本书系统介绍了创新方法新系统理论体系构建的一般路径和重要实践意义。首先，本书创见性阐释了TRIZ理论、群智理论和知识图谱技术作为创新方法新系统构建过程中的重要理论来源作用，并尝试就其如何为复杂创新场景中的理论融合与创新进行了深入探索；其次，本书就如何从理论和实践层面构建创新方法新系统进行了重点论述，从数据与案例层、模型与工具层、服务与应用层等不同维度，展示了构建基于微服务与领域知识图谱的创新方法新系统的一般路径；最后，本书并采用了理论与案例相结合的形式，介绍了基于创新方法新系统理论的多个应用案例，并为科技、工业、生物医药等不同领域的创新方法难题提供了理论参考与应用示范。 本书可为创新领域专业技术人员、科研人员和高校师生等提供理论和实践方面的参考。

第一部分
　　第1章 创新方法新系统概述
　　1.1 建构创新方法新系统的背景
　　创新是指基于已有的思维模式重新构造一种有别于常规思路的见解为导向，结合现有知识的运用，从而改进或创造新的事物、方法等有益结果的行为，从根本上说是基于知识的创新，是知识运用的结果。创新方法结合了创造原理，是其具体应用的结果，是从创造原理中昀终派生出来并与实践密切结合的可操作的具体程序或步骤，各国科研人员均在不断研究创新方法，美国将创新方法命名为创造力工程，日本称其为发明技法，俄罗斯称其为创造力技术或专家技术，我国学者认为创新方法是科学思维、科学方法和科学工具的总称。科学思维是一切科学技术的起源，有了正确的研究方向和思路，才能给科学研究定下基调，从始至终贯穿于科研全过程，是科学技术取得突破性、革命性进展的先决条件；科学方法是联系科学研究的重要枢纽，创新活动通过创新型方法才能完成，是实现科学技术跨越发展的重要基础；科学工具是科学研究的工具和手段，是非常重要的科技资源。创新方法系统是在知识经济时代下对科技创新和创新政策研究的深化，以系统观念将国家或区域的各种创新活动看成一个系统化的整体，使技术体系、生产体系和经济体系的有关理论可以统一起来，是一个以系统观对经济系统进行全面审视的新方法，它所产出的创新政策正在被一些国家的政府使用，标志着创新经济时代的到来。在当代社会，随着数据、信息与知识的大量涌现，大数据分析与人工智能技术也为智能化地发现知识、生成创新方案提供了新的解决思路和视角。
　　1.1.1 时代发展与国家战略需求
　　人类的活动离不开创新，早在公元4世纪就有学者研究得出了启发法，但系统归纳与总结为方法并应用于提高组织经济效益等目标主要还是在近现代。美国经济学家约瑟夫 熊彼得于1912年第一次提出了创新这一词语概念，自此学术界展开了对于创新理论的不断研究。截至目前，学术界已有的创新方法多达300种，多用于自然科学知识的新发现、技术工艺的创新、产品创新、生产工艺创新及文艺创新等众多领域。古希腊数学家帕普斯于公元4世纪首先提出“ heuristic”(启发)，即探索法，是指人们会在生产生活过程中积累一定的经验，通过启发从而快速解决目标问题的一种方法。20世纪初，资本主义经济在全球范围内扩散，经济的发展源于科学技术的创新，众多创新方法涌现出来，主要有头脑风暴法、形态分析法、综摄法、5W2H法、TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)等。而苏联专家阿奇舒勒构建的TRIZ理论推动了创新活动的发展。
　　人类文明得以绵延发展的核心动力就是科学发现、技术创新和工程技术的不断进步，工业时代人类对科学技术的应用与把握在创造生产、实践应用中形成了先进的生产力，开启了人类文明的新时代，在物质上丰富了创新发展的新内容。近代启蒙运动大大解放了人们的思想观念，多元文化的涌现在精神上开拓了创新发展的新领域。可以这样说，人类社会从低级到高级、从简单到复杂、从原始到现代的进化历程，就是一个不断创新的过程。不同民族发展的速度有快有慢，发展的阶段有先有后，发展的水平有高有低，究其根本，民族创新能力的水平是主要影响因素之一。
