一種多目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于營(yíng)養(yǎng)分析與指導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種多目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)模型、優(yōu)化方法 及決策支持系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 膳食營(yíng)養(yǎng)是人類生存的基礎(chǔ)，人體每天都需要從膳食中獲得一定量的各種必需營(yíng) 養(yǎng)成分，W滿足生命過程中一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)。如果所攝入食物中某種營(yíng)養(yǎng)素過多或 不足，就會(huì)產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)失衡。如何指導(dǎo)和判斷人體攝入的各種營(yíng)養(yǎng)素是否合理，需要建立一套 營(yíng)養(yǎng)模型為營(yíng)養(yǎng)分析、指導(dǎo)提供依據(jù)。
[0003] 目前臨床大量使用的營(yíng)養(yǎng)支持多是基于經(jīng)驗(yàn)公式，運(yùn)些基于性別、年齡、身高和體 重的臨床公式有約160多個(gè)，其中化rris-Benedict公式(稱為H-B公式)在臨床營(yíng)養(yǎng)支持用 得最多。對(duì)于處在不同疾病階段的同一個(gè)患者，由公式估計(jì)出來的能量消耗量相對(duì)來說是 一個(gè)定量，將估計(jì)值作為營(yíng)養(yǎng)支持的依據(jù)必定會(huì)有問題。運(yùn)些公式都沒有考慮到其它可能 影響能量需求的因素，如內(nèi)分泌素亂、腺體(如甲狀腺、腎上腺)分泌異常、應(yīng)激狀態(tài)(發(fā)熱、 創(chuàng)傷、屯、理應(yīng)激狀態(tài)）、運(yùn)動(dòng)狀況、體成分狀態(tài)和營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)素之間的括抗關(guān)系、睡眠、臨 床護(hù)理、藥物、疾病狀態(tài)、神經(jīng)介質(zhì)和細(xì)胞因子及環(huán)境等多種因素的影響，運(yùn)使得估計(jì)值與 實(shí)際需求之間存在很大的偏差。有研究表明臨床上采用H-B公式加上修正系數(shù)后的估計(jì)值 有1/^3是相當(dāng)不精確的。運(yùn)樣就會(huì)有1/3^上依靠^8公式進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充的病人要么營(yíng)養(yǎng)不 良要么營(yíng)養(yǎng)過剩，運(yùn)在臨床上潛藏著嚴(yán)重的醫(yī)療后果.
[0004] 目前臨床孕婦營(yíng)養(yǎng)分析系統(tǒng)所使用的營(yíng)養(yǎng)曲線分析方法，因綜合了個(gè)體組織情 況，可較準(zhǔn)確地分析個(gè)體各營(yíng)養(yǎng)素的需求量，但是基于營(yíng)養(yǎng)曲線分析方法目前也未能解決 如何綜合個(gè)體(包括疾病狀態(tài)、生活環(huán)境、飲食習(xí)慣等等多種影響人體營(yíng)養(yǎng)需求的因素)使 包括能量在內(nèi)的多種營(yíng)養(yǎng)素達(dá)不到個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需求整體的最佳狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種多目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)模型和優(yōu)化方法，在營(yíng)養(yǎng)曲 線分析方法基礎(chǔ)上，綜合個(gè)體年齡、身高、體重、性別、運(yùn)動(dòng)狀況、環(huán)境、個(gè)體體組織狀況、生 活習(xí)慣、飲食習(xí)慣、疾病狀況、代謝狀況、營(yíng)養(yǎng)素之間的括抗，比例關(guān)系等等，重新建立了一 個(gè)帶約束條件的多目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)模型，并采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法，為個(gè)體提供整體營(yíng)養(yǎng)解決方案， 進(jìn)一步為膳食營(yíng)養(yǎng)科學(xué)決策打下基礎(chǔ)。
