陳文俊,賀正楚,吳 艷
(1.中南林業(yè)科技大學 經(jīng)濟學院,湖南 長沙 410004; 2.長沙理工大學 經(jīng)濟與管理學院,湖南 長沙 410114)*
甄選符合國情、適合我國產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟特征的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),需要采用科學的識別方法[1]。戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)一般要具備全局性、先導性、關聯(lián)性和動態(tài)性等方面的產(chǎn)業(yè)特性與經(jīng)濟特性[2]。不過,由于戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)都是一些發(fā)展時間還不長、產(chǎn)業(yè)規(guī)模也不大的新興產(chǎn)業(yè),因此,其全局性、關聯(lián)性和動態(tài)性這三個方面的特征,在短期內(nèi)就不甚明顯。至于戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的先導性特征,是指該產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟發(fā)展起方向性的引導作用,代表著技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進的方向[3]。“先導性”強調(diào)的是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)能引領我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略方向,代表產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新力乃至我國產(chǎn)業(yè)的潛在競爭力。R&D是在科學技術領域,為增加知識總量以及運用知識去創(chuàng)造新的應用進行的系統(tǒng)性的創(chuàng)造活動,R&D投入與水平體現(xiàn)著一國的政治經(jīng)濟實力,企業(yè)的R&D則體現(xiàn)著企業(yè)的產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)競爭力。近些年隨著我國對高新技術產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃(包括產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設、產(chǎn)業(yè)的引進),對R&D的重視以及經(jīng)費投入的不斷增加,R&D對我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的先導性作用開始顯現(xiàn)[4-5]。雖然目前戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)在規(guī)模和數(shù)量方面還不占優(yōu)勢,但其產(chǎn)業(yè)先導性特質(zhì)正日益凸顯。本文擬從R&D投入的視角探討如何甄選和發(fā)現(xiàn)先導性戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。即采用知識發(fā)現(xiàn)功能,通過對有待鑒定的產(chǎn)業(yè)的R&D指標數(shù)據(jù)的歸納、分析和推理,發(fā)掘出創(chuàng)新力強、先導性明顯的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
數(shù)據(jù)挖掘是從大量的數(shù)據(jù)中挖掘出隱含的、未知的、用戶可能感興趣的和對決策有潛在價值的知識與規(guī)則。這些規(guī)則蘊含了數(shù)據(jù)庫中一組對象之間的特定關系,揭示出一些有用的信息,可以為經(jīng)營決策、市場策劃和金融預測等提供依據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘已經(jīng)廣泛應用于政府管理、商業(yè)經(jīng)營、科學研究及工業(yè)決策等領域[6-10]。由于數(shù)據(jù)挖掘是知識發(fā)現(xiàn)過程的一個步驟,因此在使用過程中,知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘二者通常不加以區(qū)分的使用。本文基于知識發(fā)現(xiàn)的功能來研究戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的識別,采用數(shù)據(jù)挖掘關聯(lián)規(guī)則發(fā)掘戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。依據(jù)各產(chǎn)業(yè)R&D指標數(shù)據(jù)庫,采取數(shù)據(jù)挖掘技術識別出潛在的、創(chuàng)新力較強的先導性戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。
本研究依據(jù)先導性戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的特點確定評價指標之后,采用關聯(lián)規(guī)則方法,結(jié)合R&D評價指標所要達到的標準,針對待評價的各個產(chǎn)業(yè)R&D評價指標標準不同,尋找某一產(chǎn)業(yè)R&D指標水平與各個產(chǎn)業(yè)R&D指標平均值的關聯(lián)關系,確定該產(chǎn)業(yè)在該指標水平下具備戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的特質(zhì)。作者曾依據(jù)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的全局性、關聯(lián)性、導向性和動態(tài)性特征構(gòu)建了一套評價指標體系[2-4],本文仍沿用該指標體系,不過著重從產(chǎn)業(yè)先導性和創(chuàng)新性的角度進行評價和數(shù)據(jù)挖掘。