　　社会的发展是螺旋式上升的，创新的稳定性受到社会发展速度的影响，同时，社会发展反过来会推进创新创造，社会发展越快，创新在人类社会的更新迭代就会越快，创新始终是推动人类社会发展的第一动力，创新能力是当今国际竞争新优势的集中体现。党的十八大以来，面对国际国内的发展形势，创新尤其是科技创新在新时代赋予了更加重要的时代意义。国内提出创新发展理念是我国国内发展形势的客观需要。经过改革开放四十年的发展，我国经济总量已经位居世界第二的位置。我国经济发展已经进入增长换挡、产业结构调整、动力转换的新常态的关键时期。参照其他发达国家发展经验，只有实现创新发展，将创新打造成发展的第一动力，才可能实现发展方式的根本转变，我国在价值链上的地位才会得到提升，才能牢牢抓住发展主动权。
　　从世界范围看，各个国家都在制定新的科技发展战略，积极应对新一轮科技革命和产业变革。对于我国来说，正在孕育的新一轮科技革命和产业革命与我国亟须转变经济增长方式形成了历史性交汇。
　　纵观世界发展的历史，创新能力是影响甚至决定一个国家或民族富强的重要理论力量。英国在18世纪中期进行了工业革命，发明了蒸汽机和动力机械技术从而快速崛起；德国在19世纪中期实现了以电机和内燃机为代表的电气化革命。现如今，处于科技和经济世界领先地位的美国，依靠的就是强大的科技创新能力和商业创新活力。主要发达国家的经验已经表明，经济社会发展依靠的是创新。
　　1.1.2 科研及成果转化需求
　　科学是一种复杂的社会现象，随着人类文明的进步而不断发展，实现科学、追求科学的过程需要依靠一种特殊的方法，从而帮助人类不断地认识世界，发现世界的奥秘。创新方法是科学研究的核心，体现了科学研究的真正价值，在解决越来越复杂的工程技术以及人类在探索宇宙未知、世界真理时发挥着重大的作用。创新方法系统用来解决科研活动其本身是自由的、系统的、互动的、整体的，创新系统有着高度的自由和灵活性，在“混沌边缘”不断进行科研创新，运用系统整体的方法广泛地应用于各种领域。
　　近年来，群智方法在基础理论、关键技术、创新平台方面均取得了较大的突破。以美国情报高级研究计划署(The Intelligence Advanced Research Projects Activity， IARPA)为代表的研究机构，先后实施了 ACE(Aggregative Contingent Estimation)、FUSE(Foresight and Understanding from Scientific Exposition)、ForeST(Forecasting Science and Technology)等项目，汇聚了公众群体的人工判断数据以及万余名科技专家的人工智慧，将群智应用于科学前沿及新兴技术的预测。其后的 HFC(Hybrid Forecasting Competition)项目研究融合基于群智的预测方法和基于数据的机器预测方法的综合预测方法。麻省理工学院气候合作实验室( MIT Climate CoLab)利用世界各地人群的集体智慧来应对气候变化。美国中央情报局创建了数字创新局，开发了用来获取社交媒体数据和预测社会动荡事件的人工智能系统。在国内，群体智能理论重点突破了群体智能的组织、涌现、学习的理论与方法，建立可表达、可计算的群智激励算法和模型，形成基于互联网的群体智能理论体系；在关键技术方面，重点突破了基于互联网的大众化协同、大规模协作的知识资源管理与开放式共享等技术，实现了基于群智感知的知识获取和开放动态环境下的群智融合与增强，支撑了覆盖全国的千万级规模群体感知、协同与演化；在创新平台方面，群体智能服务平台重点建设基于互联网大规模协作的知识资源管理与开放式共享工具，形成面向产学研用创新环节的群智众创平台和服务环境。然而群智理论在创新方法上的应用，依然需要更多的理论指导与支持。
