（運(yùn)籌學(xué)與控制論專業(yè)論文）項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用.pdf

摘要 摘要 每年國家自然科學(xué)基金委員會要受理大量的申請項(xiàng)目，公平合理的評價這些申請 項(xiàng)目對我國的科技發(fā)展有巨大的影響。這不僅涉及到資金的合理分配和優(yōu)化利用等問 題，也是科研工作者十分關(guān)心的問題。本文以國家自然科學(xué)基金為主要研究對象，討 論了優(yōu)化理論、復(fù)合序列比較方法、歸一化方法在基金評審中的應(yīng)用。并在此基礎(chǔ)上 首次提出了關(guān)于評審專家反評估的模型及算法。 本文主要工作如下： 首先應(yīng)用復(fù)合序列比較方法，建立關(guān)于上述方法的自然科學(xué)基金項(xiàng)目評審模型， 討論了有關(guān)性質(zhì)，并最終給出基金項(xiàng)目評審的復(fù)合序列比較方法及應(yīng)用結(jié)果。 根據(jù)國家自然科學(xué)基金經(jīng)常出現(xiàn)難于處理的可上可下的劃分問題。提出了非共識 度、最大非共識度的概念，論述了它們的數(shù)學(xué)性質(zhì)，計(jì)算方法及在某學(xué)科面上項(xiàng)目基 金中的應(yīng)用。并在此基礎(chǔ)上，提出了消除項(xiàng)目之間非共識度差異的歸一化方法。 根據(jù)以往國家自然科學(xué)基金選擇評審專家的境況，創(chuàng)新性地提出了專家反評估 的概念和方法，以及命中率、成功率等概念。 最后，將關(guān)于項(xiàng)目評審的歸一化方法及專家反評估方法，結(jié)合定性和定量的方法， 開發(fā)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目評審軟件，并在國家自然基金委員會的某學(xué)科項(xiàng)目評審中 得到實(shí)際應(yīng)用。 關(guān)鍵字：復(fù)合序列比較；歸一化分析；專家反評估：基金評審 摘要 a b s t r a c t e v e r yy e a r ，t h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a 吖s f c ) a c c e p t sm a n y a p p l i c a t i o np r o j e c t s f a i ra n d r e a s o n a b l ee v a l u a t i o nt ot h e s ep r o j e c t sh a da ni m p o r t a n t i m p a c t o nt h ed e v e l o p m e n to fo l l c o u n t r y st e c h n o l o g ya n ds c i e n c ew h i c h i sn o t o n l y i n v o l v e di nt h e p r o b l e mo ft h er e a s o n a b l ed i s t r i b u t i o no ft h ef u n d sa n do p t i m a le x p l o i t a b i l i g ；b u ta l s o o n e t h a tt h er e s e a r c h e r sc a r em u c h i nt h i s p a p e w - ed i s c u s s t h ep r o c e d u r eo fe v a l u a t i n gt h e p r o j e c t s w i t ht h e a p p h c a d o n o f o p t i m i z a t i o nt h e o r 5m u l t i p l es e q u e n c ea l g o r i t h m a n d n o r m a b z a d o na 1 2 0 d 出m o nt h eb a s eo ft h e s e ，w ep r e s e n tt h em a t h e m a t i c a lm o d e l sa n d a l g o r i t h m sf o rt h e a n t i e v a l u a t i o na n a l v s i so ft h es p e c i a l i s t si nn s f c i 。h em a i nw o r k1 sa sf o l l o w s ： f 1 = t s t ，s e tu pt h ee v a l u a t i o nm o d e lo f n s f cw i t ha p p h c a t i o no f m n l t i p l es e q n e n c e a l g o r i t h m ，d i s c u s st h em a t h e m a t i c a lp r o p e r t i e sr e l a t e d ，a n dp r e s e n tt h ef i n a la p p f i c a d o nr e s u l t a s w e l l t h e np r e s e n tt h ec o n c e p t so fn o n - - c o m m o n i t ya n dm a x i m u mn o n c o l n l n o n i f ya c c o r d i n g t ot h e1 1 0c o n s e n s u sp r o b l e m d u r i n g t h e p r o j e c te v a l u a t i o no fn s f c ，d i s c u s ss o m ep r o p e r t i e s a n dm e t h o d so ft h e m ，f i n dt h ea p p f i c a d o ni nt h ep r o j e c te v a l u a t i o no fac e r t a i nf i e l dw h i c h o v e r c o m et h ea d v e r s ee f f e c to fd i f f e r e n tn o n c o m m o n i t y f u r t h e r m o r e ，p r e s e n t t h e c o n c e p t a n d a l g o r i t h m o ft h e s p e c i a l i s t a n t i e v a l u a t i o n i n n o v a t i v e l ) ；w h i c hr e f e rt ot h es t a t u so fs p e c i a l i s t si nn s f c n o w ) a l s op r e s e n tt h ec o n c e