基于聯(lián)系隸屬度的食品安全狀態(tài)評價模型

◎汪　衍（合肥市第一中學(xué)，安徽 合肥 230601）

基于聯(lián)系隸屬度的食品安全狀態(tài)評價模型

◎汪衍
（合肥市第一中學(xué)，安徽 合肥 230601）

食品安全狀態(tài)受諸多不確定性和動態(tài)可變性因素影響與控制，評價信息獲取也存在局限性和不完整性，故其評價為復(fù)雜的系統(tǒng)不確定性問題。本文應(yīng)用集對理論，探討了基于聯(lián)系隸屬度的食品安全狀態(tài)評價新模型，即應(yīng)用集對聯(lián)系隸屬度刻畫待評對象的實測指標(biāo)值與評價標(biāo)準(zhǔn)間的同異反關(guān)系，進(jìn)而結(jié)合權(quán)重綜合評價食品安全狀態(tài)。實例應(yīng)用及與其他方法對比結(jié)果表明，該模型應(yīng)用于食品安全評價是有效可行的，且具有評價結(jié)論客觀與明確優(yōu)點。

食品安全；評價；集對；聯(lián)系隸屬度

食品安全科學(xué)評價關(guān)系到食品安全的預(yù)警和應(yīng)急管理與決策［1］，也是社會關(guān)注的焦點和社會公共安全研究的重要內(nèi)容，其對食品安全風(fēng)險的科學(xué)有效管理具有重要實際意義。然而，食品安全問題涉及環(huán)節(jié)多，評價指標(biāo)又具有多樣性、信息量大和不確定性，故其準(zhǔn)確評價極其困難。近年來人們應(yīng)用指數(shù)法［2］、模糊評價方法［3，4］、灰色評價法［5］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［6］、未確知測度方法［7］和可拓方法［8］等理論提出了各種評價方法，促進(jìn)了食品安全狀態(tài)評價的研究，但這些方法也存在自身缺陷，如操作簡單的指數(shù)評價法存在評價主觀性強弱點；模糊和灰色綜合評價法雖解決了指標(biāo)模糊性的表達(dá)，但隸屬函數(shù)確定難和分辨率低；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法則存在知識獲取瓶頸難題，存在應(yīng)用局限性；可拓方法則在計算關(guān)聯(lián)度時常以區(qū)間中點為最優(yōu)，而這會產(chǎn)生遺漏重要的約束條件，故以上方法的評價結(jié)果尚停留在某個層次水平，同實際情況存在差異，此主要是由它們評價中僅考慮指標(biāo)的某類不確定性所引起的，顯然很難滿足具有交叉和交融信息的食品安全狀態(tài)評價問題的需求，加上評價過程中信息獲取的不完整性及人類思維的局限性，應(yīng)用這些方法已很難充分反映食品安全狀態(tài)評價的復(fù)雜性和不確定特征，食品安全狀態(tài)評價至今仍是工程界亟待解決的重要問題。為此，本文基于近期發(fā)展起來的系統(tǒng)分析新理論——集對分析理論［9，10］，以探討可考慮影響因素間確定和不確定關(guān)系的食品安全狀態(tài)評價新模型，以期提高食品安全狀態(tài)評價的可靠性和食品安全公共管理水平。

1 評價模型構(gòu)建

食品安全狀態(tài)評價是基于獲取的各類食品安全評價信息，給予安全狀態(tài)確定和不確定性的整體描述和判斷，所以食品安全狀態(tài)評價問題實質(zhì)是一個確定和不確定性系統(tǒng)分析問題。而集對分析理論是針對確定和不確定性問題的一種新系統(tǒng)分析理論，它把研究對象之間的確定性與不確定性，從同一性、差異性和對立性三方面統(tǒng)一多尺度分析與定量描述，故其應(yīng)用于食品安全狀態(tài)評價具有明顯地優(yōu)勢。

1.1集對聯(lián)系隸屬度

集對分析理論基礎(chǔ)是集對。集對是指具有一定聯(lián)系的兩個集合組成的對子。集對的確定和不確定性關(guān)系則用聯(lián)系數(shù)表達(dá)為

式（1）中，a和cj表示確定性關(guān)系；bi則為不確定性關(guān)系，其可統(tǒng)一描述隨機(jī)性、模糊性、灰色性、未確知性等不確定性信息；a、b和c分別為同一度、差異度和對立度，且a+b+c=1；i為差異性系數(shù)；j為對立性系數(shù)，常取-1?？梢?，集對分析法就是對集對的特性開展同異反分析，并利用聯(lián)系數(shù)描述集對的確定性和不確定性關(guān)系的態(tài)勢演化和突變。然而，傳統(tǒng)集對聯(lián)系度存在形式單一和計算結(jié)果難以判斷缺陷，很難滿足實際食品安全評價問題分析，故在此引入聯(lián)系隸屬度概念來表達(dá)研究對象與標(biāo)準(zhǔn)間的同異反關(guān)系，相應(yīng)的定義如下。

若研究對象某個指標(biāo)的實測數(shù)據(jù)與等級同異反準(zhǔn)則可表達(dá)如圖1所示，即當(dāng)樣本x處于討論等級k內(nèi)，則兩者集對關(guān)系為同一；當(dāng)x處于討論等級的相隔區(qū)間時，則兩者的集對關(guān)系為對立，聯(lián)系隸屬度μ取-1；當(dāng)x處于討論等級的相鄰等級時，則研究對象與討論等級的關(guān)系為差異，相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型如下，