[0006] 為更好地獲得個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需求整體優(yōu)化方案，本發(fā)明建立了一個(gè)基于營(yíng)養(yǎng)曲線分析 方法的多因素約束條件的多目標(biāo)函數(shù)模型。在建立多因素約束條件的多目標(biāo)函數(shù)模型時(shí)， 不僅考慮了營(yíng)養(yǎng)素之間的作用(協(xié)同作用、括抗作用）、營(yíng)養(yǎng)素之間的比例關(guān)系，還充分考慮 生活習(xí)慣、服用藥物、環(huán)境因素、個(gè)體基礎(chǔ)代謝狀況、體組織成分、疾病狀態(tài)、不同生理周期 (如:老年、孕期、青少年等)等對(duì)某些營(yíng)養(yǎng)素的特殊影響。原則上模型中所設(shè)及的所有營(yíng)養(yǎng) 成份都是需要優(yōu)化的目標(biāo)，如總能量、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、巧、鐘、鐵、鋒、憐、鋼、各種 維生素、膳食纖維等等;營(yíng)養(yǎng)素之間的比例關(guān)系、營(yíng)養(yǎng)素之間的協(xié)同作用、括抗作用，生活習(xí) 慣、服用藥物、環(huán)境因素等對(duì)某些營(yíng)養(yǎng)素的特殊影響，W及不同生理周期對(duì)某些營(yíng)養(yǎng)素的特 殊需求。個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需求問題實(shí)為復(fù)雜的、龐大的一個(gè)多種因素約束條件及多目標(biāo)決策模型。 需要充分考慮影響個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需求的多種因素及約束條件，并建立一個(gè)多目標(biāo)函數(shù)及模型， 通過適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法獲得的個(gè)體營(yíng)養(yǎng)整體最優(yōu)解決方案。
[0007] 基于上述模型和算法，本發(fā)明還開發(fā)出一套多目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)，用戶 可通過輸入系統(tǒng)根據(jù)性別、年齡、膳食狀況、運(yùn)動(dòng)情況、生活習(xí)慣、服用藥物、環(huán)境因素、不同 生理周期，結(jié)合代謝監(jiān)測(cè)、體組織測(cè)量、運(yùn)動(dòng)W及疾病的監(jiān)測(cè)等多目標(biāo)函數(shù)模型參數(shù)，通過 系統(tǒng)分析，用戶最終獲取整體優(yōu)化后的營(yíng)養(yǎng)方案。
【附圖說明】
[0008] 圖1:本發(fā)明決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 本發(fā)明W現(xiàn)有營(yíng)養(yǎng)曲線分析方法為基礎(chǔ)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)曲線函數(shù)W及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了改 進(jìn)，提出了一個(gè)基于模糊數(shù)學(xué)隸屬度函數(shù)帶約束條件的多目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)優(yōu)化模型。該模型包括 能量在內(nèi)的25種營(yíng)養(yǎng)素，采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度函數(shù)表達(dá)各種營(yíng)養(yǎng)素的攝入量和個(gè)體健 康狀況之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)XI是第i種營(yíng)養(yǎng)素的日攝入量（l<i<25)，W如下レR型的隸屬 曲線函數(shù)來表示該對(duì)應(yīng)關(guān)系：
[0010] 訪?. € 及，與
[0011]