采用知識發(fā)現(xiàn)功能識別戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)時,其整個過程包括在建立的指標數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)挖掘算法提取模型,以及圍繞數(shù)據(jù)挖掘所進行的預處理和知識表達等一系列步驟,數(shù)據(jù)挖掘為整個過程的中心。戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)知識發(fā)現(xiàn)過程的具體步驟包括:
(1)目標定義:熟悉戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)識別背景、內(nèi)涵及特征,了解所要達到的目標及操作的要求;(2)數(shù)據(jù)選擇:從不同的異構(gòu)數(shù)據(jù)源中獲取各產(chǎn)業(yè)R&D指標數(shù)據(jù);(3)數(shù)據(jù)預處理:由于數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)類型及度量的多樣性,會存在一些不完整、錯誤的、冗余的數(shù)據(jù),有必要對錯誤的數(shù)據(jù)進行修正或剔除,補充或預測缺失的數(shù)據(jù);(4)數(shù)據(jù)挖掘:采用Apriori算法,從數(shù)據(jù)中提取出各產(chǎn)業(yè)指標數(shù)據(jù)與指標平均值之間的關聯(lián)關系,識別具備戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)特征的產(chǎn)業(yè);(5)知識評估:評價和解釋發(fā)現(xiàn)的模式,根據(jù)需要對知識發(fā)現(xiàn)過程中某些階段進行處理,必要時,反復執(zhí)行步驟(1)~(5);(6)知識輸出:采用可視化方法和知識表現(xiàn)技術將發(fā)現(xiàn)的模式展現(xiàn)出來。
關聯(lián)規(guī)則挖掘的目的是尋找出數(shù)據(jù)庫中不同數(shù)據(jù)項集之間隱藏的關聯(lián)關系,發(fā)現(xiàn)有待鑒別產(chǎn)業(yè)的R&D指標數(shù)據(jù)與指標平均數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)關系。有關戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)挖掘關聯(lián)規(guī)則模型建立如下[11-12]:
定義1:關聯(lián)規(guī)則挖掘的數(shù)據(jù)集記為D(事務數(shù)據(jù)庫),D={t1,t2,…,tn},tk={ik1,ik2,…,ikp},tk為(k=1,2,…,n)一條事務(transactions),tkm(m=1,2,…,p)為事務中項目(item)。
定義2:設IR={i1,i2,…,im)是 D中全體項目組成的集合,IR的任何子集X稱為D中的項目集(itemset),且若|X|=σ,則稱集合X 為σ項目集(kiemset)。設tk和X 分別為D 中的事務和項目集,如果X?tk,稱事務tk包含項目集X,且事務tk有唯一的標識符TID。
定義3:數(shù)據(jù)集D中包含項目集X的事務數(shù)稱為項目集X 的支持數(shù),記為support(X)。項目集X的 支 持 度 記 為Pr (X),則 有 Pr(X)=×100%。其中,|D|為數(shù)據(jù)集D的事務數(shù)。若Pr(X)不小于設定的最小支持度minsup(或s),則稱X為頻繁項目集,簡稱頻集(或大項目集),否則稱X為非頻繁項目集,簡稱非頻集(或小項目集)。
定理3:X、Y為數(shù)據(jù)集D中的項目集:(1)若X?Y,則Pr(X)≥Pr(Y);(2)若X?Y,如果X是非頻集,則Y也是非頻集;(3)若X?Y,如果Y是頻集,則X也是頻集。
定義4:關聯(lián)規(guī)則是描述數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)項之間存在的潛在關系的規(guī)則,形式為X?Y,其中X?IR,Y?IR,且attr(X)∩attr(Y)=?,X稱為規(guī)則頭(antecedent),Y稱為規(guī)則尾(consequent)。本文中所要考察的數(shù)據(jù)項之間的關聯(lián)表示:如果某產(chǎn)業(yè)指標值X(Y)在某一事務中達到一定水平時,那么指標平均值Y(X)出現(xiàn)的可能性則較高。則規(guī)則X?Y的支持度定義為Pr(X∪Y),表示X、Y同時出現(xiàn)的可能性,記作Pr(X?Y)=Pr(X∪Y)。關聯(lián)規(guī)則置信度(confidence)記作conf(X?Y),有l(wèi)ift(X?Y)=×100%。置信度用于衡量關聯(lián))規(guī)則的可信程度,通常根據(jù)需要可設置最小置信度minconf(或c)。關聯(lián)規(guī)則作用度(lift),記lift(X?Y),有l(wèi)ift(X?Y)=×100%。作用度)描述了X對Y的影響力的大小,作用度越大,說明Y受X的影響越大,則X與Y關聯(lián)程度越強,根據(jù)需要可設置最低作用度minlift(或l),一般來說,有價值的關聯(lián)規(guī)則的作用度都應該大于1。
