CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DE REDES DE PALAVRAS-CHAVE EM REPOSITÓRIOS DE PUBLICAÇÕES CIENTÍFICAS

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1 XI Simpósio de Mecânica Computacional II Encontro Mineiro de Modelagem Computacional Juiz De Fora, MG, de Maio De 2014 CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DE REDES DE PALAVRAS-CHAVE EM REPOSITÓRIOS DE PUBLICAÇÕES CIENTÍFICAS Thiago M. R. Dias Gray F. Moita Programa de Pós-graduação em Modelagem Matemática e Computacional Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Av. Amazonas, 7576, Nova Gameleira, , Belo Horizonte, MG Resumo. A produção e publicação de trabalhos científicos têm aumentado significativamente nos últimos anos, sendo a internet o principal fator de acesso e distribuição destes trabalhos. Diante disto, existe um crescente interesse no entendimento de como as pesquisas científicas têm evoluído, objetivando explorar este conhecimento para impulsionar grupos de pesquisa a se tornarem mais produtivos. Logo, o objetivo deste trabalho é explorar repositórios contendo dados de publicações científicas e caracterizar redes de palavras-chave destas publicações, com o intuito de identificar as palavras-chave mais relevantes, e ainda destacar aquelas que têm o maior impacto na rede. Para isto, cada artigo do repositório em estudo tem as suas palavras-chave extraídas e inseridas, como uma clique no grafo de palavraschave por justaposição, após a modelagem da rede, diversas métricas de análise de redes sociais são aplicadas para a identificação das palavras em destaque. Palavras-Chave: Redes de Palavras, Produção Científica, Análise de Redes Sociais.

2 Caracterização e Análise de redes de palavras-chave em repositórios de publicações científicas 1 INTRODUÇÃO Grafos ou redes são ferramentas poderosas que permitem abstrair relações entre pares de objetos, na qual os vértices representam objetos e arestas os relacionamentos. Em alguns casos, os vértices e arestas correspondem a objetos físicos no mundo real, em outros, os vértices são objetos reais, enquanto as arestas correspondem a relações intangíveis (Nowell e Kleinberg, 2003). Em redes de transporte, por exemplo, o mapa das rotas utilizadas por uma transportadora aérea forma naturalmente um grafo onde os vértices são os aeroportos, e existe uma aresta entre dois vértices se há um voo direto entre dois aeroportos. Já em redes de comunicação, um conjunto de computadores ligados por um canal de comunicação pode ser modelado como um grafo, no qual cada vértice representa um computador e arestas representam ligações físicas entre eles (Nowell e Kleinberg, 2003). Entre os vários tipos de redes, existem as redes sociais. Uma rede social é um conjunto de pessoas ou grupos que têm algum tipo de relação entre eles (Newman, 2001). Freire e Figueiredo (2011), revela que as relações entre as pessoas podem ser de amizade, parentesco ou colaboração (por exemplo, em um artigo os coautores). Em uma rede social de amizade, a relação entre duas pessoas pode representar uma amizade entre elas. Em uma rede de relações de parentesco entre as pessoas pode indicar que duas pessoas pertencem à mesma família. No domínio científico, um exemplo de uma rede social é a rede de colaboração científica que é observado como um grafo no qual os vértices correspondem aos autores de publicações científicas e as arestas correspondem a relação de coautoria. Neste tipo de rede, as arestas podem ou não ser ponderadas. A adição de peso representa o número de artigos em conjunto que os autores publicaram. Nos últimos anos, além da produção científica, tem havido um constante crescimento no estudo das redes em relação às diversas disciplinas que vão desde a ciência da computação a áreas como a sociologia e a epidemiologia. A rede pode ser caracterizada como um grafo, que consiste de um conjunto de nodos (vértices) e ligações (arestas) entre os nós. Estas ligações podem ser, dirigidas ou não dirigidas, e podem, opcionalmente, ter um peso associado. Muitos, talvez quase todos os fenômenos naturais geralmente podem ser descritos em termos de uma rede. O cérebro pode ser caracterizado como uma rede de neurônios ligados por sinapses. A Internet também é um exemplo de uma rede importante nos dias atuais. Os tópicos citados já foram objetos de estudo por vários pesquisadores; no entanto, foi apenas recentemente que a análise de redes tornou-se uma importante área de pesquisa. Isto é em parte devido ao avanço dos computadores. Os computadores têm auxiliado no estudo empírico de redes reais, e permitiram que os pesquisadores de diferentes áreas aplicassem suas técnicas em grandes redes. A forte relação entre o domínio científico e sócio econômico tem proporcionado um interesse crescente pela compreensão dos mecanismos que envolvem as atividades científicas, sendo possível apontar diversos trabalhos que analisam elementos da sua construção como as características da linguagem e dos discursos empregados na comunicação científica ou ainda a relação de colaboração entre pesquisadores (Alves et al., 2011). A relação de cooperação entre os investigadores também foi analisada (Ding, 2011).

