基于粗糙集理論的心悸陰虛火旺證辨證系統(tǒng)的建立

劉白潔，解 君，孟凡波，杜雪翠，李運(yùn)倫

（1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東濟(jì)南250355； 2.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院心內(nèi)科，山東濟(jì)南250011）

基于粗糙集理論的心悸陰虛火旺證辨證系統(tǒng)的建立

劉白潔1，解 君1，孟凡波1，杜雪翠1，李運(yùn)倫2

（1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東濟(jì)南250355； 2.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院心內(nèi)科，山東濟(jì)南250011）

收集心悸古今醫(yī)案病例573例，對其癥狀和體征進(jìn)行語言規(guī)范化處理及量化賦值，使用基于粗糙集理論的KDD決策分析系統(tǒng)Rosetta軟件約簡病證屬性，獲取心悸陰虛火旺證的專家知識，并提供該系統(tǒng)決策規(guī)則的統(tǒng)計(jì)信息，為進(jìn)一步研究心悸陰虛火旺證奠定基礎(chǔ)。

心悸；陰虛火旺證；Rosetta軟件；約簡；決策規(guī)則；證候客觀化

粗糙集（rough set）理論作為一種新的處理模糊和不確定性知識的數(shù)學(xué)工具，可以在保持分類能力不變的前提下，通過知識約簡，導(dǎo)出問題的決策或分類規(guī)則，能夠?qū)⒅嗅t(yī)四診思辨性的經(jīng)驗(yàn)描述和宏觀性概括過渡到高層次的分析與綜合相結(jié)合，使中醫(yī)能夠從宏觀癥狀學(xué)的角度進(jìn)行證的規(guī)范化研究［1］。本文以心悸陰虛火旺證和心悸非陰虛火旺證的古今醫(yī)案為研究對象，將粗糙集理論應(yīng)用到中醫(yī)證候研究中，構(gòu)建心悸陰虛火旺證的辨證要素系統(tǒng)，為心悸陰虛火旺證的防治提供依據(jù)。

1 資料收集和證候的規(guī)范化

本研究收集心悸醫(yī)案573例，其中心悸陰虛火旺證醫(yī)案428例，心悸非陰虛火旺證醫(yī)案145例，作為學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)論域，進(jìn)行癥狀及體征的研究。對病案的四診資料信息，包括原始癥狀、二便、舌、苔、脈象進(jìn)行語言規(guī)范化處理。統(tǒng)計(jì)涉及到的癥狀和體征數(shù)目，刪除出現(xiàn)頻數(shù)很小的癥狀和體征（如頻數(shù)小于4），計(jì)算最后入選的指征數(shù)目，最后入選的條目共有44個(gè)。選取了44個(gè)條目作為條件屬性，包括：心悸、胸悶、胸痛、乏力、活動后氣短氣促、面色無華、面赤、眠差、失眠、多夢、善驚易恐、五心煩熱、急躁易怒、易饑、納呆、口舌生瘡、口干咽燥、口苦、潮熱盜汗、惡心嘔吐、頭暈、眼花、腰膝酸軟、咳嗽、下肢浮腫、畏寒肢冷、大便不爽、便溏、便秘、尿赤、尿少、尿道灼熱或澀痛、舌暗、苔薄黃、舌質(zhì)鮮紅、苔白、苔膩、舌質(zhì)紅、苔少/剝/無苔、脈弦、脈數(shù)、脈滑、脈細(xì)、脈結(jié)代。變量采取0，1賦值，癥狀及體征出現(xiàn)認(rèn)定對象的該屬性值為1，否則為0。是否陰虛火旺作為決策屬性，是為利用Excel建立決策表。

2 利用Rosetta約簡病證屬性

設(shè)U為本研究對象的集合，R為U上的一個(gè)等價(jià)關(guān)系。定義x∈U的 R等價(jià)類為：［x］R：={y∈U│(x，y)∈R}。若 PR，且P≠Φ，則P中所有等價(jià)關(guān)系的交也是一個(gè)等價(jià)關(guān)系，記為ind（P）。顯然，等價(jià)關(guān)系R決定U的劃分，U/R是關(guān)于U的一個(gè)知識庫。這樣，一個(gè)知識庫就是U上的一個(gè)關(guān)系系統(tǒng)K=（U，R），其中U為非空有限集（論域），R是U上的一族等價(jià)關(guān)系。