定義5:若關聯(lián)規(guī)則X?Y同時滿足Pr(X?Y)≥minsup,conf(X?Y)≥minconf,lift(X?Y)≥minlift。則稱關聯(lián)規(guī)則X?Y為強規(guī)則,否則稱關聯(lián)規(guī)則X?Y為弱規(guī)則。本文研究目的就是為了尋找出D中所有強規(guī)則。
以R&D經(jīng)費投入強度作為判斷創(chuàng)新力強、先導性戰(zhàn)略地位突出的新興產(chǎn)業(yè)的重要指標,一直得到了世界范圍內(nèi)的認可。黨夏寧、賀正楚等的研究也表明,無論是從定性還是定量的角度分析,R&D經(jīng)費投入指標對于先導性明顯、創(chuàng)新力強的新興產(chǎn)業(yè)的支撐和識別,都具備科學的驗證性[13-15]。
R&D經(jīng)費投入指標作為識別和支撐戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要指標,是從資源投入的角度來進行衡量的。在產(chǎn)業(yè)實際發(fā)展過程中,科研經(jīng)費的投入對于產(chǎn)業(yè)的科研創(chuàng)新支持、員工創(chuàng)新力知識的增強有著不可預知的特征,為此,在識別創(chuàng)新力強的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)時,有必要根據(jù)R&D經(jīng)費投入之后所能獲得的產(chǎn)出來進行關聯(lián)分析。專利指標是對產(chǎn)業(yè)或企業(yè)創(chuàng)新能力進行衡量的重要指標,具有時間序列性和年度產(chǎn)出的特質(zhì),R&D經(jīng)費投入之后,具有一定的時滯性,但專利的出現(xiàn)是創(chuàng)新力與資源投入積累之后的成果,所以,采用專利指標作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新力產(chǎn)出指標是合宜的。由于受利益的驅(qū)動,不少專利申請都含有一定的虛假成分,為此,本文所搜集的專利源自于經(jīng)國家知識產(chǎn)權局和專利局認定之后的專利授權數(shù)。故而,本文的研究目標是根據(jù)R&D經(jīng)費投入強度指標與專利授權量指標之間的強關聯(lián)規(guī)則關系,識別出擁有較強創(chuàng)新力的先導性戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。
本文采用weka軟件對長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)進行關聯(lián)規(guī)則分析,運行環(huán)境為Windows XP。
(1)數(shù)據(jù)源。根據(jù)我國國民經(jīng)濟行業(yè)分類(GB/T4754-2002)標準,結(jié)合本文研究特點,選取2009年長三角地區(qū)共25個城市的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)作為實證研究對象,每個城市的產(chǎn)業(yè)指標集合作為一條事務。本文針對統(tǒng)計年鑒中的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)進行分類:新一代信息技術產(chǎn)業(yè),包括通信設備、計算機及其他電子設備制造業(yè);新材料產(chǎn)業(yè),包括化學原料及化學制品制造業(yè)、化學纖維制造業(yè)、非金屬礦物制品業(yè);新能源產(chǎn)業(yè),包括電力、熱力的生產(chǎn)和供應業(yè),石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè),燃氣生產(chǎn)和供應業(yè);新能源汽車產(chǎn)業(yè),包括電氣機械及器材制造業(yè);高端裝備制造業(yè),包括專用設備制造業(yè)、通用設備制造業(yè)、交通運輸設備制造業(yè);生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè),包括醫(yī)藥制造業(yè);節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè),包括水的生產(chǎn)和供應業(yè)、廢棄資源和廢舊材料回收加工業(yè)。
“R&D經(jīng)費投入強度”評價是“戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的先導性”指標體系中的一個重要指標[14],本文把該指標作為考察對象,研究長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的識別,同時,以2009年專利授權量指標作為與R&D發(fā)生關聯(lián)規(guī)則分析的產(chǎn)出指標(平均指標)。長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)R&D經(jīng)費投入強度的原始事務數(shù)據(jù)庫,見表1。
表1 長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)R&D經(jīng)費投入強度表
