàn)、專利為數(shù)據(jù)源，分別計(jì)算文獻(xiàn)分類碼數(shù)量、專利IPC-DWPI子類數(shù)量的平均值，將閾值大于平均值作為指標(biāo)篩選標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)被引頻次及權(quán)利要求書項(xiàng)數(shù)體現(xiàn)受到相關(guān)主體高度關(guān)注并產(chǎn)生作用的程度。文獻(xiàn)被引頻次表征其研究?jī)r(jià)值、權(quán)利要求書項(xiàng)數(shù)［41］表征技術(shù)保護(hù)領(lǐng)域及范圍，二者數(shù)值越大，技術(shù)引領(lǐng)作用越深遠(yuǎn)，具有更高的研究?jī)r(jià)值、更大的影響力［42-43］。故以文獻(xiàn)數(shù)據(jù)、專利數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，分別計(jì)算文獻(xiàn)被引頻次、權(quán)利要求書項(xiàng)數(shù)的平均值，將閾值大于平均值作為指標(biāo)篩選標(biāo)準(zhǔn)。

（3） 探索性

從文獻(xiàn)、專利計(jì)量視角，探索性可以通過(guò)計(jì)算文獻(xiàn)平均出版時(shí)間、專利平均公開時(shí)間測(cè)度研究主題的新穎性，通過(guò)重組創(chuàng)新性指標(biāo)測(cè)算技術(shù)的創(chuàng)新程度。文獻(xiàn)出版時(shí)間、專利公開時(shí)間可以體現(xiàn)研究主題是否為新近出現(xiàn)，越是新出現(xiàn)的研究主題越容易包含新的研究?jī)?nèi)容，越可能具有新穎性。以文獻(xiàn)數(shù)據(jù)、專利數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，計(jì)算文獻(xiàn)平均出版時(shí)間、專利平均公開時(shí)間，將閾值大于平均值作為識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。借鑒Verhoeven等［44-45］使用的重組創(chuàng)新性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，如下所示：

novelty=NCpCp， NCP≤CP（1）

式中：NCp是專利p自身在其申請(qǐng)年之前從未出現(xiàn)的IPC大組組合數(shù)目;Cp是專利p自身的IPC大組組合數(shù)目。

將專利進(jìn)行組合并與申請(qǐng)年之前的IPC大組的組合進(jìn)行對(duì)比，以此衡量創(chuàng)新性。指標(biāo)得分越高，專利的創(chuàng)新程度越高。同理，對(duì)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行成對(duì)組合，如果某種組合在之前的文獻(xiàn)中未出現(xiàn)，說(shuō)明產(chǎn)生了知識(shí)的新組合，具有創(chuàng)新性。

（4） 顛覆性

從專利計(jì)量視角，顛覆性可以通過(guò)獨(dú)創(chuàng)性指標(biāo)、專利族大小進(jìn)行測(cè)量。衡量科學(xué)技術(shù)的突破性進(jìn)展是顛覆性技術(shù)的主要?jiǎng)恿?lái)源［46］，借鑒經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（organization for economic co-operation and development， OECD）［47］和黃魯成等使用的獨(dú)創(chuàng)性指標(biāo)［45］，用專利技術(shù)所屬的IPC大組代表技術(shù)領(lǐng)域［47］，依據(jù)測(cè)度引用結(jié)構(gòu)與其自身結(jié)構(gòu)的相似性，衡量專利的獨(dú)創(chuàng)程度，如下所示

uniquness=∑npjCTjnp， IPCpj≠IPCp（2）

其中，專利j是專利p的后向引用專利，專利j的IPC表示為IPCpj，專利p的IPC表示為IPCp，CTj為專利j的IPC大組數(shù)量（去除與專利p相同的IPC大組）；np代表原始專利p的全部后向引用中IPC大組的數(shù)量。專利族大小體現(xiàn)了技術(shù)潛在市場(chǎng)價(jià)值對(duì)主流市場(chǎng)的影響，即以目標(biāo)專利在不同國(guó)家或地區(qū)專利申請(qǐng)的數(shù)量為計(jì)算依據(jù)進(jìn)行指標(biāo)篩選，如表2所示。

