XQuery技術(shù)在中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)中的應(yīng)用

摘要:討論了中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)內(nèi)在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，提出一種通過層次模型和關(guān)系模型混合存儲經(jīng)絡(luò)和穴位的方法，在DB2數(shù)據(jù)庫中采用pureXML數(shù)據(jù)格式實現(xiàn)存儲，并利用XQuery技術(shù)對人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中進行增、刪、改、查，實現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:人體經(jīng)絡(luò);數(shù)據(jù)庫;pureXML;XQuery

1 人體經(jīng)絡(luò)學(xué)的現(xiàn)狀

經(jīng)絡(luò)學(xué)是我國傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的一個重要分支，是體會中醫(yī)的實質(zhì)、快速進入中醫(yī)殿堂的捷徑。經(jīng)絡(luò)由經(jīng)和絡(luò)組成，經(jīng)是干線，絡(luò)是分支，人體有12條主干線，又稱為“十二正經(jīng)”，再加上奇經(jīng)八脈，共有三百六十多個穴位，此外還有無數(shù)的脈絡(luò)，經(jīng)絡(luò)縱橫交錯。這些經(jīng)絡(luò)通往五臟六腑，內(nèi)臟有任何問題都會在經(jīng)絡(luò)相關(guān)的穴位上有所反映。有效地掌握和運用經(jīng)絡(luò)學(xué)知識能夠增強人們的體質(zhì)，抵御疾病的侵襲。

目前的人體經(jīng)絡(luò)學(xué)是我國幾千年傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的積累，是無數(shù)醫(yī)學(xué)家智慧的結(jié)晶。雖然其具有一定的科學(xué)理論依據(jù)，但是大部分內(nèi)容還是幾千年經(jīng)驗的積累，對于大多數(shù)人，甚至是中醫(yī)學(xué)院的學(xué)生來說，想熟練掌握經(jīng)絡(luò)學(xué)的知識都是非常困難的一件事情。

當(dāng)電子計算機出現(xiàn)之后，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將計算機技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)絡(luò)學(xué)，尤其是制作出一套人體經(jīng)絡(luò)學(xué)學(xué)習(xí)系統(tǒng)和查詢系統(tǒng)是一個非常有現(xiàn)實意義的工作，有利于弘揚祖國的傳統(tǒng)文化。但經(jīng)絡(luò)本身是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)，與陰陽五行、四季更迭有密切的關(guān)系，不同的經(jīng)絡(luò)、不同的穴位能夠治療不同的疾病，同時，與中西醫(yī)的其他分支也有緊密的聯(lián)系。用計算機來存儲各個經(jīng)絡(luò)、各個穴位的結(jié)構(gòu)會有很多不同之處，而且不同的用戶可能根據(jù)自己的經(jīng)驗向系統(tǒng)中加入自己的經(jīng)驗，其內(nèi)容也會經(jīng)常發(fā)生變化。而目前主流的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是關(guān)系模型的，以二維表為基本的存儲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)要求存儲結(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定、一致，并不適合用于存儲經(jīng)絡(luò)和穴位。

2 pureXML數(shù)據(jù)格式的優(yōu)勢

pureXML技術(shù)的出現(xiàn)為經(jīng)絡(luò)、穴位的描述提供了有效的手段。pureXML是具有良好格式的XML數(shù)據(jù)，其具有層次化的結(jié)構(gòu)，支持DTD和XML Schema，非常適合存儲異構(gòu)的數(shù)據(jù)。研發(fā)人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用XML數(shù)據(jù)格式作為后臺的數(shù)據(jù)存儲方式比關(guān)系數(shù)據(jù)庫更加有優(yōu)勢。

目前XML的存儲方式主要有以下幾種:

將XML文檔分解成關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的一系列表，在需要的時候再把相關(guān)字段抽取出來組合成XML文檔。這種方式適用于XML內(nèi)容非常規(guī)范，并且業(yè)務(wù)需求變化不大的系統(tǒng);

以文本方式保存在文件系統(tǒng)中，這種方式需要使用DOM或者SAX方式對XML進行解析，效率不高，而且由于需要程序員自行維護文件系統(tǒng)，增加了編程的難度，系統(tǒng)也不夠通用;