p t s o fh “r a t i oa n ds u c c e s sr a t i oe t c a tl a s t ，a s s o c i a t e dw i t ht h eq u a l i t a t i v ea n d q u a n t i t a t i v em e t h o d ，d e v d o pt h es o f t w a r eo f t h ep r o j e c te v a l u a t i o na n dt h es p e c i a l i s ta n d - e v a l u a t i o nb yt h ea b o v ea l g o r i t h m s ，t h e ng e tt h e p e r f e c tr e s u l t a f t e r b e i n ga p p l i e da c t u a l l yi ns o m e f i e l dp r o j e c te v a l u a t i o ni nn s f c - k e y w o r d s ：f o u n d a t i o n e v a l u a t i o n ；m u l 卸l es e q u e n c ea l i g n m e n t ；n o r m a l i z a t i o n a n a l y s i s ；s p e c i a l i s ta n t i e v a l u a t i o n i i 項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用 1 綜述 1 1 總論 系統(tǒng)評價是利用現(xiàn)代科學(xué)的方法，對系統(tǒng)的價值作出綜合評價，是系統(tǒng)工程研究 的重要領(lǐng)域。系統(tǒng)評價的主要對象是社會經(jīng)濟(jì)和技術(shù)系統(tǒng)，系統(tǒng)科學(xué)和系統(tǒng)分析方法 分別是系統(tǒng)評價的理論基礎(chǔ)和工具，系統(tǒng)評價的目的是為科學(xué)決策提出充分可靠的依 據(jù)。在系統(tǒng)評價眾多準(zhǔn)則中，量化分析準(zhǔn)則是很重要的一個研究分支。尤其是有關(guān)項(xiàng) 目評審的內(nèi)容，涉及到現(xiàn)實(shí)生活中各種評比、考核等方法的研究。 本文就是在系統(tǒng)科學(xué)理論的基礎(chǔ)上討論并改進(jìn)原有的系統(tǒng)分析方法，使之易于量 化評價系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，明確評價目標(biāo)含義，能充分運(yùn)用評價信息。故本文研究的問題 具有充實(shí)的理論基礎(chǔ)和重要的實(shí)踐意義。 1 2 評審方法綜述 1 2 1 群體決策與偏好分析 目前，應(yīng)用于項(xiàng)目評審的方法如應(yīng)用群體決策理論，引進(jìn)決策個體和決策群體關(guān) 于兩兩供選方案的偏比度概念及利用偏比度進(jìn)行群體偏愛排序的方法，及基金項(xiàng)目評 審的方法如層次分析法、屬性分析法或區(qū)間分析法等。 關(guān)于群體決策的研究，早期的文獻(xiàn)可以追溯到法國數(shù)學(xué)家j c b o r d a 于1 7 8 1 年發(fā) 表的關(guān)于選舉制度的探索，1 7 8 5 年m d ec o n d o r c e t 對投票選舉的研究和1 8 8 2 年 e j n a n s o n 關(guān)于投票悖論的討論。1 9 3 8 年，a b e r g s o n 引進(jìn)社會福利函數(shù)和1 9 4 7 年 r as a m u e l s o n 對社會福利函數(shù)的研究，使得群體決策的研究更具系統(tǒng)化和理論化。尤 其是1 9 5 1 年，k 1 血t o x v 關(guān)于偏愛公理和不可能性定理的群體偏愛理論的發(fā)表使群體 決策真正成為- - l q 科學(xué)。從這以后，a s e n 等許多學(xué)者對k j a r r o w 的不可能性定理 進(jìn)行了探討，并提出各種變化形式。同時，一些數(shù)學(xué)工作者也開始從事研究經(jīng)濟(jì)學(xué)家 社會學(xué)家們所關(guān)心的社會選擇理論，使這方面的研究進(jìn)入一個更深的層次。 隨著研究的深入進(jìn)行，r e w e n d e l l 和h w b r o c k 將群體決策和多目標(biāo)決策問題相 結(jié)合，形成了群體多目標(biāo)決策這一研究方向，使得群體決策的研究內(nèi)容不再局限于投 票或選舉問題，而且備選方案集也不再是局限于有限集。 近年來，一些學(xué)者已意識到?jīng)Q策個體和決策群體的偏愛結(jié)構(gòu)也可能是模糊的，即 第一章綜述 對于供選方案，決策個體和決策群體并不能清楚表達(dá)對其中兩個方案的偏愛強(qiáng)度，從 而發(fā)展了模糊群體決策理論的研究，成為目前群體決策中極有前途的方向。1 9 9 8 年， 胡毓達(dá)引進(jìn)了決策個體和決策群體關(guān)于兩兩供選方案間的偏差度和群體偏差映射等 概念構(gòu)建了群體決策的偏差度公理體系，建立了群體決策偏差度分析的基本理論。 他在群體決策的偏差分析m 1 中給出群體決策的偏差度和偏差泛函，并利用偏差 度對序列進(jìn)行排列。此后，又引進(jìn)了群體協(xié)調(diào)性指標(biāo)，提出了求群體決策問題的新方 法，通過求評價矩陣得到最終得群體間的排序關(guān)系，及最終的評審結(jié)果。這些結(jié)果主 要應(yīng)用于項(xiàng)目排序或偏好分析方面。程建剛等將胡毓達(dá)的理論基礎(chǔ)具體應(yīng)用在基金評 審上，發(fā)表了基金評審中的異同性分析、專家反評估及軟件研制】，劃分臨界 項(xiàng)目的一種多目標(biāo)決策方法，決策科學(xué)理論、方法與應(yīng)用| 5 2 1 等。 實(shí)踐證明，簡單多數(shù)規(guī)則和b o r d a 數(shù)規(guī)則是兩種最常用、最基本的規(guī)則。國內(nèi)學(xué) 者將這兩種方法分別推廣，并且在口一較多序和k 一較多序的基礎(chǔ)上提出了群體決策的 廣義較多規(guī)則。 1 2 2 其他方法 人們在管理決策過程中常常要面臨一個制約因素眾多的復(fù)雜情況，需要人們對定 性描述的問題進(jìn)行定量處理、分析。層次分析法首先應(yīng)用于解決這類無結(jié)構(gòu)決策問題。 層次分析法( a n a l y t i c i - i a e r a r c h v p r o c e s s ) ，簡稱a h p 法，1 9 7 7 年由工l s a a t y 在測量模型 基礎(chǔ)上提出，解決問題的關(guān)鍵是如何通過元素的兩兩比較確定元素的排序。