[论文解读] Interdisciplinary Relationships Between Biological and Physical Sciences

Paulo E. P. Burke, Luciano da Fontoura Costa|arXiv (Cornell University)|May 8, 2019

Bioinformatics and Genomic Networks参考文献 37被引用 3

一句话总结

本文提出一种基于复杂网络的方法，利用维基百科数据和文献综述，映射生物学与物理学科学之间的跨学科关系。研究发现，跨学科领域与生物学科学的联系强于与物理学科学的联系，维基百科构建的网络与基于文献的超图之间具有高度一致性，尽管维基百科揭示了更复杂、更紧密关联的关系。

ABSTRACT

Several interdisciplinary areas have appeared at the interface between biological and physical sciences. In this work, we suggest a complex network-based methodology for analyzing the interrelationships between some of these interdisciplinary areas, including Bioinformatics, Computational Biology, Biochemistry, among others. This approach has been applied over respective data derived from Wikipedia. Related reviews from the scientific literature are also considered as a reference, yielding a respective bipartite hypergraph which can be used to gain insights about the interrelationships underlying the considered interdisciplinary areas. Several interesting results are obtained, including greater interconnection between the considered interdisciplinary areas with biological than with physical sciences. A good agreement was also found between the network obtained from Wikipedia and the interrelationships revealed by the literature reviews. At the same time, the former network was found to exhibit more intricate relationships than in the hypergraph derived from the literature review.

研究动机与目标

• 开发一种数据驱动的方法，量化生物学与物理学科学交叉领域的跨学科科学领域的相互关系。
• 比较源自维基百科的知识网络与源自传统科学文献综述的知识网络。
• 评估诸如生物信息学、计算生物学和生物化学等跨学科领域的结构复杂性和连通性模式。
• 识别跨学科知识网络中生物学与物理学科学之间的关键枢纽和桥梁。
• 评估维基百科作为科学跨学科性的代理工具的潜力，并与经筛选的文献综述进行对比。

提出的方法

• 从归类为生物学、物理学和跨学科科学的维基百科文章构建引用网络。
• 应用归一化技术以校正不同科学领域中文章数量不均的问题，使用数据采样方法。
• 通过基于共享参考文献和文章链接的科学领域间相互连接的聚合，生成更高级别的知识网络。
• 从文献综述中构建二分图超图，将跨学科领域表示为连接其所属生物学和物理学科学领域的节点。
• 将维基百科生成的网络与基于文献综述的超图进行比较，以评估结构一致性与复杂性。
• 使用复杂网络分析量化最终知识图谱中的连通性、中心性及跨学科性模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 像生物信息学和生物化学这样的跨学科科学领域如何与生物学和物理学科学相互关联？
• RQ2 维基百科生成的知识网络在多大程度上反映了传统科学文献综述中识别出的相互关系？
• RQ3 跨学科领域是与生物学科学还是物理学科学联系更紧密，这种模式背后的原因是什么？
• RQ4 基于维基百科的网络的结构复杂性与基于文献综述的超图相比如何？
• RQ5 为什么在维基百科网络中生物技术特别高度连通，但在文献综述中却代表性不足？

主要发现

• 维基百科生成的网络在跨学科领域之间的相互连接性上显著高于基于文献综述的超图，表明存在更复杂且更整合的关系。
• 跨学科领域与生物学科学的关联性明显强于与物理学科学的关联性，表明这些领域的发展具有生物学主导的特征。
• 生物化学在该网络中表现为一个核心枢纽，表现出高中心性，并与生物学和物理学科学领域有强烈的相互连接。
• 化学在生物学与物理学科学之间起到关键桥梁作用，促进跨学科领域的整合。
• 生物技术在维基百科网络中高度连通，但在所选文献综述中未得到充分覆盖，表明传统综述存在覆盖盲区。
• 维基百科网络与基于文献的超图之间存在强烈一致性，除生物技术外，凸显了维基百科揭示被低估的跨学科性的潜力。