بخشی از مقاله
خلاصه
اهمیت سلامت قشر جوان به عنوان آیندهسازان هر کشوری، ضرورت ایجاد روشی بهینه را برای سنجش سلامت نشان میدهد. از طرفی توجه به پیشگیری - پیشگیری بهتر از درمان است - ، بهبود سطح سلامت جوامع انسانی را در پی خواهد داشت و عوامل خطر و بیماریزا را از بین میبرد و در نهایت به زندگی بهتر انسان خواهد انجامید. چاقی یکی از عواملی است که با بسیاری از بیماریها ارتباط مستقیم دارد. یکی از معیارهای مهمی که برای تنسنجی و ارزیابی تناسب اندام افراد مورد استفاده قرار میگیرد، شاخص توده بدن میباشد . اهمیت شاخص توده بدن زمانی افزایش مییابد که بدانیم، سازمان بهداشت جهانی از یک طبقهبندی استاندارد اضافه وزن و چاقی بر اساس شاخص توده بدن استفاده میکند. از طرفی این شاخص در پیشبینی چاقی بسیار ضعیف عمل میکند. در جهت رفع این نقص در این مقاله سعی شد با ایجاد سیستم خبرهای بر مبنای استنتاج فازی، روشی برای تنسنجی و با قابلیت پیشبینی چاقی ارائه شود.
این کار با بیان تناسب اندام افراد به صورت فازی و درصد شباهت به سایر گروهها انجام یافت. برای جستجوی بهترین مجموعه قوانین فازی از الگوریتم کلونی مورچگان استفاده شد. همچنین با بررسی توابع عضویت پی شکل و ذوزنقهای شکل، نتایج از برتری توابع عضویت پی برای این کار حکایت دارد. نتایج حاصل از آزمایش سیستم توسط 300 نفر از دانشجویان پسر ساکن خوابگاه دانشگاه ولیعصر - عج - نشان داد %42/33 از دانشجویان بیش از %45 به افراد چاق شباهت دارند و در واقع مستعد چاقی هستند. همچنین بازخورد سیستم خبره ایجاد شده با رضایت افراد از تعیین میزان شباهت تناسب اندامشان به گروههای دیگر با %86/00 مثبت ارزیابی شد.
کلمات کلیدی: سیستم خبره، شاخص توده بدن، چاقی، منطق فازی، الگوریتم کلونی مورچگان، تابع عضویت
.1 مقدمه
سازمان بهداشت جهانی چاقی را به عنوان یک بیماری تعریف کرده است، به دلیل افزایش سریع چاقی در سراسر جهان - شیوع چاقی در کشورهای در حال توسعه همانند ایران در حال افزایش میباشد - .[1], [2]، این مشکل به عنوان یک اپیدمی جهانی مطرح شده است .[3] از میان بیماریهای مرتبط با چاقی، دیابت از نظر درمان و بهداشت عمومی بیشترین توجه را به خود جلب کرده است .[4] چاقی شکمی در مقایسه با چاقی کلی ارتباط بیشتری با ابتلا به سکته قلبی به ویژه در زنان و سنین پایین دارد .[5] پرفشاری خون و شاخص توده بدنی بالا که نشان از چاقی دارد، دو عامل خطرزای عمده بیماریهای قلبی و عروقی هستند. کشف و تشخیص زودرس این عوامل خطر از اهمیت ویژهای برخوردار است .[6]برخی مطالعات بر اساس یافتههای خود از اندازه دور کمر [7], [8] یا نسبت دور کمر به باسن [9], [10] به عنوان بهترین شاخصهای تنسنجی و پیشبینی دیابت یاد کردهاند.
اخیراً نیز در پژوهشی به کارایی یکسان شاخص توده بدن، دور کمر و دور کمر به باسن اشاره شده است .[11]اما به خاطر سهولت دسترسی به اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه شاخص توده بدن و فرمولبندی صریح و قابل درک، پرکاربرد از سایر روشها میباشد. همچنین تحقیقاتی، شاخص توده بدن را به عنوان بهترین و سادهترین روش تنسنجی توصیه کردهاند، زیرا در مراحل بالینی به راحتی قابل محاسبه و با چربی زیرپوستی و چربی کل بدن مرتبط میباشد .[12] برخی مطالعات مقطعی نیز به ارتباط مستقیمی بین سطوح مختلف شاخص توده بدن و پرفشاری خون پیبردهاند .[13] شاخص توده بدن1 یک اندازه انتروپیکی از وزن است که با تقسیم بر مجذور قد بدست میآید و اغلب برای تنسنجی و ارزیابی چاقی در جوامع بزرگ مورد استفاده قرار میگیرد .[3]
با ورود قوانین فازی به عرصه هوش مصنوعی و ایجاد سیستمهای فازی، انسان به دستاوردهای چشمگیری در زمینههای مختلف صنعتی، نظامی، آموزشی، کشاورزی و پزشکی دست یافته است. سیستمهای کنترل دما [14]، کنترل سرعت رباتهای متحرک چرخدار [15] و سیستمهای اتوپایلت [16] از جمله مواردی هستند که از قوانین فازی برای طراحی آنها استفاده شده است.استفاده از استنتاج فازی در سیستمهای تشخیص پزشکی نیز متداول میباشد. پژوهش [17] ، به منظور ایجاد یک دستیار هوشمند تشخیص بیماری ALS و پژوهش [18]، برای تشخیص بروز بیماری قلبی از سیستم استنتاج فازی استفاده میکنند. در پژوهش [19] نیز برای تشخیص بیماری آلزایمر، سیستم خبرهای مبتنی بر منطق فازی ایجاد و در راستای تسریع در تشخیص و بهبود جوابهای حاصل از الگوریتم کلونی مورچگان - ACO - 2 استفاده شده است.
