膳食营养配餐系统的研究_冯剑

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信息科学

膳食营养配餐系统的研究

冯剑

曹琳

（哈尔滨商业大学，黑龙江哈尔滨１５００２８）

１背景

随着经济的发展，人们餐桌上的食物丰富了，然而，有的人却产生了一些生活富裕性疾病，这是因为人们不断的摄入与消化食物，食物中的营养素在体内按照严格的规律与方式，进行着一系列相互联系的生化反应而维持着正常代谢，如果人们的日常饮食结构违反它们的规律，将会失去它们在生命活动中的动态平衡，从而影响人体的生长发育与健康。营养学与营养疾病学虽然对人们的营养膳食做过大量细致的

工作，但是并没有把营养素含量、

疾病、人的标准摄入量同菜谱有机的联系起来，也没有对营养素含量进行数值上的分析，使用户手拿营养学书籍却不知该怎样具体营养膳食。鉴于此，我们开发了这套膳食营养配餐系统，解决了传统营养膳食抽象化的问题，实现了直接对菜谱的智能化优选，完成了营养膳食抽象化到具体化的转变。

２研究的目标

膳食营养配餐系统是计算机应用技术、营养学、疾病营养学多门学科交叉应运而生的，营养学与疾病营养学为我们的研究奠定了理论基础，在这个基础上，我们作了大量的分析与处理，利用计算机应用技术把理论抽象的问题，转化为具体营养配餐系统，不但可以应用于普通人群，而且还可以针对特殊人群（疾病人群）。其中，带疾病的营养膳食优选是本系统的一大特色。

３研究的方法与过程

３．１网络数据库系统的建立：

ａ．菜谱数据库：建立了基础的菜谱信息数据库。ｂ．食材数据库：总结归纳了日常生活需要的所有食材。ｃ．疾病数据库：建立了人类常见病数据库。ｄ．多媒体数据库：存储菜谱图片以及菜谱解说声音文件等多媒体信息。ｅ．一些辅助数据库：口味，用户信息，菜系，标准摄入量等。

３．２营养膳食中各组成部分之间关系的研究

［１］由于本系统直接面向用户的基本数据是菜谱，用户通过输入各种条件最终直接选出的是一套菜谱的优选组合，所以我们在整个研究过程中建立了如下的对应关系：用户每天的标准摄入量同菜谱组合的关系、菜谱同疾病的关系、疾病同营养元素的关系、疾病同食材的关系、疾病通过营养素含量和食材同菜谱组合建立的关系。通过对这些关系的研究，建立了多媒体营养膳食智能化优选系统中有关疾病优选的功能模块。

具体的关系如下：ａ．菜谱营养含量的研究：建立了菜谱与营养含量的对应，是整个智能化优选系统的基础。ｂ．用户每天的标准摄入量同菜谱组合的关系：根据用户提供的自身信息，查找用户对应的标准摄入量，通过优选系统选出最符合用户的菜谱组合。ｃ．菜谱同疾病关系的研究：通过对菜谱同疾病关系的研究，建立了疾病优选最基础的理论，每一道菜由于营养成份的不同，它对某一些疾病有积极的作用，同时对其它的一些疾病也有消极作用，系统中的每道菜都对应着忌和益的疾病。ｄ．疾病同营养元素关系的研究：疾病对每种营养素都有各自的要求，系统建立了疾病与营养元素之间定量的关系，为建立疾病同菜谱组合的关系奠定了基础，这种关系的研究也是疾病优选理论的核心之一。营养素同疾病的关系不单只是反映在好与坏这样定性的层面上，例如：一种营养元素对某一种疾病有好处，并不是说多多益善，它在量上应该有个范围，任何营养素过量摄入都会产生中毒现象；相反一种对某一疾病不利的营养元素也不可以完全不摄入，任何营养素对身体都是有作用的，只是营养素针对这种疾病在量上应该有个上限。所以研究疾病同营养素之间的定量关系是本系统疾病优选的核心问题，通过大量的研究工作和相关单位的帮助，我们研究整理出了相应疾病对营养素的定量要求。ｅ．疾病同食材关系的研究：根据对食材营养成分的研究以及对大量资料的整理，建立了疾病同食材的关系，因为食材是菜谱的直接构成单位，建立这个关系可以间接的搭建从疾病到菜谱的桥

