我国科技事业取得了重大成就,但仍然存在创新体系整体效能有待提升、科研评价体系有待健全、以及科研合作模式有待完善等问题。探索和把握科研活动规律,是推动科技体制改革、建设开放创新生态体系、提升科技整体水平的重要前提。从复杂性视角来看,科学可被理解为一个由研究主体、知识客体以及符号载体三种要素构成,并且在不断扩张及演化的复杂自适应系统。在这个复杂科研创新系统中,研究主体主要是科研人员,知识客体指的是学科领域知识,常见的符号载体是学术论文。科研人员在学科领域知识空间中的集体探索与创造活动驱动着科研创新系统的持续发展。那么,科研人员在领域知识空间中的探索行为存在何种模式?当前研究主要集中在科学哲学、科学社会学以及科学计量学等领域。相关研究虽然从不同学科背景出发,探讨了主题选择行为、科研协作行为、以及跨学科研究的主题识别与学术成果评价等问题,但对研究人员科研活动模式及其机理的系统探究还不充分。特别是,在该研究问题下,科研人员主题转移过程中所受到的社会因素影响、跨领域协作模式的学术表现评价、科研协作系统高效性的结构基础等方面的研究有待深入。近年来,大规模科技数字文献资源的易获得性、社会计算科学的兴起以及复杂网络理论的发展,为深入探究科学创新系统中主客体间的复杂交互关系以及行为机理提供了重要契机。因此,本研究针对科研创新系统,从研究人员科研活动行为空间与领域知识空间相互影响的视角出发,以物理学科为例,在量化知识空间的基础上,对科研人员的主题转移与协作行为模式进行了理论探索与实证分析。本研究工作从以下三方面展开:首先,作为量化分析研究人员科研活动的基础,本研究提出了融合文本内容特征与引文结构特征的领域知识地图构建方法。在当前科研大数据以及大学科时代背景下,领域知识结构探测和识别追求准确性和完整性的难度日益增加。同时,当前多数研究仅利用文本内容特征或引文网络结构特征的思路,其结果准确性受到一词多义、文本缺失、以及高被引文献破坏领域主题结构等因素的综合影响。因此,本研究提出了基于深度图表征学习和流形学习算法的领域知识探测研究框架,更高效且更清晰地构建出了学科领域知识地图。该研究框架也为探究科研人员主题转移行为机理研究,提供了一个完整、统一及可度量出连续差异的知识空间。其次,为了理解科研人员在知识空间中的活动模式,本研究探究了科研人员在知识空间中的主题转移行为模式及动力学机理。科研人员的主题选择行为可被看作是认知有限的个体在复杂认知图景中的探索行为,并同时受到个体自由意志以及社会因素的共同影响。本研究在领域知识地图基础上,刻画了科研人员在知识空间中所形成的主题转移轨迹,度量了不同子空间区域中的科研群体的流动规模和距离,从群体层面探察到多数科研人员在局部知识空间中的保守型主题转移行为模式。进而,通过仿真建模分析手段发现,促进科研人员主题转移行为的核心因素是区域内人员数量形成的研究热度,抑制主题转移的因素是领域间知识距离构成的壁垒。相对而言,尽管子领域间或存在促进科学突破性发展的研究机会,但实证表明这并不是吸引科研人员主题转移的重要因素。最后,为了认识现代科学中科研人员更加复杂的跨社区或跨领域协作模式,本研究首先在微观尺度上分析了科研人员的跨领域协作倾向性与学术表现之间的关联。并进一步在宏观尺度上,探测了科研人员合著网络中的中央核结构,以期理解复杂科研创新系统效能涌现出的结构特点及功能表现。一方面,通过衡量学者跨子领域合作的倾向性特征,发现了科研人员跨领域协作倾向性符合“高效团队组建”理论。再者,揭示出了跨领域协作倾向性与其学术表现之间的U型关联模式,并利用科研人员的被认可周期以及学术产出和影响力等指标,验证了专业化与多样化协作探索方式之间存在的权衡取舍。另一方面,结合深度强化学习预训练模型与复杂网络的枢纽角色信息,识别出了科研合著网络介观层面涌现出的多元异质核结构。多元异质核结构的存在反映出科研协作系统中自发形成的“局部中心化与全局非中心化”并存的协作组织模式,使得科研协作系统在结构层面涌现出经济性的同时,在功能上又表现出高效性。进而,通过对比不同核结构成员的学术表现指标,发现基于跨领域协作关系形成的“多元”俱乐部对桥接融合不同的知识领域发挥着重要作用,且其论文突破性指数比“富人”俱乐部成员更高。围绕上述工作,本论文的重要研究结论体现在以下几点:1)基于图表征学习算法,提出了融合文本内容特征与引用结构特征的领域知识地图构建集成分析框架;2)发现了大多数科研人员在主题选择时采用局部探索的热点追随保守型策略,主体转移行为模式呈现出显著的有界性;3)通过分析协作关系与科研人员学术表现之间的关联模式,辨析了不同的“深耕”或“广探”探索策略对科研人员创新成果的影响;4)探测到了在科研人员合著网络中,不仅存在以协作强度倾向构建的“富人俱乐部”,还存在以协作广度倾向性形成的多样化异质核结构。不同类型的核结构成员角色明确、功能互补,共同支撑着科研创新系统的维持与发展。通过考察科研人员在知识探索活动中所面临的选择与权衡、探究科研人员在知识空间中的主题转移行为机理、和理解科研群体在知识探索过程中自发形成的分工协作组织方式,本文力求加深对驱动科学发展的内在因素与群体知识创造模式的理解与认知,为制定更加科学合理的科研管理与创新管理政策、建立更加完善的国家创新体系提供参考。