　　领域知识图谱( Domain Knowledge Graph)针对通用知识图谱存在的精准度较差、专业性较低、领域时效性较弱的问题，面向特定领域构建知识网络，能够将知识网络赋能特定领域。科技领域知识图谱面向科学技术领域，构建以科研项目、学术论文、专利、科技动态等为主要数据源，以论文、专利、科研人员、机构、项目、关键词等为主要实体，以支持面向科技领域的学科分析、影响力评价、关联挖掘为主要目的的领域知识图谱。领域知识图谱作为可解释人工智能的主要突破点，可以为创新方法理论体系的完善及应用提供支持。目前，在科技评估方法、项目评价方法等应用场景下，领域知识图谱都发挥了较好的作用。当前科技评估主要包括传统评价指标、高影响特征测度、基于复杂网络理论、Altmetrics方法等。以上成果评估方法，也被扩展并用于包括期刊评价在内的学术评价中。基于各类评估方法及分析方法，国际上研发了多种科技评估辅助系统，CiteSpace、SCI2 Tool、Gephi、Pajek、 Google Scholar及 Microsoft Academic是具有代表性的支撑工具。但是，以上系统在分析粒度上仍主要基于论文、专利标题、作者、机构等基本信息，难以挖掘细粒度的学科关联与学科发展；其次，在数据利用上，对科研项目指派、立项、评价等的决策支持能力有限。因此需要进一步利用大数据与人工智能、知识图谱等技术，不断增强相关系统的服务能力，促进创新方法的不断创新。
　　国内已有若干区域建设了面向本区域的创新方法网，包括重庆、陕西、湖北、青海、江西、福建、天津、广东等地。通过平台建设，结合区域现状和经济发展需求，对创新方法理论如 TRIZ等进行了推广应用，助力企业技术创新和难题求解，形成了具有区域特色的创新案例、技术难题，培养了一批创新人才。Goldfire Innovator拥有丰富的专利库和科技内容，为企业提供了发明问题解决的结构化流程，帮助用户很容易地进行问题分析、问题解决及产生昀优方案，系统地解决工程中的技术难题、新产品开发、产品和工艺流程改进、产品战略和技术研究以及知识产权保护等。生物医学搜索引擎 BenchSci是一个由 AI技术驱动的搜索引擎，其主要服务对象是生物医学领域的科研人员。该平台利用机器学习将所有数据(无论是开放的还是未开放的)都转化成为有关特定实验的建议，以便研究人员能够更好地获取信息并推进实验进程。从根本上讲，BenchSci就是希望能够加快研究的速度，帮助科学家找到昀好的实验方法，从而推动医学领域的新发现。
　　以TRIZ为主的创新方法已逐渐成为系统化创新方法研究及应用推广的热门话题。随着新知识、新领域的产生，创新方法还需要进一步与现有理论结合，在不同领域中突破创新效率瓶颈，从根本上提高创新能力，应对创新挑战。
　　1.1.3 科技创新挑战
　　进入21世纪以来，中国的经济发展方式处于历史改变的关键节点，一方面，经济下行压力较大，经济矛盾和风险因素明显增多；另一方面，经济转型趋势已定，经济发展到了关键时期，在新经济时代背景下，以通信、互联网、技术服务、智能制造等新兴技术范式和新型经济形态的发展趋于成熟，对我国的科学技术创新性发展既是机遇也是挑战。
　　首先，国际形势对科技创新有着重要的影响。现如今中国在国际上发挥着举足轻重的作用，在科技创新这一方面也不甘落后，取得了重大的成果，但是在高新科技方面，还需要全球化的合作与知识共享，中国以制造业为代表的产业追赶已经深刻改变了全球产业体系。但与发达国家相比，中国产业发展存在明显短板：①中国产业“大而不强”的状况仍未扭转，制造业的技术能力和盈利能力弱，许多新兴产业(如光伏、风电)陷入“低端陷阱”；②关键性产业未取得突破，如航空发动机、核心电子器件、通用芯片、基础软件等产业依然受制于人；③缺少中国创造和引领的新产业，产业技术和创业创意高度依赖引进模仿；④国内企业和品牌众多，全球化企业和品牌较少，产业的全球影响力有限。
　　其次，积极的国内政策有助于创新的发展。科技创新体系制度基础的变革具有很强的探索性，也具有很大的创造性、风险性和不确定性。如何能够在面向未来的变革中，保持探索新道路的动力和能力，是一个必须应对的挑战。我国对于科学发

