劉　雯　鄒明慧

（東北大學(xué)圖書館，遼寧 沈陽 110819）

基于CiteSpaceⅢ的機(jī)構(gòu)知識圖譜構(gòu)建研究
——以東北大學(xué)為例

劉雯鄒明慧

（東北大學(xué)圖書館，遼寧 沈陽 110819）

［摘要］利用信息可視化方法，以CiteSpaceⅢ為分析工具，以東北大學(xué)為例構(gòu)建了機(jī)構(gòu)知識圖譜。從圖形說和方法說上對知識圖譜的概念進(jìn)行了總結(jié)，進(jìn)一步揭示了機(jī)構(gòu)知識圖譜的內(nèi)涵，介紹了CiteSpaceⅢ軟件的分析方法。機(jī)構(gòu)知識圖譜構(gòu)建主要包括機(jī)構(gòu)科研成果整體分布情況，機(jī)構(gòu)研究主題分布和發(fā)展趨勢，機(jī)構(gòu)內(nèi)科研人員合作關(guān)系三方面內(nèi)容。機(jī)構(gòu)知識圖譜的構(gòu)建可以為機(jī)構(gòu)進(jìn)行科研統(tǒng)計(jì)和發(fā)展重點(diǎn)學(xué)科提供信息，可以為圖書館等信息服務(wù)機(jī)構(gòu)開展學(xué)科服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］知識圖譜CiteSpaceⅢ研究前沿信息可視化

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，人們獲取數(shù)據(jù)的方法和渠道不斷增多，數(shù)據(jù)的種類繁多，屬性豐富，如何利用科學(xué)的方法對有價(jià)值的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、分析和解讀受到學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。1989年，“信息可視化”這一概念首次被Roberston，Card以及Mackinlay提出［1］。信息可視化是一種新興的信息處理分析方法，可以將數(shù)據(jù)分析結(jié)果以更加全面和直觀的方式進(jìn)行展現(xiàn)。信息可視化的主要目的是高效地與大規(guī)模的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，發(fā)現(xiàn)隱藏在信息內(nèi)部的特征和規(guī)律［2］。目前，可視化方法在情報(bào)學(xué)領(lǐng)域也受到了廣泛應(yīng)用，有學(xué)者將知識圖譜也看作是一種信息可視化方法，利用可視化工具，將學(xué)術(shù)資源信息繪制成知識圖譜，可以更好地了解研究前沿和發(fā)展趨勢，掌握學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)作者或機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系及其演化過程。筆者以特定學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)作為研究對象，主要利用CiteSpaceⅢ可視化分析工具構(gòu)建機(jī)構(gòu)知識圖譜。機(jī)構(gòu)知識圖譜可以展示機(jī)構(gòu)的知識結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)研究前沿和研究熱點(diǎn)，展現(xiàn)機(jī)構(gòu)內(nèi)研究人員之間以及機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系，并通過機(jī)構(gòu)之間的橫向比較了解自身的學(xué)術(shù)影響力和科研競爭力，同時，可以為圖書館等信息服務(wù)機(jī)構(gòu)提供科學(xué)依據(jù)和信息參考。

1　知識圖譜的概念

目前，國內(nèi)學(xué)者主要集中于從兩個角度定義知識圖譜，即圖形說和方法說。陳悅等［3］認(rèn)為，科學(xué)知識圖譜是顯示科學(xué)知識的發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種圖形，它是以科學(xué)知識計(jì)量為研究對象的。梁秀娟［4］認(rèn)為，科學(xué)知識圖譜是一種以科學(xué)知識為計(jì)量研究對象，將復(fù)雜的科學(xué)知識領(lǐng)域通過數(shù)據(jù)挖掘、信息處理、知識計(jì)量和圖形繪制的圖形，以可視化的方式顯示科學(xué)知識的發(fā)展進(jìn)程和結(jié)構(gòu)關(guān)系，揭示科學(xué)知識及其活動規(guī)律，展示知識結(jié)構(gòu)關(guān)系和演進(jìn)規(guī)律。國外學(xué)者Shiffrin R·M［5］認(rèn)為，知識圖譜是通過數(shù)據(jù)挖掘、信息分析、科學(xué)計(jì)量和圖形繪制等一系列技術(shù)處理來可視化地展示某一學(xué)科的領(lǐng)域知識，具有知識導(dǎo)航的作用。秦長江等［6］認(rèn)為，知識圖譜是多學(xué)科融合的一種研究方法，將圖形學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息可視化技術(shù)等理論方法同計(jì)量學(xué)方法相結(jié)合，用圖譜的方式形象地展示學(xué)科的核心領(lǐng)域、學(xué)術(shù)前沿以及整體知識架構(gòu)等。另外，對于機(jī)構(gòu)知識圖譜，王三珊［7］在研究中對其概念進(jìn)行了闡釋，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)知識圖譜是以促進(jìn)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)學(xué)科發(fā)展和加強(qiáng)科研合作為目的，利用科學(xué)計(jì)量學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、社會網(wǎng)絡(luò)分析和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)等理論和方法，對學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)知識載體信息進(jìn)行繪制、挖掘、分析、顯示其所創(chuàng)造的知識和知識之間的聯(lián)系。魏瑞斌［8］認(rèn)為，機(jī)構(gòu)知識圖譜是指以機(jī)構(gòu)研究人員的期刊論文、專利、項(xiàng)目等科研信息為研究對象，利用知識圖譜的理論和方法對相關(guān)信息進(jìn)行整理、挖掘和分析，最終將機(jī)構(gòu)的知識以可視化方式進(jìn)行呈現(xiàn)。

