CN113506605A - 一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐系统及方法 - Google Patents

一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐系统及方法，主要包括营养膳食存储器、食物推荐采集器、食物推荐分析器、食物推荐展示器；本发明通过托幼机构营养膳食大数据的沉淀，叠加儿童身高体重变化量，通过营养膳食的合理化供给和有益的运动强度，有效降低儿童肥胖率的发生。

Description

一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐系统 及方法
技术领域
本发明涉及膳食营养科学技术领域，尤其涉及一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐系统及方法。
背景技术
随着卫生保健管理机构对托幼机构儿童的身心健康和营养摄入提出更加准确而完整的要求，从现有数据分析发现不同地域之间、同一地域不同群体性托幼机构之间，同一年龄段幼儿的身高均值和体重均值存在一定的差异性。这种差异性与儿童的遗传因素和日常的运动方式有关，但主要因素是在托幼机构一餐两点中儿童每人每日营养膳食的供给量和摄入量存在差异性，美味可口丰富多样的食物是培养托幼儿童安静就餐习惯的基本要素。然而现阶段即营养又多彩的膳食配餐大多是根据托幼机构配餐老师按照自身经验制定带量食谱，依据一套营养膳食计算方法产生，这种模式针对当前当次营养供给量是可行的，但是基于长期性提供合理膳食需要一套满足群体性营养膳食要求的计算机推荐方法及完整解决方案，从多维度和绿色化来保障儿童营养摄入，促进儿童健康。
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐系统及方法，本发明通过托幼机构营养膳食大数据的沉淀，叠加儿童身高体重变化量，通过营养膳食的合理化供给和有益的运动强度，有效降低儿童肥胖率的发生。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐系统，包括：营养膳食存储器、食物推荐采集器、食物推荐分析器、食物推荐展示器；所述的营养膳食存储器定义计算营养计算所必须的食物固态成分单元、时令食物数据单元、食物动态采购价格单元、食物五维颜色单元和托幼儿童营养平均供给量等配置要素，有效解决关键计算要素的多源异构集成和标准化存储的问题；食物推荐采集器用于实现托幼机构就餐人数分年龄段数据单元和标准膳食计算方法，有效解决并产生营养素供给表；食物推荐分析器用于实现满足托幼机构荤菜、素菜、汤羹及菜色合理搭配推荐食物集合，有效解决并产生周次餐次为核心的食物和菜谱链表；食物推荐展示器用于实现食物和菜谱推荐结果的色系化、图片化和表格化的多样显示，有效解决排菜老师的可视化选择和最终确定周次带量食谱页面，实现美味可口、营养均衡、价格合理的I级膳食要求。
一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，包括如下步骤：
(1)通过营养膳食存储器定义计算食物固态成分单元、市场时令食物数据单元、食物动态采购价格单元、食物五维颜色单元和托幼儿童营养平均供给量，以周次为单位依托托幼机构各年龄段儿童营养计算方法要求进行数据组织，运用计算机程序建立符合群体性营养I级膳食实施要求的食物推荐方案；
(2)利用食物推荐采集器获取就餐各年龄段儿童数及标准营养膳食计算方法，产生营养素供给表；
(3)食物推荐分析器通过食物权重树分类算法自动获取满足营养膳食要求的荤菜、素菜、汤羹及菜色合理搭配食物组合，实现配餐日期、三餐两点餐次、菜色、菜谱和带量食物链表推荐方案；
(4)食物推荐展示器以色系化、图片化的食物菜谱单元和表格化的平均每人每日摄入量和平均供给量比例，完成满足托幼机构I级膳食评价要求，实现托幼机构营养膳食先算后吃再评价闭环型的排菜工作。
作为优选，所述的营养膳食存储器包括采集形成相对静态营养膳食基础存储块和可配置多源异构集成形成标准动态营养膳食扩展存储块；其中食物固态成分单元，包含类目、食物名称、介绍、使用功效、挑选、储藏、性味功效、食部、水分、热量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维总、膳食纤维可溶性、膳食纤维不可溶性、维生素A、维生素A胡萝卜、硫胺素、核黄素、维生素B、维生素B12、维生素C、钙、磷、钾、纳、镁、铁、锌、视黄醇、尼克酸、维生素E等固态属性值，根据专家意见选取适合托幼机构儿童食用的食物类目，存储食物属性宽表；
针对托幼机构食物链条按谷类、薯类和豆类标注为橙色，按动物性标注为蓝色，按其他植物性中蔬菜标注为绿色和水果标注为淡绿色，按纯热量食物标注为紫色，存储食物五维颜色单元；
根据托幼机构每日膳食标准费用信息，存储食物费用单元；
根据二岁儿童每日营养膳食供给量为基数，包含热量、蛋白质、钙、铁、维生素A、胡萝卜素、尼克酸、维生素B2、维生素C和视黄醇等固态属性值，存储营养计算基数供给量宽表；
根据菜谱名称、主料、介绍、方法、价值、禁忌、口味、工艺等固态属性，存储适合托幼儿童食用和口味的菜谱宽表；
上述五类固态单元组合形成食物推荐基础存储块；通过多源异构的抽取技术，将根据地域不同、季节不同形成时令食物数据，根据标准转换技术形成与固态食物名称相匹配，存储时令食物宽表单元；同样通过多源异构的抽取技术，获得食物动态价格数据，根据标准转换技术形成与固态食物名称相匹配，存储食物动态价格宽表单元；
附加儿童胃口调查表，发掘不同地区、不同天气状态下，存储儿童胃口宽表单元；其中儿童胃口取儿童平均食物摄入重量。
作为优选，所述的食物推荐采集器根据在园儿童出生日期和配餐日期，准确计算2岁、3岁、4岁、5岁、6岁和7岁在园就餐的儿童数量；根据儿童二岁营养素供给基数和各营养素不同计算系数值，结合各年龄段各营养素差值，计算形成每人每日平均供给量，附加儿童在园三餐两点供能比，获取儿童在园的平均供给量；通过食物推荐采集器以配餐日期为中心、以N2～N7年龄为纵轴、以满足儿童I级膳食要求的热量、蛋白质、钙、铁、维生素A、胡萝卜素、尼克酸、维生素B2、维生素C和视黄醇供给量值为横轴，形成本次推荐的营养素基础度量单元。
