要求

????????????????對 CSE512: Data Visualization 完成探索性數(shù)據(jù)分析。

內(nèi)容

數(shù)據(jù)選擇

????????數(shù)據(jù)來源：1960-2017年世界銀行的數(shù)據(jù)。世界銀行通過氣候變化、經(jīng)濟、教育、環(huán)境、兩性平等、衛(wèi)生和科學和技術(shù)等指標跟蹤全球人類發(fā)展，世界銀行提供的數(shù)據(jù)包括有：

????????選擇主題為科學技術(shù)（science-and-technology）的數(shù)據(jù)進行分析，數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)如下：

包含了各種科學技術(shù)的多種指標

探討方向

????????科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，我國實現(xiàn)經(jīng)濟的騰飛需要科技的助力，進一步突破經(jīng)濟發(fā)展瓶頸需要科技的質(zhì)變。是什么影響了我國科學技術(shù)的發(fā)展？是什么代表了科技發(fā)展水平？我國應(yīng)如何進一步突破經(jīng)濟發(fā)展瓶頸、促進科學技術(shù)的發(fā)展？衡量科技發(fā)展的指標向來具有總體性而非個體性，我將通過數(shù)據(jù)中的多項度量探討以上問題。

探索內(nèi)容

專利申請

????????專利的申請量和擁有量應(yīng)當是一個國家或地區(qū)科技水平高低的重要指標，可以從側(cè)面反映一個國家或地區(qū)的創(chuàng)新能力、科技水平和市場化程度，衡量該國家或地區(qū)的科技產(chǎn)出和知識創(chuàng)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：

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????????可以看到從2000年開始，中國發(fā)明專利申請數(shù)量呈井噴式增長，2000年時居民(包含非居民)專利申請總數(shù)為51906件，到2018年已經(jīng)達到1542002件，18年間專利申請數(shù)量已經(jīng)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(gòu)成分析：

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????????可以看到，我國居民專利申請占大多數(shù)，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(xiàn)了中國居民專利申請和專利保護意識的增強、知識產(chǎn)權(quán)保護增強，在自主專利申請數(shù)量方面已經(jīng)超越美國和其他創(chuàng)新型國家。

????????但這是否意味著我們在創(chuàng)新方面是全球領(lǐng)導(dǎo)者？

????????事實上，這種專利指標給我國科技、經(jīng)濟帶來的影響遠沒有想象中那么大，表現(xiàn)為嚴重的投入產(chǎn)出不平衡。

????????國際貿(mào)易中知識產(chǎn)權(quán)使用費收入和支出是衡量一個國家市場化知識價值創(chuàng)造能力的核心指標。我國知識產(chǎn)權(quán)使用費收入和支出一直處于逆差狀態(tài)，這表明我國還不是有價值的知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)造強國。

????????將 中國?使用知識產(chǎn)權(quán)的支付費用和知識產(chǎn)權(quán)使用費帶來的收益進行可視化：

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????????可以看到2017年之前。我國雖然專利數(shù)量十分巨大，但知識產(chǎn)權(quán)的支付費用和知識產(chǎn)權(quán)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(fā)現(xiàn)，美國與我國的收支發(fā)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(chǎn)權(quán)貿(mào)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(zhàn)略價值和意義，但在歡喜之余，我們更應(yīng)該冷靜地意識到申請專利數(shù)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(shù)量迅速增加，對專利事物的宏觀調(diào)控一定程度上催生了泡沫。中國的技術(shù)創(chuàng)新仍處于大部分技術(shù)靠從外國購買技術(shù)專利的階段。我國亟待強化知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)造、保護、運用能力，鼓勵大力培育高價值專利。中國要躋身創(chuàng)新型國家前列乃至成為世界科技強國，在知識產(chǎn)權(quán)國際貿(mào)易上，必須至少是知識產(chǎn)權(quán)貿(mào)易順差國。

????????綜上所述，應(yīng)當客觀地認識我國發(fā)明專利申請數(shù)量及專利有效量，這些數(shù)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(chuàng)新能力的提高。

科技期刊文章發(fā)表量和研發(fā)人員比例

????????科技期刊文章在一個國家的科技創(chuàng)新活動中起著基礎(chǔ)性的作用，是衡量一個國家科技產(chǎn)出的重要指標之一，全面掌握科技論文的產(chǎn)出情況，是了解和評價國家科技工作的一個重要方面。

