重要科学技術領域の検討に向けた論文情報等の見える化～e-CSTIにおける情報セキュリティ分野を例とした試行的な分析～

2022年９月
内閣府 科学技術・イノベーション推進事務局
エビデンスG

分野全体を俯瞰した研究動向の分析ツール（論文マップ）の開発について
書誌情報データベースにあるTop10％論文（2010～2019年の過去１０年間の200万本以上、学会発表等を含む）を、論文同士の共引用関係を元に、1,100程度の論文クラスターに分類。さらに、各論文クラスターを12,500程度のサブクラスターに分類し、マップ化。注目する技術・論文が含まれるクラスターの特徴を分析することで、注目する技術等の動向や、共著ネットワーク等の分析、強みを有する研究機関の把握等を行う。

2010

深層学習に基づく自然言語処理を使用することで、任意のキーワードを与えればその内容に関係が深い論文集合を提示する機能を整備。関心を有する技術を含む論文クラスターを特定することが可能。

1

分析ツール概要①■任意のキーワードと関係が深いクラスターを提示

クラスター497に含まれる論文のタイトル等を表示■国際的な共著ネットワークを可視化
クラスター497のサブクラスターに含まれる論文著者のネットワークを表示

サブクラスター別に色分け

クラスター４９７に含まれる論文をマッピング「security」に関係が深いクラスターを抽出■クラスターごとに論文を２次元マップで表示

著者の所属機関の国別に色分け

Article/Proceeding等の論文種別で色分け

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2

分析ツール概要②■論文クラスター・サブクラスター
ごとに研究動向を可視化

クラスター・サブクラスター毎に研究機
関別の論文数、論文からの被引用数、特許からの被引用数を表示

クラスター・サブクラスター毎に論文数、国際共著論文数等の10年間の推移を表示

クラスター・サブクラスター毎に国別の被引用数、分野融合度、分野波及度、国際性を表示

クラスター・サブクラスター毎に国別の論文数、論文シェア等の10年間の推移を表示

クラスター・サブクラスターに含まれる論文のタイトル・概要のうち出現頻度が高い特徴的なキーワードを表示

サブクラスター毎に論文数等の国別ランキング（日・米・中・英・仏・独・韓・その他各国）を表示

クラスター・サブクラスターに含まれるキーワード別に論文数、平均被引用数等の10年間の推移を表示

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3

情報セキュリティに関係する論文クラスターの特定
 可視化分析ツール（文字列検索（正規表現）によるクラスター分析）を用いて、情報セキュリティに関係する論文クラスターを検索したところ、①サイバー攻撃系、②暗号系、③認証系、④ブロックチェーンをキーワードとする４つのクラスターを特定し、試行的な分析を実施。
検索文字列①サイバー攻撃系②暗号系

クラスター番号

論文数

クラスターに含まれる論文のキーワード

security:- 497 (1930) intrusion detection, malware, intrusion detection system, android, attack- 477 (1603) encryption, attribute base encryption, attribute base, base encryption, cloud- 689 (1041) authentication, authentication scheme, key agreement, internet of thing, user authentication- 307 (796) blockchain, blockchain techonology, bitcoin, smart contract, blockchain base- 911 (786) wireless sensor network, wireless sensor, sensor network, wireless, hoc network
blockchain:④ブロックチェーン- 307 (1740) - 473 (67) electric vehicle, power system, demand response, wind power, power- 911 (39) - 477 (35) - 497 (30) attack:- 497 (2091) - 689 (706) - 760 (609) unclonable function, side channel, hardware trojan, puf, physical unclonable function- 911 (582) - 477 (563) -③認証系

encryption:- 477 (1100) - 27 (962) image encryption, chaotic system, chaotic, encryption, image encryption algorithm
authentication:- 689 (794) - 451 (402) face recognition, biometrics, face, recognition, gait recognition
cryptography:- 477 (308) - 689 (204) -※本結果は上位10％論文（被引用数上位10％）のみによる評価

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4情報セキュリティに関係するクラスターにおける国内研究機関の論文輩出状況
 国内の情報セキュリティの研究では、暗号系の研究が比較的強いことが論文数から読み取れる。
（※）著者の所属機関の所在地が日本である論文を青色で表示している。

