Transcript AM_2_ea - Eszterházy Károly Főiskola

A hátizsák probléma
továbbfejlesztése az egészségügyi
profil figyelembevételével diéta
tanácsadáshoz
Biró Csaba
Eszterházy Károly Főiskola
AgriaMedia 2011
Eger, 2011. október 11-12.
Miről lesz szó?










eFilter projekt bemutatása
Egészségügyi profil
Egységes Diétás Rendszer (EDR)
Étlaptervezés általános szabályai
Egy vagy két hétre készülő étlap összeállításának logikai
menete /dietetikus szemszögéből/
Étlap harmonizálása
Hátizsák probléma
Többdimenziós hátizsák probléma
Evolúciós algoritmusok
NSGA II algoritmus
2
eFilter projekt
Az eFilter projekt célja egy olyan informatikai rendszer
fejlesztése, amely egészségügyi adatok alapján szűri a
fogyasztásra szánt élelmiszerek listáját.
KMOP-1.1.1-09/1-2009-0053 számú pályázat
Egészségügyi profil alapján szűrt fogyasztói adatbázisokból
nyert információkat kezelő rendszer - eFilter
WIT-SYS Consulting ZRt.
Eszterházy Károly Főiskola
3
Egészségügyi profil
Az egészségügyi adatokat egy egészségügyi profilban
tároljuk.
Ez tartalmazza az ételérzékenységeket, az allergiákat,
diétákat és egyéb étkezésnél figyelembe veendő adatokat.
Az élelmiszer lehet egy nagyon egyszerű, pl. liszt, vagy akár egy nagyon
összetett, pl. sajtos makaróni.
Ezeket az adatokat számszerűsítve tároljuk. Nem azt tároljuk,
hogy a felhasználónak mogyoró allergiája van, hanem hogy a
megengedett napi mogyoró bevitel 0.0 és 0.0 közt van, tehát
megszorításként. Így az egészségügyi profil egy
többdimenziós megszorítási mátrix lesz.
4
Cél
Célunk egy olyan hatékony algoritmus kidolgozása,
amely támogatást nyújt diétás menü összeállításához.
5
Egységes Diétás Rendszer (EDR)
Energia és tápanyagtartalom és az
ételkészítési eljárás kombinációjából
határozható meg a szükséges diétás étrend
6
Forrás: Veresné Bálint M.: Gyakorlati dietetika
Étlaptervezés általános szabályai
(Mák Erzsébet)
Táplálkozási anamnézis szempontrendszere:
(1) A beteg személyi adataira vonatkozó kérdések:




neme,
életkora,
foglalkozása,
lakhelye
(2) A megbetegedésre vonatkozó kérdések
Vizsgálati eredmények alapján (pl. testtömegindex,
testzsírszázalék, stb.)
7
(3) A beteg életkörülményeire vonatkozó kérdések témái








családi körülmények,
lakhelyének település jellege,
élelmiszer-beszerzési forrásai,
életvezetésének nehézségei,
viszonya betegségéhez,
betegségismerete,
környezethez való kapcsolata,
anyagi helyzete.
8
(4) Fizikai aktivitásra és az élvezeti szerek fogyasztására
vonatkozó kérdések:






napi tevékenység,
sport,
dohányzás,
alkoholfogyasztás,
kábítószer-fogyasztás,
kávé.
9
(5) Étkezési szokásokra vonatkozó kérdések:




étkezéseinek száma, időpontja,
étkezéseinek helye,
étkezéseinek körülményei,
egyes élelmiszerek fogyasztási gyakorisága, rendszeresen
fogyasztott ételei,
 melyek a kedvenc ételei,
 melyek a panaszt okozó ételek ,
 folyadékfogyasztási szokásai.
10
Egy vagy két hétre készülő étlap
összeállításának logikai menete
Dietetikus szemszögéből
1. Húsételek megtervezése az adott időszak összes napjára.
2. Húsételekhez illő köret vagy főzelék, esetleg a mártás, a
saláta illesztése.
3. Déli étkezéshez, esetleg a vacsora étkezéséhez a leves
kiválasztása.
4. Előzőeket kiegészítő gyümölcs vagy édesség.
5. Reggelik összeállítása.
6. Naponkénti tervezés. Kiegészítjük a napokat a tízórai és
uzsonna ételeivel, attól függően, hogy milyen tápanyagokra
van még szüksége a szervezetnek.
11
Az étlaptervezés gyakorlati
szempontjai /részlet/ (Mák Erzsébet)
 A napi fél liter tej, vagy ennek megfelelő mennyiségű tejtermék
tervezéséről gondoskodni kell!
 Minden étkezést, ahol csak lehet, egészítsen ki idényjellegű friss
zöldség vagy gyümölcs, lehetőleg nyers formában.
 Egymás után és egy napon belül nem szerepelhet főétkezésekben
keményít alapú alapanyag (rizs, burgonya, tészta).
 Minden feltét és köret összeállításnál, ahol csak lehet, idény
jellegű, friss salátát kell tervezni.
12
 Meleg vacsorának számít mindaz, ami a déli
főétkezésnél is adható, de kerüljük a laktató, puffasztó,
nehezen emészthető ételeket, például: töltött
káposzta, sólet, disznótoros.
 Törekedjünk a nyersanyagok változatosságára, de ez
alól kivétel a nyers kerti vetemény – paprika,
paradicsom, retek, stb. – idényjellegű gyümölcs. Ezek
minden nap kerüljenek asztalra, lehetőleg minél
többször!!!
13
Harmonizálás
Egy étlap jónak mondható, ha nem csak az energia és
tápanyagigényeket elégíti ki, hanem ízlésnek is megfelel
és kellően változatos.
Általában egy étkezésen belül ételekre, egymást követő
főétkezésekre, egymás utáni napokra és 1 hét, 10 vagy 30
nap összességében értendők.
14
Az adott szempontok előfordulási gyakoriságának
megítélésére az élelmezésben a változatossági
mutatókat szokták alkalmazni.
Kiszámítása:
𝑓é𝑙𝑒𝑠é𝑔𝑒𝑘 𝑠𝑧á𝑚𝑎
𝑣á𝑙𝑡𝑜𝑧𝑎𝑡𝑜𝑠𝑠á𝑔 =
𝑒𝑙ő𝑓𝑜𝑟𝑑𝑢𝑙á𝑠𝑜𝑘 𝑠𝑧á𝑚𝑎
Értékelése: 60 alatt nem kielégítő, 61-80 között
elfogadható, 81 és e felett jó az étlap. (Rigó)
15
(0-1) Hátizsák probléma
0-1 hátizsák feladat
Adott n darab tárgy , az i-edik tárgy használati értéke vi, súlya pedig wi,
ahol vi és wi egész számok.
Kiválasztandó a tárgyak olyan részhalmaza , amelyek használati értékének
összege a lehető legnagyobb , de a súlyuk összege nem nagyobb, mint a
hátizsák W kapacitása, amely egy egész szám.
(0-1 mivel nem tehetjük meg, hogy egy tárgy töredékét vagy többszörösét
választjuk)
Töredékes hátizsák feladat
- Tárgyak töredéke is válaszható.
16
Többdimenziós (0-1) hátizsák
probléma
- NP-nehéz probléma
- Az alábbiak szerint definiálható:
𝑛
𝑚𝑎𝑥 𝑊 =
𝑣𝑗 𝑥𝑗
𝑗=1
𝑛
𝑠𝑖𝑗 𝑥𝑗 ≤ 𝑤𝑖 | 𝑖 = 1, … , 𝑚,
𝑗=1
𝑥𝑖 ∈ 0,1 , 𝑗 = 1, … , 𝑛.
- Számos gyakorlati alkalmazása létezik:
(erőforrás allokáció, rakomány elhelyezés vagy akár menütervezés)
17
Tervezésnél figyelembe vett további
szempontok
Figyelembe vett és jól paraméterezhető szempontok:
 íz,
 állag,
 szín,
 hőmérséklet,
 elkészítési mód,
 esztétikai normák,
 szezonális és funkcionális minőség.
18
Evolúciós algoritmusok és az
optimumkeresés
 A tradicionális megoldások elfogadhatatlan futási időt
adnak (NP, NPC)
 A biológiai evolúciót modellezik.
 Az evolúcióban részt vevő egyedek valamilyen módon a
feladat megoldásait reprezentálják.
 Eljárás kiszelektálja a jobb egyedeket.
 Bonyolult eljárástér, nagyfokú párhuzamosság jellemzi.
 A lehetséges megoldások egész halmazával dolgoznak az
eddigi egy megoldás folyamatos javítása helyett.
19
Evolúciós algoritmusok
osztályozása
Evolúciós stratégiák: (Rechenberg, 1973, repülőgépszárny
optimalizálás)
Evolúciós programozás: programkód kifejlesztése a kódrészletek
mutálódása és szelektálása által. Véges automaták automatikus
kifejlesztésére (Fogel, Owens, Walsh, 1966.)
Genetikus algoritmus, GA: keresztezés, mutáció és szelekció
matematikai modellezése (Holland, 1975).
• Osztályozó rendszerek
• Genetikus programozás, GP: programok
kitenyésztése adott feladatra.
(Koza, 1992).
20
Genetikus algoritmus
Definíció: A genetikus algoritmus a lehetséges megoldások
egy populációját hozza létre, amelyekhez lépésenként új
egyedeket ad, illetve a már meglévő egyedekre szelekciós,
rekombinációs és mutációs operátorokat alkalmaz.
Alkalmazási területei:
 Sokdimenziós keresési terek jellemzők és a fontosabb
változók közötti összefüggés ismeretlen.
 A keresési tér nehezen, vagy nem is szűkíthető.
 Egy megoldás jósága gyorsan ellenőrizhető, de egy jó
megoldás előállítása nehézkes.
21
Az étrendi populáció hierarchiája
Forrás: Mák E., Gaál B., Vassányi I., Karamánné Pakai A., Szabolcs I.: Egészségügyi szoftverek
22
mesterséges intelligenciával – étrendtervez szoftver; Magyar Orvos XVI. 2008.11. 36-38.
NSGA II (Non-dominated Sorting
Genetic Algorithm) algoritmus
Prof. Kalyanmoy Deb, 2000 Kanpur Genetic Algorithms Laboratory (KanGAL) , India
23
Köszönöm a figyelmet!!!
24