1 9 8 2 年由 h g h o l a m n e z h a e d 在北京的一次國際學(xué)術(shù)會議上介紹到我國，立即在許多部門得到廣 泛應(yīng)用，從理論到應(yīng)用不斷完善1 5 5 。在這方面已經(jīng)有王汝華1 9 8 7 的關(guān)于群體a h p 方 法探討m 】，王蓮芬、許樹柏1 9 9 0 年的層次分析法引論【3 b 】等著作。1 9 9 7 年北京 大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院程乾生教授在屬性測度基礎(chǔ)上首次提出了一種新的無結(jié)構(gòu)決策方法一 屬性層次模型( a t t n b u t eh i e r a r c h i c a lm o d e l ，簡稱a h m ) 。a h m 法在管理決策上中有著 非常廣闊的應(yīng)用前景。國家自然科學(xué)基金委員會的項(xiàng)目資助方案的制定是一個典型的 管理決策過程，在項(xiàng)目評審中應(yīng)用a h m 法可以有效地幫助資助方案的合理確定。在 這方面，王其冬、程建剛、馮恩民2 0 0 0 年發(fā)表的劃分臨界項(xiàng)目的一種多目標(biāo)決策方 法 5 2 1 中，將層次分析法應(yīng)用于自然基金的評審，主要思想是將基金評審過程分為 三大層次，將評審的指標(biāo)和語義比較程度量化，逐層比較。在王其冬、武佩珍、程建 2 項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用 剛、馮恩民在2 0 0 1 年發(fā)表的層次分析法在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目評審中的應(yīng)用【堋 等文章中，對層次分析法在基金評審中的應(yīng)用進(jìn)行了更深入的探討。之后，又提出了 將區(qū)間分析法、屬性分析法在基金評審中的應(yīng)用算法模型，這方面有王其冬、馮恩民、 李文娟2 0 0 2 年發(fā)表的項(xiàng)目評價雙層規(guī)劃、性質(zhì)及應(yīng)用1 和評分區(qū)間方法、性 質(zhì)及應(yīng)用”。而程建剛在2 0 0 1 年的基金評審中的異同性分析、專家反評估及軟 件研制1 5 ”中，應(yīng)用群體決策理論，提出了非共識度的概念，引進(jìn)決策個體和決策 群體關(guān)于兩兩供選方案的偏比度概念及利用偏比度進(jìn)行群體偏愛排序的方法，得出了 有關(guān)基金評審的群體決策方法。 此外，近些年來，中科院的方為武教授在序列比對方面也作了一些工作，提出了 有關(guān)完全信息集的概念，定義f d o d 函數(shù)，討論其性質(zhì)并將其應(yīng)用于蛋白質(zhì)序列的比 較方面 1 4 1 - 【l ”。但由于f d o d 函數(shù)對于越長序列的比對效果越好，故在項(xiàng)目評審這類 的相對序列元素個數(shù)較少的比較應(yīng)用中需要對函數(shù)進(jìn)行修改，具體的內(nèi)容將在下一章 提到。 雖然項(xiàng)目評審有很多方法，但在實(shí)際操作中，用于評審異同性的軟件系統(tǒng)目前還 不夠完善。 1 2 3 基金評審 科學(xué)基金項(xiàng)目的資助方案是建立在項(xiàng)目評審結(jié)果的基礎(chǔ)上。中國的科學(xué)基金制 主要借鑒美國國家科學(xué)基金會的經(jīng)驗(yàn)。但從一開始，中國就采取完全有別于美國的兩 級同行評議決策的機(jī)制。先由項(xiàng)目主任選擇不少于3 名( 一般為5 名) 與申請者的研 究方向相同、或最為接近專家以通訊方式對申請項(xiàng)目進(jìn)行評議，習(xí)慣稱為“小同行”。 在此基礎(chǔ)上，由所屬學(xué)科的資深專家( 習(xí)慣稱為大同行) 組成的評審組( 一般由7 1 5 人組成) 開會審議申請項(xiàng)目及其同行通訊評議的意見，經(jīng)過討論，采取投票的方式?jīng)Q 定資助的項(xiàng)目。 項(xiàng)目主任由于屬于基金會的固定編制( 2 0 0 1 年開始實(shí)行少量的流動制度) ，雖然 到基金會之前都有一定的研究員，但其身份是管理人員。在整個的評審過程中，他可 以在同行評議之后發(fā)表意見，但不屬于同行意見，一般是表述為對同行評議的分析， 或依據(jù)學(xué)科發(fā)展政策向?qū)＜以u審組提出建議。由于申請項(xiàng)目數(shù)量大，會期有限，所以， 項(xiàng)目主任只能拿出一部分項(xiàng)目提交專家評審組評審。按照規(guī)定和管理，提交評審組審 第一章綜述 議的項(xiàng)目在擬資助項(xiàng)目的1 3 0 至2 0 0 之間。由此可見，小同行、項(xiàng)目主任和評審組 專家在評審系統(tǒng)中扮演著不同的角色。項(xiàng)目主任的意見雖然不屬于同行意見，但因?yàn)?在選擇同行評議專家和選擇提交審議的項(xiàng)目的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)具體操作，所以隱性作用 大。 采取這樣三方兩級的評審機(jī)制的具體過程不得而知，但是可以推定的是：中國特 有的文化背景和科技體制決定現(xiàn)在中國式的科學(xué)基金制。兩級同行評議制表現(xiàn)出中國 等級森嚴(yán)、遵奉權(quán)威的儒家傳統(tǒng)和科學(xué)界希望吸納西方民主制度心理；而對項(xiàng)目主任 職責(zé)的設(shè)定反映科學(xué)共同體在科學(xué)基金制中希望抑制管理人員的權(quán)力，防止官員濫用 職權(quán)用。 同行評議可以有兩種方式：一是文字描述，二是量化打分( 定級) 。對評議專家 評價意見的綜合方法也分為文字綜述、量化平均和綜合排序三種。由于語言的模糊性， 對文字評價的綜合評論，難以確定項(xiàng)目的優(yōu)先順序，資助方案也就難以落實(shí)，在專家 意見有較大分歧時更為困難。量化平均隨有操作簡便，計(jì)算方法模型成熟等優(yōu)點(diǎn)，但 園評議專家對評價標(biāo)準(zhǔn)掌握、理解上不同，打出的分?jǐn)?shù)之間差別很大，平均后的量化 分?jǐn)?shù)有表達(dá)抽象、簡單和處理結(jié)果掩蓋了評議的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的缺點(diǎn)。綜合以排序表示的 專家意見的方法更加不一，一般要與打分的量化方法結(jié)合起來使用。為互補(bǔ)不足，經(jīng) 常是將三種方法結(jié)合起來，相互參照綜合使用，但這樣又受到“多重標(biāo)準(zhǔn)”、“隨意性 大”的批評。 管理專家也會遇到這樣的問題。他們不參與對具體項(xiàng)目的評議，通過制定評議標(biāo) 準(zhǔn)和調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)之間的權(quán)重，對資助方案進(jìn)行宏觀調(diào)控。