(2)數(shù)據(jù)預處理。在對數(shù)據(jù)進行錄入之后,由于weka軟件關聯(lián)規(guī)則只能處理分類型(nominal)數(shù)據(jù),因此,得將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)值型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為分類型數(shù)據(jù)。例如,將產(chǎn)出指標(平均指標)“專利授權增加量”分類為高(high)和低(low)兩類,當人均生產(chǎn)總值<7000件時,則為low;人均生產(chǎn)總值≥7000元時,則為high。其他各指標數(shù)據(jù)均劃分為3個區(qū)間,值域小的落在low區(qū)間,值域為一般的或者高的落在medium(中等)或high(高)的區(qū)間。實際操作中,數(shù)值型數(shù)據(jù)的分類處理非常關鍵,劃分過粗,區(qū)間支持度太大,可能造成規(guī)則的置信度下降,以致達不到置信閾值;劃分太細,落入每個區(qū)間的事務數(shù)減少,很難找到滿足支持的閾值。由于各屬性的數(shù)據(jù)最大值與最小值相差過大,經(jīng)過多番調(diào)試,依據(jù)最大值將屬性數(shù)據(jù)分為3個區(qū)間:low(低),medium(中等),high(高)。圖1為啟動weka軟件打開分類處理后的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)表,可以看到,新材料產(chǎn)業(yè)(new material industry)的類型(type)為分類型(nominal),且分為low、medium、high三個類型,無缺失值,見圖1。
圖1 新材料產(chǎn)業(yè)分類型數(shù)據(jù)視圖
(3)產(chǎn)業(yè)關聯(lián)規(guī)則參數(shù)設置與約束條件。采用Apriori算法,計劃挖掘出支持度在20%~100%之間,lift值超過1.1且lift排前15的關聯(lián)規(guī)則。將參數(shù)“l(fā)ower Bound Min Support”和“upper Bound Min Support”分別設置為0.2和1,“metric Type”設為lift,“min Metric”設為1.1,“num Rules”設置為15,其他選項保持默認即可。約束條件為置信度conf>0.5。
(4)挖 掘 結(jié) 果。在 窗 口 “Explorer”中 點 擊“Start”運行算法,得出R&D指標下長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果為(以下列出的為各屬性指標與平均指標之間的強關聯(lián)規(guī)則):Minimum support:0.4(10instances)。Minimum metric <lift>:1.1。Number of cycles performed:12。Generated sets of large itemsets:Size of set of large itemsets L(1):28;Size of set of large itemsets L(2):23。
Best rules found:average value=high 18?smelting and pressing of nonferrous metals=high 10,conf=0.56,lift=1.39;smelting and pressing of nonferrous metals=high 10?average value=high 10,conf=1,lift=1.39;average value=high 18?high-end equipment manufacturing industry,new energy vehicle=high 10,conf=0.56,lift=1.39;high-end equipment manufacturing industry,new energy vehicle=high 10?average value=high 10,conf=1,lift=1.39;average value=high 18?highend equipment manufacturing industry=high 12,conf=0.67,lift=1.28;high-end equipment manufacturing industry=high 13? average value=high 12,conf=0.92,lift=1.28;average value=high 18?bio-pharmaceutical industry=high 11,conf=0.61,lift=1.27;bio-pharmaceutical industry=high 12?average value=high 11,conf=0.92,lift=1.27;average value=high 18?plastic products=medium 10,conf=0.56,lift=1.26;plastic products=medium 11?average value=high 10,conf=0.91,lift=1.26。
可見,在R&D經(jīng)費投入強度指標下,挖掘出長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)順序是:高端裝備制造業(yè)、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、新材料、新一代信息技術及新能源產(chǎn)業(yè)。
以上根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果,確立了以高端裝備制造業(yè)、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、新材料、新一代信息技術及新能源產(chǎn)業(yè)為主的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)?;赗&D經(jīng)費投入強度指標,采用知識發(fā)現(xiàn)工具,挖掘出與該指標產(chǎn)出目標下的專利授權量指標擁有強關聯(lián)關系的規(guī)則,有利于創(chuàng)新力強的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的識別,這對于長三角地區(qū)確立產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向有著重要意義。