1.3 前沿技術(shù)主題識(shí)別

1.3.1 基于專利的子領(lǐng)域劃分

首先，提取專利摘要數(shù)據(jù)。結(jié)合權(quán)威網(wǎng)站、已有研究、專家論證制定檢索表達(dá)式，對(duì)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行去空、去除停用詞、詞形還原等預(yù)處理操作后獲取摘要字段，主要包括：第一，去除空值，刪除對(duì)后續(xù)分析無(wú)法提供價(jià)值的信息;第二，對(duì)文本統(tǒng)一小寫、去除停用詞。數(shù)據(jù)中存在著高頻出現(xiàn)但是無(wú)意義的詞匯，因此需要根據(jù)研究需求構(gòu)建停用詞表，依據(jù)停用詞表刪除數(shù)據(jù)中的停用詞;第三，運(yùn)用詞形還原對(duì)單詞進(jìn)行歸一化處理操作，篩選清理專利數(shù)據(jù)后，獲得摘要數(shù)據(jù)。并利用自然語(yǔ)言處理中的GLoVe模型獲得文本向量。最后，利用K-means對(duì)主題詞聚類分析，得到技術(shù)主題，根據(jù)技術(shù)主題劃分子領(lǐng)域。

1.3.2 基于技術(shù)發(fā)展規(guī)律的潛在前沿技術(shù)子領(lǐng)域篩選

首先，運(yùn)用Fisher-pry模型對(duì)子領(lǐng)域文獻(xiàn)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程同專利）進(jìn)行擬合，獲得生命周期曲線，確定萌芽期、成長(zhǎng)期和成熟期的年份區(qū)間。其次，運(yùn)用技術(shù)生命周期發(fā)展階段特征驗(yàn)證表對(duì)子領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和專利數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。最后，判斷子領(lǐng)域是否處于萌芽期或成長(zhǎng)期。若驗(yàn)證子領(lǐng)域處于萌芽期或成長(zhǎng)期，則保留該子領(lǐng)域;若經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)該子領(lǐng)域處于成熟期，則為了滿足前瞻性的首要條件，剔除該子領(lǐng)域，所有子領(lǐng)域均驗(yàn)證后，得到潛在前沿技術(shù)子領(lǐng)域。

1.3.3 基于前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)篩選

根據(jù)前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系，對(duì)潛在前沿技術(shù)子領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和專利數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，經(jīng)前沿技術(shù)指標(biāo)篩選，分別得到符合指標(biāo)體系篩選標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集及專利數(shù)據(jù)集。步驟如下：首先，在ESI中獲取相關(guān)領(lǐng)域高被引論文的作者列表，據(jù)此得到關(guān)鍵學(xué)者的文獻(xiàn);其次，選擇受基金資助信息的研究成果;最后，根據(jù)指標(biāo)體系中指標(biāo)測(cè)算方法進(jìn)行篩選，獲得滿足前沿技術(shù)不同特性的文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)集。

1.3.4 識(shí)別領(lǐng)域前沿技術(shù)主題

對(duì)篩選后滿足不同特性的文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)進(jìn)行文本挖掘，識(shí)別前沿技術(shù)主題。步驟如下：首先，運(yùn)用輪廓系數(shù)法和手肘法確定聚類個(gè)數(shù);其次，使用K-means對(duì)篩選后的文獻(xiàn)及專利數(shù)據(jù)進(jìn)行文本挖掘，獲得技術(shù)主題。數(shù)據(jù)挖掘中的文本挖掘是從語(yǔ)言文本中提取重要信息的過(guò)程，包括文本分類、文本聚類、主題建模、信息提取、文本摘要等［48］，可以在有限的時(shí)間內(nèi)探索大量的文本數(shù)據(jù)，分配有限的資源，以生成易于理解的知識(shí)［49］。作為文本挖掘方法的一種，K-means簡(jiǎn)單高效，廣泛應(yīng)用于科學(xué)、工業(yè)等諸多領(lǐng)域。

1.3.5 識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證與建議

基于專家觀點(diǎn)、研究進(jìn)展及趨勢(shì)，對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。得到聚類結(jié)果后，根據(jù)詞匯含義，人工查閱文獻(xiàn)、新聞等資料后歸納分析并命名技術(shù)主題，結(jié)合專家提供的技術(shù)點(diǎn)和研究進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證此方法是否具備客觀性和科學(xué)性，基于技術(shù)主題清單，結(jié)合領(lǐng)域發(fā)展?fàn)顩r提出建議。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的前沿技術(shù)實(shí)證研究——以量子計(jì)算領(lǐng)域?yàn)槔?/p>