2　CiteSpaceⅢ工具簡介

CiteSpace是由美國德雷克塞爾（Drexel）大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授陳超美博士負(fù)責(zé)開發(fā)的一款知識圖譜分析工具，它是適合進(jìn)行多元、分時、動態(tài)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析的免費(fèi)可視化分析工具。它將信息可視化方法、文獻(xiàn)計(jì)量方法和數(shù)據(jù)挖掘算法集成起來，是一個在引文數(shù)據(jù)中提取模式的交互式可視化工具［9］。其他常用的科學(xué)知識圖譜繪制工具還包括VOSviewer、Sci2、CoPalRed、INSPIRE、VanagePoint、Bibexel等。

CiteSpace主要基于共引分析（cocitation analysis）理論和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法（pathfinder network scaling，PF-NET）等，對特定領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量分析，挖掘?qū)W科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及知識轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并通過一系列可視化圖譜的繪制來形成對學(xué)科演化潛在動力機(jī)制的分析和學(xué)科發(fā)展前沿的探測［10］。

利用CiteSpace軟件可以分別對施引文獻(xiàn)和被引文獻(xiàn)進(jìn)行分析。通過對作者、機(jī)構(gòu)以及國家的合作關(guān)系分析，得到各個領(lǐng)域的研究力量布局，還可以得到各個國家間的合作領(lǐng)域分布及合作強(qiáng)度。通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析功能，可以發(fā)現(xiàn)某一領(lǐng)域當(dāng)前研究熱點(diǎn)及過去產(chǎn)生過哪些熱點(diǎn)研究。通過學(xué)科分析功能，構(gòu)建學(xué)科關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可以揭示出各個學(xué)科間內(nèi)在聯(lián)系。另外，還可以構(gòu)建施引文獻(xiàn)耦合網(wǎng)絡(luò)，基金貢獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等。針對被引文獻(xiàn)，可以對文獻(xiàn)共被引、作者共被引以及期刊共被引進(jìn)行分析。通過文獻(xiàn)共被引分析，可以揭示出某個領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)，CiteSpace能以獨(dú)特的方式表示研究前沿和知識基礎(chǔ)、研究前沿的演變，以及在演變過程中起到關(guān)鍵作用的文獻(xiàn)。通過作者共被引分析，可以揭示出某個研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)共同體。期刊共被引所反映的是各類期刊及學(xué)科間的關(guān)聯(lián)性，通過期刊共被引也分析可以獲得某個研究領(lǐng)域的知識基礎(chǔ)分布。

3　東北大學(xué)機(jī)構(gòu)知識圖譜構(gòu)建

筆者以Web of ScienceTM核心合集中為數(shù)據(jù)源，檢索時間范圍為1995～2015年，檢索式條件為“ADDRESS：（northeasternuniv）ANDADDRESS：（shenyang）ANDDOCUMENTTYPES：（Article）”，共檢索到東北大學(xué)在Web of ScienceTM核心合集中發(fā)表的Article類型的論文10787篇。利用CiteSpaceⅢ可視化分析工具，從機(jī)構(gòu)研究成果整體情況、機(jī)構(gòu)研究主題分布以及機(jī)構(gòu)作者合作關(guān)系3個方面對東北大學(xué)的機(jī)構(gòu)知識圖譜進(jìn)行構(gòu)建。

