基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的食品安全風(fēng)險(xiǎn)分析

徐青偉，許開(kāi)立，周方，劉盼

1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與管理科學(xué)學(xué)院（鄭州 450046）；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院（沈陽(yáng) 110819）

國(guó)以民為本，民以食為天，食以安為先。習(xí)近平總書(shū)記對(duì)食品安全工作作出重要指示，強(qiáng)調(diào)食品安全是民生工程、民心工程，是各級(jí)黨委、政府義不容辭之責(zé)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，食品安全問(wèn)題也得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注[1-2]。進(jìn)行食品安全問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)分析工作，對(duì)于有效防止出現(xiàn)食品安全問(wèn)題具有積極意義。

食品安全問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)分析常采用的方法是事故樹(shù)分析[3-4]，通過(guò)事故樹(shù)分析，可確定導(dǎo)致食品安全問(wèn)題的各個(gè)基本事件。進(jìn)一步地，陳洪根[5]、李柯等[6]將食品安全問(wèn)題事故樹(shù)分析與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，結(jié)合基本事件后驗(yàn)概率確定導(dǎo)致食品安全問(wèn)題的關(guān)鍵基本事件。分析認(rèn)為僅根據(jù)基本事件后驗(yàn)概率確定導(dǎo)致食品安全問(wèn)題的關(guān)鍵基本事件有失偏頗，提出根據(jù)基本事件先驗(yàn)概率、后驗(yàn)概率以及基本事件發(fā)生與否對(duì)頂事件發(fā)生概率的影響等因素綜合確定關(guān)鍵基本事件。

此外，事故樹(shù)分析與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)雖能確定導(dǎo)致食品安全問(wèn)題的關(guān)鍵基本事件，但對(duì)于防止食品安全問(wèn)題的發(fā)生作用有限。魚(yú)刺圖又稱(chēng)因果分析，指進(jìn)行事故分析時(shí)，將事故結(jié)果的各種原因進(jìn)行歸納、分析，并用簡(jiǎn)明的文字和線條形象、全面地表現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而繪制成一幅魚(yú)刺的圖形[7]。研究對(duì)魚(yú)刺圖進(jìn)行改進(jìn)，將預(yù)防措施融入魚(yú)刺圖，對(duì)關(guān)鍵基本事件進(jìn)行分析，可為防止出現(xiàn)食品安全問(wèn)題提供借鑒。

1 方法

1.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由代表變量的節(jié)點(diǎn)與連接變量節(jié)點(diǎn)的邊組成，是一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖，根據(jù)貝葉斯推理建立各個(gè)變量之間的依賴關(guān)系。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)是貝葉斯公式[8]：

式中：P(A)是先驗(yàn)概率；P(A|B)是后驗(yàn)概率；P(B|A)是似然概率。

假設(shè)變量A存在a1，a2，…，an個(gè)狀態(tài)，則由全概率公式可得：

結(jié)合式（1）和式（2）可以求出后驗(yàn)概率P（A|B）。

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的不確定性推理能力，不僅能進(jìn)行前向推理，由原因?qū)С鼋Y(jié)果；而且能實(shí)現(xiàn)后向推理，由結(jié)果導(dǎo)出原因。

1.2 魚(yú)刺圖

此次分析對(duì)魚(yú)刺圖進(jìn)行改進(jìn)，將事故原因的預(yù)防措施也融入進(jìn)魚(yú)刺圖，如圖1所示。

圖1 改進(jìn)的魚(yú)刺圖

2 結(jié)果

2.1 食品安全問(wèn)題事故樹(shù)