量子計(jì)算兼具巨大的軍事應(yīng)用潛力，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大興趣［50］，在行業(yè)中的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注［51］，作為一項(xiàng)革命性的技術(shù)，量子計(jì)算可以解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)不能解決的復(fù)雜問(wèn)題［50］。近來(lái)，量子計(jì)算機(jī)硬件和量子網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速［52］，有望顯著提高各領(lǐng)域的計(jì)算能力，例如機(jī)器學(xué)習(xí)和復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題［53］，在密碼學(xué)、藥物研發(fā)［54］、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域具備應(yīng)用潛力［55］。

2.1 基于專利的量子計(jì)算領(lǐng)域子領(lǐng)域劃分

借鑒qurope.eu網(wǎng)站對(duì)量子計(jì)算的定義，制定專利檢索表達(dá)式為：TAB=（（quantum NEAR5 comput*） or （trapped ADJ ions） or （neutral ADJ atoms） or （cavity ADJ QED） or （spin ADJ qubits） or （all-optical ADJ devices） or （impurity ADJ spins ADJ in ADJ solids） or （single ADJ molecular ADJ magnets）），檢索時(shí)間為2022年11月14日，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到7 752個(gè)DWPI同族專利。

對(duì)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類后，根據(jù)專利數(shù)據(jù)的聚類結(jié)果及分析，得到超導(dǎo)量子計(jì)算、量子加密技術(shù)、基于光子的量子計(jì)算技術(shù)、離子阱量子計(jì)算機(jī)4個(gè)技術(shù)子領(lǐng)域。

2.2 基于技術(shù)發(fā)展規(guī)律的量子計(jì)算領(lǐng)域子領(lǐng)域篩選

基于4個(gè)子領(lǐng)域的文獻(xiàn)檢索情況，運(yùn)用Fisher-pry模型確定萌芽期、成長(zhǎng)期和成熟期的年份范圍，并運(yùn)用技術(shù)生命周期發(fā)展階段特征驗(yàn)證表進(jìn)行驗(yàn)證，獲得具備前瞻性首要條件的兩個(gè)量子計(jì)算子領(lǐng)域，分別是超導(dǎo)量子計(jì)算、基于光子的量子計(jì)算技術(shù)，基于子領(lǐng)域制定檢索表達(dá)式，如表3所示。

2.3 基于指標(biāo)體系的量子計(jì)算領(lǐng)域數(shù)據(jù)篩選

依據(jù)前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系，對(duì)處于技術(shù)生命周期成長(zhǎng)期的超導(dǎo)量子計(jì)算、基于光子的量子計(jì)算技術(shù)兩個(gè)領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和專利數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，得到文獻(xiàn)、專利數(shù)據(jù)集。相關(guān)數(shù)值計(jì)算結(jié)果如表4所示。

2.4 量子計(jì)算領(lǐng)域前沿技術(shù)主題識(shí)別

采用“輪廓系數(shù)法”和“手肘法”進(jìn)行兩個(gè)子領(lǐng)域聚類數(shù)目K值的設(shè)定，使用K-means對(duì)文檔向量簇進(jìn)行聚類，劃分技術(shù)主題類別，得到量子計(jì)算領(lǐng)域的前沿技術(shù)主題，清單中包兩個(gè)子領(lǐng)域和14個(gè)技術(shù)主題，如表5所示。