目录
前言
第一部分
第1章 创新方法新系统概述 3
1.1 建构创新方法新系统的背景 3
1.1.1 时代发展与国家战略需求 3
1.1.2 科研及成果转化需求 4
1.1.3 科技创新挑战 6
1.2 创新方法新系统的服务对象及应用场景 7
1.2.1 服务对象及范围 7
1.2.2 应用场景探讨 9
参考文献 12
第2章 基于 TRIZ理论的创新方法概述 13
2.1 TRIZ创新理论体系 13
2.1.1 TRIZ发展历史 13
2.1.2 TRIZ的体系结构 15
2.1.3 TRIZ应用流程 23
2.2 创新案例分析 23
2.2.1 背景描述 23
2.2.2 问题分析 24
2.2.3 矛盾分析与解决方案 24
2.2.4 小结 27
2.3 TRIZ的应用和发展 28
2.3.1 TRIZ理论和应用 28
2.3.2 TRIZ在科技领域的创新发展 28
参考文献 29
第3章 基于群智理论的创新方法系统原理概述 32
3.1 群智理论 32
3.1.1 群体智能基本概念 32
3.1.2 基于群智理论的主要算法 33
3.2 群智理论方法 36
3.2.1 众包 37
3.2.2 移动群智感知 38
3.3 群智理论应用实例——基于移动群智感知的社交媒体突发信息感知 40
3.3.1 背景描述 40
3.3.2 相关领域发展现状 44
3.3.3 模型描述：基于社会感知的突发信息检测方法框架 46
3.3.4 实验分析 58
参考文献 66
第4章 基于科技知识图谱的创新方法概述 70
4.1 知识图谱理论 70
4.1.1 知识图谱基本概念 70
4.1.2 知识图谱发展历史 72
4.1.3 知识图谱的技术流程 73
4.1.4 通用知识图谱和领域知识图谱 78
4.2 科技知识图谱理论 79
4.2.1 科技知识图谱的发展历程 79
4.2.2 科技知识图谱的构建 81
4.3 科技知识图谱方法与工具 85
4.3.1 科技领域数据源 85
4.3.2 相关工具及系统 87
4.3.3 典型科技知识图谱 88
4.4 科技知识图谱实践应用探究 89
4.4.1 基于科技知识图谱的分析与挖掘 89
4.4.2 计算机科学与人工智能大数据知识管理与服务平台开发实例 94
参考文献 105
第二部分
第5章 创新方法新系统整体设计结构 111
5.1 创新方法新系统总体设计原则 111
5.1.1 整体性原则 111
5.1.2 层次性原则 112
5.1.3 开放性原则 112
5.1.4 可扩展性原则 113
5.1.5 自组织原则 113
5.2 系统结构组成 114
5.2.1 基于知识图谱的创新方法新系统开放平台 114
5.2.2 基于创新方法新系统的应用推广网站 115
5.3 数据资源设计 116
5.3.1 原始基础数据 116
5.3.2 通用学术知识图谱 120
5.3.3 领域知识图谱 120
5.4 系统场景设计 122
5.4.1 创新方法要素分析设计 122
5.4.2 创新方法系统场景功能设计 123
参考文献 126
第6章 开放网络环境下的创新方法知识库建设 127
6.1 创新方法知识库体系架构 127
6.2 创新方法原始数据建设 128
6.2.1 原始数据资源采集与获取 128
6.2.2 原始数据表示模型设计 129
6.2.3 原始数据存储技术平台设计 130
6.2.4 原始数据治理流程及结果 131
6.3 创新方法增值数据建设 134
6.3.1 增值数据类型设计 134
6.3.2 增值数据表示模型设计 137
6.3.3 增值数据计算流程与结果 138
6.4 创新方法知识库构建的关键技术 138
6.4.1 基于规则与专家经验的多来源数据集成融合技术 139
6.4.2 基于深度学习的细粒度知识的智能化识别技术 141