3 Thiago M. R. Dias e Gray F. Moita Para Stroele et al. (2012), as redes sociais científicas são tipos específicos de redes sociais que representam as interações sociais originadas do ambiente acadêmico. Essas interações ocorrem geralmente por meio da publicação de artigos científicos, orientações acadêmicas e no desenvolvimento de projetos de pesquisa. Vários objetivos pode levar ao estudo de redes de colaboração científica, como a recomendação de novos colaboradores, intensificando a colaboração, a classificação de grupos ou indivíduos, ou grupos de identificação e suas características. Em alternativa, este trabalho tem como objetivo explorar as palavras-chave de publicações científicas para a geração de redes permitindo, assim, aplicar técnicas de análise de redes sociais para a extração de conhecimento. Com a aplicação de tais técnicas é possível identificar nós (palavras) com um maior grau de influência e desta forma as palavras mais impactantes e influentes entre as palavras que compõem a rede. 2 TRABALHOS RELACIONADOS Com a concorrência cada vez mais acirrada entre as organizações e instituições de pesquisa, torna-se importante para os seus membros descobrir potenciais colaboradores a fim de alavancar a produção científica. Estudos recentes mostram que os grupos de pesquisa com uma rede bem conectada tendem a ser mais produtivos (Brandão e Moro, 2012; Lopes et al., 2011). As redes de coautoria de uma comunidade podem revelar fatos interessantes sobre eles, como os grupos que colaboram melhor, a intensidade das relações entre autores ou autores que trabalham com um maior grau de colaboração. O estudo de redes de coautoria, também pode ser usado para comparar os padrões de colaboração entre diferentes comunidades científicas (Junior et al., 2011). Canibano e Bozeman, (2009) sugerem que a análise de currículos pode ser usada como uma fonte suficientemente abrangente de informações na pesquisa acadêmica, e que a sua utilidade tem sido amplamente explorada a partir de No trabalho de Petersen et al. (2012), são destacados fatores de grande relevância para o sucesso acadêmico em redes científicas. Dentre eles estão à abundância de produção científica que potencializa a atração de oportunidades futuras e tamanho da equipe de colaboradores, coautores e rede de colaboração. Diante disto, é evidente a importância de novos estudos com o objetivo de entender e analisar como a colaboração científica acontece, bem como propor novas ferramentas que visam impulsionar a produção científica. Outros trabalhos de pesquisa em análise de redes científicas podem ser vistos em (Dias e Moita, 2013; Alvarenga et al., 2012; Freire e Figueiredo, 2011; Oliveira et al., 2011; Mena- Chalco et al., 2009; Reijers et al., 2009). Estas propostas baseiam-se no potencial de mineração, visualização e análise da estrutura de redes sociais de pesquisadores, instituições e grupos de pesquisa em uma área particular, a partir de suas produções científicas, especialmente artigos acadêmicos produzidos pelos pesquisadores. Na obra de Cataldi et al. (2010), eles reconhecem o importante potencial do Twitter e propõe uma técnica de detecção de temas emergentes, que permite recuperar em tempo real a maioria dos tópicos emergentes expressos pela comunidade. Primeiro, extrai o conteúdo (conjunto de termos) dos tweets e modelam o ciclo de vida dos termos de acordo com uma técnica de envelhecimento com a intenção de explorar os termos emergentes. Um termo pode

4 Caracterização e Análise de redes de palavras-chave em repositórios de publicações científicas ser definido como emergente se frequentemente ocorre no intervalo de tempo especificado e que era relativamente raro, no passado. Além disso, considerando que a importância de um conteúdo também depende da sua fonte, são analisadas as relações sociais na rede com o algoritmo Page Rank, a fim de determinar a autoridade dos usuários. Finalmente, são gerados grafos de tópicos que ligam os termos emergentes com outras palavras-chave relacionadas semanticamente, permitindo a detecção dos tópicos emergentes, sob restrições de tempo especificado pelo usuário. Eles oferecem diferentes estudos de caso que mostram a validade da abordagem proposta. Figura 1. Figura 1: O tamanho dos nós destaca a sua importância na rede analisada (Cataldi et al., 2010) Em Zhu et al. (2013), com base na rede composta de palavras-chave da biblioteca da área de ciência da informação que são extraídas da base Scopus, são levadas em consideração as principais propriedades da distância média e do coeficiente de clusterização. Os autores, com a aplicação de técnicas de redes complexas e por meio de cálculos, revelam o efeito do mundo pequeno da rede de palavras-chave. Na base da rede de palavras-chave, o grau de centralidade é usado para realizar um estudo preliminar sobre como detectar os hotspots de uma disciplina de pesquisa. 3 DESENVOLVIMENTO Neste trabalho, foram utilizados os dados da Plataforma Lattes do CNPq. A Plataforma Lattes foi concebido para integrar os sistemas de informação dos órgãos federais brasileiros, otimizando o processo de gestão de Ciência e Tecnologia (C&T) do ponto de vista tanto do usuário, bem como agências de fomento e instituições de ensino e pesquisa (Dias et al., 2013). A escolha da Plataforma Lattes para a extração está relacionada ao fato de que ela é extremamente rica, pois trata da integração de dados científicos de currículos e de instituições da área de C&T, registrando os dados acadêmicos e as produções científicas dos

