丹参、三七不同配比的多目标模糊优化研究VIP

1、丹参、三七不同配比的多目标模糊优化研究商洪才 ? 1 李梢 ? 2 高秀梅 1 指导：张伯礼 1 王永炎 31 天津中医学院中医药研究中心，天津，300193；2 清华大学生物信息学教育部重点实验室，北京，100084；3 中国中医研究院，北京，100700摘要：目的：针对方剂配伍研究中最优剂量配比的分析和推测，对丹参、三七 7 种不同剂量组合治疗实验性急性心肌缺血犬的数据进行处理，从而建立了一种适用于方剂最优剂量配比分析的综合评判方法。方法：采纳多目标优化、模糊综合评判方法。结果：明确了丹参、三七不同配比的总体药效及其趋势，发觉丹参、三七10:6、10:3 组对病变的改善程度与消心痛对比组接

2、近，是实验所选各比例的最优。结论：此方法适用于中成药二次开发中方剂最优剂量配比分析的综合评判。关键词：丹参，三七，多目标优化，模糊综合评判中图分类号：实验中，通过小样本随机化分组、动态观测多种效应指标得到一系列真实信息，未做剔除和选择，称之为小样本高维数多效应复杂信息 1。利用常规统计方法处理这些信息，由于分组多、样本小，结果反映更多的是趋势和朝向，而统计学上没有明显意义。既不可能依靠无限制的增加样本例数以求得统计学上的明显差异；同时利用专业知识进行综合分析的能力相对不足，可能会造成信息丢失。因此更多地寄期望于新的思维和方法显现。近十多年来，研究者们注意到将模糊数学应用于多目标综合评判之中，以

3、解决评判咨询题中存在的模糊性，专门是关于定性信息较多的咨询题。模糊综合评判 (Fuzzy Comprehensive Assessment)是其中的一种重要方法2 。它第一建立咨询题的目标集和评定集，分不确定它们的隶属度向量，然后在各个单目标评判的基础上，通过模糊映射得出多目标综合评判结果。许多决策咨询题也采纳了结合模糊数学的评判方法，另外，在前面所提到的评判方法中，多数方法不仅指标的权重一样都要由专家给定，而且定性信息也多是通过人的主观判定予以量化 。而人的判定偏好固有的模糊性以及定性信息的模糊性，也要求人们用模糊数学的方法来处理上述咨询题，以得到更符合实际的客观结果。在中药配比优选研究的多

4、目标系统中，由于不同的药物组合对指标的阻碍往往不是一致的，不同的组合会对不同的指标产生相反的阻碍，因此，在中药配方研究中，确实是查找在对某些关键的指标不能太坏的约束下使得目标更优的可行解。同时按照不同的组合的药效综合评判对药物的不同的组合进行比较，选出最优的药物组合，同时可推测可能的药物组合范畴。1 研究目的按照所有有关指标的综合考虑，查找 7 个不同比例给药组在治疗心血管病上的最优 1 。2 研究对象2.1 数据来源：国家重点基础研究进展规划项目（ 973）项目：“方剂关键科学咨询题的基础研究”丹参、三七对实验性急性心肌缺血犬阻碍的实验研究结果 1， 3，4。2.2 数据分组：分为 10 组

5、，包括假手术组、模型组、消心痛治疗对比组，丹参、三七 10/0，10/1，10/3，10/6，10/10，1/10，0/10 七种不同配比治疗组。每组 5 只犬。2.3 检测指标：（1）反映心肌缺血的直观指标：心外膜心电图 ST，心外膜心电图 N-ST，缺血范畴（缺血区 /左室），缺血范畴 (缺血区 /全心 )，磷酸肌酸激酶同工酶 (CKMB) ，心肌钙蛋白 (cTnI) 。（2）反映心脏状态的金指标，通过超声流量计测量得到：血流淌力学冠脉流量 (ml/min) ，心肌耗氧量。（ 3）血流淌力学：心率（次 /分），平均动脉压（ mmHg），左室内压峰值 (mmHg) ，左室内压上升最大速率，

6、左室舒张末期压 (mmHg)，左室内压下降最大速率，心输出量 (ml/min) ，心脏指数，总外周血管阻力，左室做功指数。（4）辅助指标 1、2：一氧化氮 (NO) ，内皮素 (ET)；超氧化物歧化酶 (SOD)，丙二醛 (MDA) 。2.4 数据 型：依据采 刻的不同，分 5 数据：（1）7 个 刻点采 数据：分不在 扎前、 扎后、 后30min、60min、90min、120min、180min；（2）6 个 刻点采 数据：分不在 扎后、 后30min、60min、90min、120min、180min；（3）4 个 刻点采 数据： 扎前、 扎后、 后 30min、90min；（4）2 个