????????對世界各國科技期刊文章發(fā)表量的統(tǒng)計分析得到如下：

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????????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(nèi)的國家的科技期刊發(fā)表量已經(jīng)進入平穩(wěn)期，而中國仍然繼續(xù)增長加速，到2016年超過美國，成為發(fā)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(fā)表總量：

1970至2000年

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2000年之后

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

????????為了印證猜想，我們對中國(包含香港、澳門)的研發(fā)人員數(shù)（每百萬人）可視化。

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????????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(shù)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(yè)減少。

??????????對比國際環(huán)境下的研發(fā)人員投入：

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

????????當然，我國人口基數(shù)龐大，不太可能追求在研發(fā)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(fā)人員的比例不具有較大參考性。

????????整體看來，我國更多的科研工作者走上國際舞臺，更加重視國際論文的撰寫，大大促進了中國科技事業(yè)的基礎(chǔ)發(fā)展。但我們也應(yīng)該認識到，我國論文發(fā)表量雖然高居榜首，但撤稿量也居于榜首。這反映了我國應(yīng)提高論文質(zhì)量，重復(fù)、剽竊“不可忽視”，端正學術(shù)態(tài)度。同時，在邁向創(chuàng)新型國家前列、建設(shè)科技強國的征程上，一定程度提升研發(fā)人員比例、拓展研發(fā)人員規(guī)模是必不可少的選項。

研究與發(fā)展支出(占GDP)

????????科技是第一生產(chǎn)力不是一句口號，而是需要巨大的投入才能產(chǎn)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(shù)事業(yè)的重視程度，而最直接的表現(xiàn)就是國家對研究與發(fā)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(shù)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(lǐng)了多次工業(yè)革命。但事實上當對數(shù)據(jù)可視化后卻有驚人的發(fā)現(xiàn)：

????????可以看到，九十年代以來世界主要發(fā)達國家的科技投入呈平穩(wěn)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(fā)展的平均值之下，每年穩(wěn)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(jù)世界創(chuàng)新指數(shù)排行榜第一位，是一個創(chuàng)新強國。韓國重視基礎(chǔ)基礎(chǔ)科學領(lǐng)域和企業(yè)研發(fā)，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(fā)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(shù)企業(yè)。

高科技產(chǎn)品出口

????????從經(jīng)濟指標中可視化世界各國的國內(nèi)生產(chǎn)總值：

????????可以看出，中國從1990年開始啟動經(jīng)濟加速，直到2009年超過日本，成為世界第二經(jīng)濟大國，但從2020年開始經(jīng)濟發(fā)展有所減緩。事實上，這正是受到我國從高數(shù)量到高質(zhì)量的轉(zhuǎn)型政策影響。

????????中國經(jīng)濟應(yīng)該由高端制造業(yè)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(chǎn)、手機組裝等低端制造業(yè)向東南亞遷移，而我國現(xiàn)在正好是轉(zhuǎn)向高端制造、高附加值的產(chǎn)品制造的時期。

?????????可視化2019年中國的高科技出口量：

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????????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(shù)產(chǎn)品的出口已經(jīng)在世界占有很大比重，實現(xiàn)了彎道超車。高新技術(shù)產(chǎn)品出口規(guī)模的擴大為我國經(jīng)濟的發(fā)展，特別是國內(nèi)生產(chǎn)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(fā)人員增多、科技論文發(fā)表量大、專利保護重視程度加大等有緊密關(guān)系。

????????盡管近幾年出口規(guī)模不斷擴大，但在出口的產(chǎn)品很多是附加值較低的產(chǎn)品。我們應(yīng)認識到，低技術(shù)水平和低附加值的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的劣勢仍然存在，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處于不平衡階段。

教育

????????盡管我們從多個與科學技術(shù)相關(guān)的指標來衡量科技水平，但科技的發(fā)展根源在于教育。

????????世界銀行所給的數(shù)據(jù)中，中國大多數(shù)指標都缺失數(shù)據(jù)。我找到了能大致衡量相應(yīng)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(qū)主要集中在北美、歐洲和少數(shù)環(huán)太平洋發(fā)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年剛恢復(fù)高考，教育制度仍不完善有關(guān)。

????????但我們從上面國內(nèi)生產(chǎn)總值的可視化分析可以看到，在1990年，中國的經(jīng)濟開始加速度增長。這反映出，當時的經(jīng)濟發(fā)展的限制是中低端產(chǎn)業(yè)，科學技術(shù)所帶來的影響較小。

????????繼續(xù)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(fā)達國家，新興的東亞強國如韓國和日本也實現(xiàn)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。