بخشی از مقاله
چکیده
امروزه در دانش پزشکی شاهد جمعآوری دادههای فراوان در مورد بیماریهای مختلف هستیم. مراکز پزشکی با مقاصد گوناگون به جمعآوری این دادهها میپردازند. تحقیق و دادهکاوی روی این دادهها و بهدست آوردن نتایج و الگوهای مفید در رابطه با شناسایی و تشخیص بیماریها یکی از اهداف استفاده از این دادهها میباشد. حجم زیاد این دادهها و سردرگمی حاصل از آن مشکلی است که مانع رسیدن به نتایج قابلتوجه میشود. مشکلاتی که در روشهای رایج تشخیص بیماری دیابت نوع 1 و 2 وجود دارد
عدم در نظر گرفتن ویژگیها یا خصیصههای مناسب بهمنظور تشخیص بیماری و در نتیجه ضعف در تشخیص آن ماریبی خصوصاً در مراحل ابتدایی آن میباشد. از جمله عوارضی که بهدنبال مبتلا شدن افراد به این بیماری گریبانگیر آنها خواهد شد میتوان به گرفتگی عروق قلبی و در نوع پیشرفته آن به نابینایی، قطع اعضای بدن، اختلالات فکری اشاره نمود که این خود ضرورت یاریرساندن به اینگونه از بیماران را دوچندان میکند؛ بنابراین در این تحقیق سعی شده است تا با استفاده از الگوریتم هارمونی و با استفاده از ویژگیهای تعریف شده سازمان جهانی بهداشت به تشخیص بیماری دیابت پرداخته شود.
با توجه به نتایج بهدست آمده در روشهای پیشین روش پیشنهادی نتایج قابل قبولی را ارائه نمود. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل الگوریتم پیشنهادی بر روی مجموعه داده PID با تکرارها و تولید هارمونیهای مختلف در نهایت با میانگین دقت %73.97 کار خود را خاتمه داد که نسبت به تعدادی از روشهای مطرح پیادهسازی شده میتوان گفت نتیجه خوبی را بهدنبال داشته است.
مقدمه
بیماری دیابت یکی از شایعترین و مخربترین بیماریهای حال حاضر دنیا شناختهشده است که عمدتاً در کشورهای توسعهیافته و یا درحالتوسعه در حال گسترش است. در حال حاضر از هر 20 نفر ایرانی یک نفر به این بیماری مبتلا است که نیمی از این تعداد نیز از ابتلای خود به دیابت اطلاعی ندارند
دیابت یک اختلال در سوخت وساز - متابولیسم - بدن است که در آن یا انسولین به تعداد کافی در بدن وجود ندارد و یا انسولین موجود قادر نیست تا وظیفه خود را بهدرستی انجام دهد و درنتیجه بهعلت وجود مقاومت در برابر آن، قند خون بالا میرود. انسولین هورمونی است که توسط سلولهای بتا گواقع در پانکراس ترشح میشود و وظیفه اصلی آن کاهش قند خون است. پانکراس نیز یکی از غدد دستگاه پشت معده قرار دارد. بالا بودن قند خون در درازمدت باعث بروز عوارض در سیستم قلب و عروق، کلیهها، چشم و سلسله اعصاب میگردد
مشکل عمدهای که در حال حاضر در رابطه با این بیماری وجود دارد، عدمتشخیص بهموقع آناست که این ضعف عمدتاً به دلیل عدم انتخاب ویژگی استاندارد به وجود میآید. بنابراین پیادهسازی روشی که بتواند فرد را در تشخیص صحیح ابتلا یا عدم ابتلا به این بیماری یاری رساند، میتواند گامی مهم در پیشگیری یا کنترل بیماری در مراحل اولیه باشد
همانطور که بیان شد انتخاب ویژگیهای نامناسب و در نظر گرفتن تمام ویژگیها، سبب عدمتشخیص صحیح بیماری در افراد دیابتی شده، و باعث بالا رفتن هزینههای درمان و طولانی تر شدن دوره درمان می شود، ازجمله عوارضی که به دنبال مبتلا شدن افراد به این بیماری گریبانگیر آنها خواهد شد میتوان به گرفتگی عروق قلبی و در نوع پیشرفته آن به نابینایی، قطع اعضای بدن، اختلالات فکری و ... اشاره نمود که این خود ضرورت یاریرساندن به اینگونه از بیماران را دوچندان میکند. بنابراین به منظور حل این مشکل بنیادی تاکنون روشهای مختلفی ارائه شده اند، ازجمله این روشها میتوان به روشهای مبتنی بر هوش مصنوعی نظیر الگوریتمهای فازی تشخیص الگو در استخراج ویژگی - Kumari & Chitra, 2013 - و شبکههای عصبی - Jiang, Y., & Zhou, Z. H, 2004 - و نیز روش های مبتنی بر مدل بیزین - Langseth & Nielsen, 2006 - اشاره نمود
عمده مشکلی که شاید بتوان گفت در تمامی روشهای هوشمند ارائهشده قبلی به چشم میخورد استفاده از تمام ویژگیهای مورداستفاده بهمنظور تشخیص بیماری و درنتیجه هزینهبر بودن و تا حدودی کاهش میزان صحت روشها است
همان طور که اشاره شد مشکلی که در تحقیقات قبلی وجود داشته است، استفاده از تمام ویژگیهای مورداستفاده بهمنظور تشخیص بیماری و عدم آموزش وتست کافی بر روی مجموعه داده و درنتیجه هزینهبر بودن و کاهش میزان صحت روشها میباشد
امید است درنهایت الگوریتم هارمونی بتواند در افزایش میزان صحت تشخیص بیماری در مرحله آموزش و هم افزایش میزان صحت در مرحله آزمایش کارایی مطلوبی داشته باشد، در این پروژه در نظر داریم تا ابتدا دادههای موجود در پایگاه داده بهمنظور عملکرد بهتر سیستمهای هوشمند تعیین شده، سپس با استفاده از نرمافزار MATLAB و بهرهگیری از یک الگوریتم بهینهساز تکاملی و فرااکتشافی، الگوهای بهتر و تأثیرگذار در روند تشخیص بیماری دیابت تعیین شود، در مرحله بعد با استفاده از الگوهای بهینه استخراجشده، عملکرد الگوریتم هارمونی چه از لحاظ میزان صحت و چه ازنظر سرعت در پاسخ مورد مقایسه و ارزیابی قرار میگیرد.