把一個XML文件作為一個大文本存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的一個字段中，很多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都支持存儲最大達到2G的大文本，但是采用這種方式喪失了XML文檔固有的層次特性，無法對其內(nèi)部進行分析檢索，如果分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又與第二種方式相似，造成效率低下，通用性降低;

把XML文檔存儲在支持XML解析和檢索的數(shù)據(jù)庫中，通過XQuery這種針對XML文檔的專用語言，來檢索XML文檔。這種方式可以保留XML文檔原有的層次結(jié)構(gòu)，而且可以高效地定位到XML文檔中特定的節(jié)點，是最具有潛力的XML存儲方式。

目前IBM、Oracle、微軟等數(shù)據(jù)庫主要研發(fā)廠商都在自己的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)最新版本中增加了XML特性，其中IBM的DB2 V9及后續(xù)版本是IBM最新推出的“混合型”數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，除了支持傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)，還支持pureXML這種層次化的數(shù)據(jù)，用戶可以在一個表中混合存儲關(guān)系數(shù)據(jù)和pureXML數(shù)據(jù)，還可以使用SQL和XQuery語言自由地查詢和處理這兩種數(shù)據(jù)，是目前對pureXML數(shù)據(jù)支持程度最高、與標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂的標(biāo)準(zhǔn)最為接近的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3 用關(guān)系、層次混合模型存儲經(jīng)絡(luò)和穴位

人體中12條正經(jīng)、奇經(jīng)八脈、360多個穴位本身的名稱、位置等性質(zhì)已經(jīng)固定，適合使用關(guān)系模型進行存儲，而各個穴位獨特的屬性、點按的手法、適合的病癥等信息存在很大差異，而且存儲結(jié)構(gòu)本身也經(jīng)常發(fā)生變化，適合采用XML格式的層次模型進行存儲。

根據(jù)人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的需求，設(shè)計關(guān)系模型如下:

表1中所有字段都是固定的，適合于采用關(guān)系模型進行存儲。

表2中的最后一個字段cure，保存能夠治療的疾病以及治療的方法，其內(nèi)容隨著穴位的改變會有很大不同，不適合采用固定結(jié)構(gòu)的字段存儲，所以采用XML結(jié)構(gòu)。

此外還包括藥品表、時令表、治療手法表等其他若干張表格，用于與經(jīng)絡(luò)表和穴位表相關(guān)聯(lián)，因為中醫(yī)各個分支是相輔相成的，不能完全割裂開來。限于篇幅，此處省略其他表格的結(jié)構(gòu)定義。

4 使用XQuery操縱pureXML數(shù)據(jù)

首先給出pureXML中幾個基本定義。

定義一:標(biāo)簽。用戶自定義的、用一對尖括號括起來的內(nèi)容，稱為標(biāo)簽，在pureXML中，標(biāo)簽是成對出現(xiàn)的，結(jié)尾標(biāo)簽與起始標(biāo)簽同名，但在名字前面加上斜線(/)。

定義二:元素。在pureXML文檔中，一對首尾標(biāo)簽所包含的完整部分(包括標(biāo)簽本身)作為一個元素。

定義三:屬性。在pureXML文檔中，每個元素都可以擁有自己的若干屬性，屬性由“屬性名=屬性值”構(gòu)成，屬性寫在元素名稱所在的標(biāo)簽中，屬性與元素名稱之間、屬性與屬性之間使用空格進行分隔。

定義四:文本。元素的一對首尾標(biāo)簽之間所包含的內(nèi)容稱為文本(不包括標(biāo)簽)。如果文本沒有內(nèi)容，則首尾標(biāo)簽可以簡寫為一個標(biāo)簽，在標(biāo)簽名后面加上一條斜線(/)。

下面是穴位表points中cure字段的一個例子:

<穴位 id=\"101\">

<名稱>筑賓穴

<功效>補腎

<含義>“筑”為建筑房屋之意，與“杵”相通，是生活中搗蒜、搗米的工具?！百e”通“臏”，指膝蓋骨?！爸e”指在膝蓋骨旁邊再搭一個柱子，起強身健骨的作用。

<主治>

<強健>膝蓋發(fā)軟

<神智>抑郁癥，癲癇，恐懼

<解毒>解煙毒、裝修氣味毒、長期服藥體內(nèi)淤毒，化痰，活血，祛濕

<尿酸>痛風(fēng)，結(jié)石

<手法>按揉

<相關(guān)>太沖穴

在這個例子中，所有用尖括號括起來的都是標(biāo)簽，標(biāo)簽都是成對出現(xiàn)的。每一對標(biāo)簽所包含的內(nèi)容就是一個元素，如“<功效>補腎”，一個元素中可能包含若干子元素。元素的屬性在元素名稱后面，如<筑賓穴 id=\"101\">當(dāng)中的id=\"101\"，表示屬性id的值為101。元素除去標(biāo)簽之外的部分為文本，如“<功效>補腎”中的“補腎”。

XQuery相對于XML，就類似SQL相對于二維關(guān)系表，使用XQuery可以實現(xiàn)對XML數(shù)據(jù)中節(jié)點、屬性以及文本的增加、刪除、修改和查詢。下面以人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中幾個實際例子說明XQuery的主要用法:

4.1 XML數(shù)據(jù)的查詢

如果要查詢哪個穴位可以治療結(jié)石，可以采用如下XQuery語句:

SELECT name， position，

XMLCAST(XMLQUERY('$i/穴位/主治' PASSING cure as \"i\")AS CHAR(50)) AS cure，

XMLCAST(XMLQUERY('$i/穴位/手法' PASSING cure as \"i\")AS CHAR(50)) AS method

FROM points

WHERE XMLEXISTS('$i/穴位/主治[contains(尿酸， \"結(jié)石\")]' PASSING cure AS \"i\");

其中，XMLQUERY函數(shù)是能夠使用路徑表達式或FLWOR表達式來進行XQuery查詢并返回結(jié)果的函數(shù)，而XMLCAST是將XQuery查詢結(jié)果轉(zhuǎn)換為普通字符數(shù)據(jù)類型的函數(shù)，XMLEXISTS函數(shù)能夠判斷一個XML文檔內(nèi)部是否滿足一定的查詢條件。

4.2 XML數(shù)據(jù)的修改

假設(shè)要把筑賓穴的尿酸項目改為“<尿酸>痛風(fēng)，腎結(jié)石”，可以采用類似如下的XQuery語句:

UPDATE points

SET cure=XMLQUERY(

'TRANSFORM COPY $new:=$i MODIFY DO REPLACE VALUE OF

$new/穴位/主治/尿酸 WITH \"痛風(fēng)，腎結(jié)石\" RETURN $new' PASSING cure as \"i\")

WHERE name='筑賓穴'

4.3 向XML文檔中插入一個節(jié)點

假設(shè)要在“手法”元素后面插入一個新的元素“<適用人群>所有人”，可以采用類似如下的XQuery語句:

UPDATE points

SET cure=XMLQUERY(

'COPY $new:=$i MODIFY DO INSERT <適用人群>所有人

AFTER $new/穴位/手法

RETURN $new' PASSING cure as \"i\")

WHERE name='筑賓穴'

4.4 從XML文檔中刪除一個節(jié)點

假設(shè)要將“<強健>膝蓋發(fā)軟”這個節(jié)點刪除掉，可以采用類似如下的XQuery語句:

UPDATE points

SET cure=XMLQUERY(

'COPY $new:=$i MODIFY DO

DELETE $new/穴位/主治/強健

RETURN $new' PASSING cure as \"i\")

WHERE name='筑賓穴'

5 人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的難點與實現(xiàn)

人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)最困難的部分在于對中醫(yī)的理解，只有對經(jīng)絡(luò)學(xué)以及與之相關(guān)的中醫(yī)、中藥、五行、時令等多方面內(nèi)容深入理解，才能夠建立起全面、高效的模型，并基于此編程實現(xiàn)，解決這個困難最好的方法是與醫(yī)院或者中醫(yī)相關(guān)部門合作，并反復(fù)對項目的需求進行討論。