在斟酌不同方面的權(quán)重的過程 中，雖然與專業(yè)評議內(nèi)容不同，但性質(zhì)是一樣的。 1 3 國內(nèi)外基金評審綜述 1 3 1 科學(xué)基金制 科學(xué)基金制是科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。1 9 世紀(jì)中期以后，這 種制度首先在西方國家發(fā)展起來。1 9 3 7 年，英國科學(xué)協(xié)會和科學(xué)工作者協(xié)會聯(lián)合委 員會向英國政府建議設(shè)立“國家科學(xué)研究基金”以“保持連貫和適當(dāng)擴(kuò)大科學(xué)研究”， 他們認(rèn)為科學(xué)研究與實(shí)際應(yīng)用要有一段距離，科學(xué)研究完全直接依附于經(jīng)濟(jì)對科學(xué)的 發(fā)展會損害科學(xué)的發(fā)展。二十世紀(jì)中葉，由國家財政撥款的科學(xué)基金得到普遍的發(fā)展。 項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用 科學(xué)基金被看作是對未來的投資。二次世界大戰(zhàn)以后，以美國、德國、英國代1 0 發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)得以高速發(fā)展，以科學(xué)基金制資助的科學(xué)研究、特別是基礎(chǔ)研琵為拽硝 發(fā)展提供源源不斷動力是一個關(guān)鍵而重要的因素。 建立科學(xué)基金，因?yàn)闆]有期望在近期得到回報，所以一般來說，政府行政二預(yù)、 社會和經(jīng)濟(jì)等因素的影響會相對來說減為最低。決策機(jī)構(gòu)由科學(xué)家組成，科學(xué)男衍，1 以 根據(jù)自身對科學(xué)發(fā)展的理解做出資助的戰(zhàn)略決策，制定資金使用規(guī)則，決定資助| f 幺 樣的研究和什么樣的人。毫無疑問，資金應(yīng)該給想出最好研究課題的優(yōu)秀科學(xué)家。因 此資金分配最公平的方式就是通過競爭爭取，需要研究經(jīng)費(fèi)的科學(xué)家提出自己的研究 思路，經(jīng)過比較選出最好的研究課題給予資助。 由國家財政大量撥款支持用于基礎(chǔ)研究的科學(xué)基金的出現(xiàn)，則是在2 0 世紀(jì)以后。 西方國家在分配這種科學(xué)資源時，多采用同行評議方法。由于每個國家歷史、文化、 經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的差異，不同國家的科學(xué)基金制各具特色，從而使各個國家的科學(xué)赫 金制既有共同點(diǎn)，又有不同處。美國是科學(xué)基金制開展較早的國家，借鑒它的成功經(jīng) 驗(yàn)，有助于完善我國的科學(xué)基金制，改進(jìn)同行評議方法。 1 3 2 同行評議 那么怎樣選擇最好的? 依靠什么來評價? 科學(xué)研究是人類的一種全然的創(chuàng)新活 動，科學(xué)研究活動中的一個發(fā)現(xiàn)、或一個發(fā)明都必須是人類知識領(lǐng)域所沒有涵蓋的才 有意義，最有價值的研究應(yīng)該是對人類認(rèn)識的突破。這給選擇和評價帶來了難題，因 為選擇和評價沒有現(xiàn)成的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，只能根據(jù)已有的知識和想象力，進(jìn)行判斷和預(yù) 測。那么顯然，最可靠的判斷來自從事同樣工作的人員，也就是同行的判斷。所以同 行評議( p e e rr e v i e w ) 是取得科學(xué)界公認(rèn)的判斷和預(yù)測依據(jù)，它也是科學(xué)界遴選有價 值的研究思路的唯一評價方法。 同行評議方法最早的使用是在十五世紀(jì)的專利申請，至今為止已使用了5 0 0 年 了。3 0 0 年前，英國皇家學(xué)會的會員以同行評議作為一種參照系統(tǒng)評審可以公開發(fā)表 的科學(xué)論文。1 9 3 7 年，美國癌癥咨詢委員會采用同行評議方法評審申請研究經(jīng)費(fèi)的 科研項(xiàng)目。在美國海軍總署采用同行評議方法資助大學(xué)的研究取得比較成熟的模茸乏 后，5 0 年代成立的美國國家科學(xué)基金會正式將同行評議作為分派科學(xué)研究經(jīng)費(fèi)資源 的依據(jù)，并逐步發(fā)展了一套比較完善成熟的方法。雖然在如何使用同行評議的意見坷 第一章綜述 面，各個國家的科學(xué)基金組織的方式不盡相同，但是同行評議的重要地位是基本一致 的，制定的一切方針和政策均已此為核心。 對于同行評議的定義有很多種。美國國會技術(shù)評估辦公室高級分析專家?guī)熨e在其 專著無同行的科學(xué)：同行評議和美國的科學(xué)政策這樣定義同行評議：“同行評議 是用于評價科學(xué)工作的一種組織方法，這種方法常常被科學(xué)界用來判斷工作程序的正 確性、確認(rèn)結(jié)果的可靠性以及對有限資源的分配”。吳述堯先生在總結(jié)美英科技政策 專家有關(guān)研究論述以及美國基金會和英國研究理事會關(guān)于同行評議的提法，提出針對 科研項(xiàng)目評審的同行評議定義：“由科學(xué)系統(tǒng)中的同行專家組成的群體根據(jù)一定的標(biāo) 準(zhǔn)，對提交的申請項(xiàng)目進(jìn)行評議，這樣的評議得出的結(jié)果可以作為有關(guān)部門確定資助 項(xiàng)目( 科學(xué)資源的分配) 的重要依據(jù)”。美國國家科學(xué)基金會在其許多文件中對 同行評議有不同的描述和解釋，其實(shí)“同行評議”一詞就明確了其含義。對于科學(xué)基 金來說的進(jìn)一步解釋是“同行”系指申請資助的科學(xué)家的同行，“評議”即對申請項(xiàng) 目所提供的評價。針對同行評議的爭論是在決定資助項(xiàng)目的過程中如何使用這種方 法。 我國基金會同樣將同行評議作為資助項(xiàng)目決定過程的重要環(huán)節(jié)。2 0 0 2 年發(fā)布的 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目管理規(guī)定第十四條明確規(guī)定：“基金項(xiàng)目的評審一般按照 初審、同行專家評議、專家評審組或?qū)I(yè)委員會評審的程序進(jìn)行”。在第十六條對同 行專家評議作了進(jìn)一步的解釋：“同行評議是指同行評議專家對申請項(xiàng)目的創(chuàng)新性、 研究價值、研究目標(biāo)、研究方案等做出獨(dú)立的判斷和評價，一般采取通訊評議方式?！?。 其實(shí)，同行評議本身是很易于理解的方法，就是從事相同或相近的領(lǐng)域的科學(xué)家 根據(jù)自己掌握的知識和對研究發(fā)展的判斷去評價其他科學(xué)家的研究。