※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

サイバー攻撃系（497）

暗号系（477）

認証系（689）

ブロックチェーン関連（307）

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5情報セキュリティに関係するクラスターにおけるAI関連の論文輩出状況
 いずれのクラスターにおいても、AIに関連する論文が多数含まれていることが読み取れる。サイバー攻撃系の論文クラスターで特に多い。
（※）論文分野が「AIと画像処理」である論文を緑色で表示している。

※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

サイバー攻撃系（497）

暗号系（477）

認証系（689）

ブロックチェーン関連（307）

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6情報セキュリティに関係するクラスターにおける論文数・国際共著論文数の推移（2010～2019） サイバー攻撃系の研究は近年重要さを増しており、論文数が増加傾向。国際共著論文も増加。
 暗号系（暗号化・プライバシー関連）の研究は、一定の論文数が継続。
 認証系の研究も論文数が増加傾向にある。
 ブロックチェーンは新しい技術であり、様々な分野への適用の可能性・将来性が指摘される中、論文数が急激に増加している。
論文数

国際共著論文数
ブロックチェーン関連

サイバー
攻撃系
暗号系

ブロックチェーン関連

サイバー攻撃系
暗号系
認証系

認証系

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7情報セキュリティに関係するクラスターにおける国内研究機関の論文比率・国際共著論文比率
 日本の研究機関の論文比率（Top10%論文）は、暗号系は全クラスター平均を上回るが、その他の３つのクラスターでは、全クラスター平均を下回っており、論文から見た日本のプレゼンスは低い。
 国際共著論文の比率は暗号系で高く、サイバー攻撃系で低く、研究データの利用可能性が影響している可能性。
国内研究機関の論文比率（分数カウント）（％）

国際共著論文比率
（％）

2.9

43.1

全クラスター平均：30.6%
37.1

全クラスター平均：2.2%

31.9

27.1

1.3

0.7

0.6

サイバー攻撃系

暗号系

ブロックチェーン関連

認証系

サイバー攻撃系

暗号系

ブロックチェーン関連

認証系

（497）

（477）

（307）

（689）

（497）

（477）

（307）

（689）

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8クラスター477（暗号系）の論文マップ
 暗号をキーワードとして含む論文クラスターは17のサブクラスターに分類され、それぞれが、手法や対象により、特徴づけられている。クラウドに関連する研究と、理論中心の研究に関する論文集合が重なり合う形で存在している。

クラウド関連の研究

異種クラウド(14)サイバーフィジカル(0)アクセス制御（IoTその他）(13)

アクセス制御（クラウド）(12)

クラウドストレージ(10)属性ベース暗号、検索可能暗号(11)

クラウド向けセキュリティ手法(3)

秘密分散(2)プロトコル（電子投票、TLSなど）(8)暗号理論（関数型暗号など）(15)

秘密計算（その他）(9)

物理的暗号(16)

暗号理論（IDベース暗号など）(1)

耐量子計算機暗号(7)
秘密計算（準同型暗号）(6)

超特異楕円曲線(5)理論寄りの研究

楕円曲線暗号(4)※ラベルはサブクラスターを特徴づける単語、円のサイズは論文からの被引用数を示す。

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9

クラスター477（暗号系）の論文マップ （論文分野の可視化①）
 大部分は情報。そのほか数理科学や物理科学といった理論が目立ち、いくつかの応用分野が点在している。
人間社会（ドイツ）※電子投票の検証テクノロジー（オランダ・イタリア）※Dropbox分析

数理科学（米国、イスラエル）※格子暗号

医療・ヘルスケア（米国）※遺伝子解析

※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

生物学（米国）※ゲノム解析

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物理科学（米国中心）※量子回路10クラスター477（暗号系）の論文マップ （論文分野の可視化②）
 純粋数学などの理論から、AI、IoT、ハードウェアなどの応用まで関連分野は多岐にわたる。