3.1機(jī)構(gòu)科研成果整體情況

3.1.1發(fā)文量

發(fā)文量反映的是一個機(jī)構(gòu)知識產(chǎn)出數(shù)量的指標(biāo)。Web of ScienceTM核心合集經(jīng)過嚴(yán)格的遴選，收錄了10，000多種世界權(quán)威的、高影響力的學(xué)術(shù)期刊和超過11萬個國際會議的學(xué)術(shù)期刊，內(nèi)容涵蓋自然科學(xué)、工程技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、社會科學(xué)、藝術(shù)與人文等領(lǐng)域，最早回溯至1900年［11］。Web of ScienceTM核心合集包括著名的三大引文索引Science Citation Index Expanded，Social Science Citation Index，Arts&Humanities Citation Index［12］。這些數(shù)據(jù)庫中收錄的期刊審稿制度規(guī)范科學(xué)，發(fā)表的論文質(zhì)量較高，可以對科研機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)水平評價(jià)等工作提供科學(xué)依據(jù)。

圖1是東北大學(xué)1995～2015年Web of ScienceTM核心合集論文數(shù)量的分布圖。從整體來看，東北大學(xué)發(fā)文量逐年增長，尤其在2013～2014年論文總數(shù)增長較快，這說明在2013～2014年間機(jī)構(gòu)取得了較多的科研成果。同時，通過Web of Science平臺上的Essential Science Indicators（ESI）數(shù)據(jù)庫，可以查找到東北大學(xué)2005年至今在ESI收錄期刊上發(fā)文量及被引頻次相關(guān)信息，包括總發(fā)文量，總被引頻次，篇均被引頻次，高水平論文數(shù)，高水平論文被引頻次，高水平論文篇均被引頻次。原始數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示［13］，將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)繪制成折線圖如圖2所示。由圖2可知，從“2007～2011”這個時間段開始，機(jī)構(gòu)總發(fā)文量逐年上升，同時篇均被引頻次卻在逐年下降。在“2008～2012”這個時間段內(nèi)，高水品論文總數(shù)和高水品論文篇均被引頻次達(dá)到了峰值，隨后幾個時間段內(nèi)均成下降趨勢。由此可知，科研成果不僅要注重?cái)?shù)量，同時也要注重質(zhì)量。篇均被引頻次和高水平論文數(shù)量能夠反映出一個機(jī)構(gòu)的科研實(shí)力，隨著論文總數(shù)的增加，還應(yīng)進(jìn)一步提高論文水平，進(jìn)而提升科研機(jī)構(gòu)的綜合實(shí)力。

圖1　1995～2015年東北大學(xué)WOS核心合集論文數(shù)量

圖2　東北大學(xué)2005～2015年ESI收錄期刊發(fā)文量及被引頻次分布

3.1.2論文研究領(lǐng)域分布

圖3是東北大學(xué)1995～2015年部分WOS核心合集論文研究領(lǐng)域分布，由圖3可知，東北大學(xué)于1995～2015年在WOS核心合集收錄的論文中，冶金工程、材料科學(xué)、工程類等方面的論文占據(jù)較大比例，分別是18%、17%以及13%。這說明東北大學(xué)在材料與冶金以及工程方面的科研成果比較豐富。物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及自動化控制系統(tǒng)方面的論文分別占了8%、7%、7%和4%，這說明東北大學(xué)在物理化學(xué)以及計(jì)算機(jī)與自動化控制方面也取得了一定的科研成績。通過論文研究領(lǐng)域的整體分布圖，可以了解機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)學(xué)科。

表1　東北大學(xué)2005～2015年ESI收錄期刊發(fā)文量及被引頻次原始數(shù)據(jù)

表2　東北大學(xué)2005～2015年ESI收錄期刊發(fā)文量及被引頻次標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

圖3　東北大學(xué)1995～2015年部分WOS核心合集論文研究領(lǐng)域分布

將論文發(fā)表時間設(shè)定在近五年，通過統(tǒng)計(jì)得到近五年發(fā)表論文所屬研究領(lǐng)域的分布如圖4所示，發(fā)現(xiàn)近五年論文總量排名靠前的學(xué)科分別是材料科學(xué)15%，工程類15%，冶金工程14%，環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)9%；緊隨其后的是物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)和化學(xué)均是7%，自動化控制系統(tǒng)占5%。通過對近五年論文所屬研究領(lǐng)域的比較可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)構(gòu)在材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的研究成果在近五年有所提升，環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)是近年來發(fā)展較快的優(yōu)勢學(xué)科。

