基于Tableau的世界银行科技数据探析

2006年，中国在专利总量上首次超过美国，跃居第一，成为国际专利申请数量最多的国家，从而打破了美国多年来专利申请的霸主地位。中国的技术创新还处于大部分技术依靠向国外购买技术专利的阶段。

需要完成CSE512:数据可视化的探索性数据分析。

内容数据选择数据来源:19604-2017年世界银行数据。世界银行通过气候变化、经济、教育、环境、性别平等、健康和科技等指标跟踪全球人类发展。世界银行提供的数据包括:

选择以科学-和-技术为主题的数据进行分析。数据集的结构如下:

包括各种科技指标。

讨论方向科学技术是第一生产力，中国实现经济腾飞需要科技的助力，进一步突破经济发展的瓶颈需要科技的质变。是什么影响了中国的科技发展？什么代表科技发展水平？中国应如何进一步突破经济发展瓶颈，推动科技发展？衡量科技发展的指标从来都是整体而非个体。我将通过数据中的一些措施来讨论上述问题。

专利申请量和拥有量应该是一个国家或地区科技水平的重要指标，可以反映一个国家或地区的创新能力、科技水平和市场化程度，衡量其科技产出和知识创新。

将近几十年全球专利申请数量的变化做一个折线图如下:

可以看出，自2000年以来，我国发明专利申请量呈井喷式增长。2000年，居民(包括非居民)专利申请总量为51906件，到2018年，已经达到1542002件，18年专利申请量增长了近30倍。并且在2011年，中国在专利总量上首次超过美国，跃居第一，成为国际专利申请数量最多的国家，从而打破了美国40年来专利申请的霸主地位。

同时，分析了2020年专利申请的构成:

可以看出，中国的居民专利申请占大多数，而居民和非居民申请的比例在各国之间差异很大。例如，在美国提交的所有申请中，超过一半是非居民申请，而在中国，非居民申请的比例不到十分之一。

综上所述，中国专利申请的巨大增长反映了中国居民专利申请和专利保护意识的增强以及知识产权保护的增强，在自主专利申请数量上已经超过美国等创新型国家。

但这是否意味着我们是创新的全球领导者？

事实上，这个专利指数对中国科技经济的影响远没有想象中的那么大，呈现出投入与产出的严重失衡。

国际贸易中知识产权使用费的收支是衡量一个国家创造市场化知识价值能力的核心指标。我国知识产权使用费的收支一直处于赤字状态，这说明我国不是一个有价值的知识产权创造大国。

可视化知识产权使用的支付费用和在中国使用知识产权的收益；

2017年之前可以看到。虽然我国专利数量庞大，但知识产权的支付与使用知识产权的收入不成正比，每年都有巨额专利费支付给其他专利成果，而我国专利成果的收入却很少。要到2017年，中国专利成果带来的效益才会一路赶上，到2020年，超过缴纳的专利费。

比较一下美国的收入和支出比例:

可以发现，美国和中国的收支发展恰恰相反。2017年后，美国在专利费上逐渐入不敷出，但在知识产权上一直保持贸易顺差。因为美国百年来积累的专利成果，带来的专利效益还是巨大的。

我们不否认中国已经成为国际专利申请数量最多的国家，从而打破了美国长达40年的专利申请霸主地位的战略价值和意义。但在欣喜的同时，我们更应该清醒地看到专利申请数量背后的差距和问题。这反映了近年来垃圾专利申请量的快速增长，专利的东西宏观调控一定程度上催生了泡沫。中国的技术创新还处于大部分技术依靠向国外购买技术专利的阶段。中国迫切需要加强创造、保护和运用知识产权的能力，鼓励高价值专利的培育。中国要想跻身创新型国家前列，甚至成为世界科技强国，至少必须是国际贸易中知识产权贸易顺差的国家。

综上所述，我们应该客观了解我国发明专利申请量和专利有效量。这些数字只能说明我国人民专利意识的提高，而不能说明我国科技创新能力的提高。

科技期刊发表文章的数量和R&D人员的比例在一个国家的科技创新活动中起着基础性作用，是衡量一个国家科技产出的重要指标之一。全面掌握科技论文产出情况是了解和评价国家科技工作的一个重要方面。

世界各国科学期刊发表文章的统计分析如下:

可见，从2000年开始，我国科技期刊论文迎来了“新的春天”。2004年后，世界各国科技期刊发表数量进入稳定期，而中国继续加速增长，2016年超过美国成为发表数量最多的国家。