5 Thiago M. R. Dias e Gray F. Moita pesquisadores e instituições, permitindo que a atualização dos dados seja realizada pelos próprios pesquisadores. Atualmente a Plataforma Lattes conta com aproximadamente 3.6 milhões de currículos cadastrados. Vários artigos para análise de dados científicos têm explorado a Plataforma Lattes como fonte primária de informação (Fadigas e Pereira, 2013; Mena-Chalco et al., 2012; Alves et al., 2011a; Alves et al., 2011b; Fernandes et al., 2011; Alves et al., 2009; Arkin et al., 2004). Apesar dos dados dos currículos da Plataforma Lattes ser disponibilizados livremente, estes são visualizados através de interface de consulta que apresenta os currículos individualmente. Diante disto, técnicas e ferramentas para a extração e integração dos dados com outras bases de dados científicos para complementação das informações se fazem necessárias. Para a extração dos currículos a serem analisados, foi utilizado o framework de extração e integração de dados científicos desenvolvido por Dias et al. (2013). Figura 2. Figura 2: Framework para extração de dados da Plataforma Lattes (Dias et al., 2013) O framework realiza a extração dos dados da Plataforma Lattes, através dos identificadores individuais de cada um dos currículos, estes são extraídos e armazenados em formato XML (extensible Markup Language) para posterior análise. No framework, diversas outras funcionalidades estão incorporadas, como por exemplo a extração de grupos de pesquisa e de pesquisadores que compõem a plataforma, no entanto, para o objetivo deste trabalho somente o extrator de currículos foi utilizado.

6 Caracterização e Análise de redes de palavras-chave em repositórios de publicações científicas Após a extração e armazenamento, cada uma das publicações registadas em um currículo são analisadas e as suas palavras-chave formam uma clique, que é inserida no grafo por justaposição. Diante disso, todos os artigos cadastrados são analisados e todas as palavras destes artigos são inseridas no grafo, sendo este processo finalizado quando todos os artigos são verificados em todos os currículos que compõem a base em análise. Figura 3. Figura 3: Exemplo de Rede de Palavras Com o grafo construído, onde nós representam palavras e as arestas correspondem a ocorrência de duas ou mais palavras na mesma publicação, é possível observar dentre este conjunto de palavras, as palavras mais frequentes (nós maiores) e as palavras que aparecem em conjunto com maior frequência (arestas mais esparsas). Diante disso, é possível identificar visualmente as palavras mais relevantes e as suas ligações a cada grupo de currículos analisado. Assim, é facilmente possível extrair quais são os tópicos (palavras-chave) que têm maior influência nas redes analisadas. 4 RESULTADOS Com a adoção de métricas de análise de redes sociais, é possível identificar características que não são visualmente identificados. Estas características são importantes porque podem revelar informações valiosas com o objetivo de fomentar a investigação com base em temas emergentes. Os resultados das amostras dessas métricas são matrizes que apresentam a análise da frequência de uma determinada palavra para cada autor, a matriz de distância que representa a distância entre uma determinada palavra e outra no grafo em questão e também a matriz de

7 Thiago M. R. Dias e Gray F. Moita vizinhos em comum, que permite visualizar as palavras que estão ligadas com o conjunto de todas as outras palavras. Para a análise de vizinhos em comum, uma matriz n x n é criada, sendo n a quantidade de palavras e desta forma são inseridos valores que representam a quantidade de vizinhos (palavras) em comum que cada palavra-chave possui com outra. Tabela 1. Tabela 1: Matriz de vizinhos em comum. acreditaca-hospital acupuntur acust adaptaca aderenc adesa aco aco-afirm acreditaca-hospital acupuntur acust adaptaca aderenc adesa administraca adoca-tecnolog Estas matrizes são importantes pois seus resultados permitem a realização de trabalhos em diversas área de pesquisa como os sistemas de classificação e recomendação, que visam classificar as palavras ou recomendar palavras que podem trabalhar em conjunto com novas palavras em que um pesquisador pode considerar para futuras investigações. Além das matrizes com diferentes métricas, diversos outros grafos podem ser gerados para a análise de redes de palavras-chave. Figura 4. Figura 4: Rede de Palavras com peso nas arestas e áreas de aplicação