AIと画像処理

プライバシー保護機械学習、暗号化データの検索など

分散コンピューティング

IoTやフォグコンピューティングにおける暗号化など

純粋数学

格子、LWE問題、代数構造など

計算機ハードウェア

メモリ設計、ハードウェア実装、だ円暗号実装など

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※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

11

クラスター477（暗号系）に含まれるキーワードの変化による研究動向把握
 近年は論文のキーワードとしてAIが出てきている他、秘密計算の手法である準同型暗号やマルチパーティ計算、クラウドデータに対する効率的なアクセス制御を可能とする属性ベース暗号といったキーワードが継続的にみられている。
楕円曲線暗号2010

2011

属性ベース暗号

2015

2012
秘密計算

2016

※頻出回数30以上のキーワードを表示

2013
準同型暗号

2017

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2014

IoT関連

2018

2019
AI

12

クラスター477（暗号系）の論文マップ （国別の論文輩出状況の可視化）
 米国は全体的に強い。中国は、クラウド関連の論文が多く、理論系が少なく、強みに偏りがある。日本は全体的に少ないものの、理論分野の関連で強みが存在。
日本

物理的暗号
（多）

暗号理論（多）米国

中国

属性ベース暗号、検索可能暗号、クラウド向けセキュリティ手法（少）アクセス制御（IoTその他）(13)
サイバーフィジカル(0)暗号理論、準同型暗号、耐量子計算機暗号、楕円曲線暗号、秘密計算、プロトコル（少）異種クラウド(14)プロトコル
アクセス制御秘密分散(2)（電子投票、TLSなど）(8)（クラウド）(12)
クラウドストレージ(10)物理的暗号(16)暗号理論
属性ベース暗号、検索可能暗号 （関数型暗号など）
(15)
暗号理論
(11)
（IDベース暗号など）(1)
秘密計算
クラウド向け（その他）
セキュリティ手法(3)
耐量子計算機暗号(7)(9)※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

秘密計算（準同型暗号）(6)

超特異楕円曲線(5)楕円曲線暗号(4)Dimensions: Data sourced from Dimensions, an inter-linked research information system provided by Digital Science (https://www.dimensions.ai/).

13

クラスター477（暗号系）のサブクラスターごとの論文数の変化
 直近５年間で、属性ベース暗号・検索可能暗号や、秘密計算に関連するサブクラスターに含まれる論文数が増加している。
クラスター内論文数：1,545本
クラスター内論文数：1,363本

8.7%
14.0%
8.2%
11.3%

9.4%

暗号理論（IDベース暗号など）(1)

9.8%

クラウドストレージ(10)10.7%

2010-2014

秘密計算（その他）(9)
秘密計算（準同型暗号）(6)

7.9%
16.1%

その他のサブクラスター

21.1%

属性ベース暗号、検索可能暗号(11)2015-2019※グラフ上のパーセンテージは、クラスター内論文数に占めるサブクラスター内論文数の割合を示す。

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クラスター497（サイバー攻撃系）の論文マップ
 攻撃をキーワードとして含む論文クラスターは16のサブクラスターに分類され、それぞれが、攻撃対象や手法により、特徴づけられている。
コード分析(4)制御フロー攻撃、CFI(0)Androidセキュリティ、
マルウェア検知(9)※CFI: Control Flow Integrity

Web利用(5)サイドチャネル（ハード）(11)

ランサムウェア(13)フォレンジック(2)Web攻撃(10)Botnet(14)サイドチャネル（ソフト）(1)
IoT(3)

標的型攻撃(15)

自動車(12)

侵入検知(8)
DDoS、SDN(7)産業監視制御システム(6)※DDoS: Distributed Diniable of Service※SDN: Software Defined Network※ラベルはサブクラスターを特徴づける単語、円のサイズは論文からの被引用数を示す。

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15

クラスター497（サイバー攻撃系）の論文マップ （論文分野の可視化①）
 大部分は情報。ネットワーク攻撃においては特にテクノロジーが目立ち、全体的に数理科学が点在している。
医療・ヘルスケア（米国、英国中心）

