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学术前沿趋势分析Task03

作者：互联网

一、任务说明

二、数据处理步骤

在原始arxiv数据集中作者经常会在论文的comments或abstract字段中给出具体的代码链接，所以我们需要从这些字段里面找出代码的链接。

三、正则表达式

正则表达式(regular expression)描述了一种字符串匹配的模式（pattern），可以用来检查一个串是否含有某种子串、将匹配的子串替换或者从某个串中取出符合某个条件的子串等。

3.1 普通字符：大写和小写字母、所有数字、所有标点符号和一些其他符号

字符描述
[ABC]匹配 […] 中的所有字符，例如 [aeiou] 匹配字符串 “google runoob taobao” 中所有的 e o u a 字母。
[^ABC]匹配除了 […] 中字符的所有字符，例如 [^aeiou] 匹配字符串 “google runoob taobao” 中除了 e o u a 字母的所有字母。
[A-Z][A-Z] 表示一个区间，匹配所有大写字母，[a-z] 表示所有小写字母。
.匹配除换行符（\n、\r）之外的任何单个字符，相等于 [^\n\r]。
[\s\S]匹配所有。\s 是匹配所有空白符，包括换行，\S 非空白符，包括换行。
\w匹配字母、数字、下划线。等价于 [A-Za-z0-9_]

3.2 特殊字符：有特殊含义的字符

特别字符描述
( )标记一个子表达式的开始和结束位置。子表达式可以获取供以后使用。要匹配这些字符，请使用 ( 和 )。
*匹配前面的子表达式零次或多次。要匹配 * 字符，请使用 *。
+匹配前面的子表达式一次或多次。要匹配 + 字符，请使用 +。
.匹配除换行符 \n 之外的任何单字符。要匹配 . ，请使用 . 。
[标记一个中括号表达式的开始。要匹配 [，请使用 [。
?匹配前面的子表达式零次或一次，或指明一个非贪婪限定符。要匹配 ? 字符，请使用 ?。
\将下一个字符标记为或特殊字符、或原义字符、或向后引用、或八进制转义符。例如， ‘n’ 匹配字符 ‘n’。’\n’ 匹配换行符。序列 ‘’ 匹配 “”，而 ‘(’ 则匹配 “(”。
^匹配输入字符串的开始位置，除非在方括号表达式中使用，当该符号在方括号表达式中使用时，表示不接受该方括号表达式中的字符集合。要匹配 ^ 字符本身，请使用 ^。
{标记限定符表达式的开始。要匹配 {，请使用 {。
|指明两项之间的一个选择。要匹配 |，请使用 |。

3.3 限定符

字符描述
*匹配前面的子表达式零次或多次。例如，zo* 能匹配 “z” 以及 “zoo”。* 等价于{0,}。
+匹配前面的子表达式一次或多次。例如，‘zo+’ 能匹配 “zo” 以及 “zoo”，但不能匹配 “z”。+ 等价于 {1,}。
?匹配前面的子表达式零次或一次。例如，“do(es)?” 可以匹配 “do” 、 “does” 中的 “does” 、 “doxy” 中的 “do” 。? 等价于 {0,1}。
{n}n 是一个非负整数。匹配确定的 n 次。例如，‘o{2}’ 不能匹配 “Bob” 中的 ‘o’，但是能匹配 “food” 中的两个 o。
{n,}n 是一个非负整数。至少匹配n 次。例如，‘o{2,}’ 不能匹配 “Bob” 中的 ‘o’，但能匹配 “foooood” 中的所有 o。‘o{1,}’ 等价于 ‘o+’。‘o{0,}’ 则等价于 ‘o*’。
{n,m}m 和 n 均为非负整数，其中n <= m。最少匹配 n 次且最多匹配 m 次。例如，“o{1,3}” 将匹配 “fooooood” 中的前三个 o。‘o{0,1}’ 等价于 ‘o?’。请注意在逗号和两个数之间不能有空格。