圖4　東北大學(xué)2011～2015年部分WOS核心合集論文研究領(lǐng)域分布

3.1.3論文來源分布

選取1995～2015年東北大學(xué)發(fā)文量前500的期刊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，這些期刊上的發(fā)文數(shù)量呈現(xiàn)一個冪指分布。

圖5　1995～2015年東北大學(xué)WOS核心合集論文期刊分布曲線（發(fā)文量top500）

為了解各個期刊發(fā)文量隨時間的變化并及期刊之間的對比，選擇總排名前15的期刊，以每五年為時間窗統(tǒng)計(jì)各個期刊發(fā)文量每個時間段的發(fā)文量變化，如圖6所示。由圖6可知，發(fā)文量較多的期刊主要研究主題為材料與冶金以及物理化學(xué)等方面。其中，東北大學(xué)研究人員在“MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING”“MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIESMICROSTRUCTUREANDPROCESSING”“TRANSACTIONS OF NONFERROUS METALS SOCIETY OF CHINA”和“JOURNAL OF IRON AND STEEL RESEARCH INTERNATIONAL”4種期刊近五年的發(fā)文量較高。

圖6　1995～2015年東北大學(xué)WOS核心合集論文期刊（發(fā)文量top15）

3.1.4論文所屬基金項(xiàng)目分布

將論文所屬的基金項(xiàng)目分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理如圖7所示。由圖7可知，東北大學(xué)1995～2015年在WOS核心合集中收錄的屬于基金項(xiàng)目的論文中，占據(jù)比例較多的分別是中國國家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金，占據(jù)比例分別是36%和16%。中國國家基礎(chǔ)研究計(jì)劃973計(jì)劃，中國國家高技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃863計(jì)劃，中國111工程和新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃占據(jù)比例分別為6%、3%、2%和4%。中國博士后基金和高等教育博士專業(yè)研究基金分別為3%和2%，教育部和科技部基金分別占據(jù)4%和1%，國外寄國際合作基金占據(jù)3%。另外，?。ㄊ校┘壔鹫剂?%，東北大學(xué)基金占了1%。由此可見，東北大學(xué)發(fā)表的論文受到了國際、國家級、?。ㄊ校┘壱约靶＜壍南嚓P(guān)基金的廣泛支持，基金種類分布比較廣泛。其中，中國國家自然科學(xué)基金所占比例最多，國內(nèi)外高校與科研機(jī)構(gòu)之間的合作項(xiàng)目所占比例較少，機(jī)構(gòu)之間以及國際之間的合作還有待加強(qiáng)。

3.2機(jī)構(gòu)研究主題分析

筆者利用CiteSpace分析工具［14-15］來構(gòu)建東北大學(xué)在WOS核心合集收錄論文的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，輔助分析東北大學(xué)的研究主題。為了更好地發(fā)現(xiàn)研究前沿和研究熱點(diǎn)，同時考慮圖譜展示的完整性，將數(shù)據(jù)時間窗設(shè)定在2011～2015年，檢索式為“ADDRESS：（northeastern univ）AND ADDRESS：（shenyang）AND DOCUMENT TYPES：（Article）Indexes=SCIEXPANDED，SSCI，CPCI-S，CPCI-SSH，CCR-EXPANDED，IC Timespan=2011-2015”，共檢索出5642篇文獻(xiàn)類型為Article的文獻(xiàn)。東北大學(xué)2011～2015年WOS核心合集收錄論文關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類結(jié)果如圖8所示。關(guān)鍵詞聚類圖譜中主要聚類及其標(biāo)簽聚類信息如表3所示，這里我們將聚類之后的結(jié)果以文獻(xiàn)關(guān)鍵詞為標(biāo)簽詞來源，以ti*idf為標(biāo)簽詞提取算法對聚類進(jìn)行標(biāo)注。

圖7　1995～2015年論文所屬基金項(xiàng)目分布

圖8　東北大學(xué)2011～2015年WOS核心合集收錄論文關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類圖