8 Caracterização e Análise de redes de palavras-chave em repositórios de publicações científicas A Figura 4 mostra uma rede de palavras-chave de currículos do grupo de pesquisadores do Programa de Pós Graduação em Modelagem Matemática e Computacional do CEFET-MG, e as suas relações, estas relações são representados pelas palavras que foram usadas em um mesmo artigo. A espessura das arestas indicam o número de publicações em que as palavras aparem em uma mesma publicação e a cor dos nós indica as diferentes áreas em que as palavras foram publicadas. Diante disso, é possível observar as palavras utilizadas em conjunto com maior freqüência e as palavras não são utilizadas com outras em um mesmo trabalho. Outro exemplo de uma rede que pode ser gerada é a rede da Figura 5. Nesta rede, nós representam autores e arestas entre estes autores indicam as palavras-chave que os autores utilizaram em comum. Portanto, diante da rede é possível identificar os pesquisadores que trabalharam com as mesmas palavras, já que as arestas são formadas por palavras-chave que um autor usou em comum com outro, podendo desta forma indicar pesquisadores que trabalham com temas relacionados e que podem intensificar ou iniciar colaboração. Figure 5: Rede de autores (vértices) por palavras (arestas) 5 CONCLUSÕES Com a análise de palavras-chave de publicações científicas, pode-se extrair várias informações relevantes que podem ajudar na compreensão de quais temas de pesquisa estão evoluindo e, portanto, deveriam receber maior atenção.

9 Thiago M. R. Dias e Gray F. Moita O método proposto neste trabalho analisa todas as palavras-chave que compõem uma publicação e a construção de um grafo de palavras-chave é realizado por inserção de cliques, e após a construção do grafo, métricas de análise de redes sociais são aplicadas para identificar informações relevantes para a compreensão dessas redes. Além disto é possível obter conhecimento sobre tópicos de pesquisa em que determinados grupos de pesquisadores têm direcionado seus esforços e como esses temas têm sido investigados em diversas áreas de pesquisa. REFERENCIAS ALVARENGA, P. J. L.; GONÇALVES, M. A.; FIGUEIREDO, D. R. Ranqueamento Supervisionado de Autores em Redes de Colaboração Científica. SBBD - Simpósio Brasileiro de Banco de Dados, 2012, São Paulo, Brasil. ALVES, A.; YANASSE, H.; SOMA, N. Extração de Informação na plataforma Lattes para identificação de redes sociais acadêmicas. Workshop dos Cursos de Computação Aplicada do INPE, 2009, São José dos Campos, Brasil. ALVES, A. D.; YANASSE, H. H.; SOMA, N. Y. Perfil dos bolsistas pq das áreas de engenharia de produçao e de transportes do cnpq: enfoque na subárea de pesquisa operacional. XLIII Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, 2011a, Ubatuba, SP, Brasil.. SUCUPIRA: Um Sistema de Extração de Informações da Plataforma Lattes para Identificação de Redes Sociais Acadêmicas. CISTI'2011 (6ª Conferência Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informação), 2011b, Chaves, Portugal. ARKIN, A. et al. Web services business process execution language version 2.0. Working Draft, December, BRANDÃO, M. A.; MORO, M. M. Recomendação de Colaboração em Redes Sociais Acadêmicas Baseada na Afiliação dos Pesquisadores. SBBD - Simpósio Brasileiro de Bancos de Dados, 2012, São Paulo, Brasil. CAÑIBANO, C.; BOZEMAN, B. Curriculum vitae method in science policy and research evaluation: the state-of-the-art. Research Evaluation, v. 18, n. 2, p , ISSN CATALDI, M.; CARO, L. D.; SCHIFANELLA, C. Emerging topic detection on Twitter based on temporal and social terms evaluation. Proceedings of the Tenth International Workshop on Multimedia Data Mining. Washington, D.C.: ACM: 1-10 p DIAS, T. M. R.; MOITA, G. F. Extraction and Modeling of Scientific Collaboration Networks. Conferência IADIS Ibero-Americana WWW/Internet, 2013, Porto Alegre, Brasil. DIAS, T. M. R. et al. Modeling and Characterization of Scientific Networks: A Study of the Lattes Platform. Brazilian Workshop on Social Network Analysis and Mining (BraSNAM), 2013, Maceió, Brasil. DING, Y. Scientific collaboration and endorsement: Network analysis of coauthorship and citation networks. J. Informetrics, v. 5, n. 1, p , Disponível em: < >.

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