四、具体代码实现以及讲解

首先我们来统计论文页数，也就是在comments字段中抽取pages和figures和个数，首先完成字段读取。

# 导入所需的package
import seaborn as sns #用于画图
from bs4 import BeautifulSoup #用于爬取arxiv的数据
import re #用于正则表达式，匹配字符串的模式
import requests #用于网络连接，发送网络请求，使用域名获取对应信息
import json #读取数据，我们的数据为json格式的
import pandas as pd #数据处理，数据分析
import matplotlib.pyplot as plt #画图工具

data  = [] #初始化
#使用with语句优势：1.自动关闭文件句柄；2.自动显示（处理）文件读取数据异常
with open("arxiv-metadata-oai-snapshot.json", 'r') as f: 
    for idx, line in enumerate(f): 
        d = json.loads(line)
        d = {'abstract': d['abstract'], 'categories': d['categories'], 'comments': d['comments']}
        data.append(d)
        
data = pd.DataFrame(data) #将list变为dataframe格式，方便使用pandas进行分析

data.head()
abstractcategoriescomments
0A fully differential calculation in perturba...hep-ph37 pages, 15 figures; published version
1We describe a new algorithm, the $(k,\ell)$-...math.CO cs.CGTo appear in Graphs and Combinatorics
2The evolution of Earth-Moon system is descri...physics.gen-ph23 pages, 3 figures
3We show that a determinant of Stirling cycle...math.CO11 pages
4In this paper we show how to compute the $\L...math.CA math.FANone

对pages进行抽取：

# 使用正则表达式匹配，XX pages
data['pages'] = data['comments'].apply(lambda x: re.findall('[1-9][0-9]* pages', str(x)))

data.head()
abstractcategoriescommentspages
0A fully differential calculation in perturba...hep-ph37 pages, 15 figures; published version[37 pages]
1We describe a new algorithm, the $(k,\ell)$-...math.CO cs.CGTo appear in Graphs and Combinatorics[]
2The evolution of Earth-Moon system is descri...physics.gen-ph23 pages, 3 figures[23 pages]
3We show that a determinant of Stirling cycle...math.CO11 pages[11 pages]
4In this paper we show how to compute the $\L...math.CA math.FANone[]
# 筛选出有pages的论文
data = data[data['pages'].apply(len) > 0]

data.head()
abstractcategoriescommentspages
0A fully differential calculation in perturba...hep-ph37 pages, 15 figures; published version[37 pages]
2The evolution of Earth-Moon system is descri...physics.gen-ph23 pages, 3 figures[23 pages]
3We show that a determinant of Stirling cycle...math.CO11 pages[11 pages]
5We study the two-particle wave function of p...cond-mat.mes-hall6 pages, 4 figures, accepted by PRA[6 pages]
6A rather non-standard quantum representation...gr-qc16 pages, no figures. Typos corrected to match...[16 pages]
# 由于匹配得到的是一个list，如['19 pages']，需要进行转换
data['pages'] = data['pages'].apply(lambda x: float(x[0].replace(' pages', '')))

data.head()
abstractcategoriescommentspages
0A fully differential calculation in perturba...hep-ph37 pages, 15 figures; published version37.0
2The evolution of Earth-Moon system is descri...physics.gen-ph23 pages, 3 figures23.0
3We show that a determinant of Stirling cycle...math.CO11 pages11.0
5We study the two-particle wave function of p...cond-mat.mes-hall6 pages, 4 figures, accepted by PRA6.0
6A rather non-standard quantum representation...gr-qc16 pages, no figures. Typos corrected to match...16.0

对pages进行统计：

data['pages'].describe().astype(int)

count    1089180
mean          17
std           22
min            1
25%            8
50%           13
75%           22
max        11232
Name: pages, dtype: int32

统计结果如下：论文平均的页数为17页，75%的论文在22页以内，最长的论文有11232页。

接下来按照分类统计论文页数，选取了论文的第一个类别的主要类别：

# 选择主要类别
data['categories'] = data['categories'].apply(lambda x: x.split(' ')[0])
data['categories'] = data['categories'].apply(lambda x: x.split('.')[0])

data.head()
abstractcategoriescommentspages
0A fully differential calculation in perturba...hep-ph37 pages, 15 figures; published version37.0
2The evolution of Earth-Moon system is descri...physics23 pages, 3 figures23.0
3We show that a determinant of Stirling cycle...math11 pages11.0
5We study the two-particle wave function of p...cond-mat6 pages, 4 figures, accepted by PRA6.0
6A rather non-standard quantum representation...gr-qc16 pages, no figures. Typos corrected to match...16.0
# 每类论文的平均页数
plt.figure(figsize=(12, 6))
data.groupby(['categories'])['pages'].mean().plot(kind='bar')

