基于属性偏序结构图原理的《伤寒论》知识发现方法研究
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摘要
目的：
《伤寒论》是我国第一部理法方药完备、理论联系实际的临床著作,也是中医学术发展史上具有辉煌成就与重要价值的一部经典著作。历代医家都十分重视对《伤寒论》的学习与研究,称其“启万世之法程,诚医门之圣书”。但由于经典文献历史久远、文词古奥,到目前为止,中医经典文献研究中的中医术语标准化、规范化问题还没有得到完善解决,药物用量范围的确定也没有统一的标准,同时中医概念和概念间关系的复杂性存在高维和非线性特点,这使得用传统方法对经典著作中的知识进行全面、客观、多层次发现变得困难。
近年来,在传统的考据、校注、验证、推理等基础上,越来越多的学者结合现代信息技术、循证医学的理念、复杂科学方法等各种现代科学技术,以解决《伤寒论》等经典在传承中遇到的一系列问题。早期的学者试图建立数学模型来定量描述伤寒论六经辨证,随后亦有学者引入集合论、模糊数学,作为六经辨证论治规范化、标准化、客观化表达的数学基础,从一个侧面加深了《伤寒论》的规范化、标准化、客观化研究,但存在的问题是缺乏对《伤寒论》的全面的、多层次的知识表示和发现,且不能很好描述《伤寒论》概念和概念层次关系。特别是,运用复杂性理论研究中医复杂概念网络成为研究热点,燕山大学将现代严密的形式概念分析理论数学方法和中医数量化辨证诊断结合,提出可变尺度描述事物普遍性和特殊性的、基于属性偏序结构图的多层次复杂概念网络生成方法,在中医诊断证名自动生成和中医诊断知识发现领域做出了卓有成效的研究成果。
方法：
《伤寒论》原著中概念的规范化表达和知识库构建
以明·赵开美摹宋刻本《伤寒论》为蓝本,以尊重原著和原著本意为前提,参考古文句读词法,以原文字词为表现形式,对《伤寒论》原著的原文进行全方位的梳理、合理化的分割,将《伤寒论》中包括病名,症候(症状、舌象、脉象),病机,治则治法,方剂名称,药物组成,药物剂量,特殊剂型,煎煮时间,煎煮方法,服用及调护方法,病患体质,发病时间,误治经过,非药物疗法,预后等内容表达成具有完整性、唯一性的相关概念。
《伤寒论》形式背景、属性偏序结构图的生成和解读
传统的描述复杂概念网络方法如概念格方法,根据概念层次结构生成的Hasse图来描述概念(对象)与概念要素(属性)之间的关系,则图中层与层之间存在着较多的交叉连线,呈现出高度的复杂性和非线性,无法直观的从杂乱无章的图中发现有用的知识。由于中医中的概念要素的个数比较多,用传统方法生成的Hasse图变得显得非常庞杂凌乱；而基于形式概念分析的属性偏序结构图和对象偏序结构图的生成方法,构造出的属性偏序结构图和对象结构偏序图具有概念层次关系简练,无交叉连线,类别意义清楚,层次关系鲜明的特点。
属性偏序结构图方法是按照数据特征出现的频次确定该特征在偏序结构中的序,根据数据间的关联来建立偏序结构,依据偏序和偏序结构形成的簇集而实现聚类,进而从形成的整体或者局部偏序结构中发现事物的普遍性和特异性。相比于传统的数据挖掘方法,不但具有相当好的可视化效果,并且能可视化表达出传统数据挖掘方法的频次、聚类和关联分析,并且是将统计分析各种方法集成到一个框架下的知识发现方法。如方剂的偏序结构图,是按药物出现的频次分层放置,药物在方剂中出现的频次越高,就放置在越高的层次上；其次,一类有相似组成的方剂按树形结构集成在个树的簇集里,能形象直观地表达聚类分析的结果；第三,结构图中反复出现的相邻两个药物或几个药物,形象地表达了这几个药物的关联性。