پژوهش [20]، برای مطالعه و مدلسازی یک روش محاسباتی جدید فشار خون از یک الگوریتم ژنتیک و مجموعه قوانین فازی بهره میبرد. فشارهای سیستولیک3 و دیاستولیک4 به عنوان ورودی سیستم فازی و خروجی سیستم فشار خون میباشد. سیستم فازی مبتنی بر فرد خبره برای طبقهبندی فشار خون مانند؛ فشار خون بالا، بهینه، نرمال، عارضهای بالا، فشار خون بالا درجه 1، درجه 2، درجه 3 و فشار خون سیستولیک جدا شده درجه 1، 2 و 3 به کار میرود. آن از الگوریتم ژنتیک به منظور کاهش تعداد قوانین به کار میرود. در پژوهش [21]، به منظور افزایش دقت تشخیص میزان فشار خون،یک مدل هیبریدی عصبی-فازی ارائه میشود. آنها ادعا میکنند، این مدل میتواند نتیجه را سریعتر، ارزانتر و دقیقتر فراهم کند.ارئه روشی بدون نیاز به آزمایشهای کلینیکی و مقرون به صرفه برای تنسنجی افراد، مورد توجه کارشناسان و صاحب نظران حوزه سلامت میباشد .
زیرا با تشخیص بهتر و سریعتر تناسب اندام میتوان از بیماریهای مرتبط با آن پیشگیری کرد. در سال 2001 سازمان بهداشت جهانی با یک دستهبندی استاندارد اضافه وزن و چاقی بر حسب شاخص توده بدن موافقت نموده است .[22]در این مقاله، با استفاده از سیستم استنتاج فازی، روشی بر پایه شاخص توده بدنی برای تنسنجی افراد ایجاد خواهیم کرد. با یافتن مجموعههای فازی به وسیله الگوریتم بهینهسازی کلونی مورچگان، به دقت هر چه بیشتر روش پیشنهادی خواهیم افزود. برای بررسی بیشتر مجموعههای فازی از دو روش ذوزنقهای و پی برای ایجاد مجموعه توابع فازی استفاده میکنیم.در ادامه و در بخش 2 روش پیشنهادی را شرح خواهیم داد. این کار را با توضیح کلی روش پیشنهادی شروع و با شرح کامل الگوریتمها و توابع مورد استفاده به پایان خواهیم برد. در بخش 3 نتایج حاصل از روش پیشنهادی را با استفاده از نمودارها و جداول ارائه میکنیم. در انتها و در بخش 4 نیز به نتیجهگیری خواهیم پرداخت.
.2 روش پیشنهادی
روش فعلی شاخص توده بدن برای تنسنجی، افراد را در چند گروه تناسب اندام قرار داده و به صورت مجموعههای کلاسیک بیان میشود. این روش در پیشبینی بسیار ضعیف و برای خود افراد نیز ابهام انگیز میباشد. برای در نظر گرفتن سایر گروها و شباهت افراد به آنها استفاده از سیستمهای فازی بسیار کارآمد میباشد. به عنوان مثال در فرم فازی؛ فردی میتواند 80 درصد به گروه نرمال و در عین حال 20 درصد و یا بیشتر به افراد چاق شباهت داشته باشد. بر همین اساس میتوان فقط با یک رژیم غذایی ساده از ابتلا به بیماریهایی مانند فشار خون، دیابت و قلبی عروقی پیشگیری کرد.
به دلیل غیر غطی بودن رابطه شاخص توده بدن - رابطه - 1 که از الگوریتم کلونی مورچگان برای بهینهسازی مجموعههای فازی استفاده میکنیم. افراد را به سه گروه با تناسب اندام؛ لاغر، مناسب و چاق تقسیم خواهیم کرد. پارامترهای ورودی شامل قد - سانتیمتر - و وزن - کیلوگرم - میباشد، خروجی سیستم درصد شباهت افراد به گروهای از قبل تعیین شده خواهد بود.BMI، w و h به ترتیب شاخص توده بدن، وزن - کیلوگرم - و قد - سانتیمتر - را نمایش میدهند.
.1 .2 منطق فازی
تئوری منطق فازی با تاکید بر این که تئوریهای کلاسیک بیش از حد بر روی دقت تاکید دارند و به این دلیل توان کار با سیستمهای پیچیده را ندارند، معرفی شد .[23] به دلیل توصیف زبان شناختی تئوری فازی از دانش، برای ساخت و ایجاد سیستمهای خبره کاربرد فراوانی دارد. اغلب سیستمهای طراحی شده با تئوری فازی از 4 بخش عمده؛ فازیساز، پایگاه داده، موتور استنتاج و غیرفازیساز تشکیل میشوند.پایگاه دانش شامل دادهها و گزارههای پایه است که شامل مجموعهای از توابع عضویت و متغیرهای ورودی و خروجی میباشد. این پایگاه داده است که اطلاعات مورد نیاز برای بخشهای فازیساز، موتور استنتاج و غیرفازیساز را تأمین میکند. فازیساز، ورودیهای قطعی را به وسیله مجموعه قوانین فازی به ورودیهای فازی تغییر میدهد. برای تغییر یک ورودی به