数理科学（米国中心）
生物学（米国）

法学（ドイツ）※ゲノム解析

※Botnet工学（米国）

テクノロジー（米国、中国、英国中心）※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

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クラスター497（サイバー攻撃系）の論文マップ （論文分野の可視化②）
 AI、公共医療、ハードウェア、経済学まで、サイバー攻撃系分野の関連分野は多岐にわたる。特にAIとの融合分野の論文が多い。
AIと画像処理
侵入検知、マルウェア検知、リスク評価など

公共医療

感染症、医療アプリ、医療データなど

製造

自動化、製造システム、サプライチェーンの信頼性※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

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応用経済学

アンダーグランドの経済、プライバシー規制と市場など

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クラスター497（サイバー攻撃系）に含まれるキーワードの変化による研究動向把握
 近年は、機械学習や深層学習といったAIの活用や、ランサムウエアに関するキーワードが多く出現している。
Androidセキュリティ

2010

2011

2012

2013

2014
SDN

機械学習

フォレンジック

2015※2010-2015は頻出回数5以上のキーワード、2016-2019は頻出回数6以上のキーワードを表示

サイバーフィジカル

深層学習

2016

2017

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2018
ランサムウェア

201918

クラスター497（サイバー攻撃系）の論文マップ（国別の論文輩出状況の可視化）
 米国が全体的に多くの論文を輩出。中国と若干の棲み分けがなされている。
 日本は米中に比べ論文数が少ない。
日本

中国

米国

Botnet(少)DDoS、SDN、侵入検知(少)Androidセキュリティ、
マルウェア検知(9)サイドチャネル（ハード）(少)Web利用・Web攻撃(少)コード分析(4)制御フロー攻撃、CFI(0)Web利用(5)サイドチャネル（ハード）(11)
ランサムウェア(13)Web攻撃(10)フォレンジック(2)サイドチャネル（ソフト）(1)Botnet(14)IoT(3)
標的型攻撃(15)

DDoS、SDN(7)※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

自動車(12)

侵入検知(8)

産業監視制御システム(6)Dimensions: Data sourced from Dimensions, an inter-linked research information system provided by Digital Science (https://www.dimensions.ai/).

19クラスター497（サイバー攻撃系）のサブクラスターごとの論文数の変化
 直近５年間で、特に侵入検知に関連するサブクラスターに含まれる論文数が増加している。Androidセキュリティ・マルウェア検知の関連も、シェアは低減しているが、比較的大きなシェアを維持している。

クラスター内論文数：2,539本

クラスター内論文数：1,713本

7.6%

6.3%
9.2%
5.9%
16.3%

8.2%

産業監視制御システム(6)10.3%

サイドチャネル（ハード）(11)

13.5%

DDoS、SDN(7)Androidセキュリティ、マルウェア検知(9)

20.2%

11.7%
2010-2014

その他のサブクラスター

侵入検知(8)

2015-2019※グラフ上のパーセンテージは、クラスター内論文数に占めるサブクラスター内論文数の割合を示す。

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クラスター307（ブロックチェーン関連）の論文マップ
 ブロックチェーンをキーワードとして含む論文クラスターは15のサブクラスターに分類され、それぞれが、ブロックチェーンの適用分野や関連技術により、特徴づけられている。

ICO(3)

マネーロンダリング(14)エネルギー(12)ブロックチェーン(13)ビットコインアドレス(5)サプライチェーン(6)スマートコントラクト(0)教育(8)ビットコイン(1)
IoT(2)

電子投票(7)
IoT(10)

IoT(4)
ヘルスケア(9)フォグコンピューティング(11)※ラベルはサブクラスターを特徴づける単語、円のサイズは論文からの被引用数を示す。

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クラスター307（ブロックチェーン関連）のサブクラスターにおける論文数の推移
 多くのサブクラスターにおいて、論文数は増加傾向にある。
ビットコインサプライチェーン
IoT

IoT
ヘルスケア
スマートコントラクト
ブロックチェーン

↑Bitcoin登場(2008)↑Ethereum登場※2019年の論文数が多いサブクラスターについて、サブクラスターを特徴づける単語を記載している。

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クラスター307（ブロックチェーン関連）の論文マップ （論文分野の可視化①）
 大部分は情報。医療、経済、教育、人間社会といった応用分野が目立つ。
コマース（米国中心）