作为优选，所述的食物推荐分析器在分析过程中采用满足膳食要求主食物权重树方法，权重树根Root部分以营养素基础度量值为初始值，以满足营养素要求为先决条件，以谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，以蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，以谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，以动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4，筛选满足上述营养素和比例环条件，形成配餐日期主食物FOOD1链表；FOOD1链表特征维度结构包括：配餐日期、食物名称、蛋白质、脂肪、热量、微量元素、维生素、胡萝卜素、热量食物来源比例环R1、热量营养素来源比例环R2、蛋白质来源比例环R3、脂肪来源比例环R4；
以G＝[g1g2...gi...gI]表示预备食物配餐，gi为第i种食物的重量；食物推荐分析器将推荐出满足营养素要求、比例环条件、食物种类要求、价格要求、颜色要求、口味要求的食物配餐；从营养膳食存储器产生的儿童胃口宽表，提取儿童一天的食物摄入量Gm，每种食物的重量gi在[0,Gm]之间，以10g为间隔，取不同的食物重量值；通过满足营养素要求条件与满足比例环要求条件剔除不符合要求的食物配餐，获取符合要求的预备食物配餐。
作为优选，所述的满足营养素要求具体如下：
(i)计算预备食物套餐中各类营养素重量yk：
从营养膳食存储器产生的食物属性宽表，提取所有食物的营养素比重，以xi,k表示第i种食物第k种营养素的比重；
从营养膳食存储器获取I种食物K种营养素的比重可以形成营养素比重矩阵XI×K，如下：
Figure BDA0003172365690000061
预备食物配餐G＝[g1g2...gi...gI]，gi为第i种食物的重量；将预备食物配餐G和营养素比重矩阵XI×K相乘可以计算预备食物配餐的营养素分布Y，第k种营养素yk，
Figure BDA0003172365690000062
具体关系如下：
Figure BDA0003172365690000063
(ii)设置营养素推荐函数，根据预备食物套餐中各类营养素重量yk和营养供给量的关系，计算预备食物套餐的推荐系数：从食物推荐采集器产生的N2～N7营养供给量宽表，提取N2～N7各类营养供给量RNSk；预备食物套餐中钙营养素重量y4越接近钙营养素供给量RNS4，推荐系数越高，越偏离RNS4，则推荐系数越低；
食物推荐分析器中设置营养素推荐函数，以此来判断某一食物配餐所含营养素是否值得推荐；推荐函数设计如下：
利用F分布概率密度函数构建推荐函数
Figure BDA0003172365690000064
其中mk、nk为F分布概率密度函数
Figure BDA0003172365690000065
参数，ak、bk为推荐函数f(yk)参数，k＝1,2,...K；其中F分布是一种重要的概率分布类型，参数为(m,n)的F分布通常用F(m,n)表示，概率密度函数ffm,n(y)计算为：
Figure BDA0003172365690000071
其中，Γ(·)表示Γ函数；
(iii)判断是否满足营养素要求：f(yk)≥Scorek
其中，Scorek为膳食委员会提供的推荐阈值，可依情况设置，也可以根据不同的营养素分别设置。
作为优选，所述的满足比例环要求如下：以谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，以蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，以谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，以动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4；具体如下：
(I)计算预备食物套餐中各类目重量el：
从营养膳食存储器产生的食物属性宽表，提取食物类目归属wi,l，wi,l表示第i种食物第l种类目的归属，1表示食物属于该食物类目，0表示不属于该食物类目；食物类目共L＝5种，I种食物L种食物类目可以形成食物类目归属矩阵WI×L
Figure BDA0003172365690000072
将预备食物配餐G和食物类目归属矩阵WI×L相乘可以计算预备食物配餐的类目重量分布E，第l种类目重量el，
Figure BDA0003172365690000081
(II)计算谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，判断是否满足比例环R1条件；例如第1种类目为谷类，
Figure BDA0003172365690000082
计算了属于谷类的食物的重量，
Figure BDA0003172365690000083
计算了所有食物的重量，
Figure BDA0003172365690000084
则表示谷类占食物配餐的比例；五大类热量食物类目的占比要求在R1上限和R1下限之间：
Figure BDA0003172365690000085
其中，R1_LPl、R1_UPl为膳食委员会提供的R1下限、R1上限，可依情况设置；
(III)计算蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，判断是否满足比例环R2条件；预备食物套餐中各类营养素重量yk，提取蛋白质、脂肪、糖对应的营养素重量yk，表示为y蛋白质，y脂肪，y糖
蛋白质的比例为
Figure BDA0003172365690000086
蛋白质来源比例满足比例环R2要求
Figure BDA0003172365690000087
其中，R2_LP蛋白质、R2_UP蛋白质为膳食委员会提供的蛋白质R2下限、R2上限，可依情况设置；脂肪、糖比例环要求类似；
(IV)计算谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，判断是否满足比例环R3条件；与上述R2计算类似；
