要求

對 CSE512: Data Visualization 完成探索性資料分析，

內容

資料選擇

資料來源：1960-2017年世界銀行的資料，世界銀行通過氣候變化、經濟、教育、環境、兩性平等、衛生和科學和技術等指標跟蹤全球人類發展，世界銀行提供的資料包括有：

選擇主題為科學技術（science-and-technology）的資料進行分析，資料集的結構如下：

包含了各種科學技術的多種指標

探討方向

科學技術是第一生產力，我國實作經濟的騰飛需要科技的助力，進一步突破經濟發展瓶頸需要科技的質變，是什么影響了我國科學技術的發展？是什么代表了科技發展水平？我國應如何進一步突破經濟發展瓶頸、促進科學技術的發展？衡量科技發展的指標向來具有總體性而非個體性，我將通過資料中的多項度量探討以上問題，

探索內容

專利申請

專利的申請量和擁有量應當是一個國家或地區科技水平高低的重要指標，可以從側面反映一個國家或地區的創新能力、科技水平和市場化程度，衡量該國家或地區的科技產出和知識創新，

對近幾十年來的世界各國專利申請量變化作出折線圖如下：

可以看到從2000年開始，中國發明專利申請數量呈井噴式增長，2000年時居民(包含非居民)專利申請總數為51906件，到2018年已經達到1542002件，18年間專利申請數量已經翻了近30倍，并且在2011年中國第一次在專利總量超過美國，躍升至第一位，成為提交國際專利申請量最多的國家，從而打破了美國長達40年的專利申請霸主地位，

同時，對2020年專利申請構成分析：

可以看到，我國居民專利申請占大多數，而各國之間居民和非居民申請的比例差異很大，如在美國提交的所有申請中，有超過一半為非居民申請，而中國非居民申請人份額不到十分之一，

綜上所述，中國專利申請的巨大增長體現了中國居民專利申請和專利保護意識的增強、知識產權保護增強，在自主專利申請數量方面已經超越美國和其他創新型國家，

但這是否意味著我們在創新方面是全球領導者？

事實上，這種專利指標給我國科技、經濟帶來的影響遠沒有想象中那么大，表現為嚴重的投入產出不平衡，

國際貿易中知識產權使用費收入和支出是衡量一個國家市場化知識價值創造能力的核心指標，我國知識產權使用費收入和支出一直處于逆差狀態，這表明我國還不是有價值的知識產權創造強國，

將 中國 使用知識產權的支付費用和知識產權使用費帶來的收益進行可視化：

可以看到2017年之前，我國雖然專利數量十分巨大，但知識產權的支付費用和知識產權使用費帶來的收益不成正比，每年付給其他專利成果巨大的專利費用，而本國的專利成果費用帶來的收益少之又少，直到2017年之后，中國的專利成果帶來的收益才一路猛追，到2020年超過了支付的專利費用，

對比 美國 的收支比例：

可以發現，美國與我國的收支發展正好相反，美國在2017年之后在專利費用逐漸入不敷出，但是始終保持著知識產權貿易順差，由于美國在之前近百年來積累的專利成果，所帶來的專利收益是仍然龐大的，

我們不否認中國成為提交國際專利申請量最多的國家，從而打破了美國長達40年專利申請霸主地位的戰略價值和意義，但在歡喜之余，我們更應該冷靜地意識到申請專利數量背后存在的差距和問題，這反映了近年來“垃圾專利”申請的數量迅速增加，對專利事物的宏觀調控一定程度上催生了泡沫，中國的技術創新仍處于大部分技術靠從外國購買技術專利的階段，我國亟待強化知識產權創造、保護、運用能力，鼓勵大力培育高價值專利，中國要躋身創新型國家前列乃至成為世界科技強國，在知識產權國際貿易上，必須至少是知識產權貿易順差國，

綜上所述，應當客觀地認識我國發明專利申請數量及專利有效量，這些數字只能說明我們民眾對專利意識的提升，并不能說明我國的科技創新能力的提高，

科技期刊文章發表量和研發人員比例

科技期刊文章在一個國家的科技創新活動中起著基礎性的作用，是衡量一個國家科技產出的重要指標之一，全面掌握科技論文的產出情況，是了解和評價國家科技作業的一個重要方面，

對世界各國科技期刊文章發表量的統計分析得到如下：

可以看到，從2000年開始，中國科技期刊文章迎來“新春天”，到2004年之后，全球范圍內的國家的科技期刊發表量已經進入平穩期，而中國仍然繼續增長加速，到2016年超過美國，成為發表量最多的國家，

再對比2000年之前和2000年之后中國科技期刊文章發表總量：

1970至2000年

2000年之后

可以看到，2000年之后的中國科技文章發表總量比重不斷上升，躍居世界第二，僅次于美國，而導致這種情況的原因很可能是中國在科技方面的投入加大、科研作業者比例增大，

為了印證猜想，我們對中國(包含香港、澳門)的研發人員數（每百萬人）可視化，

可以看到，我國科研人員越來越多，且增長速度越來越快，從2000年到2018年科研人數翻了5倍，在2009年有減少趨勢，可能受到2008年金融危機影響，科研人員就業減少，

對比國際環境下的研發人員投入：

中國研發人員雖然增長速度較快，但遠低于發達國家中每百萬人研發人員數的平均值，和主流發達國家相比差距依然很大，

當然，我國人口基數龐大，不太可能追求在研發人員比例這一指標上在全球排位靠前，例如以色列和丹麥人口較少，其科研人員比例居世界第一和第二，僅僅看研發人員的比例不具有較大參考性，