梁，即疾病——

—食材———菜谱。ｆ．疾病同菜谱组合关系的研究：同一般的菜谱与疾病的关系不同，我们通过营养素含量和食材建立了疾病同菜谱组合的复杂关系，此种关系不但从定性的角度而且从定量的角度反映菜谱同疾病的关系。将菜谱组合和疾病更准确更合理的联系在了一起，使用户可以更准确的优选出适合自身情况的菜谱组合。

３．３通过对以上这些关系的研究，建立了膳食营养配餐系统中有关疾病优选的功能模块。

３．４系统的设计与分析

ａ．用户管理模块；ｂ．菜谱信息管理模块；ｃ．个人菜谱定制模块；ｄ．信息查询模块；ｅ．系统维护模块；ｆ．系统设置模块。

３．５模拟退火算法在膳食营养配餐系统中的研究［２］

根据用户一天营养的标准摄入量，从营养菜谱中选出指定的最优的组合，当菜谱中菜的数量很大，并且选择的菜目大于６时，由于计算量太大的原因，操作系统不能响应出现死机状态。模拟退火算法就是模仿上述物理系统徐徐退火过程的一种通用随机搜索技术，人们可用马尔柯夫链的遍历理论来给它以数学上的描述。在搜索最优解的过程中，模拟退火算法除了可以接受优化解外，还用一个随机接受准则（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｓ准则）有限度地接受恶化解，并且接受恶化解的概率慢慢趋向于０，这使得算法有可能从局部最优解中跳出，尽可能找到全局最优解，并保证了算法的收敛。特别地，我们给算法增加一个记忆器，使之能记住搜索过程中遇到过的最好结果，当退火过程结束时，将所得最终解与记忆器中的解比较并取其优者作为最后结果。由此就可以得到一种有记忆的模拟退火算法。应用改进的模拟退火算法很好的解决了优化组合的问题，解决了优化解的丢失问题，实现了多个量同标准量比较时智能的选择优化组合的方法。

３．６在ＰＤＡ上运行的膳食营养配餐系统的研发：ａ．数据同步程序：应用ＧＰＲＳ无线网络使ＰＤＡ数据库与服务器数据库保持同步。ｂ．膳食营养配餐系统程序：人工选菜和自动选菜两大功能模块。

４研究成果

膳食营养配餐系统的研发成功，无论对营养学还是疾病营养学都起到了积极的促进作用，完成了理论到实践的转变，而且扩大了计算机应用技术的应用范围，证实了多学科交叉发展研究的重要性，是计算机应用技术与（疾病）营养学完美的结合。

应用本系统，用户可以根据自身的情况，选择最适合身体情况的菜谱组合，从而达到健康饮食的目的。其中本系统独有的疾病优选功能，可以使用户找到对自身疾病有益的菜谱组合，避免了不健康饮食对自身的负面影响。

多媒体营养膳食智能化优选系统在智能终端ＰＤＡ上开发成功，使人们无论身在何处都能享受营养膳食的乐趣。

５使用情况

膳食营养配餐系统不但适合个人用户，而且也适用于餐饮业，目前本系统已经在哈尔滨商业大学酒店（三星级）通过测试正进入全面投入阶段，并且通过调研，证实市场前景良好，准备在各大酒店试运行。

６研究总结

计算机应用技术在营养学领域已经得到了广泛的应用和长足的发展，膳食营养配餐系统也只是这个领域的冰山一角，下一步，我们将继续致力于（疾病）营养膳食与算法的研究，不断完善疾病优选系统，提高本系统的整体优选速度，为用户提供更准确、更快捷的膳食食谱。

参考文献

［１］刘海玲．饮食营养与健康［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５．

［２］康立山，谢云，尤矢勇．非数值并行算法

（第１册）：模拟退火算法［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９７．

作者简介：冯剑（１９７９￣），男，山东青岛人，硕士研究生，哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院助教，研究方向：人工智能。

项目来源：黑龙江省科技攻关项目（ＧＣ０２Ａ１３２）

摘要：在实际配餐过程中遇到的一个现实问题是：由于食物成分、营养元素复杂等原因，造成了配餐的效率不高，针对这种情况，提出了准确分析、高效配餐的新思维，开发了这套膳食营养配餐系统，系统地阐述了开发过程中涉及到的相关理论知识和整个方案的实施过程。

关键词：营养膳食；配餐；智能优化