(V)计算动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4，判断是否满足比例环R4条件；与上述R2计算类似。
作为优选，首层权重树枝点以膳食委员会要求为条件，剔除一个月内重复的主食物，形成主食物FOOD2链表；具体为：膳食委员会要求每人每天平均应摄入12种以上食物；
预备食物配餐G＝[g1g2...gi...gI]，gi为第i种食物的重量；gi为0，说明预备食物配餐G中没有这种食物，因此统计G中gi不为0的个数num_food，当num_food≥12时，说明食物种类大于等于12种；其中，
Figure BDA0003172365690000091
gi≠0
膳食委员会要求每人每周平均应摄入25种以上食物；令Gt表示第t天的食物配餐，Gt＝[g1,t g2,t ... gi,t ... gI,t]，其中gi,t表示第i种食物第t天的重量；一周T天的食物配餐可以表示为
Figure BDA0003172365690000092
第i种食物在一周的食物配餐中的重量为
Figure BDA0003172365690000093
total_gi为零的话，说明这种食物一周都没有出现，total_gi不为零的话，说明这种食物至少出现一次；统计total_gi不为0的个数total_num_food，食物种类大于25种，to_ta_l≥n；
Figure BDA0003172365690000094
total_gi≠0；
第二层权重树枝点以时令食物和动态价格为条件，筛选满足托幼机构膳食价格要求的主食物，组织主食物排序链，形成主食物FOOD3链表；从营养膳食存储器产生的时令食物价格宽表，提取所有食物价格pi,t，计算出第t天的食物配餐的价格为，当天的各种食物价格乘以食物重量的总和，
Figure BDA0003172365690000101
从营养膳食存储器产生的每日膳食费用宽表，提取每日的膳食费用feet，要求每日的食物配餐的价格小于或等于每日的膳食费用
Figure BDA0003172365690000102
第三层权重树枝点以食物五维单元为条件重组主食物排序链，形成主食物FOOD4链表；从营养膳食存储器产生的食物颜色宽表，提取颜色比重ci,j，ci,j表示第i种食物第j种颜色的比重；例如谷类类目的食物大米、小米为橙色，大米橙色比重为1，其他颜色比重为0；统计食物颜色共J＝5种，I种食物J种颜色可以形成颜色分布矩阵CI×J，其中，ci,j表示食物的颜色比重；
Figure BDA0003172365690000103
将预备食物配餐G和颜色分布矩阵CI×J相乘可以计算预备食物配餐的颜色分量分布D，第j种颜色分量dj，
Figure BDA0003172365690000104
食物颜色要求分布均匀，利用变异系数计算颜色分布均匀程度，cv_color取值越小，说明dj分布越均匀，cv_color≤0.03；其中，
Figure BDA0003172365690000111
其中，
Figure BDA0003172365690000112
为颜色分量平均数，
Figure BDA0003172365690000113
其中0.03为变异系数阈值，可依情况设置；
附加烹饪需要的辅助食物链表FOOD5；从营养膳食存储器产生菜谱宽表，提取与FOOD4链表中食物对应的菜谱，如FOOD4链表中有青菜250g、香菇100g，则可以对应到香菇炒青菜这一菜谱；添加辅助食物：胡椒粉0.5g；以此，形成辅助食物链表FOOD5；根据主食物量FOOD4链表和辅助食物链表FOOD5形成满足营养膳食要求的三餐两点菜谱并推荐给营养排菜老师进行选择，完成食物推荐分析器的工作。
作为优选，所述的食物推荐展示器包括在页面上以橙色、蓝色、绿色、淡绿色、紫色形成食物类目底色系单元，满足托幼机构营养膳食食物分类方式；以图片化的方式将食物图形化，以便更加直观的形象展示单元；以表格化的方式将食物营养素含量凸显展示单元；展示器以配餐日期、餐次、菜谱、食物和营养素占比为核心内容进行自动化推荐展示，营养排菜老师以此方法推荐的膳食结果为基础，根据托幼机构个性化和特性化的要求，对展示器中的食物和菜谱进行适度调整，最终形成满足托幼机构I级营养膳食要求的周次餐次带量食谱和菜谱，完成先算后吃再评价闭环模式下的排菜工作。
本发明的有益效果在于：本发明通过托幼机构营养膳食大数据的沉淀，叠加儿童身高体重变化量，通过营养膳食的合理化供给和有益的运动强度，有效降低儿童肥胖率的发生。
附图说明
图1是本发明的方法流程示意图；
图2是本发明中营养膳食存储器原理框图；
图3是本发明中食物推荐采集器交互示意图；
图4是本发明中食物推荐分析器原理框图；
图5是本发明推荐系数与钙供给量关系图；
图6是本发明中食物推荐展示器示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例：本发明目的在于实现托幼机构儿童营养膳食先算后吃再评估的闭环模式，通过推荐方法产生满足儿童营养要求、菜色要求、口味要求、价格要求和膳食委员会要求的周次带量食谱及三餐两点可口菜谱。采用营养膳食存储器的方式实现营养计算所必须的食物固态成分单元、时令食物数据单元、食物动态采购价格单元、食物五维颜色单元和托幼儿童营养平均供给量等配置要素，有效解决关键计算要素的多源异构集成和标准化存储的问题。
采用食物推荐采集器的方式实现托幼机构就餐人数分年龄段数据单元和标准膳食计算方法，有效解决并产生营养素供给表。采用食物推荐分析器的方式实现满足托幼机构荤菜、素菜、汤羹及菜色合理搭配推荐食物集合，有效解决并产生周次餐次为核心的食物和菜谱链表。采用食物推荐展示器的方式实现食物和菜谱推荐结果的色系化、图片化和表格化的多样显示，有效解决排菜老师的可视化选择和最终确定周次带量食谱页面，实现美味可口、营养均衡、价格合理的I级膳食要求。
本发明方法群体性营养膳食推荐流程如图1所示，其中食物推荐分析器是整个发明推荐方法的关键点，解决由营养膳食存储器和依赖食物推荐采集器所产生的营养素供给表单元，融入托幼机构膳食权重树方法，自主形成食物推荐分析器。该分析器将合适的食物、必须的儿童每日每人足量营养素摄入和必要的足额膳食费用组合构建满足周次餐次要求的带量食物和菜谱数据宽表单元。依托食物推荐分析器所生产的推荐宽表，托幼机构营养排菜老师通过食物推荐展示器，能够在页面上以色系化、图片化和表格化的方式，自由选择满足群体性营养膳食要求的食物和菜谱。托幼机构营养排菜老师由上述分析器自动推荐的膳食为基础，根据本托幼机构个性化和特性化的要求，对呈现的食物和菜谱进行调整，最终形成满足托幼机构I级营养膳食要求的周次餐次带量食谱和菜谱，完成先算后吃再评价闭环模式下的排菜工作。