電子信息產(chǎn)業(yè)和裝備制造業(yè)作為長三角地區(qū)的重點發(fā)展產(chǎn)業(yè),已經(jīng)形成了比較完善的產(chǎn)業(yè)基地和研發(fā)中心,這對于新一代信息技術和高端裝備制造的發(fā)展有著重要的支撐作用。本文的知識發(fā)現(xiàn)過程中也存在一些不足之處,譬如數(shù)據(jù)的整理:由于目前我國未有針對戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的專門產(chǎn)業(yè)分類標準,數(shù)據(jù)搜集比較難,統(tǒng)計年鑒中的數(shù)據(jù)則比較完整,本文采用將統(tǒng)計年鑒中的產(chǎn)業(yè)重新劃分進行了關聯(lián)規(guī)則分析,但劃分的產(chǎn)業(yè)中也存在分類不精確、產(chǎn)業(yè)交叉、產(chǎn)業(yè)范圍擴大化、產(chǎn)業(yè)缺失等現(xiàn)象,在此,作者建議國家應盡快出臺相關政策對戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)計給予明確定位,這樣,對于戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以實施動態(tài)的、科學的管理。
為此,政策建議如下:(1)在長三角地區(qū)實施戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)R&D效率評價。為了使R&D活動實現(xiàn)由模糊到具體、由靜態(tài)到動態(tài)的管理過程,進一步提升長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)R&D經(jīng)費的配置效率和利用效率,為此要建立一套科學有效的R&D效率評價指標體系,及時反映R&D經(jīng)費投入的產(chǎn)出情況和使用效率,以便為政府相關部門及時作出相應的投入決策提供參考依據(jù)。在增加R&D經(jīng)費投入時,也要大力提高R&D經(jīng)費利用率,科學控制R&D經(jīng)費和R&D人員投入規(guī)模,對有限經(jīng)費進行合理配置,找出影響R&D效率提高的主要因素,并逐步改善。此外,長三角地區(qū)的蘇、浙、滬三地各自擁有優(yōu)勢戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),因此,可以相互交流借鑒經(jīng)驗,共同提升長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的R&D效率。
(2)長三角地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)要盡快達到適度的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。R&D經(jīng)費投入的增加,要求產(chǎn)出增加的比例超過投入增加的比例。通過合理擴大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)規(guī)模,在注重產(chǎn)出效率的同時,確保R&D活動持續(xù)高效地進行。作為長三角龍頭,上海市到2015年要成為在若干領域躋身世界前列的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中高端制造業(yè)占工業(yè)總產(chǎn)值比重爭取達到30%。2015年,江蘇省戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)增加值要占GDP比重的10%,2020年,比重要達到18%?!笆濉逼陂g,浙江省力爭戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)增加值年均增長15%以上,到2015年達到5000億元左右,占生產(chǎn)總值的比重達到12%左右,到2020年,戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)增加值占浙江省生產(chǎn)總值的比重接近20%。長三角地區(qū)要把其省級產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、省級以上高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)(園區(qū))作為培育發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的主陣地進行規(guī)劃建設,要求其戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)增加值占生產(chǎn)總值的比重每年提高3個百分點以上。省級以上經(jīng)濟開發(fā)區(qū)(園區(qū))、產(chǎn)業(yè)集群示范區(qū)則要求每年提高2個百分點以上。
(3)2006~2009年,長三角地區(qū)R&D經(jīng)費內(nèi)部支出總額為729.60億元,發(fā)明專利16330件,專利申請數(shù)33929項。2006-2009年,長三角地區(qū)在產(chǎn)業(yè)的R&D投入強度方面(R&D費用/工業(yè)總產(chǎn)值),分別是0.9%、0.88%、0.91%、1.19%,雖然總體上呈現(xiàn)出逐年上升的態(tài)勢,但是卻明顯低于全國平均水平(2006~2009年,全國平均水平分別是1.09%、1.08%、1.15%、1.28%)。美國在2006年的產(chǎn)業(yè)R&D投入強度為16.41%[15]。為了縮小與全國平均水平以及發(fā)達國家的差距,長三角地區(qū)應加大R&D經(jīng)費投入強度。
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