مروری بر ادبیات موضوع و کارهای گذشته
داده کاوی: پزشکی حرفهای نیاز به یک روش پیشبینی قابل اطمینان برای تشخیص دیابت دارد. دادهکاوی فرآیند تجزیهوتحلیل دادهها از دیدگاههای مختلف است و خلاصه آن اطلاعات مفید است. در واقع دادهکاوی فرآیند تجزیهوتحلیل و خلاصه اطلاعات از دیدگاههای مختلف و تبدیل آن به اطلاعات سودمند است.
هدف اصلی از دادهکاوی کشف الگوهای جدید برای کاربران و تفسیر الگوهای دادهها به ارائه معنیدار و مفید اطلاعات برای کاربران است. دادهکاوی با پیدا کردن الگوهای مفید برای کمک به کارهای مهم از جمله تشخیص پزشکی و درمان کاربردی است. هدف این پروژه استخراج ارتباط در دادههای دیابت برای طبقهبندی کارآمد است. روشها و تکنیکهای داده کاوی موردبررسی برای شناسایی روشهای مناسب و تکنیکهای طبقهبندی کارآمد از مجموعه داده های دیابت و استخراج الگوهای مفید است
داده کاوی میتواند الگوهای موجود و ارتباطها را در دادههای در دسترس یا مشتق شده پیداکرده و مدلی را از روی دادهها پیشبینی کند
داده کاوی روندی است که شامل تدوین یک فرضیه، جمعآوری داده، انجام پیشپردازش، برآورد مدل و تفسیر مدل و نتیجه است.
شبکه عصبی: شبکههای عصبی مصنوعی بر اساس شبکههای عصبی بیولوژیکی در مغز انسان - شکل - 1 و معرفی یک مدل پیوند گراست
شکل :1طرحی از یک سلول عصبی در مغز انسان
شبکه عصبی مصنوعی شامل یک سری گره بهنام نورون هستند. نورون کوچکترین واحد پردازشگر اطلاعات است، که اساس عملکرد شبکههای عصبی را تشکیل میدهد
یک نورون ساده از دو عنصر کلیدی تشکیل شده است
1. وزن w
2. تابع انتقال f
ورودی p به نورون اعمال شده و با ضرب در وزن w، وزن دار میشود و حاصلضرب بهعنوان ورودی به تابع انتقال f اعمال شده و خروجی نهایی حاصل میگردد. با اضافه کردن بایاس به ساختار نورون، نورونی بایاسدار ایجاد میشود. ورودی بایاس یک مقدار ثابت 1 است. مقدار بایاس با حاصل w.p جمع میشود
یک شبکه عصبی مصنوعی میتواند داری چند لایه مختلف باشد. این لایهها میتوانند شامل، لایه وردی، لایههای میانی و لایه خروجی باشند.
الگوریتم جستجوی هارمونی:
الگوریتم جستجوی هارمونی یکی از سادهترین و جدیدترین روشهای فراابتکاری است و جدید تکاملی بر مبنای فرآیند موزیک است که با نسلی از بردارهای حل در قالب حافظه الگوریتم شروع به جستجوی فضای حل مسئله میکند و بر اساس رویکرد احتمالی به سمت فضاهای بهینه حرکت میکند. نتایج حاصل شده، عملکرد مناسب روش جستجوی هارمونی پیشنهادی را در اکثر نمونهها نشان میدهد.
همچنین، بهمنظور بررسی روش پیشنهادی در مسائل تولیدی، ازاین روش در حل مسائل زمانبندی ماشینهای موازی غیر یکسان نیز استفاده شده است . بهینه سازی در علوم ریاضی و کامپیوتر فرآیند انتخاب یا پیدا کردن بهترین عضو در مجموعهای از گزینههای موجود است.