人間社会（米国中心）※非ブロックチェーンが多い

数理（中国）※サーベイ論文

環境（米国中心）※農業経済（米国中心）

教育（中国中心）

情報（大部分）医療（米国中心）※自動車※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

工学（中国）

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クラスター307（ブロックチェーン関連）の論文マップ （論文分野の可視化②）
 AI、ハードウェア、ビジネス、法学、経済、公衆衛生まで、ブロックチェーン分野の関連分野は多岐にわたる。特にAIとの融合分野の論文が多い。

AIと画像処理

医療インテリジェンス、自律的IoT、ブロックチェーン解析など

経営管理論
クラウドファンディング、ビジネスモデル、サプライチェーン管理など※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

製造

製造システム、工場ネットワーク、製造情報の管理など

法学

マネーロンダリング防止、電子政府、著作権など

応用経済学

ビットコイン市場、エネルギー市場、セルフィッシュマイニングなど

公衆衛生

臨床試験、ヘルスケア、医薬品サプライチェーンなど

銀行、金融、投資クラウドファンディング、ICO、コーポレートガバナンスなど

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クラスター307（ブロックチェーン関連）の論文マップ （論文種の可視化） 論文（article）のみならず、スマートコントラクト関連など、Proceedingsが中心となって発表されている分野も多い。
マネーロンダリング（article中心）
ビットコイン（proceeding中心）

サプライチェーン（article中心）
スマートコントラクト（proceeding中心）

IoT（article中心）

フォグコンピューティング（article中心）※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

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ヘルスケア（article中心）
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クラスター307（ブロックチェーン関連）に含まれるキーワードの変化による研究動向把握
 当初は、マネーロンダリングへの懸念から関連の論文が多かったが、ビットコインやセキュリティ強化、サプライチェーンへの活用等、様々な研究が実施されていることが示唆される。最近では自律分散型プログラム（スマートコントラクト）もキーワードと※2010-2015は頻出回数２以上のキーワード、2016-2019は頻出回数3以上のキーワードを表示して出現している。

2010

マネーロンダリング

2011

スマートコントラクト

2012

ビットコイン

2013

ネットワーク2014

セキュリティ

ブロックチェーンをベースにした応用研究

2015

IoT

2016

2017

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2018

サプライチェーン

201926

クラスター307に含まれる応用キーワード（2015～）※頻出回数20回以下、論文数2以上で表示

 論文のキーワードからは、金融、サプライチェーン、医療、エネルギー、著作権、保険、契約管理等さまざまな分野への適用に向けた研究が行われていることが示唆される。
2017

2015

Healthcare（ヘルスケア）crowdfund（クラウドファンディング）
Supply chain（サプライチェーン）
Contract management（契約管理）
Economic theory（経済理論）

Manufacturing（製造）
Energy（エネルギー）
Smart city
（スマートシティ）
Intellectual property（知的財産権）
Medical datum（医療データ）Copyright（著作権）
Corporate governance（コーポレートガバナンス）
Insurance（保険）
Maritime industry（海事産業）
Clinical trial（臨床試験）

Data analytic（データ分析）Electric vehicle（電気自動車）Clinical（臨床）Electricity market（電力市場）
Digital identity（デジタルアイデンティティ）
Software define network（ソフトウェア定義ネットワーク）
Sustainable development（SDGs）
Fog（フォグコンピューティング）

Political economy（政治経済学）
Governance（ガバナンス）Money laundering（資金洗浄）
Decentralized autonomous
organization（DAO）
Internet of things（IoT）
Smart contract（スマートコントラクト）
Cryptographic protocol（暗号プロトコル）

2016

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2019

Secure energy trading（安全な電力取引）
Pharmaceutical（製薬）
Ambient assist live
（自立生活支援技術）
Digital forensic（デジタルフォレンジック）