由于判斷的主體 是人，所以評議人的學(xué)識、見解和判斷能力，甚至個人的性格、品性都會對評價有一 定的影響。因此它是一把“雙刃劍”，關(guān)鍵是在資助項(xiàng)目決定過程中的如何使用。科 學(xué)基金制實(shí)行同行評議雖然得到科學(xué)界的普遍贊同，但對其指責(zé)也是一直不斷的，指 責(zé)的焦點(diǎn)并不在同行評議的本身，而在其如何使用，本文也就此方向進(jìn)行了一些討論。 對于同行評議的研究，吳述堯先生在其專著同行評議方法論中有全面而 細(xì)致的研究。他認(rèn)為：向行評議的實(shí)質(zhì)就是決策在科學(xué)共同體中的民主化。所以能得 到科學(xué)界的廣泛認(rèn)同。如果不涉及經(jīng)費(fèi)資源，僅在涉及科學(xué)界內(nèi)部的榮譽(yù)方面，如論 文發(fā)表、會員選舉和名稱授予等，同行評議可以看成僅是科學(xué)界內(nèi)部的一種“游戲規(guī) 則”。然而，研究經(jīng)費(fèi)是一種資源，并且科學(xué)基金的經(jīng)費(fèi)來自國家財政稅收，所以在 項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用 科學(xué)基金中采取同行評議就必須考慮其社會功能和公共政策方面的意義。1 9 7 8 年美 國紐約州立大學(xué)石溪分校社會學(xué)教授史蒂芬科爾、全國科學(xué)院顧問利昂納德魯賓 和哥倫比亞大學(xué)社會學(xué)教授喬納森科爾針對美國基金會的同行評議專門為全國科學(xué) 院科學(xué)與公共政策委員會撰寫調(diào)研報告美國國家科學(xué)基金會的同行評議，按照美 國全國科學(xué)院院長菲利普漢德勒在其序言中的話，其目的是“探討了一個科學(xué)家和 廣大公眾均集中關(guān)注的問題如何判斷哪些基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和研究人員應(yīng)得到國會 為此所撥資金? ”。吳述堯先生對于同行評議的社會功能有三點(diǎn)概括：一、同行評議 有利于科學(xué)資源的合理分配；二，同行評議可以保證科學(xué)榮譽(yù)的正確授予；三、同行 評議可對科學(xué)共同體進(jìn)行社會控制。同行評議有一些難以解決的問題，但至今仍是科 學(xué)界公認(rèn)的唯一方法，因?yàn)闆]有其他方法可以替代它。 因此，下節(jié)是對美國和我國的資助機(jī)構(gòu)的同行評議進(jìn)行比較研究。 1 3 3 美國國家基金會的項(xiàng)日評審研究 1 9 4 5 年7 月，美國科學(xué)研究發(fā)展局( o s r d ) 局長v a r m e v a r b u s h 向總統(tǒng)提交科 學(xué)無止境的領(lǐng)域的報告，倡議政府增加資助基礎(chǔ)研究的力度。他認(rèn)為“基礎(chǔ)研究將 導(dǎo)致新的知識，提供科學(xué)上的資本”。因此他建議成立國家級的科學(xué)基金會，資助以 高等院校為主的的學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)研究。但因?yàn)楫?dāng)時美國科學(xué)界的“研究自由” 意愿與聯(lián)邦政府的計(jì)劃性研究相矛盾，所以沒有采納他的建議。經(jīng)過5 年的的爭論， 1 9 5 0 年杜魯門總統(tǒng)簽署了s 2 4 7 號提案，成為第8 1 屆國會的5 0 7 號公法。根據(jù)這一 法令正式成立國家科學(xué)基金會( n s f ) 。 美國國家基金會( 簡稱n s f ) ，它本身不開展研究工作。其任務(wù)是：通過對基礎(chǔ) 研究項(xiàng)目的資助，促進(jìn)科學(xué)教育，發(fā)展科技情報和增進(jìn)國際科學(xué)合作等方式，來促進(jìn) 美國科學(xué)的發(fā)展。此外，國際科學(xué)基金會還參與國家科學(xué)技術(shù)政策的制定。 國家科學(xué)理事會( 簡稱n s b ) 是n s f 的最高決策和領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)。理事會的主要任 務(wù)是確定國家科學(xué)基金會的政策，協(xié)助政府制定全國科學(xué)技術(shù)的主要政策，并負(fù)責(zé)對 全國的科學(xué)研究狀況進(jìn)行研究。除基金會主任作為該理事會的當(dāng)然理事外，其他所有 理事會成員均需總統(tǒng)任命，并得到參議院的批準(zhǔn)。 n s f 設(shè)有七個局( 包括五個科學(xué)局和兩個業(yè)務(wù)局) ，以及在秘書長領(lǐng)導(dǎo)下的七個 室，負(fù)責(zé)例行行政業(yè)務(wù)和各科學(xué)的項(xiàng)目管理工作。除了上述組織機(jī)構(gòu)外，n s f 還設(shè)立 第一章綜述 了政策咨詢委員會和管理咨詢委員會，前者主要是針對n s f 的發(fā)展和資助政策、計(jì) 劃和關(guān)鍵問題進(jìn)行討論，提出建議：后者主要是針對n s f 管理業(yè)務(wù)中遇到的問題以 及提出改進(jìn)的方案，解決基金的內(nèi)部科學(xué)管理問題。 n s f 主要支持高等院校中一般性的基礎(chǔ)研究，這一點(diǎn)同美國能源部、國防部、宇 航局等部門的機(jī)構(gòu)有所區(qū)別，因?yàn)椴块T支持的科學(xué)研究并不只是為了科學(xué)本身，而是 為了部門自身的任務(wù)需要。n s f 在項(xiàng)目管理方面的指導(dǎo)思想是尊重學(xué)術(shù)自由，鼓勵優(yōu) 秀科學(xué)家的創(chuàng)新精神和求知愿望。除一部分大型研究計(jì)劃有基金會組織協(xié)調(diào)并進(jìn)行管 理外，多數(shù)研究項(xiàng)目采取被動的方式，即依靠科學(xué)家和研究單位的自由申請。 圖11n s f 的項(xiàng)目評審和選擇過程 f i g1 i n s fp r o j e c te v a l u a t i o na n ds e l e c t i o np r o c e d u r e 項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用 在美國國家科學(xué)基金會，由于相當(dāng)一部分的項(xiàng)目主任是流動的，本身就是資深的 科學(xué)家同行，所以在評審過程中起關(guān)鍵作用，來自外面的同行評議是參考性意見，最 終決定權(quán)在項(xiàng)目主任。對于“高風(fēng)險”的項(xiàng)目，項(xiàng)目主任甚至可以根據(jù)自己的判斷決 定是否資助，而不必經(jīng)過同行評議。所以對其同行評議制度的指責(zé)意見是：容易以項(xiàng) 目主任為核心在同行里形成一個不道德的任人唯親的“圈子”，常會扼殺來自這個“圈 子”之外的新思想。 