整體看來，我國更多的科研作業者走上國際舞臺，更加重視國際論文的撰寫，大大促進了中國科技事業的基礎發展，但我們也應該認識到，我國論文發表量雖然高居榜首，但撤稿量也居于榜首，這反映了我國應提高論文質量，重復、剽竊“不可忽視”，端正學術態度，同時，在邁向創新型國家前列、建設科技強國的征程上，一定程度提升研發人員比例、拓展研發人員規模是必不可少的選項，

研究與發展支出(占GDP)

科技是第一生產力不是一句口號，而是需要巨大的投入才能產生理想效果，

影響上述指標的一個根本原因就是國家對科學技術事業的重視程度，而最直接的表現就是國家對研究與發展支出(占GDP)，即科技投入在GDP中的比例，

當說到科技投入時，大多數人想都沒想會認為歐美國家必然是這方面的佼佼者，讓人信服的原因在于歐美國家引領了多次工業革命，但事實上當對資料可視化后卻有驚人的發現：

可以看到，九十年代以來世界主要發達國家的科技投入呈平穩上升的趨勢，但韓國從2000年之后，科技投入不斷增大，在2003年超過美國、2009年超過日本，(2019年超過一直霸榜的以色列成為世界第一科技大國)，

而中國在2013年之前一直處于世界科技投入發展的平均值之下，每年穩定增長，在2013年之后逐漸接近平均值，

上述可以看到，韓國雖然和我國浙江省面積相當，但多次占據世界創新指數排行榜第一位，是一個創新強國，韓國重視基礎基礎科學領域和企業研發，這是值得我國學習和借鑒的，隨著我國科研投入的不斷加大，我相信未來我國的科技水平跟發達國家的差距會越來越小，未來我國會誕生出更多的高薪技術企業，

高科技產品出口

從經濟指標中可視化世界各國的國內生產總值：

可以看出，中國從1990年開始啟動經濟加速，直到2009年超過日本，成為世界第二經濟大國，但從2020年開始經濟發展有所級訓，事實上，這正是受到我國從高數量到高質量的轉型政策影響，

中國經濟應該由高端制造業來拉動，中國的人口紅利正在失去，勞動力成本越來越高，于是服裝生產、手機組裝等低端制造業向東南亞遷移，而我國現在正好是轉向高端制造、高附加值的產品制造的時期，

可視化2019年中國的高科技出口量：

可以看到，在我國政府采取了一系列措施以后，到2019年我國高新技術產品的出口已經在世界占有很大比重，實作了彎道超車，高新技術產品出口規模的擴大為我國經濟的發展，特別是國內生產總值的巨大增長做出了很大貢獻，

而高科技出口的迅速擴大與之前提到的研發人員增多、科技論文發表量大、專利保護重視程度加大等有緊密關系，

盡管近幾年出口規模不斷擴大，但在出口的產品很多是附加值較低的產品，我們應認識到，低技術水平和低附加值的產業結構的劣勢仍然存在，高新技術產業發展仍處于不平衡階段，

教育

盡管我們從多個與科學技術相關的指標來衡量科技水平，但科技的發展根源在于教育，

世界銀行所給的資料中，中國大多數指標都缺失資料，我找到了能大致衡量相應科技水平的指標：高等教育學校入學（占入學總百分比），對1990年全世界的高等教育學校入學率可視化：

可以看到，世界上高等教育入學率高的地區主要集中在北美、歐洲和少數環太平洋發達國家，中國的高等教育入學率遠遠低于世界水平，主要原因與1977年付訓復高考，教育制度仍不完善有關，

但我們從上面國內生產總值的可視化分析可以看到，在1990年，中國的經濟開始加速度增長，這反映出，當時的經濟發展的限制是中低端產業，科學技術所帶來的影響較小，

繼續對2001年的全球高等入學率可視化：

可以看到，在二十一世紀初，中國的高等入學率才將近10%，世界上的高等教育核心仍然在老牌發達國家，新興的東亞強國如韓國和日本也實作很大突破，中國的高等教育入學率還有很大差距，仍然處于探索階段，

到2018年，中國首次超過50%,說明中國在近二十年在教育領域所做的嘗試取得了較好成果，高等教育日漸正軌化，但與世界其他強大的國家相比，仍有很長一段路要走，

在人類社會的歷史長河中，科技創新與高等教育一直相伴相隨，要發展科技，必須做好高等教育，

完整動態變化圖如下：

結論

本文通過世界銀行的資料討論和列出了科技強國可能的指標體系，對相應指標對中國科學技術發展的影響作出了簡單的歸納與分析，建設科技強國需要全面推進創新體系建設這個系統工程，本文僅從狹義的科技維度展開分析，并不是說其他方面不重要，恰恰其他一些方面的發展對科技強國建設具有決定性影響，穩步增加科技投入強度是建設科技強國的最直接驅動力，重視加強基礎研究是建設科技強國的戰略選擇，聚焦創造和發展戰略性科技產業是建設科技強國的根本支撐，我國的科技強國之路仍有很長的路要走，

參考文獻

https://zhuanlan.zhihu.com/p/321401625

http://www.bulletin.cas.cn/publish_article/2018/10/20181006.htm

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https://baike.baidu.com/item/%E7%A7%91%E6%8A%80%E7%BB%9F%E8%AE%A1%E6%8C%87%E6%A0%87/12748948#4

https://www.antpedia.com/news/34/n-2429234.html

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