以食品安全問(wèn)題為頂事件進(jìn)行事故樹(shù)分析，如圖2所示[6]。

圖2中，T為頂事件，即食品安全問(wèn)題；X1為要素施用量不當(dāng)（農(nóng)業(yè)投入品、添加劑）；X2為添加有害投入品（原料生產(chǎn)環(huán)節(jié)）；X3為標(biāo)識(shí)、包裝不當(dāng)（原料生產(chǎn)環(huán)節(jié)）；X4為廢棄物污染（原料生產(chǎn)環(huán)節(jié)）；X5為生產(chǎn)人員健康不合格；X6為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)（轉(zhuǎn)基因食品）；X7為自然環(huán)境影響（水、土質(zhì)）；X8為產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境不合格；X9為添加劑使用不當(dāng)；X10為使用不合格原料（加工環(huán)節(jié)）；X11為添加有害投入品（禁用藥物、化合物濫用）；X12為食品加工程序不當(dāng)；X13為廢棄物污染（加工環(huán)節(jié)）；X14為標(biāo)識(shí)、包裝不當(dāng)（加工環(huán)節(jié)）；X15為原料、成品存儲(chǔ)不當(dāng)（加工環(huán)節(jié)）；X16為銷(xiāo)售不合格半成品；X17加工人員健康不合格；X18為設(shè)備、設(shè)施不合格（未定期維護(hù)）；X19為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)（殺菌工藝）；X20為加工環(huán)境不合格；X21為自然環(huán)境影響（水、空氣）；X22為添加有害投入品（防腐劑、保鮮劑、添加劑）；X23為成品存儲(chǔ)不當(dāng)（儲(chǔ)運(yùn)/流通環(huán)節(jié)）；X24為運(yùn)輸方式不當(dāng)（食品交叉放置、裝卸）；X25為廢棄物處置不當(dāng)（儲(chǔ)運(yùn)/流通環(huán)節(jié)）；X26為物流人員健康不合格；X27為設(shè)備、設(shè)施不合格（物流設(shè)施落后）；X28為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)（冷鏈）；X29為流通環(huán)境不合格；X30為自然環(huán)境影響（高溫、雨雪）；X31為要素施用量不當(dāng)（添加劑、天然原料）；X32為使用不合格原料（消費(fèi)環(huán)節(jié)）；X33為添加有害投入品（消費(fèi)環(huán)節(jié)）；X34為烹煮、食用方式不當(dāng)；X35為廢棄物污染（消費(fèi)環(huán)節(jié)）；X36為原料、成品存儲(chǔ)不當(dāng)（消費(fèi)環(huán)節(jié)）；X37為銷(xiāo)售不合格產(chǎn)品（造假、劣質(zhì)產(chǎn)品）；X38為標(biāo)識(shí)、包裝不當(dāng)（消費(fèi)環(huán)節(jié)）；X39為服務(wù)人員健康不合格；X40為設(shè)備、設(shè)施不合格（餐具不達(dá)標(biāo)）；X41為自然環(huán)境影響（消費(fèi)環(huán)節(jié)，如水、空氣）；X42為銷(xiāo)售、餐飲環(huán)境不合格；X43為生產(chǎn)環(huán)節(jié)監(jiān)管不力；X44為食品安全監(jiān)測(cè)能力不足（原料生產(chǎn)環(huán)節(jié)）；X45為加工環(huán)節(jié)監(jiān)管不力；X46為食品安全監(jiān)測(cè)能力不足（加工環(huán)節(jié)）；X47為流通環(huán)節(jié)監(jiān)管不力；X48為食品安全監(jiān)測(cè)能力不足（儲(chǔ)運(yùn)/流通環(huán)節(jié)）；X49為消費(fèi)環(huán)節(jié)監(jiān)管不力；X50食品安全監(jiān)測(cè)能力不足（消費(fèi)環(huán)節(jié)）。

圖2 食品安全問(wèn)題事故樹(shù)

2.2 食品安全問(wèn)題貝葉斯推理

以豬肉食品安全問(wèn)題為例進(jìn)行闡述，其基本事件的發(fā)生概率（先驗(yàn)概率）如表1所示。

由圖2和表1可知，盡管事故樹(shù)中有些基本事件名稱(chēng)相同，但這些基本事件分屬于不同的環(huán)節(jié)，因此其先驗(yàn)概率也不同。