本发明的营养膳食存储器原理框图如图2所示，包括采集形成相对静态营养膳食基础存储块和可配置多源异构集成形成标准动态营养膳食扩展存储块。食物固态成分单元，包含类目、食物名称、介绍、使用功效、挑选、储藏、性味功效、食部、水分、热量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维总、膳食纤维可溶性、膳食纤维不可溶性、维生素A、维生素A胡萝卜、硫胺素、核黄素、维生素B、维生素B12、维生素C、钙、磷、钾、纳、镁、铁、锌、视黄醇、尼克酸、维生素E等固态属性值，根据专家意见选取适合托幼机构儿童食用的食物类目，存储食物属性宽表。食物属性宽表举例如表1所示：
Figure BDA0003172365690000131
Figure BDA0003172365690000141
表1
针对托幼机构食物链条按谷类、薯类和豆类标注为橙色，按动物性标注为蓝色，按其他植物性中蔬菜标注为绿色和水果标注为淡绿色，按纯热量食物标注为紫色，存储食物五维颜色单元。食物颜色宽表举例如表2所示：
Figure BDA0003172365690000142
Figure BDA0003172365690000151
表2
根据托幼机构每日膳食标准费用信息，存储食物费用单元。每日膳食费用宽表举例如表3所示：
Figure BDA0003172365690000152
表3
根据二岁儿童每日营养膳食供给量为基数，包含热量、蛋白质、钙、铁、维生素A、胡萝卜素、尼克酸、维生素B2、维生素C和视黄醇等固态属性值，存储营养计算基数供给量宽表。
二岁儿童每日营养膳食供给量参考中国卫生行业标准《中国居民膳食营养素参考摄入量》中二岁儿童的推荐摄入量RNI(recommended nutrient intake)或适宜摄入量AI(adequate intake)。推荐摄入量RNI指可以满足某一特定性别、年龄及生理状况群体中绝大多数个体需要的营养素摄入水平；适宜摄入量AI指营养素的一个安全摄入水平，是通过观察或实验获得的健康人群某种营养素的摄入量；营养计算基数供给量宽表举例如表4所示：
Figure BDA0003172365690000153
Figure BDA0003172365690000161
表4
根据菜谱名称、主料、介绍、方法、价值、禁忌、口味、工艺等固态属性，存储适合托幼儿童食用和口味的菜谱宽表。菜谱宽表举例如表5所示：
Figure BDA0003172365690000162
表5
上述五类固态单元组合形成食物推荐基础存储块。通过多源异构的抽取技术，将根据地域不同、季节不同形成时令食物数据，根据标准转换技术形成与固态食物名称相匹配，存储时令食物宽表单元。
同样通过多源异构的抽取技术，获得食物动态价格数据，根据标准转换技术形成与固态食物名称相匹配，存储食物动态价格宽表单元。时令食物价格宽表举例如表6所示：
Figure BDA0003172365690000171
表6
附加儿童胃口调查表，发掘不同地区、不同天气状态下，存储儿童胃口宽表单元。儿童胃口取儿童平均食物摄入重量；儿童胃口宽表举例如表7所示：
Figure BDA0003172365690000172
表7
本发明方法食物推荐采集器交互示意图如图3所示，根据在园儿童出生日期和配餐日期，准确计算2岁、3岁、4岁、5岁、6岁和7岁在园就餐的儿童数量。根据儿童二岁营养素供给基数和各营养素不同计算系数值，结合各年龄段各营养素差值，计算形成每人每日平均供给量，附加儿童在园三餐两点供能比，获取儿童在园的平均供给量。通过食物采集器以配餐日期为中心、以N2～N7年龄为纵轴、以满足儿童I级膳食要求的热量、蛋白质、钙、铁、维生素A、胡萝卜素、尼克酸、维生素B2、维生素C和视黄醇供给量值为横轴，形成本次推荐的营养素基础度量单元。N2～N7营养供给量宽表举例如表8所示：
Figure BDA0003172365690000181
表8
本发明方法食物推荐分析器原理图如图4所示，是本次发明专利中最核心部分，分析过程采用满足膳食要求主食物权重树方法，权重树根Root部分以营养素基础度量值为初始值，以满足营养素要求为先决条件，以谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，以蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，以谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，以动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4，筛选满足上述营养素和比例环条件，形成配餐日期主食物FOOD1链表。FOOD1链表特征维度结构如下表9所示：
Figure BDA0003172365690000182
表9
以G＝[g1g2...gi...gI]表示预备食物配餐，gi为第i种食物的重量。食物推荐分析器将推荐出满足营养素要求、比例环条件、食物种类要求、价格要求、颜色要求、口味要求的食物配餐。
从营养膳食存储器产生的儿童胃口宽表。提取儿童一天的食物摄入量Gm，每种食物的重量gi在[0,Gm]之间，以10g为间隔，取不同的食物重量值。通过下述条件剔除不符合要求的食物配餐，获取符合要求的预备食物配餐。
1、满足营养素要求
1.1计算预备食物套餐中各类营养素重量yk
从营养膳食存储器产生的食物属性宽表，提取所有食物的营养素比重，以xi,k表示第i种食物第k种营养素的比重，例如：第1种食物为大米，第1种营养素为蛋白质，每百克大米含7500mg蛋白质，则大米的蛋白质营养素比重x1,1＝7500mg/100g。
从营养膳食存储器获取I种食物K种营养素的比重可以形成营养素比重矩阵XI×K，如下：
Figure BDA0003172365690000191
预备食物配餐G＝[g1 g2 ... gi ... gI]，gi为第i种食物的重量。将预备食物配餐G和营养素比重矩阵XI×K相乘可以计算预备食物配餐的营养素分布Y，第k种营养素yk，