2.5 量子計(jì)算領(lǐng)域識(shí)別結(jié)果分析

2.5.1 超導(dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域識(shí)別結(jié)果分析

超導(dǎo)計(jì)算子領(lǐng)域共包括7個(gè)主題：低溫制冷技術(shù)、超導(dǎo)電路技術(shù)、量子糾錯(cuò)技術(shù)、室溫超導(dǎo)技術(shù)、超導(dǎo)量子芯片技術(shù)、超導(dǎo)探測(cè)技術(shù)、拓?fù)涑瑢?dǎo)體。低溫制冷技術(shù)為超導(dǎo)量子計(jì)算的運(yùn)行提供了必要的極低溫環(huán)境，目前主要設(shè)備以能夠?yàn)榱孔佑?jì)算提供連續(xù)超低溫環(huán)境的稀釋制冷機(jī)為主［55-57］。超導(dǎo)電路技術(shù)是一種利用極低溫度下超導(dǎo)材料的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)零電阻和零磁阻的電路技術(shù)，受到學(xué)者的關(guān)注和研究［58-60］。量子糾錯(cuò)技術(shù)是量子計(jì)算的重要組成部分［61-62］，旨在恢復(fù)并保持量子比特的正確狀態(tài)，延長(zhǎng)量子比特的壽命。室溫超導(dǎo)技術(shù)可以提高計(jì)算速度，受到廣泛關(guān)注［63-65］。超導(dǎo)量子芯片技術(shù)的設(shè)計(jì)和制造是重要的研究方向［66-68］，是一種基于超導(dǎo)材料制造的量子芯片，以超導(dǎo)量子比特為基本運(yùn)算單元來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，具有相干時(shí)間長(zhǎng)、操作速度快、保真度高等優(yōu)勢(shì)。超導(dǎo)探測(cè)技術(shù)用于檢測(cè)和測(cè)量微弱的電磁信號(hào)，學(xué)者們針對(duì)響應(yīng)性能［69］、運(yùn)行情況［70］等進(jìn)行了研究。拓?fù)涑瑢?dǎo)體是一種新型量子系統(tǒng)［71］，在前沿研究領(lǐng)域獲得高度重視［72-74］。

2.5.2 基于光子的量子計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域識(shí)別結(jié)果分析

基于光子的量子計(jì)算技術(shù)子領(lǐng)域共包括7個(gè)主題：?jiǎn)喂庾犹綔y(cè)技術(shù)、光量子邏輯門、光量子芯片技術(shù)、單光子源技術(shù)、光量子放大技術(shù)、量子降噪技術(shù)、量子光子集成電路技術(shù)。單光子探測(cè)技術(shù)靈敏度較高，能夠探測(cè)到極微弱的目標(biāo)信號(hào)，其中超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器作為主流的光子計(jì)數(shù)技術(shù)［75］，研究進(jìn)展迅速［76］。光量子邏輯門是固態(tài)量子網(wǎng)絡(luò)、分布式量子計(jì)算機(jī)等應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵［77］，有助于量子信息處理領(lǐng)域的發(fā)展［78］。光量子芯片技術(shù)是利用光學(xué)元件和光子器件實(shí)現(xiàn)量子信息處理和傳輸集成芯片的技術(shù)，具有可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和低成本等特點(diǎn)［79］，可以實(shí)現(xiàn)高速、高密度和安全的量子信息處理和傳輸。單光子源技術(shù)是能夠按需提供任何給定電磁模式的單光子態(tài)的技術(shù)［80］，作為量子通信的核心技術(shù)之一備受學(xué)者關(guān)注［81］。光量子放大技術(shù)在信號(hào)處理、量子光學(xué)等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力［82］。量子降噪技術(shù)基于有效減少噪聲的途徑提升計(jì)算能力，已有研究準(zhǔn)確剖析量子噪聲并提出有效的緩解方案［83］。量子光子集成電路技術(shù)具有高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可應(yīng)用于量子計(jì)算等［84］。

2.6 量子計(jì)算領(lǐng)域識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證與建議

基于量子計(jì)算領(lǐng)域?qū)＜医ㄗh和研究進(jìn)展，及基于新聞數(shù)據(jù)聚類得到的技術(shù)主題對(duì)本文的量子計(jì)算領(lǐng)域的前沿技術(shù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