借助于GeNIe軟件，將食品安全問(wèn)題映射成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，事故樹(shù)邏輯或門(mén)、與門(mén)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的映射關(guān)系詳見(jiàn)文獻(xiàn)[8]。利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的前向推理能力，可得豬肉食品安全問(wèn)題頂事件的發(fā)生概率，為P(T)=0.024 1。

食品安全風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)劃分如表2所示[6]。我國(guó)發(fā)生豬肉食品安全問(wèn)題的概率為2.41%，由表2可知我國(guó)發(fā)生豬肉食品安全問(wèn)題屬于低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，但仍應(yīng)防范出現(xiàn)豬肉食品安全問(wèn)題。

表2 食品安全風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)

利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的后向推理能力，假設(shè)已經(jīng)發(fā)生豬肉食品安全問(wèn)題，即添加證據(jù)P(T)=1，可得各基本事件的后驗(yàn)概率，見(jiàn)表1；另外，逐個(gè)考察各基本事件發(fā)生與否對(duì)頂事件豬肉食品安全問(wèn)題發(fā)生概率的影響，即分別計(jì)算P(T|xi=1)與P(T|xi=0)的大小，見(jiàn)表1。

綜合分析表1可知，有些基本事件具有以下特征：①基本事件先驗(yàn)概率較大，即基本事件發(fā)生的概率較大；②基本事件后驗(yàn)概率較大，即頂事件的發(fā)生可能是由該基本事件引起的；③基本事件發(fā)生時(shí)，能顯著提高頂事件的發(fā)生概率，即P(T|xi=1)值較大；④基本事件不發(fā)生時(shí)，能顯著降低頂事件的發(fā)生概率，即P(T|xi=0)值較小。因此，基本事件可大致分為兩類(lèi)，第一類(lèi)關(guān)鍵基本事件同時(shí)滿足以上4個(gè)特征，包括X10，X46和X50；第二類(lèi)基本事件不滿足或不同時(shí)滿足以上4個(gè)特征，包括剩余基本事件。

表1 基本事件與頂事件概率

2.3 關(guān)鍵基本事件魚(yú)刺圖分析

由以上分析可知，基本事件X10使用不合格原料屬于第一類(lèi)關(guān)鍵基本事件，采取有效措施防止該關(guān)鍵基本事件的發(fā)生，能有效降低頂事件豬肉食品安全問(wèn)題發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)基本事件X10使用不合格原料進(jìn)行魚(yú)刺圖分析，如圖3所示。

圖3 使用不合格原料魚(yú)刺圖

通過(guò)魚(yú)刺圖分析可知，使用不合格原料的產(chǎn)生原因包括使用回收食品、使用超過(guò)保質(zhì)期食品、使用非食品原料產(chǎn)品、食品中添加食品添加劑以外的有害物質(zhì)等；為了防止使用不合格原料，可采取的措施包括焚燒銷(xiāo)毀、當(dāng)作垃圾發(fā)電、加工成飼料、制成肥料、加強(qiáng)食品監(jiān)管等。通過(guò)魚(yú)刺圖分析，可以直觀形象地將使用不合格原料的原因、對(duì)策呈現(xiàn)出來(lái)。

3 結(jié)論

1) 根據(jù)基本事件發(fā)生概率（先驗(yàn)概率）、后驗(yàn)概率以及基本事件發(fā)生與否對(duì)頂事件發(fā)生概率的影響等因素，確定導(dǎo)致豬肉食品安全問(wèn)題的第一類(lèi)關(guān)鍵基本事件包括X10，X46和X50。

2) 對(duì)第一類(lèi)關(guān)鍵基本事件X10使用不合格原料進(jìn)行魚(yú)刺圖分析，能直觀形象地將其原因、對(duì)策呈現(xiàn)出來(lái)。