Figure BDA0003172365690000192
例如：第1种食物为大米，将大米的重量乘以大米中蛋白质的占比可以计算出大米中的蛋白质重量，食物配餐中所有食物的蛋白质重量相加可以计算出食物配餐的蛋白质重量。
具体关系如下：
Figure BDA0003172365690000201
1.2设置营养素推荐函数，根据预备食物套餐中各类营养素重量yk和营养供给量的关系，计算预备食物套餐的推荐系数。
从食物推荐采集器产生的N2～N7营养供给量宽表，提取N2～N7各类营养供给量RNSk，如：2岁儿童营养膳食供给量中第4种营养素为钙营养素，供给量为700mg/d，RNS4＝700。预备食物套餐中钙营养素重量y4越接近钙营养素供给量RNS4，推荐系数越高，越偏离RNS4，则推荐系数越低，如图5所示。
食物推荐分析器中设置营养素推荐函数，以此来判断某一食物配餐所含营养素是否值得推荐。推荐函数设计如下：
利用F分布概率密度函数构建推荐函数
Figure BDA0003172365690000202
其中mk、nk为F分布概率密度函数
Figure BDA0003172365690000203
参数，ak、bk为推荐函数f(yk)参数，k＝1,2,...K。
F分布是一种重要的概率分布类型，参数为(m,n)的F分布通常用F(m,n)表示，概率密度函数ffm,n(y)计算如下：
Figure BDA0003172365690000211
其中，Γ(·)表示Γ函数。
1.3判断是否满足营养素要求
f(yk)≥Scorek
说明：这里的Scorek为膳食委员会提供的推荐阈值，可依情况设置，也可以根据不同的营养素分别设置，如蛋白质的推荐阈值为0.8、脂肪的推荐阈值为0.85、碳水化合物的推荐阈值为0.88。
2、满足比例环要求
以谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，以蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，以谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，以动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4。
2.1计算预备食物套餐中各类目重量el
从营养膳食存储器产生的食物属性宽表，提取食物类目归属wi,l，wi,l表示第i种食物第l种类目的归属，1表示食物属于该食物类目，0表示不属于该食物类目；如表10所示。
Figure BDA0003172365690000212
Figure BDA0003172365690000221
表10
食物类目共L＝5种。I种食物L种食物类目可以形成食物类目归属矩阵WI×L
Figure BDA0003172365690000222
将预备食物配餐G和食物类目归属矩阵WI×L相乘可以计算预备食物配餐的类目重量分布E，第l种类目重量el，
Figure BDA0003172365690000223
2.2计算谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，判断是否满足比例环R1条件。
例如，第1种类目为谷类，
Figure BDA0003172365690000224
计算了属于谷类的食物的重量，
Figure BDA0003172365690000225
计算了所有食物的重量，
Figure BDA0003172365690000226
则表示谷类占食物配餐的比例。
五大类热量食物类目的占比要求在R1上限和R1下限之间
Figure BDA0003172365690000227
说明：这里的R1_LPl、R1_UPl为膳食委员会提供的R1下限、R1上限，可依情况设置。
2.3计算蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，判断是否满足比例环R2条件。
预备食物套餐中各类营养素重量yk，提取蛋白质、脂肪、糖对应的营养素重量yk，表示为y蛋白质，y脂肪，y糖
蛋白质的比例为
Figure BDA0003172365690000231
蛋白质来源比例满足比例环R2要求
Figure BDA0003172365690000232
说明：这里的R2_LP蛋白质、R2_UP蛋白质为膳食委员会提供的蛋白质R2下限、R2上限，可依情况设置。脂肪、糖比例环要求类似。
2.4计算谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，判断是否满足比例环R3条件。与上述R2计算类似。
2.5计算动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4，判断是否满足比例环R4条件。与上述R2计算类似。
首层权重树枝点以膳食委员会要求为条件，剔除一个月内重复的主食物，形成主食物FOOD2链表。
这里具体为：膳食委员会要求每人每天平均应摄入12种以上食物。
预备食物配餐G＝[g1 g2 ... gi ... gI]，gi为第i种食物的重量。gi为0，说明预备食物配餐G中没有这种食物，因此，统计G中gi不为0的个数num_food，当num_food≥12时，说明食物种类大于等于12种。
其中，
Figure BDA0003172365690000233
gi≠0
膳食委员会要求每人每周平均应摄入25种以上食物。
令Gt表示第t天的食物配餐，Gt＝[g1,t g2,t ... gi,t ... gI,t]，其中gi,t表示第i种食物第t天的重量。
一周7天(T天)的食物配餐可以表示为
Figure BDA0003172365690000241
第i种食物在一周的食物配餐中的重量为
Figure BDA0003172365690000242
total_gi为零的话，说明这种食物一周都没有出现，total_gi不为零的话，说明这种食物至少出现一次。
统计total_gi不为0的个数total_num_food，食物种类大于25种，total_num_food≥25
Figure BDA0003172365690000243
total_gi≠0