7、 刻点采 数据： 治 前，治 后；（5）1 个 刻点采 数据：治 后。 3 研究方法3.1 多目 化的数学表示： 多目 系 ， 化咨 一 能 表述 如下形式：opt f1 ( X )， f2 ( X )， ， f m ( X ) Tst.g k ( X )0X xi T(k=1，2， p)(i=1 ，2， n)X 决策 量， f j ( X )( j1 2m) 表示建立的 m 个与 X 有关的目 函， ，数；g( X ) 0(k 1，2， ， p)是 p 个 束条件； opt f1 ( X )，f， ，T是 k2 ( X )f m ( X )向量形式的 m 个目 化，能 求最大 ，也能 求最小

8、 。3.2 多目 化中的 系数确定： 是多目 化的咨 化 目 化的关 咨 ， 系数的确定关于 判 果的正 劣有着极 重要的阻碍，通常确定 系数的方法如下：1）神 网 方法。按照 情形确定 本，利用神 网 的自学 功能，逐步使 出 果收 至中意 ， 在 入函数中的 系数即 所求。 种方法适 面广、精度高，但运算工作量 大。2）求解法。在建立 家系 的 程中， 家成功判定的体会 行 理，建立基于 践的模糊关系矩 ，再以 家 咨 的典型 判 果 准 得到模糊关系方程 =，求解得 系数向量。要 咨 是有 无解，需采取其他方法 找近似解。3） 家 估法。 是目前最常用的方法。在充分了解 象的基 上，由若

9、干同行 家独立地 出各指 的 ，以平均 或加 平均 的方法 合所有 家意 ，直截了当 出 果。或者邀 若干同行 家 商 各指 行重要性排序，由决策者自己按照 意 确定 系数的数 ，最后使用的 系数必 通 范化 理。本研究采 家 估法确定 系数，即按照各指 与冠心病的关 程度，由王永炎院士等同行 家独立地 出各指 系数的数 ，以加 平均 的方法 合所有 家意 ，通 范化 理后，本研究取参数 重矩 ： 心肌缺血的直 指 的6 个指 取 重 6； 反映心 状 的2个金指 取 重 5； 血流淌力学的10 个指 取 重 4； 助指 1、2 取 重 1。3.3 运算步 ：3.3.1 运算 效的相 作用 判

10、 效的作用是按照 物作用前后的数 指 来衡量的，因 不同的个体由于个体性的差异，可能数 的 差异比 大，然而 物的作用 指 的数 改 却可能相差不多。如果有 物作用前的数 ， 用 效作用后的数 减去作用前的数 作 新的数据。X i , j ,m,nX i , j ,m,n X i , j ,m,T0T0 各个指 物作用前的 刻3.3.2 其他 合与模型 的差异表示因 在一 中， 了尽量排除个体 差，通常都有几个不同的 象，如果只取均 作 判 准， 不能衡量 几个数 的离散程度，定 在 Tn（n=1，N） 刻点上， K m (m=1，M) 指 ，不同的 合Ai(i =2， I) 与模型 的差异

11、：记 Ai 在 Tn 刻点， K m 的 数据的J 个 象的数据 X i X i ,1,m,nX i ,1,m,nd i, m ,nd i1,m，,nX i，n1 s12n2 s22SwSwn1n2siX i , Ji ,m,n J i 表示 I 有 J 个 象X 1X i111X i , j ,m,nJ i jstd( X i )JiJ13.3.3 数据 行模糊化 理 得到的距离数 行模糊化 理，模糊化后的数 代表了指 的相 改善程度， 域在 0，1，关于一个指 来 ，如果是正有关的指 ， 越大越好； 有关的指 ， 越小越好。隶属度函数 性函数，定 如下：max d i,m ,ndi ,m,

12、ni 2.正有关d i, m,n max di ,m,nmin di ,m,ni 2 .di , m,nmin di , m, ni 2.i 2. 有关max di ,m, nmin di , m,nd i ,m,ni 2.i 2 .函数，定 如下：隶属度函数 sigmoidf (min di , m,ni 2.f (d i, m,n )1c1di ,m, n1ea ( x c)I 1 i 21aln(11)pcmin di ,m,nf ( min di ,m,n )i 2.i2.) 最小的距离 的模糊度。一 di ,m ,n0.1。p 1 正有关的 候取 1， 有关的 候取 -1。13.3.

