بخشی از مقاله
چکیده
تغذیه یکی از نیازهای ذاتی و دائمی هر فرد است و مهمترین عامل بقای زندگی هر جانداری محسوب میشود. سیستم خبره پزشکی یک سیستم هوشمند است که عمل تشخیص را انجام داده، یک مسیر یا توصیهی درمانی ارائه میدهد. یک سیستم خبره تغذیه به مردم کمک می کند وضعیت تغذیه و شرایط خود را ارزیابی کنند و بر این اساس برای آنها توصیه رژیم غذایی و تغذیه مناسب را فراهم میکند.
شبکههای عصبی مصنوعی با پردازش روی دادههای تجربی، دانش یا قانون نهفته در ورای دادهها را به ساختار شبکه منتقل میکنند که به این عمل یادگیری میگویند. در این مقاله با استفاده از شبکههای عصبی توانستیم یک سیستم خبره برای پیشنهاد برنامه غذایی طراحی کنیم که قادر باشد با دقت 92 درصدی با توجه به مشخصات فرد، مناسب ترین برنامه غذایی را پیشنهاد دهد.
.1 مقدمه
تغذیهای که بر اساس اصول علمی و با در نظر گرفتن کلیه نیازهای بدن تنظیم شده باشد، موجب تأمین سلامت انسان میشود و درصورتیکه به غیراز این عمل شود، موجب اختلال در عملکرد کل دستگاههای بدن شده و باعث از دست رفتن قوای جسمی و تعادل روانی در انسان خواهد شد. رعایت برنامه غذایی خوب و متعادل میتواند طول عمر انسان را افزایش دهد و بر شادابی فرد نیز تأثیرگذار باشد.
به آن نوع از برنامههای هوش مصنوعی که به سطحی از خبرگی میرسند که میتوانند بهجای یک متخصص در یک زمینه خاص تصمیمگیری کنند، سیستمهای خبره گفته میشود. شبکه عصبی مصنوعی الگویی برای پردازش اطلاعات میباشد که با تقلید از شبکههای عصبی بیولوژیکی مثل مغز انسان ساختهشدهاند. عاشوری در مقالهای تحت عنوان "پیادهسازی سیستم خبره مشاور تغذیه با استفاده از مفاهیم فازی" بیان میدارد که سیستم خبره موردنظر ایشان یک سیستم مشاور تغذیه است که بر اساس تعدادی از پارامترهای طبیعی - علائم زیستی - افراد، میزان مصرف چهار دسته اصلی از مواد غذایی را پیشنهاد میکند .[1]
راماچاندران اولین برنامه رژیم غذایی " The Nutrition Diet " program - NDP - را ارائه کرد که برای کمک به جمعیت روستایی که نمیتوانند متخصص تغذیه یا پزشکی در نزدیکیشان پیدا کنند توسعهیافته است. سیستم خبره دیگرNutrition “ ”Counseling and Menu Management است؛ این برنامه، برنامهریزی منو و مدیریت عادت غذا خوردن را مشخص میسازد .[2]
چن در سال 2012 سیستم Nutrition Diagnosis Expert “ ”System را ارائه کرد که با بهرهگیری از »فرآیند و مدل مراقبت تغذیهای« طراحیشده است که توسط " انجمن رژیم غذایی آمریکا" در سال 2008 تأییدشده و شامل ادغام دانش تشخیص تغذیه از رژیمهای غذایی حرفهای برای ایجاد اصول اولیه ساخت سیستم خبره مبتنی بر قواعد با دانش آن است. این سیستم با Microsoft Visual Studio 2008 نوشتهشده است .[3]
در مرجع [4] یک سیستم تغذیه مبتنی بر منطق فازی با این فرض که مصرف مواد غذایی میتواند بهصورت سیستمی کنترل شود، پیشنهادشده است. دو روش فازی و مطلق بر اساس فیدبک های آنها مورد مقایسه قرارگرفته است. تئوری مجموعههای فازی بسیار مناسب برای آنالیز رژیم غذایی به دلیل اثرات مواد مغذی که ارزش پیوسته دارند قلمداد شده است؛ زیرا اینکه یک ماده غذایی باید مصرف شود یا نه، بهصورت مطلق معمول نیست. سیستم غذاها را بر اساس محتوای مواد مغذی نشان میدهد .[4] در مرجع [5] یک سیستم خبره فازی برای یک نرمافزار راهنماییهای تغذیهای در سال 2009 ارائهشده است.
