基于AHP、SOM和TOPSIS的配方设计与评价方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于AHP、SOM和TOPSIS的配方设计与评价方法。首先，对收集整理得来的数据依据原料所属类别和数据来源等层级评价指标建立矩阵并计算权重。然后，对加权后的原料数据进行SOM聚类分析，最后依据聚类结果结合形成配方，进行TOPSIS分析，得到最优解。本发明专利技术对以往单独或成对使用的AHP、SOM聚类和TOPSIS采用联合使用的方式，建立一个对配方设计和评价的方法，对数据库中的原料进行更多层次角度的分析，挖掘出在过往应用研究中可能没有被充分应用的原料。有被充分应用的原料。

【技术实现步骤摘要】
基于AHP、SOM和TOPSIS的配方设计与评价方法


[0001]本专利技术涉及配方设计与评价的应用场景，特别是指基于AHP、SOM和TOPSIS的配方设计与评价方法。

技术介绍

[0002]配方设计中采用的一般方法是对现行原料进行频次统计和关联规则(Association Rules)、熵聚类(Entropy Clustering)等算法分析得到搭配组合。这些统计方法核心原料的明确、关联药对的筛选，甚或可能配方的组合等保健食品配方筛选的基础环节上已成熟应用。该方法在原料之间的应用规律、配方评价等方面比较薄弱，同时具有耗时较长、效率较低、准确率不高等不足，越来越难满足现在社会对保健食品要求精准营养、精准解决等个体化的需求。
[0003]关联规则、决策分析(Decision Analysis)和聚类分析(Cluster Analysis)等机器学习算法近两年也在不断尝试应用在辅助医疗、药物挖掘、医疗图像处理等方面。层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)和理想解法(Technique for Order Preference by Similarity to Solution，TOPSIS)是两种常用的决策分析方法。AHP通过两两比较的方法分层建立矩阵，最终计算得到权重值，具有对数据要求少、间接使用、系统性强等优点，同时也具有对数据进行简单的基于权重进行加权平均求得综合评价值，却忽略了实际指标值本身特点不足之处，因此还需要在实际中结合其他决策方法进行应用。TOPSIS是一种基于归一化的原始数据矩阵找出有限方案中的最优方案和最劣方案，然后计算评价对象与最优方案和最劣方案之间的相对接近程度的综合评价算法。SOM聚类(Self
‑
Organizing Map)是一种无监督的自组织神经学习网络，可通过自动寻找样本中的内在规律和本质属性，自组织、自适应地改变网络参数与结构，多用于解决模糊信息的分类等问题。其之前多用于工程、金融等领域，在药学或食品中应用罕见，但是其与AHP和TOPSIS分析联用研究应用实例多样且比较成熟。AHP
‑
SOM聚类的联合应用多应用于多种方案的选择或者是对于定性和定量指标并存的情况下建立一个质量评价体系。相较而言，SOM聚类和TOPSIS的联合使用可以大幅降低在最后选择评价时的对象数量。通过对上述算法的联合使用，可以对方剂、保健食品等各类配方的原料关系、配伍依据提供支持，对配方进行评价，最终筛选出最适配方。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于弥补配方多为具有相同功能的原料简单拼凑、同一功能下部分原料使用频次过高导致对其他原料利用度不足等情况，提供一种可以利用AHP、SOM聚类和TOPSIS联合使用对以某一原料为核心的配方设计与评价方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于AHP、SOM和TOPSIS的配方设计与评价方法，包括以下步骤：步骤一、通过对国家市场监督管理总局收录的批文信息及包括药智数据、中医世家在内但不仅限于此的各类中药信息数据库的数据信息进行收集，完成对所研究原料药的
信息收集；步骤二、按照一定的整理方法对步骤一中收集得到的数据进行频次统计等数据整理；步骤三、依据配方建立时考虑的原料所属类别和原料数据来源等因素建立层级评价指标；步骤四、按照步骤三中建立的评价指标对收集得到的数据建立矩阵并进行打分，计算权重；步骤五、对步骤四中得到的数据进行SOM聚类分析；步骤六、依据对步骤五中聚类结果显示优选的原料进行功能研究支持文献检索，配以中医传统的配伍理论支撑，组成若干可用于该功能项下的配方；步骤七、对步骤六中组成配方，按照君臣佐使的顺序进行TOPSIS分析，得到最优解。
[0006]优选的，所述配方为保健食品配方或组合物。
[0007]进一步地，在上述步骤一中，要采集的数据和采集方法如下：保健食品批文相关数据：产品名称、批文号、功能及主要原料；中成药相关数据：药品名称、处方来源、处方原料信息及用量信息；中药方剂相关数据：方剂名称、出处、方剂组成、分类、功用、主治等项。
[0008]其中配方组成不可缺少，其他项若有缺项则记为空。