在这里插入图片描述

接下来对论文图表个数进行抽取：

data['figures'] = data['comments'].apply(lambda x: re.findall('[1-9][0-9]* figures', str(x)))
data = data[data['figures'].apply(len) > 0]
data['figures'] = data['figures'].apply(lambda x: float(x[0].replace(' figures', '')))

data.head()
abstractcategoriescommentspagesfigures
0A fully differential calculation in perturba...hep-ph37 pages, 15 figures; published version37.015.0
2The evolution of Earth-Moon system is descri...physics23 pages, 3 figures23.03.0
5We study the two-particle wave function of p...cond-mat6 pages, 4 figures, accepted by PRA6.04.0
9Partial cubes are isometric subgraphs of hyp...math36 pages, 17 figures36.017.0
15In this work, we evaluate the lifetimes of t...hep-ph17 pages, 3 figures and 1 table17.03.0

最后我们对论文的代码链接进行提取，为了简化任务我们只抽取github链接：

# 筛选包含github的论文
data_with_code = data[(data.comments.str.contains('github')==True)|(data.abstract.str.contains('github')==True)]
data_with_code = data_with_code.copy() # 加个copy就没有警告了
data_with_code['text'] = data_with_code['abstract'].fillna('') + data_with_code['comments'].fillna('')

data_with_code.head()
abstractcategoriescommentspagesfigurestext
253172Solar tomography has progressed rapidly in r...astro-ph21 pages, 6 figures, 5 tables21.06.0Solar tomography has progressed rapidly in r...
254226We describe a hybrid Fourier/direct space co...astro-ph10 pages, 6 figures. Submitted to Astronomy an...10.06.0We describe a hybrid Fourier/direct space co...
296182REBOUND is a new multi-purpose N-body code w...astro-ph10 pages, 9 figures, accepted by A&A, source c...10.09.0REBOUND is a new multi-purpose N-body code w...
300298This article proposes a way to improve the p...physics10 pages, 7 figures. CODE: https://github.com/...10.07.0This article proposes a way to improve the p...
311500The interaction of distinct units in physica...physicsPreprint. 24 pages, 4 figures, 2 tables. Sourc...24.04.0The interaction of distinct units in physica...
# 使用正则表达式匹配论文
pattern = '[a-zA-z]+://github[^\s]*'
data_with_code = data_with_code.copy()
data_with_code['code_flag'] = data_with_code['text'].str.findall(pattern).apply(len)

data_with_code.head()
abstractcategoriescommentspagesfigurestextcode_flag
253172Solar tomography has progressed rapidly in r...astro-ph21 pages, 6 figures, 5 tables21.06.0Solar tomography has progressed rapidly in r...0
254226We describe a hybrid Fourier/direct space co...astro-ph10 pages, 6 figures. Submitted to Astronomy an...10.06.0We describe a hybrid Fourier/direct space co...1
296182REBOUND is a new multi-purpose N-body code w...astro-ph10 pages, 9 figures, accepted by A&A, source c...10.09.0REBOUND is a new multi-purpose N-body code w...1
300298This article proposes a way to improve the p...physics10 pages, 7 figures. CODE: https://github.com/...10.07.0This article proposes a way to improve the p...2
311500The interaction of distinct units in physica...physicsPreprint. 24 pages, 4 figures, 2 tables. Sourc...24.04.0The interaction of distinct units in physica...1

并对论文按照类别进行绘图：

data_with_code = data_with_code[data_with_code['code_flag'] == 1]
plt.figure(figsize=(12, 6))
data_with_code.groupby(['categories'])['code_flag'].count().plot(kind='bar')

在这里插入图片描述

参考文献

https://github.com/datawhalechina/team-learning-data-mining/blob/master/AcademicTrends/Task3%20%E8%AE%BA%E6%96%87%E4%BB%A3%E7%A0%81%E7%BB%9F%E8%AE%A1.md

标签：...,code,匹配,data,figures,学术前沿,Task03,趋势,pages
来源： https://blog.csdn.net/weixin_42871941/article/details/112796165