基于核方法的食品安全风险评估与预警方法解析

基于核方法的食品安全风险评估与预警方法解析

梁夏玲

江门市疾病预防控制中心，广东省江门市529000

摘要：食品安全一直都是社会所重视的问题，其关乎了人民的健康和安全，也备受社会各界以及我国政府的重视。食品安全会包含核对食品供应链因素，想要针对食品安全问题做系统的监督与管理，那么就必须要对食品生产中可能存在的安全风险因素进行评估和预警，以此来为食品安全监督与管理工作的开展提供坚实有利的保障。本文主要基于核方法下的食品安全风险评估与预警方法进行解析，为食品安全风险进行科学有效的评估和预警，这种为食品安全问题的科学监管提供有利保障。

关键词：核方法；食品安全；风险评估；预警方法；

在实际食品安全的风险评估与预警工作中，会涉及到有关供应链管理的知识、食品学科风险因素分析以及计算机学科当中的评估方法选择，还包含了数学建模的知识，属于跨学科、跨领域的有研究性的内容，有效的落实食品安全的风险评估和预警工作，对促进多学科融合发展能够起到重要作用。

一、核方法分析

所谓核方法，也被称作核学习机，是以核为基础的一直学习方法的简称。对于有些经典法在在进行数据线性关系的处理时是有较高效率的，但对于非线性的问题却欠缺较为完善且精准的对策，无论从理论角度来讲还是实际应用上，都很 难实现，一般也只是以一定范围内来获取近似的解。而对于核方法的出现，有些的解决了这一难题。核方法主要由两各部分建立而成，包括核函数与相应学习算法。针对核方法的核心角度进行分析，其主要就是以核函数运算为基础，杜绝学习算法中存在的样本在向量空间中映射到高维特征空间中存在的复杂内积的运算形式。合理的运用核方法能够有些的满足非线性映射的要求，其推广能力与稳健性都是必须强的，其在很多方面也凸显出自身的优势，其中就包括数据的分类、特征的提取以及回归估计和函数逼近等领域中得到良好的运用，并展现出非常好的性能和优势，其中以支持向量机的运用是比较多的，效果也是最佳的。

（一）原理分析

针对核方法的原理进行分析，可以发现其主要以一个非线性的映射函数(x)把空间中输入的R映射在高维特征的空间D上，以此能够让输入空间R当中的数据能够展现在特征空间D上，并实现线性可分。其中将映射的函数(x)定义成为。而核方法主要运用了核函数来替代内积运算，这样可以有效的减少非线性在变换时的整体计算的数量，进而可以使得特征空间D中的寻找类面问题变的更加的简单明了。其中的核函数定义表示为：，公式中的(x)、（y）属于R中的向量x、y的像呈现在特征空间当中。

（二）主要类型分析

运用核方法时重要的问题就是有效的选用核函数和学习算法，合理的运用各种不同形式的核函数和学习算法能够产生不同形式的核方法。其较为常用的核方法包括两大类型，以有监督分类学习处理的方法与无监督分类学习处理的方法为主。其中有监督分类学习处理方法是将已事先标定样本集的部分为主，而对于无监督学习的处理方法是没有经过标定的样本集部分为主。在其中的支持向量机是较为常见的有监督核方法，其基于统计学习理论以及结构风险的最小化原则所形成的新机器学习的方法。其主要思想是以线性下在原有的空间做找到两类样本，是最为优秀的分类超平面，让其两类样本可以有效的分开，也要实现分类间隔的最大化；处于非线性状态下时，要先选准确的核函数把样本的数据映射在高维特征空间当中，确保其能够在这一特征空间中的线性可分，最后确保所构架的分类超平面最为优质，满足对样本进行合理的分类。

二、食品安全风险因素的分析

这对当前对食品安全带来危害的关键因素包括三种，以物理性的危害、化学性的危害以及生物性的危害等因素为主。首先，物理性的危害包括不同形式的有害异物，例如在食品的生产和加工过程中，混入了金属、玻璃以及动物毛发等问题，对于物理性的危害对于人体伤害的概率是相对较小的，可是一旦出现也会带来严重的后果，是必须要避免的问题。其次，化学性的危害，主要就是一些有毒有害的化学性物质带来的影响，其中有农作物的农药残留、兽药残留以及环境污染物带来的影响等，还有一些是食品自带的天然毒素和食品在加工时产生的有害物质。当前存在很多的化学性的危害因素，其对于人体的健康是会带来很多危害的，必须要严格的控制该问题的发生。最后，生物性的危害主要就是不同的细菌、真菌以及病菌等问题，其主要是因原料受到了环境的污染所影响，或是杀菌不够彻底，在储藏运输中出现问题等因素导致的，在界定与控制生物性危害的因素时是存一定不确定性的，因此必须要严格的规范和控制食品生产的过程，并科学的开展食品安全风险评估与预警，从根源解决食品安全问题，为确保食品安全提供有利保障。