第二层权重树枝点以时令食物和动态价格为条件，筛选满足托幼机构膳食价格要求的主食物，组织主食物排序链，形成主食物FOOD3链表。
从营养膳食存储器产生的时令食物价格宽表，提取所有食物价格pi,t，可以计算出第t天的食物配餐的价格为，当天的各种食物价格乘以食物重量的总和，
Figure BDA0003172365690000244
从营养膳食存储器产生的每日膳食费用宽表，提取每日的膳食费用feet，要求每日的食物配餐的价格小于或等于每日的膳食费用
Figure BDA0003172365690000251
第三层权重树枝点以食物五维单元为条件重组主食物排序链，形成主食物FOOD4链表。
从营养膳食存储器产生的食物颜色宽表，提取颜色比重ci,j，ci,j表示第i种食物第j种颜色的比重。例如：谷类类目的食物大米、小米为橙色，大米橙色比重为1，其他颜色比重为0；如表11所示。
食物序号 食物名称 橙色 绿色 淡绿色 蓝色 紫色
1 大米 1 0 0 0 0
2 小米 1 0 0 0 0
… …
123 大白菜 0 1 0 0 0
124 小白菜 0 1 0 0 0
表11
统计食物颜色共J＝5种。I种食物J种颜色可以形成颜色分布矩阵CI×J，其中，ci,j表示食物的颜色比重。
Figure BDA0003172365690000252
将预备食物配餐G和颜色分布矩阵CI×J相乘可以计算预备食物配餐的颜色分量分布D，第j种颜色分量dj，
Figure BDA0003172365690000253
例如：第1种食物为大米，将大米的重量乘以橙色比重可以计算出大米中的橙色重量，食物配餐中所有食物的橙色重量相加可以计算出食物配餐的橙色重量，即橙色的颜色分量。
食物颜色要求分布均匀，利用变异系数计算颜色分布均匀程度，cv_color取值越小，说明dj分布越均匀，cv_color≤0.03。其中，
Figure BDA0003172365690000261
其中，
Figure BDA0003172365690000262
为颜色分量平均数，
Figure BDA0003172365690000263
说明：这里的0.03为变异系数阈值，可依情况设置。
附加烹饪需要的辅助食物链表FOOD5。
从营养膳食存储器产生菜谱宽表，提取与FOOD4链表中食物对应的菜谱，如FOOD4链表中有青菜250g、香菇100g，则可以对应到香菇炒青菜这一菜谱。添加辅助食物：胡椒粉0.5g。以此，形成辅助食物链表FOOD5。
根据主食物量FOOD4链表和辅助食物链表FOOD5形成满足营养膳食要求的三餐两点菜谱并推荐给营养排菜老师进行选择，完成食物推荐分析器的工作。
本发明方法食物推荐展示器示意图如图6所示，包括在页面上以橙色、蓝色、绿色、淡绿色、紫色形成食物类目底色系单元，满足托幼机构营养膳食食物分类方式。以图片化的方式将食物图形化，以便更加直观的形象展示单元。以表格化的方式将食物营养素含量凸显展示单元。展示器以配餐日期、餐次、菜谱、食物和营养素占比为核心内容进行自动化推荐展示，营养排菜老师以此方法推荐的膳食结果为基础，根据本托幼机构个性化和特性化的要求，对展示器中的食物和菜谱进行适度调整，最终形成满足托幼机构I级营养膳食要求的周次餐次带量食谱和菜谱，完成先算后吃再评价闭环模式下的排菜工作。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过营养膳食存储器定义计算食物固态成分单元、市场时令食物数据单元、食物动态采购价格单元、食物五维颜色单元和托幼儿童营养平均供给量，以周次为单位依托托幼机构各年龄段儿童营养计算方法要求进行数据组织，运用计算机程序建立符合群体性营养I级膳食实施要求的食物推荐方案；
(2)利用食物推荐采集器获取就餐各年龄段儿童数及标准营养膳食计算方法，产生营养素供给表；
(3)食物推荐分析器通过食物权重树分类算法自动获取满足营养膳食要求的荤菜、素菜、汤羹及菜色合理搭配食物组合，实现配餐日期、三餐两点餐次、菜色、菜谱和带量食物链表推荐方案；
(4)食物推荐展示器以色系化、图片化的食物菜谱单元和表格化的平均每人每日摄入量和平均供给量比例，完成满足托幼机构I级膳食评价要求，实现托幼机构营养膳食先算后吃再评价闭环型的排菜工作。
2.根据权利要求1所述的一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，其特征在于：所述的营养膳食存储器包括采集形成相对静态营养膳食基础存储块和可配置多源异构集成形成标准动态营养膳食扩展存储块；其中食物固态成分单元，包含类目、食物名称、介绍、使用功效、挑选、储藏、性味功效、食部、水分、热量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维总、膳食纤维可溶性、膳食纤维不可溶性、维生素A、维生素A胡萝卜、硫胺素、核黄素、维生素B、维生素B12、维生素C、钙、磷、钾、纳、镁、铁、锌、视黄醇、尼克酸、维生素E等固态属性值，根据专家意见选取适合托幼机构儿童食用的食物类目，存储食物属性宽表；
针对托幼机构食物链条按谷类、薯类和豆类标注为橙色，按动物性标注为蓝色，按其他植物性中蔬菜标注为绿色和水果标注为淡绿色，按纯热量食物标注为紫色，存储食物五维颜色单元；
根据托幼机构每日膳食标准费用信息，存储食物费用单元；
根据二岁儿童每日营养膳食供给量为基数，包含热量、蛋白质、钙、铁、维生素A、胡萝卜素、尼克酸、维生素B2、维生素C和视黄醇等固态属性值，存储营养计算基数供给量宽表；
根据菜谱名称、主料、介绍、方法、价值、禁忌、口味、工艺等固态属性，存储适合托幼儿童食用和口味的菜谱宽表；
上述五类固态单元组合形成食物推荐基础存储块；通过多源异构的抽取技术，将根据地域不同、季节不同形成时令食物数据，根据标准转换技术形成与固态食物名称相匹配，存储时令食物宽表单元；同样通过多源异构的抽取技术，获得食物动态价格数据，根据标准转换技术形成与固态食物名称相匹配，存储食物动态价格宽表单元；
附加儿童胃口调查表，发掘不同地区、不同天气状态下，存储儿童胃口宽表单元；其中儿童胃口取儿童平均食物摄入重量。