2018

27

クラスター307（ブロックチェーン関連）の波及度と融合度
 情報セキュリティに関する4つの論文クラスターの中で、ブロックチェーン関係は、波及度、融合度が高く、萌芽的な分野として、多様な分野の知見が活用される同時に、多様な分野の論文に影響を与えていることが示唆される。
低当該論文を引用した論文分野の多様性

高低

当該論文が引用した論文分野の多様性

高ブロックチェーン関連（307）

論文の波及度
当該論文を引用した論文の分野の多様性（多様な分野の論文から引用される論文ほど数値が高い）

暗号系
（477）
サイバー攻撃系
（497）
認証系
（689）

論文の融合度
当該論文が引用する論文の分野の多様性（多様な分野の論文を引用する論文ほど数値が高い）

ブロックチェーン関連（307）

暗号系
（477）
サイバー攻撃系
（497）
認証系
（689）

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■日本
■米国
■中国
■英国
■フランス
■ドイツ
■韓国
■その他各国28

クラスター307（ブロックチェーン関連）の論文マップ（国別の論文輩出状況の可視化）
 米国と中国で若干の棲み分けがなされている。米国はフォグコンピューティングが特に弱く、中国はICO（InitialCoin Offering)とエネルギーが特に弱い。
 日本は米中に比べ論文数が少ない。
日本

中国

米国

フォグコンピューティング(少)ICO(3)
ブロックチェーン
(13)
サプライチェーン(6)教育(8)マネーロンダリング(14) エネルギー(12)ビットコインアドレス(5)ビットコイン(1)ICO(少)

エネルギー(少)スマートコントラクト・ビットコインの一部が抜けているが、クラスターとして米国に劣っているわけではない

スマートコントラクト(0)IoT(2)

IoT(10)※円のサイズは論文からの被引用数を示す。

電子投票(7)
IoT(4)

フォグコンピューティング(11)ヘルスケア(9)Dimensions: Data sourced from Dimensions, an inter-linked research information system provided by Digital Science (https://www.dimensions.ai/).

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（参考１）国立大学・研究開発法人における研究者数と予算執行額のシェア（論文分野別）

研究者の予算執行額合計に占めるシェア（％）

 内閣府が全国立大学・研究開発法人から研究者単位で収集する予算執行データについて、研究者が出版する論文(Top10%論文以外も含む）の分野情報を元に、分野別に集計。分野毎の研究者数・予算の執行状況を可視化。

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研究者数合計に占めるシェア（％）
「研究力の分析に資するデータ標準化の推進に関するガイドライン」に基づき収集した予算執行データ（2018年度、2019年度）論文マスタ（Elsevierから購入したScopus（2020年11月時点））を利用して作成。予算執行額には、国からの研究費以外の資金も含まれる。

30

研究者の予算執行額合計に占めるシェア（％）（参考２）国立大学・研究開発法人における研究者数と予算執行額のシェア（論文分野別）

一般コンピュータ科学
コンピュータビジョン・
パターン認識コンピュータサイエンス
アプリケーションハードウエアとアーキ
テクチャコンピュータネットワー
クとコミュニケーション

情報システム

研究者数合計に占めるシェア（％）

「研究力の分析に資するデータ標準化の推進に関するガイドライン」に基づき収集した予算執行データ（2018年度、2019年度）論文マスタ（Elsevierから購入したScopus（2020年11月時点））を利用して作成。予算執行額には、国からの研究費以外の資金も含まれる。

31

（参考３）その他の分野における日本の論文数の多い論文クラスター例
論文マップ（サブクラスター別）

論文マップ（国別）

大腸がん、大腸内視鏡関連のクラスター
日本の論文シェア１位
内視鏡粘膜下層剥離術に関連するサブクラスター

■日本
■米国
■中国
■英国
■フランス
■ドイツ
■韓国
■その他各国日本の論文シェア４位

カプセル内視鏡関連のサブクラスター
論文マップ（出版年別）

論文マップ（分野別）※緑色が2017~2019年出版の論文

臨床研究（青緑色）
がほとんど

AI・画像認識分野

Dimensions: Data sourced from Dimensions, an inter-linked research information system provided by Digital Science (https://www.dimensions.ai/).

直近３年の論文が少ない

直近３年の論文が多い

32