知識約簡是粗糙集理論的核心內(nèi)容之一，是在保持知識庫分類能力不變的條件下，刪除其中不相關(guān)或不重要的知識。令R為一族等價(jià)關(guān)系，R∈R，如果 ind（R）=ind（R-{R}），則稱 R 是 R 中不必要的，否則稱R是R中必要的。設(shè)QP，如果每一個(gè)R∈Q 都是必要的，且 ind（P）=ind（Q），則稱 Q 是 P 的一個(gè)約簡。采用Rosetta軟件來處理數(shù)據(jù)，該軟件為基于粗糙集理論的KDD決策分析系統(tǒng)，可以處理文本數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)等多種格式的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將以決策表的形式存在于Rosetta系統(tǒng)中。當(dāng)決策表成功裝載入project后，系統(tǒng)便可以根據(jù)粗糙集理論逐步分析數(shù)據(jù)，最后得到約簡的屬性。

裝載決策表后，利用Rosetta提供的John算法對決策表進(jìn)行屬性約簡后，得到屬性約簡結(jié)果，包括心悸、胸悶、乏力、氣短、失眠多夢、善驚易恐、五心煩熱、納差、口舌生瘡、口干咽燥、潮熱盜汗、頭暈、便秘、尿赤、舌質(zhì)紅、苔少/剝/無苔、脈弦、脈數(shù)、脈細(xì)、脈結(jié)代。

3 獲取決策規(guī)則

對于U上的任意等價(jià)關(guān)系R，pawlak粗糙集X的上下近似分別為：

采用Rosetta對已經(jīng)約簡了條件屬性的決策表求決策規(guī)則，得出了172條決策規(guī)則，其中確定性規(guī)則167條，不確定性規(guī)則5條。正規(guī)則136條，負(fù)規(guī)則31條。部分證候規(guī)則見表1。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)136條正決策規(guī)則，發(fā)現(xiàn)心悸、眠差、脈數(shù)、口干、脈細(xì)、舌紅、胸悶、盜汗、乏力等證候出現(xiàn)的頻率較高，而且包含該屬性值的規(guī)則平均支持病案數(shù)較多，亦即包含該屬性值的病案數(shù)較多，這正是心悸陰虛火旺證的典型表現(xiàn)。頻數(shù)較高的證候統(tǒng)計(jì)信息列表，結(jié)果見表2。

如表1所示，若患者癥狀包含心悸、失眠多夢、五心煩熱、口干咽燥、少苔、脈細(xì)數(shù)，則符合該證候規(guī)則列表的第一條，則該患者100%診斷為心悸陰虛火旺證，若患者癥狀為心悸、乏力、氣短、失眠多夢、脈細(xì)，符合表2中第三條診斷規(guī)則，則該患者有79%的可能性診斷為心悸陰虛火旺證。

4 討論

辨證論治是中醫(yī)學(xué)的特點(diǎn)與精華，在統(tǒng)一辨證體系下，建立科學(xué)的證素辨證定性、定量標(biāo)準(zhǔn)，不僅是中醫(yī)臨床醫(yī)生的需要，也是信息社會中新的醫(yī)療模式建立的基礎(chǔ)［5］。當(dāng)前，醫(yī)生采用證素辨證方法時(shí)，對證素的確認(rèn)知識主要來自文獻(xiàn)、專家等各種途徑通過收集、總結(jié)形成的知識。由于文獻(xiàn)記載長期以來對證候的辨識主要是采取主觀定性的方法，使得辨證論治帶有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性和主觀性，導(dǎo)致從文獻(xiàn)或?qū)＜业榷喾N途徑得到的辨證知識具有模糊性和不一致性，因此建立科學(xué)的證素辨證定性定量標(biāo)準(zhǔn)，是辨證統(tǒng)一體系推廣應(yīng)用的關(guān)鍵［6］。