3.根据权利要求1所述的一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，其特征在于：所述的食物推荐采集器根据在园儿童出生日期和配餐日期，准确计算2岁、3岁、4岁、5岁、6岁和7岁在园就餐的儿童数量；根据儿童二岁营养素供给基数和各营养素不同计算系数值，结合各年龄段各营养素差值，计算形成每人每日平均供给量，附加儿童在园三餐两点供能比，获取儿童在园的平均供给量；通过食物推荐采集器以配餐日期为中心、以N2～N7年龄为纵轴、以满足儿童I级膳食要求的热量、蛋白质、钙、铁、维生素A、胡萝卜素、尼克酸、维生素B2、维生素C和视黄醇供给量值为横轴，形成本次推荐的营养素基础度量单元。
4.根据权利要求1所述的一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，其特征在于：所述的食物推荐分析器在分析过程中采用满足膳食要求主食物权重树方法，权重树根Root部分以营养素基础度量值为初始值，以满足营养素要求为先决条件，以谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，以蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，以谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，以动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4，筛选满足上述营养素和比例环条件，形成配餐日期主食物FOOD1链表；FOOD1链表特征维度结构包括：配餐日期、食物名称、蛋白质、脂肪、热量、微量元素、维生素、胡萝卜素、热量食物来源比例环R1、热量营养素来源比例环R2、蛋白质来源比例环R3、脂肪来源比例环R4；
以G＝[g1 g2...gi...gI]表示预备食物配餐，gi为第i种食物的重量；食物推荐分析器将推荐出满足营养素要求、比例环条件、食物种类要求、价格要求、颜色要求、口味要求的食物配餐；从营养膳食存储器产生的儿童胃口宽表，提取儿童一天的食物摄入量Gm，每种食物的重量gi在[0,Gm]之间，以10g为间隔，取不同的食物重量值；通过满足营养素要求条件与满足比例环要求条件剔除不符合要求的食物配餐，获取符合要求的预备食物配餐。
5.根据权利要求4所述的一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，其特征在于：所述的满足营养素要求具体如下：(i)计算预备食物套餐中各类营养素重量yk：
从营养膳食存储器产生的食物属性宽表，提取所有食物的营养素比重，以xi,k表示第i种食物第k种营养素的比重；
从营养膳食存储器获取I种食物K种营养素的比重可以形成营养素比重矩阵XI×K，如下：
Figure FDA0003172365680000041
预备食物配餐G＝[g1 g2...gi...gI]，gi为第i种食物的重量；将预备食物配餐G和营养素比重矩阵XI×K相乘可以计算预备食物配餐的营养素分布Y，第k种营养素yk，
Figure FDA0003172365680000042
具体关系如下：
Figure FDA0003172365680000051
(ii)设置营养素推荐函数，根据预备食物套餐中各类营养素重量yk和营养供给量的关系，计算预备食物套餐的推荐系数：从食物推荐采集器产生的N2～N7营养供给量宽表，提取N2～N7各类营养供给量RNSk；预备食物套餐中钙营养素重量y4越接近钙营养素供给量RNS4，推荐系数越高，越偏离RNS4，则推荐系数越低；
食物推荐分析器中设置营养素推荐函数，以此来判断某一食物配餐所含营养素是否值得推荐；推荐函数设计如下：
利用F分布概率密度函数构建推荐函数
Figure FDA0003172365680000052
其中mk、nk为F分布概率密度函数
Figure FDA0003172365680000053
参数，ak、bk为推荐函数f(yk)参数，k＝1,2,...K；其中F分布是一种重要的概率分布类型，参数为(m,n)的F分布通常用F(m,n)表示，概率密度函数ffm,n(y)计算为：
Figure FDA0003172365680000054
其中，Γ(·)表示Γ函数；
(iii)判断是否满足营养素要求：f(yk)≥Scorek
其中，Scorek为膳食委员会提供的推荐阈值，可依情况设置，也可以根据不同的营养素分别设置。
6.根据权利要求1所述的一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，其特征在于：所述的满足比例环要求如下：以谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，以蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，以谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，以动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4；具体如下：
(I)计算预备食物套餐中各类目重量el：
从营养膳食存储器产生的食物属性宽表，提取食物类目归属wi,l，wi,l表示第i种食物第l种类目的归属，1表示食物属于该食物类目，0表示不属于该食物类目；食物类目共L＝5种，I种食物L种食物类目可以形成食物类目归属矩阵WI×L
Figure FDA0003172365680000061
将预备食物配餐G和食物类目归属矩阵WI×L相乘可以计算预备食物配餐的类目重量分布E，第l种类目重量el，
Figure FDA0003172365680000062
(II)计算谷类、薯类、豆类、动物性食物、其他植物性食物和纯热量食物五大类热量食物来源比例环R1，判断是否满足比例环R1条件；例如第1种类目为谷类，
Figure FDA0003172365680000063
计算了属于谷类的食物的重量，
Figure FDA0003172365680000071
计算了所有食物的重量，
Figure FDA0003172365680000072
则表示谷类占食物配餐的比例；五大类热量食物类目的占比要求在R1上限和R1下限之间：
Figure FDA0003172365680000073
其中，R1_LPl、R1_UPl为膳食委员会提供的R1下限、R1上限，可依情况设置；