比较2000年前后中国科技期刊发表的文章总数；

1970-2000

2000年以后

可以看出，2000年以后，我国发表的科技文章总量的比例一直在上升，居世界第二，仅次于美国。造成这种情况的原因，大概是中国加大了科技投入，科研工作者的比例提高了。

为了证实这一猜想，我们设想一下中国(包括香港和澳门)R&D人的数量(每百万人)。

可以看出，中国的科研人员越来越多，增长速度越来越快。从2000年到2018年，研究人员的数量增加了五倍。2009年有减少趋势，可能是受2008年金融危机影响，科研人员就业减少。

国际环境下R&D人才投资的比较：

我国R&D人员虽然增长较快，但远低于发达国家平均每百万人R&D人员数量，与主流发达国家相比差距还很大。

当然，中国人口基数庞大，R&D人员比例不太可能追求世界第一。比如以色列和丹麦，人口不多，科研人员比例世界第一第二。单看R&D人员比例，参考意义不大。

从整体上看，我国更多的科研人员走上了国际舞台，更加重视国际论文的撰写，极大地促进了我国科学技术的基础发展。但也要认识到，虽然我国发表论文数量排名第一，但撤稿数量也是第一。这反映出中国应该提高论文质量，重复抄袭“不容忽视”，端正学术态度。同时，在迈向创新型国家前列、建设科技强国的征途上，在一定程度上提高R&D人员比重、扩大R&D人员规模是必不可少的选项。

研发支出(GDP)科技是第一生产力，这不是一句口号，而是需要巨大的投入才能产生理想的效果。

影响上述指标的一个根本原因是国家对科技事业的重视程度，最直接的表现就是国家的研发支出(占GDP的比重)，即科技投入占GDP的比重。

说到科技投入，大多数人从来不认为欧美国家在这个领域一定是最好的。令人信服的理由是，欧美国家引领了多次工业革命。但事实上，当数据可视化后，有一个惊人的发现:

可以看到，世界主要发达国家的科技投入自上世纪90年代以来一直在稳步增加，但从2000年开始，韩国的科技投入不断增加，2003年超过美国，2009年超过日本(2019年超过一直雄踞榜首的以色列，成为世界科技第一大国)。

但在2013年之前，中国的科技投入始终低于世界平均值，每年都在稳步增长，2013年之后逐渐接近平均值。

从上面可以看出，韩国的面积虽然相当于中国的浙江省，但却多次占据世界创新指数排行榜的第一名，是一个创新大国。韩国重视基础基础科学和企业研发，值得中国学习和借鉴。随着我国科研投入的不断加大，相信未来我国科技水平与发达国家的差距会越来越小，未来我国会诞生更多高薪的科技企业。

高科技产品的出口，从经济指标上可视化了世界各国的国内生产总值；

可以看到，中国从1990年开始经济加速，直到2009年超过日本，成为世界第二大经济体，但从2020年开始经济发展放缓。事实上，这正是受中国从高数量向高质量转变政策的影响。

中国经济应该由高端制造业驱动。中国的人口红利正在丧失，劳动力成本越来越高，于是服装生产、手机组装等低端制造业转移到了东南亚，而中国现在正处于转向高端制造和高附加值产品制造的时期。

可视化2019年中国高技术出口量；

可以看到，在中国政府采取了一系列措施后，到2019年，中国高技术产品出口在全球已经占据了很大比重，实现了弯道超车。高技术产品出口规模的扩大为中国经济发展做出了巨大贡献，尤其是GDP的巨大增长。

高技术出口的迅速扩大与R&D人员的增加、发表的大量科学论文以及对专利保护的日益重视密切相关。

虽然近年来出口规模不断扩大，但很多正在出口的产品都是附加值低的产品。我们应该认识到，低技术水平和低附加值的产业结构的弊端仍然存在，高技术产业的发展仍然处于不平衡阶段。

教育虽然我们从多项与科技相关的指标来衡量科技水平，但科技发展的根本在于教育。

在世界银行给出的数据中，中国大部分指标都是缺失数据。我找到了一个可以大致衡量相应科技水平的指标:高等教育学校招生人数(占总招生人数的百分比)。1990年世界高等教育机构入学率的可视化；

可以看出，世界上高等教育入学率高的地区主要集中在北美、欧洲和环太平洋少数发达国家。我国高等教育入学率远低于世界水平，主要与1977年刚刚恢复高考，教育制度还不完善有关。

但是从上面对GDP的直观分析可以看出，1990年，中国经济开始加速。这反映出当时经济发展的制约是低端产业，科技的影响较小。

继续设想2001年全球较高的入学率；

可以看到，21世纪初，中国高等教育入学率只有近10%，世界高等教育的核心仍在老牌发达国家，韩国、日本等新兴东亚大国也取得了巨大突破。我国高等教育入学率还有较大差距，仍处于探索阶段。