表1 部分證候規(guī)則列表

表2 出現(xiàn)頻數(shù)較高的證候統(tǒng)計(jì)表

粗糙集理論作為智能信息處理技術(shù)的一個(gè)新成果，是由波蘭科學(xué)家Pawlak Z教授提出來的對不完整數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、推理、學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)的新方法。它能有效地處理許多涉及不確定性的問題，主要包括不確定或不精確知識的表達(dá)，經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)并從經(jīng)驗(yàn)中獲取知識，不一致信息的分析，根據(jù)不確定、不完整的知識進(jìn)行推理，在保留信息的前提下進(jìn)行約簡、近似決策分類，識別并評估數(shù)據(jù)之間的依賴關(guān)系等［7］。從它在許多領(lǐng)域成功應(yīng)用的情況來看，粗糙集是一種優(yōu)秀的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，利用它來分析中醫(yī)癥狀，辨證要素間相關(guān)性，建立定性定量標(biāo)準(zhǔn)。

隨著學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的增加，專家知識系統(tǒng)中的知識也會不斷完善。應(yīng)用粗糙集理論和方法分析中醫(yī)治療心悸陰虛火旺證醫(yī)案中的四診、病因、病位和證候信息，獲取了心悸陰虛火旺證的診斷系統(tǒng)。利用這個(gè)診斷系統(tǒng)，可對現(xiàn)有的病人是否為心悸陰虛火旺證進(jìn)行診斷，從而為心悸陰虛火旺證的中醫(yī)證候規(guī)范提供依據(jù)，對本病的臨床診療也具有指導(dǎo)價(jià)值。

［1］陳素玲，付爽，高云，等.基于粗糙集理論的原發(fā)性高血壓肝陽上亢證辨證系統(tǒng)的建立［J］.山東中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，34（3）：201-203.

［2］張珊珊，賀立娟，李運(yùn)倫.原發(fā)性高血壓中醫(yī)歷代醫(yī)案數(shù)據(jù)庫規(guī)范化建設(shè)探索［J］.山東中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，33（2）：103-107.

［3］李園白，崔蒙.關(guān)于中醫(yī)醫(yī)案的綜合性分析研究近況［J］.中國中醫(yī)藥信息雜志，2006，13（2）：91-93.

［4］傅爽，李運(yùn)倫.基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法的原發(fā)性高血壓肝陽上亢證判別模型的建立［J］.山東中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，7（3）：12.

［5］朱文鋒.辨證統(tǒng)一體系的創(chuàng)立［J］.中國中醫(yī)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)雜志，2001，7（4）：13.

［6］晏峻峰，朱文鋒.粗糙集理論在中醫(yī)證素辨證研究中的應(yīng)用［J］.中國中醫(yī)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)雜志，2006，12（2）：90-93.

［7］Pawlak Z.Rough Sets［J］.Int J Inf comp Sci，1982，11（5）：341-356.

Construction of Differential Diagnosis System About Syndrome of Hyperactivity of Fire Due to Yin Deficiency in Palpitation Based on Rough Set Theory

Liu Baijie1，Xie Jun1，Meng Fanbo1，Du Xuecui1，Li Yunlun2
（1.Shandong University of TCM，Jinan Shandong 250355；2.Hospital Affiliated to Shandong University of TCM，Jinan Shandong 250011）

573 cases of palpitation were collected from ancient and modern medical records，then symptoms and signs of the cases were standardized and quantized.Syndrome characteristics were simplified by KDD decision analysis system Rosetta software based on rough set theory.Experts knowledge system about syndrome of hyperactivity of fire due to yin deficiency in palpitation was acquired and statistical information of decision rules was provided.The above research results established foundation for further study of syndrome of hyperactivity of fire due to yin deficiency in palpitation.

palpitation；syndrome of hyperactivity of fire due to yin deficiency；Rosetta software；simplify；decision rules；syndrome objectification

R256.2

A

1671-0258（2012）04-0039-03

教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃（NCET-07-0522）

劉白潔，女，在讀碩士，從事中醫(yī)藥治療心系病證的研究

李運(yùn)倫，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，E-mail：li_yunlun@163.com

2012-04-28