基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的中醫(yī)辨證研究

中醫(yī)中的“證”是對疾病各個過渡反應(yīng)狀態(tài)的逐步病理本質(zhì)的概括。中醫(yī)不取決于具體的“金指標(biāo)”，不取決于局部處理，而是注重整體分析。換句話說，疾病是從各個方面全面診斷出來的。中醫(yī)被稱為癥狀和體征。中醫(yī)辨證治療的目的是明確病位和病性的辯證法元素，即癥狀素。不同綜合征元素的組合可以概括為完整的綜合征名診斷。在綜合征和癥狀之間，存在著極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，形成了以證為核心的辯證體系?！稗q證法”是根據(jù)中醫(yī)理論，通過分析綜合征（癥狀等），確定綜合征（病理本質(zhì)），然后進行綜合征名診斷的思維和理解過程。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BayesianNetwork)又稱為信念網(wǎng)絡(luò)、概率網(wǎng)絡(luò)或因果網(wǎng)絡(luò).它主要研究不確定性知識表達和推理的方法,被認(rèn)為是近十年來人工智能領(lǐng)域中最重要的研究成果之一.它可以把概率推理和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效地結(jié)合起來,概率推理可以有效的利用統(tǒng)計知識,而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以把專家的知識表達出來.因貝葉斯網(wǎng)絡(luò)提供了進行知識表達、解釋、推理和預(yù)測等一個連貫的框架,已成功應(yīng)用于故障診斷、數(shù)據(jù)挖掘、醫(yī)療診斷、目標(biāo)識別、態(tài)勢決策等人工智能領(lǐng)域,成為此領(lǐng)域的研究熱點之一.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)及推理原理與中醫(yī)辨證的思維認(rèn)知過程頗為近似,因此極其復(fù)雜、高度非線性的中醫(yī)辨證系統(tǒng),可用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)處理不確定性知識的方法進行描述.本文即運用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù),從數(shù)據(jù)中對癥狀與證素間關(guān)系、證素組合關(guān)系等進行計量分析和推理判斷,以使中醫(yī)辨證達到較為精確的量化、可檢驗的程度.1理論和方法1.1中醫(yī)辨證能力一個貝葉斯網(wǎng)絡(luò)包括了一個有向無環(huán)圖(directedacyclcgraph,DAG)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型和與之相關(guān)的一組條件概率分布函數(shù).中醫(yī)辨證貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí),從完全潛在圖出發(fā),利用專家經(jīng)驗和先驗知識,設(shè)定相關(guān)參數(shù),有效地減少網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的搜索空間.為獲得正確的輸出,網(wǎng)絡(luò)必須涵蓋辨證的全部信息,為了獲得良好的表示,每一個可能的依賴關(guān)系都必須進行考慮.中醫(yī)辨證有六經(jīng)辨證、八綱辨證、臟腑辨證等領(lǐng)域知識,中醫(yī)專家的臨床經(jīng)驗和大量可用的醫(yī)案、病例,可用以確定先驗概率.中醫(yī)辨證體系設(shè)有惡寒、發(fā)熱、頭痛、自汗、頭暈、食欲不振、大便干結(jié)、小便短黃、顴紅、舌淡、苔膩、脈滑等916個證;,列出心、肝、脾、肺、腎、表、經(jīng)絡(luò)、氣虛、血瘀、痰、火熱等51項證素.由證素組成的證名如脾胃氣虛證、肝膽濕熱證、瘀滯心脈證、肝郁脾虛證等1700條,構(gòu)成中醫(yī)辨證貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點集.各個變量之間的關(guān)聯(lián)強度用“權(quán)重(貢獻度)”進行設(shè)定,如心悸—心50、陽虛20、陰虛20、氣虛15、血虛15,從而確定癥狀與證素之間的因果關(guān)系,痰、熱、肺3個證素,共同構(gòu)成痰熱壅肺證,初步建立起中醫(yī)辨證數(shù)據(jù)庫.然后以806個臨床病例作為訓(xùn)練樣本,將每個病例的癥狀、醫(yī)生的證素辨識和證名診斷,輸入計算機,由網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí),形成中醫(yī)辨證貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及概率表.1.2系統(tǒng)的推理驗證利用建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型解決實際問題的過程稱為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理,對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中醫(yī)辨證系統(tǒng)的推理驗證,首先輸入某例患者的病理信息,通過運算后繪制出該病例的辨證網(wǎng)絡(luò)圖和關(guān)系強度的局部概率分布表,并對證素組合成證名的關(guān)系進行閾值判別,然后將計算結(jié)果交中醫(yī)專家進行分析,對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法用于證候—證素—證名間關(guān)系發(fā)現(xiàn)、證名判別的準(zhǔn)確性作出評判.2實驗分析2.1貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖中醫(yī)專家評價指出,參照文獻建立的肺陰虛證的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖(圖1),能很好地反映癥狀與證素之間的相關(guān)關(guān)系,準(zhǔn)確區(qū)分出“面色晦暗”為無關(guān)癥狀,“久不欲食”為間接相關(guān)癥狀.2.2條件概率定量表達如表1所示,表中變量被賦值為1,表示該變量發(fā)生,如“潮熱=1”;變量被賦值為0,表示該變量不發(fā)生,如“陰虛=0”.每一變量與其他變量的相關(guān)關(guān)系,可用表1中的條件概率定量表達出來.如當(dāng)發(fā)生“舌少苔”和“陰虛”時,出現(xiàn)“脈細(xì)”的概率很高,p=0.8222.當(dāng)不發(fā)生“舌少苔”而且不屬“陰虛”時,出現(xiàn)“脈細(xì)”的概率很低,p=0.2073.而“面色晦暗”與其他變量不直接相關(guān),其發(fā)生概率非常低,p=0.004132.中醫(yī)專家意見表明運算結(jié)論可信.2.3肺陰虛證的推理與評價如表2所示,其中激活要素:肺,陰虛.激活證名:肺陰虧虛證.計算結(jié)果交中醫(yī)專家分析表明:貝葉斯網(wǎng)絡(luò)判別與臨床辨證完全吻合.3不確定信息的處理將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與中醫(yī)辨證知識相結(jié)合,構(gòu)建起中醫(yī)辨證貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型,將具有整體性、動態(tài)性、復(fù)雜性、模糊性等特點的中醫(yī)辯證理論變成較易理解的圖形與數(shù)據(jù);利用多源信息,有機融合中醫(yī)專家的先驗知識和后驗數(shù)據(jù),有效地處理了中醫(yī)辯證中存在著的不確定信息;采用全局的觀點,也符合中醫(yī)從整體上進行辯證的思維原則.其推理判斷結(jié)果與中醫(yī)專家經(jīng)驗有很高的吻合性.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是基于頻率的算法,當(dāng)某些癥狀、證素、證名出現(xiàn)頻率很低時,為減少計算量,變量篩選勢必將其舍棄,使得網(wǎng)絡(luò)無法正確反映證候的辨證意義.臨床的癥狀一般都有輕、中、重之分,其辨證價值亦有差別,但貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對每個變量只有“出現(xiàn)”和“不出現(xiàn)”兩種狀態(tài),難以全