一种基于综合定权的TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于综合定权的TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法，引入拉格朗日函数，构建了优化决策模型，避免了绝对主观性和绝对客观性，使两者保持较好的一致性，运动心肺评价领域，从运动心肺实验出发，考虑了人体的心血管功能、呼吸交换供能和代谢功能三个方面，选择了无氧阈和最大运动强度下的心率、每搏输出量、氧气当量等18个指标构建了评价指标体系，采用组合数的有序评价加权算子来确定指标体系的主观权重，采用熵权法来计算指标体系的客观权重，然后最后建立了TOPSIS综合评估模型，评估受试者的心肺耐力，较好的区分受试者的心肺耐力水平，本发明专利技术可以给组训者提供评估的建议，从而进行有针对性的训练。从而进行有针对性的训练。从而进行有针对性的训练。

【技术实现步骤摘要】
一种基于综合定权的TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法


[0001]本专利技术涉及心肺耐力相关
，具体来说，涉及一种基于综合定权的 TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法。

技术介绍

[0002]运动心肺实验(CPET)虽然可以检测提供许多参数，但是这些参数还没有得到在具体应用中的评估和解释。CPET的评估依赖运动生理学专家的知识，教练和不了解CPET的临床医生难以得到有价值的内容，且专家之间由于主观因素，对同一个受试者评估的结果也有所不同。由于医疗卫生资源、经济和专业知识的限制，普通群体对心肺耐力评估的需求无法得到满足。建立一种人体心肺耐力评价方法，可以实施精准的、在医疗监督下的运动方案，既能提高人体的有氧耐力，也可以保证心肺的安全。为了加快 CPET的普及，量化决定运动成绩的生理参数，帮助医院(康复科、心脏科等)和教练(运动员、士兵等)提供可靠的指导，探索基于运动生理数据的智能化心肺评估方法，具有重大的理论价值和社会意义。
[0003]目前已公开的专利中，与本专利技术比较类似的专利有：基于AHP
‑
TOPSIS 算法的矿用卡车安全性评价方法。建立卡车安全性指标；构造判断矩阵，并进行一致性检验；若通过一致性检验，则计算判断矩阵的特征值，并取最大特征值对应的特征向量作为卡车安全性指标的权重，若不通过一致性检验，则返回步骤二；判断各安全性指标的类型，并将指标数据进行正向化处理，得到正向化矩阵D；对D消除量纲，得到标准化矩阵Z；按照步骤三得到的权重和步骤五得到的矩阵Z，对卡车安全性进行评分，对各评分归一化处理后，得到最终的评价结果。
[0004]VO2max被称为衡量耐力水平的金标准，但是许多学者对只用最大摄氧量来评估人体的心肺耐力水平提出了质疑。目前大多数都是通过简单的统计各项指标来衡量人体的心肺耐力水平，没有体现出各项指标的权重占比。而且需要依赖运动生理学专家的知识。
[0005]因此，只能利用CPET中的生理参数，从人体的心血管功能、呼吸交换功能和代谢功能三个功能出发，定量的对人体的心肺耐力进行评估。一方面可以避免医生的主观因素对评估结果的影响，另一方面非运动生理学专家的评估人员可以实现智能化的心肺评估。基于运动生理数据的智能化心肺评估方法，具有重大的理论价值和社会意义，对此我们提出一种基于综合定权的TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于综合定权的TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于综合定权的 TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法，构建了基于CPET的心肺耐力评估指标体系，然后通过C
‑
OWA算子和熵权法确定指标权重，最后建立TOPSIS 模型，其中人体的心肺耐力拆解成了心血管功能、呼吸交换功能和代谢功能；
[0008](1)心血管功能：将每搏输出量(SV)、心率(HR)、心输出量(CO)作为心血管能力的评价指标；
[0009](2)呼吸交换功能：与人的气体交换能力相关的生理参数有通气量(VE)、氧气当量(VE/VO2)、二氧化碳当量(VE/VCO2)；
[0010](3)代谢功能：包括摄氧量(VO2)、动脉血氧分差C(a
‑
v)O2、和呼吸熵(RQ)。
[0011]进一步的，C
‑
OWA将专家打分法确定的权重和组合数相结合，能够降低将个别专家主观的极端评价对评价体系的影响，从而科学的分配权重，使其更具有客观性和说服力，具体的计算步骤如下：
[0012]1、邀请p位生理学家对CPET中的各项生理指标进行打分，范围为0～10分，分数越高，代表受试者的各项心肺功能越强，各项心肺功能的分数组成一个分数集H＝(h1，h2，h3，
…
，h
n