一方面，根據(jù)與領(lǐng)域?qū)＜姨岢黾夹g(shù)清單對(duì)比，發(fā)現(xiàn)本文識(shí)別出的單光子探測(cè)技術(shù)、光量子芯片技術(shù)包含在專家的技術(shù)清單中。此外，在專家提供的技術(shù)點(diǎn)中并未出現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)體技術(shù)主題，但拓?fù)涑瑢?dǎo)體作為目前構(gòu)成拓?fù)淞孔佑?jì)算可能的系統(tǒng)之一在持續(xù)探索中，基于前沿技術(shù)識(shí)別得到的技術(shù)主題為專家的建議提供了補(bǔ)充。另一方面，根據(jù)研究進(jìn)展及趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)部分研究主題包含于本文的識(shí)別結(jié)果中。比如，2023年12月，哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)研究的量子計(jì)算新平臺(tái)能夠動(dòng)態(tài)重新配置，并在雙量子比特糾纏門中顯示出較低的錯(cuò)誤率，標(biāo)志著向可擴(kuò)展的糾錯(cuò)量子計(jì)算邁出了關(guān)鍵一步。另外，本文識(shí)別出的超導(dǎo)電路技術(shù)、超導(dǎo)量子芯片技術(shù)包含在基于新聞數(shù)據(jù)聚類得到的技術(shù)主題中。因此，實(shí)證研究驗(yàn)證本文所構(gòu)建的前沿技術(shù)識(shí)別模型的科學(xué)性和可行性，該方法的識(shí)別結(jié)果也可為專家觀點(diǎn)提供信息補(bǔ)充。

基于研究結(jié)果得到促進(jìn)量子計(jì)算發(fā)展的建議：第一，部署量子計(jì)算研究規(guī)劃。符合前沿技術(shù)特征的兩個(gè)子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，部署量子計(jì)算研究規(guī)劃和制定戰(zhàn)略方針對(duì)量子計(jì)算的發(fā)展具有重要意義。第二，組建交叉學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)。領(lǐng)域間的研究?jī)?nèi)容既有獨(dú)特性，又有聯(lián)系性，兩個(gè)子領(lǐng)域之間的密切聯(lián)系和相互依賴是推動(dòng)量子計(jì)算發(fā)展和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的重要因素，組建交叉學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)、實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是突破量子計(jì)算技術(shù)瓶頸的重要途徑。第三，構(gòu)建量子計(jì)算研究生態(tài)。學(xué)術(shù)界、企業(yè)界、政府界合作研究，能夠高效促進(jìn)量子計(jì)算目等方式構(gòu)建量子計(jì)算研究生態(tài)，加強(qiáng)溝通與交流，加快量子計(jì)算的發(fā)展進(jìn)程。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出基于數(shù)據(jù)挖掘的前沿技術(shù)識(shí)別方法，主要貢獻(xiàn)在于：對(duì)前沿技術(shù)的特征進(jìn)行了闡釋并據(jù)此構(gòu)建前沿技術(shù)識(shí)別指標(biāo)體系;將顛覆性特征引入指標(biāo)體系中，完善指標(biāo)體系結(jié)構(gòu);對(duì)技術(shù)生命周期判斷進(jìn)行驗(yàn)證。運(yùn)用該識(shí)別方法對(duì)量子計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)證研究，獲得14個(gè)技術(shù)主題，基于實(shí)證分析結(jié)果，建議部署量子計(jì)算研究規(guī)劃、組建交叉學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)、構(gòu)建量子計(jì)算研究生態(tài)，提升在量子計(jì)算領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。綜合分析表明，該方法具有科學(xué)性和可行性，為前沿技術(shù)領(lǐng)域的識(shí)別研究提供補(bǔ)充。

本文研究尚存在不足之處：一是目前本文的技術(shù)主題清單是基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和專利數(shù)據(jù)合并后識(shí)別獲得，未來(lái)可以對(duì)不同數(shù)據(jù)源識(shí)別主題進(jìn)行對(duì)比分析。二是未來(lái)可運(yùn)用科技報(bào)告、新聞、科技政策、項(xiàng)目等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用場(chǎng)景等多維度分析。

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作者簡(jiǎn)介

苗 紅（1977—），女，副教授，博士，主要研究方向?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新管理。

連佳欣（2000—），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新管理。

李偉偉（1992—），男，助理研究員，博士，主要研究方向?yàn)榍把乜萍及l(fā)展戰(zhàn)略。

耿國(guó)桐（1975—），男，研究員，博士，主要研究方向?yàn)榭萍记閳?bào)與發(fā)展戰(zhàn)略。

王浩桐（2000—），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新管理。

張惠釗（1998—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新管理。

吳菲菲（1962—），女，教授，博士，主要研究方向?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新管理。