[0009]进一步地，在步骤二中的一定的整理方法，包括但不仅限于：参照《中国药典》、地方标准等规范对方剂、中成药和保健食品批文的配方药味信息进行标准化处理。
[0010](1)将习用名改为药典或地方标准中记载规范名称；(2)将同一味药的不同炮制规格改为原药名；(3)将药材提取物改为原药材名；(4)合并不同方剂名、中成药名、不同批文，但是药味组成一致且功效一致的数据；另外，在整理的过程中，将相同药味、不同辅料的批文合并处理；(5)规范化过程中若有改变名称后功效影响显著者，则保留原有记录，分别录入处理。
[0011]对标准化处理后的数据进行原料所属类别和原料出现频次统计。
[0012]进一步地，在步骤三中层级评价指标包括：根据保健食品配方组成的原则设计了2个层级共17个指标，层级包括药味类别和现有处方类型，指标项目按照步骤二中的频次统计结果进行设置。
[0013]进一步地，步骤四中提及的AHP评价矩阵按照下法建立：以a
ij
表示选取的影响保健食品配方原料选择的第i项指标x
i
与第j项指标x
j
的重要性比值，a
ji
表示选取的影响保健食品配方原料选择的第j项指标x
j
与第i项指标x
i
的重要性比值，并且应满足a
ij
＝1/a
ji
，全部比较结果用矩阵A＝(a
ij
)
n
×
n
表示；A的最大特征值λ
max
对应的归一化特征向量S＝[s1，s2，
…
，s
j
，
…
s
n
]T
作为影响保健食品配方原料选择的多项决策指标的权重分配向量，其中，s
j
表示第j项影响保健食品配方原料选择的指标在此最佳保健食品配方方案决策体系中所占权重值，n表示选取的影响保健食品配方原料选择的决策指
标数量；根据公式，计算一致性指标CI，来衡量判断矩阵偏离完全一致性的程度；计算一致性比例CR＝CI/RI，其中，RI的取值范围在0至2之间，在此范围内人工选择对应n的RI值计算CR；当CR<0.10时，认为判断矩阵A的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正调整，并且重新计算决策指标的权重分配向量，即重复步骤四。
[0014]作为一种较佳的实施例，评价矩阵中每个元素的含义用下列方法进行评价：相邻两个元素相比的重要性可用1
‑
9分赋值。其中1表示同等重要，3表示稍微重要，5表示明显重要，7表示强烈重要，9表示极端重要。2、4、6、8为上述相邻判断的中值。
[0015]所述保健食品原料权重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于AHP、SOM和TOPSIS的配方设计方法，其特征在于，具体包含以下步骤：步骤一、通过对国家市场监督管理总局收录的批文信息及包括药智数据、中医世家在内但不仅限于此的各类信息数据库的数据信息进行收集，完成对所研究原料药的信息收集，具体的，所述原料药可包括：白及、甘草、陈皮、黄芪、茯苓、五味子、丹参、白芍、贝母、白术、党参、人参、木香、山药、当归、薏苡仁、大枣、百合、泽泻、丁香、砂仁、山楂、吴茱萸；步骤二、按照一定的整理方法对步骤一中收集得到的数据进行频次统计等数据整理；步骤三、依据配方建立时考虑的原料所属类别和原料数据来源等因素建立层级评价指标；步骤四、按照步骤三中建立的评价指标对收集得到的数据建立矩阵并进行打分，计算权重；步骤五、对步骤四中得到的数据进行SOM聚类分析；步骤六、依据对步骤五中聚类结果显示优选的原料进行功能研究支持文献检索，配以中医传统的配伍理论支撑，组成若干可用于该功能项下的配方；步骤七、对步骤六中组成配方，按照君臣佐使的顺序进行TOPSIS分析，得到最优解。2.根据权利要求1所述的配方设计方法，其特征在于，以原料所属类别和原料数据来源等因素建立层级评价指标，所述评价指标体系包括：评价指标一：原料所属中药类别，包括二级指标：补虚药，化湿药，理气药，清热药等来源于步骤二中频数统计的数据；评价指标二：原料来源处方类型，包括二级指标：对应功能的配方，包含该原料的中成药，包含该原料的方剂等项。3.根据权利要求1所述的配方设计方法，其特征在于：按照步骤三中建立的评价指标对收集得到的数据建立矩阵并进行打分，计算权重，以a
ij
表示选取的影响配方原料选择的第i项指标x
i
与第j项指标x
j
的重要性比值，a
ji
表示选取的影响配方原料选择的第j项指标x
j
与第i项指标x
i
的重要性比值，并且应满足a
ij
＝1/a
ji
，全部比较结果用矩阵A＝(a
ij
)
n
×
n
表示；A的最大特征值λ
max
对应的归一化特征向量S＝[s1，s2，
…
，s
j
，
…
s
n
]
T
作为影响配方原料选择的多项决策指标的权重分配向量，其中，s
j
表示第j项影响配方原料选择的指标在此最佳配方方案决策体系中所占权重值，n表示选取的影响配方原料选择的决策指标数量；根据公式，计算一致性指标CI，来衡量判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：折改梅，马嘉慕，姚鉴玲，于啊香，魏静，宋若兰，何培，蒋六阳，
申请(专利权)人：北京中医药大学，
类型：发明
国别省市：