美國科學(xué)基金會規(guī)定，除少數(shù)特殊情況外，申請項(xiàng)目一定要通過評審，評審前所 有的申請必須經(jīng)研究人員所在單位同意。評審一般采用通訊評審和小組評審兩種方式 進(jìn)行。一些規(guī)模比較大的申請項(xiàng)目還需要組織基金會人員和一些科學(xué)家到研究單位進(jìn) 行考察。 與我國科學(xué)基金會不同的是，在n s f 項(xiàng)目評審過程中，項(xiàng)目主任起著很大的作 用，用什么方式進(jìn)行評審，選擇哪些專家參加同行評議，以及資助方案的決定，得到 資助后資助金額的多少，都由項(xiàng)目主任負(fù)責(zé)。申請項(xiàng)目首先必須得到項(xiàng)目主任的首肯， 在特別的情況下，如有充分的理由，項(xiàng)目主任還可以不采納同行評議的意見。當(dāng)然， 項(xiàng)目主任做出決定后，還需要通過好幾個審查步驟才能做出最后資助決定。如果項(xiàng)目 規(guī)模不是很大，只須通過學(xué)科組即可。如果項(xiàng)目規(guī)模很大，還需要提交到助理主任一 級來決定。上頁圖1 1 是n s f 的申請項(xiàng)目過程。 1 3 4 我國國家基金會的項(xiàng)目評審研究 1 9 8 1 年，中國科學(xué)院8 9 位學(xué)部委員( 即現(xiàn)稱為中國科學(xué)院院士) 聯(lián)名建議設(shè)立 自然科學(xué)基金。1 9 8 2 年，中央批準(zhǔn)從1 9 8 2 年起設(shè)立中國科學(xué)院科學(xué)基金，面向全國 的科研人員。此后，地震、教育、衛(wèi)生、郵電等部門成立了相應(yīng)的學(xué)科或行業(yè)科技基 金，有些省市地方成立地方科學(xué)基金。1 9 8 5 年3 月，中共中央關(guān)于科學(xué)技術(shù)體制改 革的決定出臺，明確指出：對基礎(chǔ)研究和部分應(yīng)用研究逐步試行科學(xué)基金制，主要從 事基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的機(jī)構(gòu)，應(yīng)力爭幾年之后做到科研經(jīng)費(fèi)主要靠申請基金。 以往研究經(jīng)費(fèi)依靠行政撥款的方式改為通過競爭并依據(jù)同行評議分派的方式。1 9 8 5 年7 月針對建議成立獨(dú)立的國家自然科學(xué)基金委員會的建議，鄧小平作出重要指示： “成立國家自然科學(xué)基金委員會，大家都會贊成，不會反對。應(yīng)該這樣辦。這是個新 事物，辦起來再說，取得經(jīng)驗(yàn)。”1 9 8 6 年2 月，根據(jù)國務(wù)院發(fā)出的通知，國家自然科 第一章綜述 學(xué)基金委員會正式成立。 科學(xué)家參與并且起著主導(dǎo)作用是我國科學(xué)基金管理體系的重要特點(diǎn)。咨詢系統(tǒng)由 國家自然科學(xué)基金全體委員會( 以下簡稱全委會) 、七個科學(xué)部專家咨詢委員會( 以 下簡稱咨詢委員會) 和若干專家評審組組成，主要針對科學(xué)基金的發(fā)展戰(zhàn)略提出建議， 對資助項(xiàng)目的評審和立項(xiàng)給出評價意見。決策系統(tǒng)主要由基金委的正、副委主任和秘 書長等組成，一般以委務(wù)會議的形式通過各種資助政策和決議。執(zhí)行系統(tǒng)以基金委的 常設(shè)部門機(jī)關(guān)為主，包括六個職能局室和七個科學(xué)部，其中，委辦公室、計(jì)劃局、政 策局、財務(wù)局、人事局和國際合作局等六個職能局室按照所確定的職責(zé)負(fù)責(zé)各項(xiàng)決策 的落實(shí)和貫徹，數(shù)學(xué)物理、化學(xué)、生命、地球、材料與工程、信息和管理科學(xué)部的主 要職責(zé)是聯(lián)絡(luò)相應(yīng)領(lǐng)域的科學(xué)家，組織項(xiàng)目的申請、評審和管理?？茖W(xué)基金項(xiàng)目依托 單位的科研管理部門是執(zhí)行系統(tǒng)的外延。監(jiān)督系統(tǒng)由國家自然科學(xué)基金監(jiān)督委員會負(fù) 責(zé)，在基金委設(shè)立一個辦公室( 現(xiàn)稱為紀(jì)檢、監(jiān)督、審計(jì)聯(lián)合辦公室) 作為其事務(wù)機(jī) 構(gòu)。 在這個管理體系中，合理的資助分布格局是關(guān)鍵，公正的同行專家評議是核心， 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捻?xiàng)目管理程序是保障。整個體系是否運(yùn)作的良好、有效取決于這三個重要工作 環(huán)節(jié)。 伴隨著中國2 0 年來的改革開放，中國的科學(xué)基金制從無到有，從試驗(yàn)走向成熟， 逐步壯大，為推動中國的基礎(chǔ)科學(xué)研究的發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用?；饡闪?dāng)年的 資助經(jīng)費(fèi)僅為8 0 0 0 萬元，到2 0 0 3 年已達(dá)到2 2 億元。資助項(xiàng)目起到了對“未來投資” 的種子作用，取得的成果不僅提升了中國科學(xué)研究方面的國際地位，而且大力推動了 中國的經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，同時培養(yǎng)了一批高素質(zhì)的科學(xué)研究人才和隊(duì)伍?；饡?同行評議為核心方法，在實(shí)踐中逐步地建立起一套比較完善的科學(xué)基金管理政策和辦 法體系，科學(xué)基金制從試驗(yàn)的階段達(dá)到全面發(fā)展階段。目前科學(xué)基金法的提案已到醞 釀成熟階段，近期準(zhǔn)備提交全國人大。 國家自然科學(xué)基金會根據(jù)我國基礎(chǔ)性研究的現(xiàn)狀，從國情出發(fā)，把科學(xué)基金資助 項(xiàng)目分成面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目、重大項(xiàng)目三個層次，分別給于不同程度的資助。其中 面上項(xiàng)目是基于基礎(chǔ)性研究、探索性強(qiáng)、不確定性大的特點(diǎn)而設(shè)立的，其目的在于為 廣大科技人員創(chuàng)造充分自由探索的條件，是科學(xué)基金項(xiàng)目中最主要的、基本的類型。 面上項(xiàng)目規(guī)模較小，資助面廣，幾乎覆蓋自然科學(xué)領(lǐng)域所有分支學(xué)科。 重點(diǎn)項(xiàng)目主要是針對我國科學(xué)發(fā)展和布局中的關(guān)鍵科學(xué)問題和學(xué)科發(fā)展的需要， 1 0 項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用 選擇某些重要的學(xué)科前沿或領(lǐng)先的領(lǐng)域進(jìn)行深入研究。