其次，該系統(tǒng)前臺通過Java實現(xiàn)，后臺數(shù)據(jù)庫采用DB2 9.0以上的版本，DB2 9.0以上的版本能夠較好地支持XQuery，但前臺的顯示需要提供足夠的靈活性和便捷性，使用戶操作起來既不能很繁瑣，又可以實現(xiàn)很多自己定義的內(nèi)容，從而體現(xiàn)出XML數(shù)據(jù)格式的優(yōu)勢。實現(xiàn)便捷性的思路是在頁面上大多數(shù)選項提供默認(rèn)值，使用戶直接點擊“下一步”按鈕即可，實現(xiàn)靈活性的思路是在頁面上提供用戶自定義鏈接或按鈕，允許用戶增加自己命名的選項并賦予相應(yīng)的值。

再次，要實現(xiàn)Java與pureXML的結(jié)合，即要在Java環(huán)境中使用pureXML，這可以通過選擇Java XQuery API(簡稱XQJ)來實現(xiàn)，該API可以從DataDirect下載免費的試用版，按照說明文檔進行安裝，然后把XQJ JAR添加到類路徑中，接下來就可以編寫Java代碼運行XQuery了。每個程序包含兩個部分:建立/訪問XQuery數(shù)據(jù)源;執(zhí)行XQuery。核心代碼如下:

package ibm.dw.xqj;

import com.ddtek.xquery3.XQConnection;

import com.ddtek.xquery3.XQException;

import com.ddtek.xquery3.xqj.DDXQDataSource;

private String filename;

private DDXQDataSource dataSource;

private XQConnection conn;

dataSource = new DDXQDataSource();

conn = dataSource.getConnection();

首先建立一個新的數(shù)據(jù)源，該對象的類型是com.ddtek.xquery3.xqj.DDXQDataSource。然后使用數(shù)據(jù)源得到新的com.ddtek.xquery3.XQConnection對象。該對象可以接受查詢字符串并執(zhí)行。運行查詢需要經(jīng)過以下步驟:

(1)從XQConnection創(chuàng)建一個XQExpression對象。

(2)使用XQExpression對象的bindXXX()方法把變量綁定到查詢。

(3)執(zhí)行查詢，結(jié)果保存到XQSequence對象中。

以下是查詢代碼:

String xmlFilename = args[0];

XQueryTester tester = new XQueryTester (xmlFilename);

tester.init();

final String sep=System.getProperty(\"line.separator\");

String queryString =包含XQuery的字符串;

XQExpression expression = conn.createExpression();

expression.bindString(new QName(\"docName\")， filename，conn.createAtomicType

(XQItemType. XQBASETYPE_STRING));

XQSequence results = expression.executeQuery(queryString);

return results.getSequenceAsString(new Properties());

通過以上方法，就可以利用Java技術(shù)實現(xiàn)XQuery查詢，從而實現(xiàn)該系統(tǒng)。

6 小結(jié)與未來改進方向

本文討論了通過XQuery技術(shù)對以XML格式存儲的人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行管理的方法，實現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。XQuery技術(shù)對pureXML數(shù)據(jù)進行存取，其固有的層次型結(jié)構(gòu)大大增強了人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的靈活性，并且能夠與傳統(tǒng)的關(guān)系模型良好地結(jié)合與轉(zhuǎn)換，該技術(shù)必然會成為下一代信息管理系統(tǒng)的核心技術(shù)。

但目前XQuery技術(shù)還存在一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:一是語法過于復(fù)雜，程序員學(xué)習(xí)的難度曲線很大;二是XQuery技術(shù)在數(shù)據(jù)庫設(shè)計方面不像關(guān)系模型那樣有成熟的理論基礎(chǔ);三是目前各個廠商對統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支持程度不一，給程序的遷移造成了困難。相信這些問題會隨著該技術(shù)的深入應(yīng)用而逐步得到解決的。

下一步，人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)將在前臺增加flash格式的人體經(jīng)絡(luò)顯示，并且能夠與用戶進行交互，允許用戶通過點擊形象的flash圖像來得到相關(guān)信息;同時在后臺增加智能學(xué)習(xí)算法，在數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)量達到一定規(guī)模之后，根據(jù)一些預(yù)定義的規(guī)則進行推理，從而得出一些新的治療方案，供專業(yè)醫(yī)師參考。

參考文獻

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