圖1　同異反關(guān)系示意圖

1.2基于聯(lián)系隸屬度的評價原理及模型

基于集對聯(lián)系隸屬度的食品安全狀態(tài)評價原理如下：首先構(gòu)建食品安全狀態(tài)評價指標(biāo)體系與分類標(biāo)準(zhǔn)，然后基于食品安全檢測項目實測值與相應(yīng)的等級標(biāo)準(zhǔn)組成集對，并基于集對聯(lián)系隸屬度定量描述與分析研究對象與評價等級間的同異反關(guān)系，進(jìn)而結(jié)合權(quán)重計算集成聯(lián)系隸屬度，并依最大隸屬原則判定研究對象的食品安全狀態(tài)。相應(yīng)的評價模型為

式（3）中，μmk為某檢測項目m與食品安全危害等級k間的集成聯(lián)系隸屬度；wn為評價指標(biāo)權(quán)重。依據(jù)求得集成聯(lián)系隸屬度最大值對應(yīng)的水平，即可判定待評對象的安全狀態(tài)。

2 實例應(yīng)用

為驗證構(gòu)建模型的適用性與可靠性，本文采用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行應(yīng)用和對比分析［8］。實例數(shù)據(jù)為某黃酒日常食品安全評價，檢測項目選擇了甲醇、菌落計數(shù)、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）和錳等，各檢測項目的評價指標(biāo)選取不合格率、最大值、方差、平均值和危害度等5個指標(biāo)，相應(yīng)的計算方法可參見已有研究［8］，檢測項目危害度等級分為低危害（Ⅰ）、較低危害（Ⅱ）、中危害（Ⅲ）、高危害（IV）和較高危害（V）等5個等級，每個等級評價指標(biāo)值見表1。實例檢測項目實測值見表2。評價指標(biāo)權(quán)重采用1-9標(biāo)度法確定，相應(yīng)的數(shù)值為wn=｛0.175，0.215，0.105，0.078，0.424｝。依上面討論模型，實例各檢測項目的評價結(jié)果及與可拓方法評價對比結(jié)果見表3。

表1　監(jiān)測項目危害度等級標(biāo)準(zhǔn)表

表2　檢測項目實測值表

表3　實例評價結(jié)果及對比表

由表3可知，本文方法對甲醇、菌落計數(shù)和錳的評價結(jié)果與可拓評價方法結(jié)果吻合，而對DINP檢測項目，本文方法評價結(jié)果與可拓方法的評價結(jié)果存在差別，但據(jù)評價指標(biāo)實測值可知，DINP檢測項目實測評價指標(biāo)中平均值值和方差為Ⅰ級，而最大值和危害度為Ⅳ級，不合格率為Ⅱ級，可見DINP檢測項目判定為Ⅳ級的更合理。同時，由實例的評價結(jié)果分析可得出，針對食品安全這一具有社會效應(yīng)和關(guān)系生命安全問題，聯(lián)系隸屬度評價方法結(jié)果相對可拓方法結(jié)果更為合理和可靠，且有效避免了傳統(tǒng)方法評價結(jié)果偏風(fēng)險的缺陷，結(jié)果更安全。該方法評價過程中也體現(xiàn)了不同類型信息的內(nèi)涵，使評價結(jié)果更接近真實情況。因此，實例應(yīng)用和對比結(jié)果表明，本文方法應(yīng)用于食品安全狀態(tài)分析，可從同異反三個方面統(tǒng)一考慮各種類型的食品安全評價因素的不確定性和相互間的交叉、交融關(guān)系，以及待測樣本和評價標(biāo)準(zhǔn)間的確定和不確定關(guān)系，可為食品安全安全管理提供更有效、可靠依據(jù)，且計算過程簡明，便于工程應(yīng)用。

3 結(jié)語

食品安全狀態(tài)評價涉及多種交叉和交融動態(tài)不確定性信息，其準(zhǔn)確評價極其困難。本文基于集對分析理論，探討了應(yīng)用集對聯(lián)系隸屬度的食品安全狀態(tài)評價模型，實現(xiàn)充分反映實測指標(biāo)信息與統(tǒng)一定量描述指標(biāo)與評價等級間的確定和不確定關(guān)系。實例結(jié)果表明該模型應(yīng)用于食品安全評價是有效可行的，獲得結(jié)果可靠，為食品安全安全管理提供了重要依據(jù)，方法便于工程界操作與應(yīng)用。

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Application of Connection Membership Degree for the Evaluation of Food Safety

Wang Yan
（Hefei No.1 High School， Hefei 230601， China）

The evaluation of food safety is a complex uncertainty problem involving various factors of uncertainty and variability. Herein， based on set pair analysis theory， a novel model was discussed to analyze the uncertainty， deficiency and limitation of obtained indicator information. In this model， the connection membership degree was introduced to depict the identical-discrepancy-contrary relationships between evaluation samples and classification standards. And integration amounts of connection numbers were combined with indicator weights to determine food safety state. The results from the case study and comparison with other methods show that the model proposed here is effective and feasible for the food safety evaluation， and the result is more objective and clear.

Food safety； Evaluation； Set pair analysis； Connection membership degree

F403.8

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.12.042

國家自然科學(xué)基金資助項目（編號：41172274，71273081）。

汪衍（1999-），男，安徽歙縣人；主要研究方向為不確定性分析與應(yīng)用。