重點(diǎn)項(xiàng)目學(xué)科性強(qiáng)，對各個分 支學(xué)科深入的發(fā)展有重要作用。重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目聯(lián)系密切，很多重點(diǎn)項(xiàng)目就是建 筑在面上項(xiàng)目多年探索的基礎(chǔ)上。同樣，重點(diǎn)項(xiàng)目的深化和擴(kuò)展，又可為重大項(xiàng)目提 供很好的來源。 重大項(xiàng)目是以服務(wù)于我國社會主義建設(shè)總目標(biāo)，針對經(jīng)濟(jì)、科技、社會發(fā)展中的 重大學(xué)科問題，組織多學(xué)科、跨部門、跨單位的聯(lián)合研究。重大項(xiàng)目體現(xiàn)了基礎(chǔ)性研 究對組織規(guī)模、集約形式的需要，以及自然科學(xué)高度綜合而帶來的多學(xué)科聯(lián)合研究的 需要，對一些待取得重大突破、投資多、周期長、任務(wù)性強(qiáng)、需要綜合多個學(xué)科的研 究，組織重大項(xiàng)目是一種行之有效的形式。它對邊緣學(xué)科、綜合性學(xué)科的發(fā)展也有較 大的推動作用。 國家自然科學(xué)基金委員會三類資助項(xiàng)目的評審方法雖然具體做法不同，但根本上 都是采用同行評議的方法，面上項(xiàng)目約占各類資助項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的7 0 。因此本文主要研 究面上項(xiàng)目的同行評議。 國家自然科學(xué)基金委員會對申請科學(xué)基金項(xiàng)目評審的原則是：依靠專家、發(fā)揚(yáng)民 主、擇優(yōu)支持、公平合理。 國家自然科學(xué)基金資助自然科學(xué)中的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。自組的學(xué)科范圍 覆蓋了數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)、材料與工程科學(xué)、信息科學(xué)和管 理科學(xué)等自然科學(xué)與工程技術(shù)科學(xué)的所有領(lǐng)域。因此，國家自然科學(xué)基金委員會只受 理符合上述資助范圍的申請項(xiàng)目。國家自然科學(xué)基金委員對面上項(xiàng)目評審的基本程序 如下圖1 2 。 圖1 2 我國面上項(xiàng)目評審的基本程序 f i g1 2t h ef u n d a m e n t a lp r o c e d u r eo f p r o j e c te v a l u a t i o ni nc h i n a 第一章綜述 1 4 面臨的。非共識”問題 雖然我國的基金制一直得到科學(xué)界的普遍贊譽(yù)，被科技界公認(rèn)為值得資助的研究 項(xiàng)目和研究人員獲得資助無疑比通過行政指令的方式更能得到科技界的歡迎。然而另 一方面的問題逐漸顯現(xiàn)出來，通過這個系統(tǒng)能夠獲得資助的項(xiàng)目一般須取得評審各方 的同意，如果任何一方存有異議，就有被否定的可能。況且，兩級同行評議的意見取 決于若干個人，其中任何一人如果挑出項(xiàng)目存在的問題，那么不被通過的危險就很大， 所以獲準(zhǔn)通過的極有可能是設(shè)計(jì)方案無錯可挑、但缺乏創(chuàng)新思想的平庸保守項(xiàng)目，具 有創(chuàng)新性的項(xiàng)目，往往因?yàn)槠渲械蔫Υ枚惶蕴?。其關(guān)鍵的原因就在于對評審中非 共識項(xiàng)目的處理。 在評審系統(tǒng)中取得共識贊同的項(xiàng)目獲得資助是無疑的，其中大部分項(xiàng)目也是值得 資助的，雖然有些項(xiàng)目的創(chuàng)新性不足，但對于促進(jìn)科學(xué)研究的發(fā)展和通過研究項(xiàng)目培 養(yǎng)訓(xùn)練年輕的科學(xué)家也是有價值的。如果對申請項(xiàng)目的意見一致是否定的，那么獲得 資助的可能性為零。即便可能是有創(chuàng)新、有價值的項(xiàng)目也無法得知?？茖W(xué)發(fā)展史表明， 完全不被當(dāng)時科學(xué)共同體承認(rèn)的創(chuàng)新思想是超越時代的個例，同時代的社會無法負(fù) 責(zé)。這里主要考慮的是，在科學(xué)界內(nèi)引起爭議的思想是否具有推動科學(xué)飛躍性發(fā)展價 值? 這樣具有創(chuàng)新思想的研究如何通過一個良好的機(jī)制獲得鼓勵性支持。這就是我們 研究科學(xué)基金評審系統(tǒng)中“非共識”現(xiàn)象和并對之采取科學(xué)態(tài)度的意義。 “小同行”的同行評議是項(xiàng)目評審的基礎(chǔ)，在其中引起的“非共識”直接引起項(xiàng) 目評審的后期結(jié)果。所以，我們直接分柝其“非共識”現(xiàn)象。其中對項(xiàng)目的評議有定 性和定量的兩個方面，理論上說，定量和定性的評議應(yīng)當(dāng)相稱，當(dāng)然也有很多個例表 明，某些評議人的定性和定量相互矛盾，這一問題一直困擾著基金委的項(xiàng)目主任。 所以非共識的量化問題是如今基金評審過程中亟待解決的關(guān)鍵問題，也是本文主 要討論的方向之一。 1 5 本文主要工作 每年國家自然科學(xué)基金委員會要受理大量的申請項(xiàng)目，公平合理的評價這些申請 項(xiàng)目對我國的科技發(fā)展有巨大的影響。這涉及到資金的合理分配和優(yōu)化利用的問題， 也是科研工作者十分關(guān)心的問題。本文以國家自然科學(xué)基金為主要研究對象，應(yīng)用優(yōu) 化理論、歸一化方法、引入完全信息集理論，討論了上述方法在基金評審中的應(yīng)用。 項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用 并首次提出了關(guān)于評審專家的反評估模型及方法。主要工作如下： 本文在上述方法的基礎(chǔ)上，引入完全信息集的概念，應(yīng)用復(fù)合序列比較的方法， 提出關(guān)于基金評審的復(fù)合序列比較方法； 對于由于項(xiàng)目非共識度分布不一致，從而影響評審尺度的問題，應(yīng)用優(yōu)化理論、 歸一化方法等，建立確定平均非共識度和最大非共識度的優(yōu)化模型與算法，克服了因 最大非共識度的不同影響項(xiàng)目評審公正性的弊端； 最后，提出專家評審的平均差異和絕對差異、命中率、成功率等概念，得到專家 反評估的量化指標(biāo)。并應(yīng)用優(yōu)化理論建立了專家反評估的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法。 歸一化方法和專家反評估在基金委的實(shí)際項(xiàng)目評審中得到采用，實(shí)際應(yīng)用效果較 為理想。 