[0012] 其中，R是實(shí)數(shù)域，函數(shù)在模糊允許區(qū)間(0，c)上分成Ξ段，即（0，a)，[a，b)，[b，c)， a和b是預(yù)定的分段值，優(yōu)選的，針對(duì)不同的XI，根據(jù)代謝監(jiān)測(cè)存在不同的a/b/c值。函數(shù)Fl和 Fr是左分段函數(shù)和右分段函數(shù)，兩者不必是對(duì)稱的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W根據(jù)具體的營(yíng)養(yǎng) 素和個(gè)體健康狀況設(shè)計(jì)Fl和Fr，本領(lǐng)域中已有一些具體的設(shè)計(jì)方法，此處不再寶述。所述隸 屬曲線函數(shù)是一個(gè)正規(guī)的凸函數(shù)。
[0013] 通過上述隸屬曲線，建立了多目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)優(yōu)化模型，影響個(gè)體整體營(yíng)養(yǎng)狀況的η種營(yíng) 養(yǎng)素可看成是多目標(biāo)決策的η個(gè)目標(biāo)函數(shù)(運(yùn)里主要考慮了目前中國(guó)食物成分表2004中已 列出的包括能量在內(nèi)的25種主要營(yíng)養(yǎng)素）。其余影響個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需求變化的多因素(年齡、身 高、體重、性別、運(yùn)動(dòng)狀況、環(huán)境、個(gè)體體組織狀況、生活習(xí)慣、飲食習(xí)慣、疾病狀況、代謝狀 況、營(yíng)養(yǎng)素之間的括抗，比例關(guān)系等等）則轉(zhuǎn)換成本模型的約束條件，當(dāng)所有營(yíng)養(yǎng)素的隸屬 曲線函數(shù)W及約束條件確定之后，營(yíng)養(yǎng)需求最優(yōu)值的獲取就轉(zhuǎn)化成了多目標(biāo)的優(yōu)化值的求 取問題。
[0014] 為了求取多目標(biāo)的優(yōu)化值，可W求取其有效解，即Pareto最優(yōu)解。對(duì)于本發(fā)明的多 目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)優(yōu)化模型，要找到它的有效解，需要設(shè)定一個(gè)對(duì)有效解的評(píng)價(jià)指標(biāo)，且隨著滿足約 束條件的營(yíng)養(yǎng)素的有效值越靠近最優(yōu)值，該指標(biāo)也最接近最大值或最小值。根據(jù)本發(fā)明的 第一個(gè)實(shí)施例，采用下面的P作為營(yíng)養(yǎng)狀況的總體評(píng)價(jià)指標(biāo)，即：
[0015]
[0016] 上式中的表,up是指第i種營(yíng)養(yǎng)素的營(yíng)養(yǎng)曲線中實(shí)際日均攝入量所對(duì)應(yīng)的模糊 值，η是膳食中需要考慮的營(yíng)養(yǎng)素的種類數(shù)。通常多目標(biāo)決策問題中目標(biāo)值之間的補(bǔ)償，是 在最好和最壞的目標(biāo)值之間取得某種均衡，均值算子常被用來實(shí)現(xiàn)運(yùn)一轉(zhuǎn)換，但與中國(guó)居 民營(yíng)養(yǎng)素參考推薦攝入量的均值（算術(shù)均值、幾何均值W及調(diào)和均值)相比，Ρ更接近最小 值，它表征了邏輯"與"；若我片^ 0，貝化一0,說明使用Ρ評(píng)價(jià)膳食營(yíng)養(yǎng)狀況時(shí)，低隸屬度 的營(yíng)養(yǎng)素會(huì)對(duì)個(gè)體的整體營(yíng)養(yǎng)狀況有很強(qiáng)的影響，能客觀反映個(gè)體的實(shí)際營(yíng)養(yǎng)狀況;近似 計(jì)算中，Ρ是凸函數(shù)，能取得最優(yōu)化值，可判定一種膳食結(jié)構(gòu)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)是否好于另一種膳 食結(jié)構(gòu)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。因此Ρ可W作為個(gè)體營(yíng)養(yǎng)狀況的總體評(píng)價(jià)指標(biāo)，在各種營(yíng)養(yǎng)素的營(yíng)養(yǎng)曲 線確定之后，能較容易地通過Ρ值來判定該個(gè)體當(dāng)前營(yíng)養(yǎng)攝入狀況的好壞。
[0017] 本發(fā)明的多目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)優(yōu)化模型中的25個(gè)目標(biāo)函數(shù)為非對(duì)稱模糊隸屬曲線函數(shù)，可 W采用截集法求解。在截集法中，營(yíng)養(yǎng)曲線中各營(yíng)養(yǎng)素 XI對(duì)于模糊容許區(qū)間(〇，c)的隸屬度 Φ