13、4 多目 化，将多个参数指 化 一个衡量指 在 Tn （n=1， N） 刻点上，不同的 物 合 Ai (i =2， I) 得到一个有关的 m 个指 的模糊表示，按照不同参数的大小 物 效的阻碍程度Wm ，定 不同的 刻点，不同的 物 合的 合 效 ：1di , nWmdi , m,nWm m如此就多个指 的 化求解咨 化 目 的咨 ： 能 求出其他 合Ai (i =2， I)在 Tn （n=1， N） 刻点，所 的 物效 f ( Ai) ， 作 f ( Ai )di ,n ， f ( Ak )nmax f ( Ai )n， Ak 所ni求的在 Tn 刻点最佳 物 合。3.3.5 按不同 刻点分

14、不 出一个 重，得出不同配比 物的整体治 成效f ( Ai )1Z n 不同 刻点的 重，均取 1。Z nd i,nZn n4 研究 果数据 上述 理后， 在不同的 刻点， 不同 物配比 相 模型 （模型 作 0）改善程度的 出 果如表 1 所示。消心痛 、 假手 每个 刻点指 的改善程度都居于前列，与事 相符， 明数据的 理 程符合 意 。丹参、三七 10/6 、 10/3 每个 刻点指 的改善程度也居于前列， 明两 的治 成效 所 比例中 效最 者。同 可 ，在给药后 30、60min 期间 10/3 组关于各指标的改善程度优于10/6 组，此后则10/6 组占优；提示 10/6 组的特点

15、在于疗效持久，而10/3 组特点在于起效较迅速。表 1取模糊化函数为 Sigmoid 函数时改善程度的输出结果组不给药后时刻(min)疗后综合评判306090120180模型组0000000消心痛0.68820.64260.58890.61400.54710.62322.2488假手术0.66260.59090.59640.54950.55240.94292.393310/00.53170.46890.38470.39970.40120.49761.209010/10.25950.30670.33480.42550.48200.33730.665210/30.57200.65450.60460

16、.60180.55650.37961.903010/60.51080.56650.62380.68670.57150.48991.971610/100.47020.45260.50440.54030.52400.43091.44450/100.53460.53090.48910.41150.36570.26901.12011/100.36300.30790.38690.30730.49770.37230.75535 讨论本研究方法在数据处理过程中，包含以下特点：充分利用了数据的附加信息，包括参数指标的重要性，参数指标的大小对结果的阻碍；考虑了个体差异对药物疗效的阻碍，即考虑了各个指标的前后变化

17、；考虑了各实验组合抽样与样本总体的关系，定义的距离包括了平均值和方差的差异；利用了模糊数学和多目标优化理论的模糊度思想和多目标转化为单目标处理的思想。结果表明：消心痛组和假手术组在各个时刻点有关于模型组的综合指标的改善程度都明显居于前列，讲明此次数据处理结果可信。在 7 种不同配比中，丹参、三七 10/6、10/3 组可明显改善模型犬的病变，对病变的改善程度与消心痛组接近，提示二者及相应的区间为最优配比。同时，丹参、三七适宜的配比成效在整体调剂功能上优于两种药的单独运用（ 10/0，0/1 0），这也为中医方剂配伍的有效性提供了依据。综上所述，本研究为中药配比优选提供了一种综合评判方法，适用于

18、名特优中成药的二次开发。参考文献1 商洪才 . 丹参 /三七不同配比药效学比较研究基线等比增减设计方法的建立 . 【学位论文】天津中医学院， 20022 熊德琪，殷佩海 .多时期系统多目标优化的模糊优选动态规划方法及应用 .中国工程科学 .2000, 2 (9): 65-693 商洪才，张伯礼，高秀梅，等 . 丹参 /三七不同配比药效学比较研究对急性实验性心肌缺血犬心肌生化标志物的阻碍 . 天津中医， 2002，1 9（2）： 43454 商洪才，张伯礼，高秀梅，等 . 丹参 /三七不同配比药效学比较研究对急性实验性心肌缺血犬心电及心肌组织染色的阻碍 . 辽宁中医杂志，2002，29（5）：2

19、97299A Study of Multi-objective Optimization and Fuzzy Comprehensive Ju dgement Method in the Compatibility of Salvia with NotoginsengSHANG Hongcai1, LI Shao 2, GAO Xiumei1, ZHANG Boli 1, WA NG Yongyan 31 Tianjing University of Traditional Chinese Medicine, Tianjing, 300193, China2 Institute of Bioinformatics, Tsinghua University, Beijing, 100084, China3 China Academy of Traditional Chinese Medicine, Beijing, 100700, ChinaAbstract:Objective: Establish a method to evaluate the compatibility and its rule in Chinese herbal formula. Methods: Use the