三、核方法下的食品安全的风险评估和预警分析

在实际的食品安全的风险评估中，其首先需要形成完善的食品安全风险评估的指标体系，获取食品安全的风险评估结果之后在开展风险预警分析。因此首先要运用支持向量机进行参数的优化，由于支持向量机的性能具有的优劣情况是和模型的选择有一定关联，会包含核函数与相关参数的选择，在选择参数时一般会以网格搜索方法、遗传算法以及蚁群算法和群智能算法等形式为主。其中，群智能算法属于新型仿生的智能算法，在当前较为有效且受广泛关注的方法。针对群智能算法主要是以模拟自然界的生物群体的行为，对其开展数学建模以及仿真的研究形式，有着一定的鲁棒性，是比较容易实现的方法，而且在网络路由以及函数优化等多种领域当中得到有效的运用。文章主要以群智能算法当中的猫群算法来对SVM参数进行优化，为食品安全风险评估工作的开展提供有利的依据。

（一）猫群算法

猫群算法的步骤：第一，随机的进行N只猫的初始化操作，对第i只猫进行D维空间标注xi、d的位置。第二，随机进行初始化猫速度为vi，d。第三，对每一只猫的适应度值进行评估，再选择出有着最高适应的函数值，然后将对应的猫位置为Xbest进行记录。第四，结合MR大小，部分猫会被随机的分配至跟踪模式之下，开展搜寻模式的过程；而其余的猫会被分配至搜寻模式当中，开展跟踪模式的过程。其中，跟踪模式是模拟了猫跟踪目标的行为模式，如同优化问题中局部搜索。其中每只猫会结合位置来更新速度，根据更新后速度值更改自身的位置，以此更好的使猫向最优解逼近。而搜寻模式是在猫以休息的状态下，缓慢的移动，该模式如如同优化问题中全局搜索的形式。第五，完成两种模式的执行以后，在对每只猫适应度值进行评估，对猫最好位置xi，j进行记录。第六，对位置在Xbest还有Xi，j的位置适应度值进行比较，根据最优的适应函数值位置来对xbest，j值进行更新。第七，对是否满足了结束的条件进行判断，如果满足了条件那么将结束整个程序，如果未能满足那么就必须要重复进行第三到第六的操作步骤，直至满足为止。

  （二）CSO-SVM模型之下的风险评估

CSO-SVM模型主要就是以猫群算法进行优化的支持向量机模型的评价模式，以此为基础来对食品生产的数据进行评价时，需要先开展数据的预处理，主要运用归一化映射的形式来进行，方法如下：

x，yRn，而针对归一化效果属于原始数据被规整在[0，1]范围之中的，也就是，该归一化的形式也被叫作[0，1]区问的归一化。

在进行SVM计算时以LIBSVM工具箱为基础，运用RBF核函数进行计算，并在Matlab当中进行编程以此满足模型计算的要求。因食品安全数据有着一定的复杂性特点，所以运用RBF核函数来进行计算。而这里的SVM中要对参数惩罚因子C以及RBF核参数机械优化。之后运用猫群算法在SVM中参数来进行寻优。其猫位置可以运用来表示。猫速可以运用进行表示。这对猫群算法来实现SVM参数的优化其关键目标在于让SVM的算法满足最大分类的精度要求，因此在训练集当中将SVM算法最大分类精度视为猫群算法适应度的函数。只有不断的更新猫的位置，最后才能活动最优的解，并得到SVM参数的C与的值。运用猫群算法来对SVM参数进行优化的流程主要就是，先进行数据输入→数据预处理→由CSO来创建N只猫→对猫的位置、状态以及速度进行初始化设置→计算机适应度值最优猫→选择是否是搜寻模式→计算机适应度值最优猫→对适应度值进行比较，对适应度值最优猫进行更新→明确是否满足结束的条件，如没有满足将会从新进行计算机适应度至最优猫操作，如满足结束条件，将会建立SVM初始模式→最后获得最优的C与的值→预测测试的样本并结束整个流程。

（三）食品安全的预警过程

伴随食品安全工作的重要性的不断凸显，关于食品安全的预警工作也在逐步开展，并出现了很多食品安全的预警理论，其中就包括逻辑预警、系统预警以及风险分析预警等理论。本文主要针对风险分析预警理论进行分析，其属于国际通行食品法规、标准以及政策制定中的基础部分，不仅包含了风险分析工作，还包括风险评估与风险预警的工作。其关键在于对食品的安全情况、潜在的风险做细致化的分析，针对食品风险因素做明确评估和判断，结合风险评估判断的结果来开展控制预警的工作。下文主要运用风险分析预警的理论来对食品安全预警工作进行分析和研究，并为后续食品安全风险评估和预警工作的开展提供有利基础。在食品安全预警中，可以结合指标限值、风险评估等级两部分来开展工作，而预警的等级以五等级为主，包括红色的特别重大等级、橙的重大等级、黄色的较大等级、蓝色的一般等级以及绿色的安全等级。