由分析可知，東北大學(xué)研究人員近五年在WOS核心合集收錄論文中主要研究主題集中在石墨烯（graphene），supercapacitors（超級電容器），nanorods（納米棒）和合金（alloys）等相關(guān)領(lǐng)域。通過圖9的聚類時間線視圖，可以發(fā)現(xiàn)納米棒（nanorobs）是東北大學(xué)2014年出現(xiàn)的新興主題，而石墨烯（graphene）相關(guān)主題的研究文獻(xiàn)與超級電容器（supercapacitors）和納米棒（nanorods）的研究文獻(xiàn)具有關(guān)鍵詞共現(xiàn)的相關(guān)性，說明這些研究領(lǐng)域具有交叉融合的特征。

表3　東北大學(xué)關(guān)鍵詞聚類圖譜中主要聚類及其標(biāo)簽聚類信息

圖9　東北大學(xué)2011～2015年WOS核心合集收錄論文關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類圖TimeLine視圖

3.3機(jī)構(gòu)作者合作關(guān)系分析

利用CiteSpace分析工具構(gòu)建東北大學(xué)2011～2015年WOS核心合集中收錄文獻(xiàn)作者合作網(wǎng)絡(luò)聚類圖如圖10所示，同時也可以得到該聚類的TimeLine視圖如圖10所示。作者聚類圖譜中主要聚類及其標(biāo)簽聚類信息如表4所示，這里我們將聚類之后的結(jié)果以文獻(xiàn)關(guān)鍵詞為標(biāo)簽詞來源，以ti*idf為標(biāo)簽詞提取算法對聚類進(jìn)行標(biāo)注。

圖10　東北大學(xué)2011～2015年WOS核心合集收錄論文作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類圖

由分析可知，近五年東北大學(xué)研究人員在合金（alloys）、納米發(fā)電機(jī)（nanogenerator）、鈮（niobium）、發(fā)光材料（luminescence）、晶體（crystallography）、磷（phosphorus）等研究領(lǐng)域分別具有較強(qiáng)的合作關(guān)系，這些研究領(lǐng)域均涉及到材料科學(xué)和冶金科學(xué)等，說明研究人員以不同材料為研究對象形成了多個合作團(tuán)體。由圖11的Timeline視圖還可以發(fā)現(xiàn)在各個合作團(tuán)體中有突出貢獻(xiàn)的研究人員，如王琦在冶金聚類中貢獻(xiàn)突出，張化光、王占山是在以延遲（delay）命名的作者合作聚類中是被引頻次較多的代表性作者，還有鈮聚類中的杜林秀，預(yù)濃縮聚類中的張慶玲等是合作關(guān)系中研究成果影響力較大的作者。

圖11　東北大學(xué)2011～2015年WOS核心合集收錄論文作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類圖TimeLine視圖

4　總結(jié)

利用CiteSpace信息可視化工具，以科研機(jī)構(gòu)為研究對象，構(gòu)建科研機(jī)構(gòu)知識圖譜，可以從整理上了解機(jī)構(gòu)研究成果分布及機(jī)構(gòu)的科研影響力，包括機(jī)構(gòu)論文發(fā)文量情況，論文被引頻次及高水平論文分布情況，論文來源、論文所屬基金項(xiàng)目及論文研究領(lǐng)域分布情況等。通過對關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的繪制可以了解機(jī)構(gòu)研究主題的分布及發(fā)展趨勢，還可進(jìn)一步對其研究前沿和研究熱點(diǎn)進(jìn)行探索和分析。通過機(jī)構(gòu)作者合作網(wǎng)絡(luò)的繪制，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)內(nèi)研究人員之間的合作關(guān)系，聚類結(jié)果可以反映出某一研究主題下的科研團(tuán)體組織，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)信息還能進(jìn)一步反映出在各個科研團(tuán)體中具有突出貢獻(xiàn)的研究人員。機(jī)構(gòu)知識圖譜可以形象而全面地反映一個機(jī)構(gòu)科研成果的整體分布情況、研究主題的分布和發(fā)展情況以及機(jī)構(gòu)內(nèi)科研人員之間的合作關(guān)系，這些信息不僅可以為機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)科研成果、了解前沿學(xué)科以及開展跨學(xué)科合作提供輔助支持，還可以為圖書館開展個性化學(xué)科服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

表4　東北大學(xué)作者聚類圖譜中主要聚類及其標(biāo)簽聚類信息

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劉雯女，1988年生。碩士，助理館員。研究方向：情報(bào)分析與情報(bào)咨詢。

鄒明慧女，1988年生。本科學(xué)歷，助理館員。研究方向：用戶研究與信息服務(wù)。

［分類號］G311

收稿日期：（2016-04-18；責(zé)編：姚雪梅。）