(III)计算蛋白质、脂肪、糖三大类热量营养素来源比例环R2，判断是否满足比例环R2条件；预备食物套餐中各类营养素重量yk，提取蛋白质、脂肪、糖对应的营养素重量yk，表示为y蛋白质，y脂肪，y糖蛋白质的比例为
Figure FDA0003172365680000074
蛋白质来源比例满足比例环R2要求
Figure FDA0003172365680000075
其中，R2_LP蛋白质、R2_UP蛋白质为膳食委员会提供的蛋白质R2下限、R2上限，可依情况设置；脂肪、糖比例环要求类似；
(IV)计算谷类、豆类、动物性食物和其他植物性食物四大类蛋白质来源比例环R3，判断是否满足比例环R3条件；与上述R2计算类似；(V)计算动物性和植物性二大类脂肪来源比例环R4，判断是否满足比例环R4条件；与上述R2计算类似。
7.根据权利要求4所述的一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，其特征在于：首层权重树枝点以膳食委员会要求为条件，剔除一个月内重复的主食物，形成主食物FOOD2链表；具体为：膳食委员会要求每人每天平均应摄入12种以上食物；
预备食物配餐G＝[g1 g2...gi...gI]，gi为第i种食物的重量；gi为0，说明预备食物配餐G中没有这种食物，因此统计G中gi不为0的个数num_food，当num_food≥12时，说明食物种类大于等于12种；其中，
Figure FDA0003172365680000081
gi≠0
膳食委员会要求每人每周平均应摄入25种以上食物；令Gt表示第t天的食物配餐，Gt＝[g1,t g2,t...gi,t...gI,t]，其中gi,t表示第i种食物第t天的重量；一周T天的食物配餐可以表示为
Figure FDA0003172365680000082
第i种食物在一周的食物配餐中的重量为
Figure FDA0003172365680000083
total_gi为零的话，说明这种食物一周都没有出现，total_gi不为零的话，说明这种食物至少出现一次；统计total_gi不为0的个数total_num_food，食物种类大于25种，to_ta_l≥n；
Figure FDA0003172365680000084
total_gi≠0；
第二层权重树枝点以时令食物和动态价格为条件，筛选满足托幼机构膳食价格要求的主食物，组织主食物排序链，形成主食物FOOD3链表；从营养膳食存储器产生的时令食物价格宽表，提取所有食物价格pi,t，计算出第t天的食物配餐的价格为，当天的各种食物价格乘以食物重量的总和，
Figure FDA0003172365680000085
从营养膳食存储器产生的每日膳食费用宽表，提取每日的膳食费用feet，要求每日的食物配餐的价格小于或等于每日的膳食费用
Figure FDA0003172365680000091
第三层权重树枝点以食物五维单元为条件重组主食物排序链，形成主食物FOOD4链表；从营养膳食存储器产生的食物颜色宽表，提取颜色比重ci,j，ci,j表示第i种食物第j种颜色的比重；例如谷类类目的食物大米、小米为橙色，大米橙色比重为1，其他颜色比重为0；统计食物颜色共J＝5种，I种食物J种颜色可以形成颜色分布矩阵CI×J，其中，ci,j表示食物的颜色比重；
Figure FDA0003172365680000092
将预备食物配餐G和颜色分布矩阵CI×J相乘可以计算预备食物配餐的颜色分量分布D，第j种颜色分量dj，
Figure FDA0003172365680000093
食物颜色要求分布均匀，利用变异系数计算颜色分布均匀程度，cv_color取值越小，说明dj分布越均匀，cv_color≤0.03；其中，
Figure FDA0003172365680000094
其中，
Figure FDA0003172365680000095
为颜色分量平均数，
Figure FDA0003172365680000096
其中0.03为变异系数阈值，可依情况设置；
附加烹饪需要的辅助食物链表FOOD5；从营养膳食存储器产生菜谱宽表，提取与FOOD4链表中食物对应的菜谱，如FOOD4链表中有青菜250g、香菇100g，则可以对应到香菇炒青菜这一菜谱；添加辅助食物：胡椒粉0.5g；以此，形成辅助食物链表FOOD5；根据主食物量FOOD4链表和辅助食物链表FOOD5形成满足营养膳食要求的三餐两点菜谱并推荐给营养排菜老师进行选择，完成食物推荐分析器的工作。
8.根据权利要求1所述的一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐方法，其特征在于：所述的食物推荐展示器包括在页面上以橙色、蓝色、绿色、淡绿色、紫色形成食物类目底色系单元，满足托幼机构营养膳食食物分类方式；以图片化的方式将食物图形化，以便更加直观的形象展示单元；以表格化的方式将食物营养素含量凸显展示单元；展示器以配餐日期、餐次、菜谱、食物和营养素占比为核心内容进行自动化推荐展示，营养排菜老师以此方法推荐的膳食结果为基础，根据托幼机构个性化和特性化的要求，对展示器中的食物和菜谱进行适度调整，最终形成满足托幼机构I级营养膳食要求的周次餐次带量食谱和菜谱，完成先算后吃再评价闭环模式下的排菜工作。
9.一种面向托幼机构满足群体性幼儿营养膳食要求的推荐系统，其特征在于，包括：营养膳食存储器、食物推荐采集器、食物推荐分析器、食物推荐展示器；所述的营养膳食存储器定义计算营养计算所必须的食物固态成分单元、时令食物数据单元、食物动态采购价格单元、食物五维颜色单元和托幼儿童营养平均供给量等配置要素，有效解决关键计算要素的多源异构集成和标准化存储的问题；食物推荐采集器用于实现托幼机构就餐人数分年龄段数据单元和标准膳食计算方法，有效解决并产生营养素供给表；食物推荐分析器用于实现满足托幼机构荤菜、素菜、汤羹及菜色合理搭配推荐食物集合，有效解决并产生周次餐次为核心的食物和菜谱链表；食物推荐展示器用于实现食物和菜谱推荐结果的色系化、图片化和表格化的多样显示，有效解决排菜老师的可视化选择和最终确定周次带量食谱页面，实现美味可口、营养均衡、价格合理的I级膳食要求。
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