6.4.3 基于知识图谱的知识表示和存储技术 143
参考文献 144
第7章 支撑创新方法新系统的知识库服务 145
7.1 知识库服务的技术架构设计 145
7.1.1 基于微服务架构的知识服务简要设计 145
7.1.2 微服务平台功能建设 146
7.2 数据服务介绍 151
7.2.1 科技论文数据服务 151
7.2.2 专利数据服务 154
7.2.3 领域细粒度创新知识查询与推理服务 155参考文献 158
第8章 基于微服务与领域知识图谱的创新方法新系统 159
8.1 面向创新方法新系统的领域知识图谱构建 159
8.1.1 面向创新方法新系统的领域知识图谱构建技术路线 159
8.1.2 创新实体、关系和属性抽取 160
8.1.3 面向动态领域知识图谱的表示学习 161
8.1.4 多尺度场景下知识图谱动态更新的检测 162
8.1.5 基于开放环境知识库的海量数据管理方法 163
8.1.6 基于微服务架构的创新方法新系统构建特征 166
8.2 创新方法新系统功能实现 167
8.2.1 创新方法工具集成 170
8.2.2 创新方法领域智能问答 174
8.2.3 创新方法知识挖掘功能 176
8.2.4 高精度立体多维专家画像技术 180
参考文献 181
第三部分
第9章 科技领域创新方法案例 185
9.1 基于知识图谱的科技合作智能化管理服务案例 185
9.1.1 问题提出 185
9.1.2 解决路径/问题分解 185
9.1.3 系统方法 186
9.1.4 创新进展 195
9.2 基于空间科学大数据管理与应用服务平台案例 195
9.2.1 问题提出 195
9.2.2 解决路径/问题分解 196
9.2.3 系统方法 197
9.2.4 创新进展 204
9.3 基于知识图谱与专家画像系统的大数据知识管理与服务案例 204
9.3.1 问题提出 204
9.3.2 解决路径/问题分解 205
9.3.3 系统方法 205
9.3.4 创新进展 212
第10章 工业领域创新方法案例 213
10.1 面向氨基酸产业技术创新的知识服务案例 213
10.1.1 问题提出 213
10.1.2 解决路径/问题分解 213
10.1.3 系统方法 214
10.1.4 服务效果与创新点 221
10.1.5 小结 222
10.2 面向产业发展的石墨烯知识服务平台案例 222
10.2.1 问题提出 222
10.2.2 解决路径/问题分解 223
10.2.3 系统方法 223
10.2.4 服务效果与创新点 229
10.2.5 小结 229
10.3 面向智能制造的机器人产业知识服务案例 230
10.3.1 问题提出 230
10.3.2 解决路径/问题分解 230
10.3.3 系统方法 230
10.3.4 服务效果与创新点 236
参考文献 237
第11章 生物医药领域创新方法案例 238
11.1干细胞与再生医学领域专利技术挖掘知识服务案例 238
11.1.1 问题提出 238
11.1.2 解决路径/问题分解 238
11.1.3 系统方法 238
11.1.4 服务效果与创新点 248
11.1.5 小结 248
11.2 面向学科知识发现的疾病关联知识服务案例 248
11.2.1 问题提出 248
11.2.2 解决路径/问题分解 249
11.2.3 系统方法 249
11.2.4 服务效果与创新点 258
11.2.5 小结 259
11.3 基于多元数据的食源性疾病实时预警应用案例 259
11.3.1 问题提出 259
11.3.2 解决路径/问题分解 259
11.3.3 系统方法 260
11.3.4 创新进展 275
参考文献 275
附录一 TRIZ40条发明原理 276
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