第二章完全信息及方法 2 完全信息集方法 2 1 完全信息集方法 2 1 1 背景 復(fù)合序列的比對是數(shù)學(xué)及其它學(xué)科研究的基礎(chǔ)和熱點(diǎn)問題，它的應(yīng)用背景也是非 常廣泛的。隨著數(shù)學(xué)研究與其他學(xué)科相互結(jié)合程度的加深，尤其是生物數(shù)學(xué)和金融數(shù) 學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，復(fù)合數(shù)列比較的得到了新的應(yīng)用，也要求其在現(xiàn)有的理論結(jié)果上有 更深人的研究。例如現(xiàn)在生物學(xué)比較熱門的基因研究中，破譯d n a 片斷是一個非常 重要的科研方向。一般來說，比較的d n a 鏈長度至少是6 0 0 0 8 0 0 0 或更多，而且 d n a 鏈的比較不是單純的單個基因的比較，而是某個基因片段的比較，這里要涉及 到組合學(xué)和優(yōu)化等多方面的知識，如果沒有好的理論前提做依據(jù)，沒有一個好的比較 模型和算法，不僅計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)起來困難，更影響最終的研究結(jié)果。隨著科學(xué)技術(shù)的不 斷進(jìn)步，研究者們紛紛致力于改進(jìn)現(xiàn)有的優(yōu)化算法，或是另辟蹊徑創(chuàng)立全新的理論分 支，但其目的都是在實(shí)際中得到更好的應(yīng)用。同樣地，復(fù)合序列的比較在國家自然科 學(xué)基金的項(xiàng)目評審中的應(yīng)用更為重要。每年國家自然科學(xué)基金委員會要受理大量的申 請項(xiàng)目，公平合理地評價這些項(xiàng)目對我國的科技發(fā)展有巨大的影響。項(xiàng)目評審涉及到 資金的合理分配和優(yōu)化利用的問題，同時也是科技工作者十分關(guān)心的問題。當(dāng)然，復(fù) 合序列的比對問題在醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域也有很廣泛的應(yīng)用。 目前國內(nèi)外有關(guān)比對問題的比較成熟的理論有： 一、比對方法( a l i g n m e n ta p p r o a c h e s ) 。這種方法提出的較早，1 9 7 2 年就有了 較成熟的方法，但此種方法有相當(dāng)大的不適宜性，如今已應(yīng)用的很少； 二、遍歷與統(tǒng)計(jì)法( h e u 口i s t i ca p p r o a c h e sa n ds t a t i s t i c a li t i e t h o d s ) 。此法被廣泛應(yīng) 用到d n a 測序中，是應(yīng)用最多的方法之一。但遍歷與統(tǒng)計(jì)法包含了某些主觀因素， 如選擇最優(yōu)準(zhǔn)則，如何打分等，而“測量序列中的匹配、不匹配”這種方法往往不可 能用于比對方法，而且常常要求比較的序列是固定不變且可遍歷的，但在實(shí)際中這往 往是不能實(shí)現(xiàn)的。 三、信息理論法( i n 如r m a d o n t h e o r ya p p r o a c h e s ) 。是g a t l i n 于1 9 7 8 年提出的， 稍晚于比對方法。雖然此法依靠序列的原始信息而不包含主觀因素，但許多信息理論 在基因測序研究中都不成立或應(yīng)用很少，某些研究結(jié)果甚至否定了原有的信息理論結(jié) 1 4 項(xiàng)目評審模型、算法及在基金評審中的應(yīng)用 果。 以下有幾個基本信息學(xué)理論著重應(yīng)用于測序： a 條件熵方法( c o n d i t i o n a l e n t r o p ya p p r o a c h e s ) ： 在本算法中，將比對信息分為兩類：潛在信息( p o t e n t i a li n f o r m a d o n ) 和存儲信 息( s t o r e d i n f o r m a t i o n ) 。定義整體的偏差d 爪，使 d ，= h 。一風(fēng) 這里h 。= 一p 。p f p 扯p 渺。l o g p 咖。，h 。表示不確定性的極大 值，p + 為條件概率。 b 熵估計(jì)法( t h ee n t r o p ye s t i m a t i o na p p r o a c h e s ) ； 本文主要介紹s h a n n o n 熵和k u l l b a c k l e i b e r 熵。其中，s h a n n o n 熵的定義如下： 令 p b 硝睜= z 勘，。卜z a ) ，p ，= p l 幔)p 協(xié) 硝隆。1 勘，猢卜2 ) 3 ，) ，胙 幔) r 為一分布，則s h a n n o n 熵定義為 日( p ) = - z p ，l o g p ，p f 但s h a n n o n 熵具有不確定性，只能用于一個分布的比對。而k u l l b a c k - l e i b e r 熵可以用 于兩個分布的比對。k u l l b a c k - l e i b e r 熵定義為 日( 尸，9 ) = 只l 。g i q i ，p , q f 其中p ：= 0 ，p ：，p 1q ；( g 。，g ：，吼) 分別為兩個分布。 對于比較一組序列的偏差來說，上述兩種方法都不能很好的實(shí)現(xiàn)。而且對于例如 基因序列的比較來說，基因可看成一個隨機(jī)序列，故很難用一個簡單的熵估計(jì)法把他 們區(qū)分開。因此，有了以下的方法。 c 完全信息集法( c o m p l e t e i n f o r m a t i o ns e tm e t h o d ) ； 這種方法有許多以前的熵方法沒有的好性質(zhì)，在基因測序上的應(yīng)用效果很好，但目前 在其他領(lǐng)域沒有效果較好的應(yīng)用。 下面是完全信息集函數(shù)即f d o d 函數(shù)與s h a n n o n 熵和k u l l b a c k l e i b e r 熵一些基本 第二章完全信息及方法 性質(zhì)的比較( 見下表2 1 ) 基本性質(zhì)s h a n n o n 熵 k u u b a c k l e i b e r 熵f d o d 函數(shù) 不確定性，無序性，用用于兩個分布的偏差比用于組分布的偏差比 概念基本含義 于一個分布的偏差較較 數(shù)據(jù)量 l2s 2 非負(fù)性 y e sy e sy e s 一致性 y e s y e s 對稱性 y e s y e s 有界性 y e sy e s 一致連續(xù) y e sy e s 最大值 i n t s l n s ，( s i n t ) 凸性或凹性凹凸凸 單調(diào)性 y e s 平均值恒定性 y e s 線矬奇次性 y e sy e s 單調(diào)分布的有效性 y e s 圖2 1s h a n n o n 熵、k lm e