)，将原始数据集H内部的数据按照从大到小排列，组成新的数据集Q＝(q0，q1，q2，
…
，q
n
‑1)，其中q0≥q1≥q2≥
…
≥q
n
‑1；
[0013]2、利用组合数确定数据集Q中的权重，得到加权向量α＝(α0，α1，α2，
…
，α
n
‑1)
[0014][0015]其中，
[0016]3、使用加权向量α对新数据集Q进行加权计算，得到指标的绝对权重w
s
[0017][0018]其中，z为评价指标的个数；
[0019]4、相对权重d
S
[0020][0021]进一步的，以上完成了基于专家打分的C
‑
OWA的主观权重的确定，接着使用熵权法计算评估指标体系的客观权重，具体的计算步骤如下：
[0022]1、对矩阵进行归一化处理，归一化的结果是Y矩阵中的列向量y
ij
与该矩阵中所有元素之和的比值；
[0023]2、计算第j个指标下第i名受试者的数值站该样本总数值的比重
[0024][0025]3、计算第j个指标的熵值
[0026][0027]其中，k为调节系数，k＝1/ln(n)；
[0028]4、计算信息冗余度
[0029]d
j
＝1
‑
e
j
(6)
[0030]5、计算权重值
[0031][0032]进一步的，以上完成了评价指标的主客观计算，接着需要选择合适的计算方法将两种权重的计算方式融合在一起，引入拉格朗日函数，构建了优化决策模型，避免了绝对主观性和绝对客观性，使两者保持较好的一致性，具体步骤如下：
[0033]1、构建决策模型
[0034]通过C
‑
OWA得到的主观权重d
j
，通过熵权法计算得到的客观权重u
j
，设 w
j
为综合权重，计算过程如下：
[0035][0036]其中，α、β为偏好系数；
[0037]引入欧氏距离函数D(w
Aj
，w
Bj
)，有：
[0038][0039]根据上式(9)和式(10)可以求得综合权重w
j
。
[0040]进一步的，以上完成了评价指标的权重计算，接着需要选取合适的方法将指标权重和指标数值进行综合计算，从而得到个体心肺耐力综合评价结果。
[0041]进一步的，本文选取TOPSIS综合评估模型对个体的心肺耐力进行计算，其基本思路是：对已有的指标数据进行标准化处理得到原始决策矩阵，与指标权重结合构建加权决策矩阵，整理出各指标的最优值及最劣值分别组成各方案正、负理想解，再计算出各评价方案与最优解、最劣解的远近程度，贴近度的取值范围为[0，1]，贴近度越大表征结果越贴近最优方案，具体的实现步骤如下：
[0042]1、将数据标准化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于综合定权的TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法，其特征在于，构建了基于CPET的心肺耐力评估指标体系，然后通过C
‑
OWA算子和熵权法确定指标权重，最后建立TOPSIS模型，其中人体的心肺耐力拆解成了心血管功能、呼吸交换功能和代谢功能；(1)心血管功能：将每搏输出量(SV)、心率(HR)、心输出量(CO)作为心血管能力的评价指标；(2)呼吸交换功能：与人的气体交换能力相关的生理参数有通气量(VE)、氧气当量(VE/VO2)、二氧化碳当量(VE/VCO2)；(3)代谢功能：包括摄氧量(VO2)、动脉血氧分差C(a
‑
v)O2、和呼吸熵(RQ)。2.根据权利要求1所述的一种基于综合定权的TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法，其特征在于，C
‑
OWA将专家打分法确定的权重和组合数相结合，能够降低将个别专家主观的极端评价对评价体系的影响，从而科学的分配权重，使其更具有客观性和说服力，具体的计算步骤如下：1、邀请p位生理学家对CPET中的各项生理指标进行打分，范围为0～10分，分数越高，代表受试者的各项心肺功能越强，各项心肺功能的分数组成一个分数集H＝(h1，h2，h3，
…
，h
n
)，将原始数据集H内部的数据按照从大到小排列，组成新的数据集Q＝(q0，q1，q2，
…
，q
n
‑1)，其中q0≥q1≥q2≥
…
≥q
n
‑1；2、利用组合数确定数据集Q中的权重，得到加权向量α＝(α0，α1，α2，
…
，α
n
‑1)其中，3、使用加权向量α对新数据集Q进行加权计算，得到指标的绝对权重w
s
其中，z为评价指标的个数；4、相对权重d
s
3.根据权利要求2所述的一种基于综合定权的TOPSIS算法的人体心肺耐力评价方法，其特征在于，以上完成了基于专家打分的C
‑
OWA的主观权重的确定，接着使用熵权法计算评估指标体系的客观权重，具体的计算步骤如下：1、对矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，毛文，姜楚，付逍，
申请(专利权)人：深圳东海浪潮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：