کسب دانش تخصصی است که با استفاده از جدول متغیرهایی که ایجادشده است بر مبنای سیستم فازی قاعده گرا انجام میشود. این سیستم مقدار مصرف مواد غذایی که برای تولید توابع عضویت فازی استفاده میشود را پیشنهاد میدهد. این مقاله، توسعه سیستم فازی نوع ممدانی با استفاده از یک ساختار سلسله مراتبی را شرح می دهد. سطح اول سیستم به گروهی از غذاهای مشابه اشاره دارد و سطح دوم مدل، مواد غذایی کم شده و اضافهشده را تعریف می کند . اعتبار سنجی مدل فازی در سه فاز انجامگرفته است. ابتدا دو نوع تحلیل حساسیت انجامشده و سپس خروجی با استفاده از دانش خبره تحلیلشده است .[5]
در مرجع [6] هدف پژوهش توسعه یک نمونه اولیه سیستم متخصص در تغذیه و رژیم غذایی با استفاده از روش مبتنی برقوانین است.. برای ساخت منطق برای این سیستم، دانش بهعنوان ورودی ساختیافته از طریق قواعد if-then و جداول تصمیمگیری مدل میشود و خروجی بدست میآید. روش اصلی استخراج دانش انجام مصاحبه است. این روش استخراج محبوبترین روش استفاده برای استخراج دانش از یک متخصص است .[6]
در مرجع [7] هدف ارائه یک پیشنهاد برای ارزیابی قابلیت استفاده از سیستم خبره برای کنترل رژیم غذایی با استفاده از هوش مصنوعی است. همچنین با استفاده از منطق فازی به بررسی یک منوی رژیم غذایی در سیستم میپردازیم . انتظار میرود که روش ارائهشده یک رویکرد جدید برای آموزش تغذیه و یک روش ارزیابی قابلیت توصیه کند. بسیاری از برنامههای کاربردی و سیستمهای خبره در دسترس در بازار امروز که رژیمهای غذایی و برنامهریزی تغذیهای انجام میدهند، مانند کمپ، منشور، CAMPER، DietPal E VIE-PNN به کار باردلا نزدیک هستند .[7]
سیستم های طراحی شده ی پیشین هیچ یک بر مبنای شبکه های عصبی طراحی نشده بودند. در این مقاله سیستم خبره تغذیه را با شبکه عصبی طراحی می کنیم. در ادامه و در بخش 2 نیازمندی ها و داده های سیستم تغذیه پیشنهادی را معرفی میکنیم. در بخش 3 فلوچارت روند انجام کار نشان داده شده است و در بخش 4 نحوه پیاده سازی سیستم را شرح می دهیم؛ و در نهایت در بخش 5 نتایج را بررسی می نماییم.
.2 نیازمندی های سیستم پیشنهادی
در این مقاله قصد داریم یک سیستم پیشنهاد رژیم و تغذیه طراحی کنیم. در ابتدا به اطلاعات پروندههای بیماران نیازمندیم که دیتاست پژوهش را تشکیل میدهد. برای این کار با هماهنگیهای انجامشده با یکی از متخصصین تغذیه و رژیمدرمانی استان اصفهان و عضو هیئتعلمی دانشکده تغذیه دانشگاه علوم پزشکی اصفهان امکان دسترسی به پروندهی بیماران ایشان محقق گردید چون میخواهیم از دادههای واقعی استفاده کنیم. طی مراجعات متوالی در طول چهار ماه، اطلاعات پروندههای 1000 نفر از بیماران ایشان در قالب یک فایل اکسل جمعآوری شد. هدف ما استفاده بهینه از اطلاعات افراد است. پس بعد از جمعآوری دادهها نیاز به تجزیه و تحلیل دادهها است.
از آنجا که سیستم مورد مطالعه در این پژوهش یک سیستم خبره است علاوه بر جمعآوری اطلاعات واقعی به مصاحبه با فرد خبره یا متخصص در این حوزه نیازمندیم؛ که این امر با راهنماییها و مشورتهای پزشک متخصص تغذیه و کارشناسان تغذیه مستقر در مطب ایشان انجام شد. در این مقاله ابتدا نیاز به جمعآوری دو دسته اطلاعات داریم که در ادامه توضیح داده میشود:
- اطلاعات بیماران مراجعهکننده به مطب برای دریافت رژیم غذایی
- قواعد و اصول تنظیم یک برنامه غذایی که از طریق مصاحبه با فرد خبره یا متخصص تغذیه به دست میآید. مهمترین مشخصاتی که در تنظیم یک برنامه غذایی مؤثر است و قابل پیادهسازی در کامپیوتر است توسط متخصص تغذیه بررسی و ار پرونده بیماران استخراج شد که به شرح زیر است:
- سن
- قد
- وزن فعلی
- BMI
- وزن ایده آل
- جنسیت
- ورزش و فعالیت بدنی
یکی از چالشهای این پژوهش این است که علاوه بر ثبت نشدن اطلاعات بیماران بهصورت دیجیتال، اطلاعات موجود در پروندههای بیماران نیز بهطور کامل ثبت نشده است؛مثلاً در تعدادی از پروندهها فیلدهایی مثل BMI یا وزن ایده آل محاسبه نشده است.
محاسبه شاخص توده بدن : - BMI -
BMI یا شاخص توده بدن به ما کمک میکند تا محدوده وزن نرمال خود را بدانیم و خطر بروز بیماریهای خاص را در خود ارزیابی کنیم. این شاخص نشاندهنده مقدار توده چربی بدن است. فیلد BMI در بعضی رکوردها محاسبه نشده بود که از طریق رابطه - 1 - محاسبه شد: - 1 - × قد *قد - به متر - / وزن - به کیلوگرم - BMI= محدوده های وزن براساس BMI در جدول - 1 - نشان داده شده است.