例如，以乳制品为案例进行食品安全风险预警工作的研究，根据乳制品的有关中国食品安全国家标准为基础(下文简称为国标)，其中对乳制品的安全风险因数有明确的指标规定。在国标当中对乳制品标准有明确要求，对真菌毒素的限制、污染物限制、农药的最高残留限制以及兽药的最高残留限制和食品添加剂的限制等。在实际工作中，如果没有指标超出安全的限值，那么其预警的等级会显现为绿，表示安全。如果出现一到两个指标超标，那么其预警等级表示为蓝，表示一般的突发事件。而如果出现三到四个指标超标时，其预警等级会显现为黄，表示较大的突发事件。如果有五到六个指标超标时，那么其预警等级会显现为橙，表示重大的突发事件。而一旦出现七各个及以的指标超标时，那么预警等级将会显现红，表示特别重大的突发事件。

四、基于核方法的食品安全风险评估和预警系统的设计与运用

（一）系统需求分析

针对实际的需求分析，主要是针对详细的对现实中需要处理的对象进行调查，以此此案更好明确的掌握系统具体工作的状态，掌握用户不同的需求，以此为基础对新系统功能进行制定和优化。在新系统中一定要考虑到日后可能对其进行扩充或是优化。而要想更好的开发和设计出能够满足用户需求的软件，那么就必须要明确用户实际需求，这对食品安全风险评估和预警系统的设计与运用有着极大帮助，并做到严格的执行不同用户的需求，让编码与设计的工作不会出现跑偏或是脱离轨道的情况，以此来杜绝在系统开发完成后因和用户需求不同而带来的额外开发问题出现。因此可以说对软件需求进行全面理解是软件系统开发中最为重要的部分，是获取成功的关键条件。

例如，在对乳制品进行食品安全的风险评估和预警系统建设中，必须要针对不同的用户需求展示出各种各项的数据，在数据处理、风险评估以及预警功能上也是必须要进行优化的。针对其功能需求，其权限管理模块必须要给各种用户设置上相应的功能权限，在乳制品供应链中，不同的环节中数据会由相应的管理人员来输入，而对于风险评估结果是所有人员都可以看见的，其风险预警的结果却是只能由专门管理人员来进行查看，最后进行相应处理。而针对数据管理的模块中，其风险指标必须要有添加、修改以及删除的功能，在必要的情况下应对指标体系进行修改，指标体系的数据在设计中必须要以国标为基础，借助HACCP来对乳制品供应链关键控制点进行分析并开展设计各种；针对生产数据需要具备添加、修改以及删除的功能，只有具备较为完善的数据，才能有效的开展风险评估以及预警的工作。而针对风险评估的模块中，要把CS0-SVM模型有效的渗透到该系统当中，以此满足对数据风险开展评估的要求。对于风险预警的模块要结合指标限值以及风险评估的结果开展预警各种，借助各种颜色来表示不同等级的风险预警，以此能够更为方便的开展乳制品质量监控工作。另外，系统应提供较为便利有效的风险评估和预警的流程，确保乳制品在安全风险评估以及预警工作可以得到有效落实，系统也必须要做到简单直观，容易用户进行操作，也要具备较强的安全性以及灵活性的要求，以此确保食品安全风险评估和预警工作可以更为有效的开展。

（二）系统结构

在系统当中包含了用户管理模块、数据管理模块、安全风险评估模块以及安全风险预警模块。其中，用户管理的模块能够向各种用户来进行对应的权限功能分配，包括指标体系的管理权限、原料生产中数据管理的权限、食品加工中数据管理的权限以及储藏运输中数据的管理权限，还包括风险评估以及风险预警的权限，而且全部用户都能查看风险评估的结果。用户在登录后，需要做身份的验证，用户可以访问与操作在权限以内的资源，而且用户的权限是在超级管理员的统一管理中进行的。针对乳制品的数据管理功能模块中，其详细的记录着乳制品原料乳的实际生产、加工、储藏运输以及消费环节等相应的信息，还包括乳制品从农户到消费者餐桌的所有数据信息。而不同权限用户也会对不同环节的数据进行操作。

结束语：

在食品安全方面科学的风险评估和预警工作是非常重要的，其是确保食品安全的重要环节，是确保消费者购买到高质量食品产品的重要环节，因此必须要重视食品安全风险评估和预警工作的有效开展。在该工作中可以将核方法运用到其中，以此来优化风险评估和预警工作的过程，真正为食品安全做出共享。

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