成果：
《伤寒论》方剂配伍群结构知识发现方法
给出《伤寒论》方剂的整体配伍群结构的多层次复杂概念网络的表示,进而将群结构分解成不同的簇集,再研究簇集下的子群结构。
从放大后的图可以看到,最左边形成了以甘草为根,以桂枝汤组成的五味药桂枝、芍药、甘草、生姜、大枣为主干的树形,几乎占据了整个结构图的三分之二,其聚类的特征十分明显。如果甘草作为一个分水岭,其下面的是《伤寒论》所有用甘草的方剂共70个方,其同一层次的右边及右边以下的是《伤寒论》所有不用甘草的方剂共43方,且其中有包含桂枝芍药生姜大枣其中之一或其中多个的方剂,如果把这些方也看做是桂枝汤的加减方,可以认为几乎整个图都是桂枝汤树根上的树干。
以桂枝汤五味药为核心方根所构成的方剂群结构,虽无新意,但这种结构以如此简洁的方式把基于甘草桂枝大枣生姜和芍药的加减配伍表达得一览无遗。
发现桂枝二越婢一汤和葛根汤的位置处在一个树枝的两个分支,提示两方组成的相似性,两方都具有桂枝芍药生姜大枣炙甘草麻黄六味药,除了用药量的不同外,组成上的不同只是石膏和葛根。桂枝二越婢一汤和葛根汤的现象提示我们去深入研究石膏和葛根两药的不同。
葛根法像是对流雨,石膏法则是秋风凉。对流雨,是高温蒸腾地面水气,每于午后突降大雨甚至暴雨,电闪雷鸣,倾盆而下,酷热的午后顿时的凉爽、湿润,这犹如葛根之生津作用,乃阳气升腾津液。对流雨这种依靠本地自身的高温蒸腾作用和水气,正是“起势”,是“从下而上”之纵势；之后大雨得下,犹如津液之上承,再从上而下,滋润万物,于是乾坤之内,上下交通,正似葛根之疏通经络之作用。而石膏法,像是九月份的秋伏天,酷热难当之际,北方迎来强冷空气,秋风突至,则横扫之前的酷热,这种秋风凉是依靠北方的冷空气,正是“借势”,是内外左右之势,乃“横”向之势。
石膏法之分析能为越脾之说多提供一种解读和支持,脾为长夏,夏末秋初之秋伏天正是最热的所谓“夏老虎”当道之时,石膏法犹如酷热难耐时逢秋风,顿时秋高气爽。一年四季轮回,本自然之理,可是夏末秋初之时,“夏老虎”稽留不去,故用石膏法驱之。“越”就是越过“夏老虎”这个坎的意思；脾为长夏,正是夏末秋初之时。所以越婢汤就是越脾汤,是顺四季之理,使天气从长夏入秋之法。而且越婢汤功用发越水气,清解郁热。正是从长夏入秋,秋高气爽,阳明之上,燥气主之,水气自干郁热自清。
去掉桂枝汤五味药生成的属性偏序结构图,显示出很好的聚类特征,干姜共有22方,其中和人参有9方,和附子有6方；干姜和人参配伍正是理中之法,干姜和附子配伍正是四逆之法,由此可见在《伤寒论》所有方剂的药物中去桂枝汤五味药甘草、大枣、生姜、桂枝和白芍之后,呈现出来的是太阴病和少阴病的主方,充分体现仲景“顾胃气”、“扶阳气”的思想。
《伤寒论》中药量效群结构发现方法
总结《伤寒论》中桂枝类方的桂枝用量,将桂枝用量划分为五个不同的属性,然后用不同颜色和大小呈现在属性结构偏序图上。
在中药煎煮时间离散化过程中,采取了聚类方法,将桂枝方剂组的煎煮时间按从小到大排列在坐标系上,结果发现明显分为四个区间,据此将其离散化,然后用不同颜色和大小呈现在属性结构偏序图上。
《伤寒论》方证群结构知识发现
《伤寒论》阐述113首方时采用“证以方名,方由证立”方证一体的表述形式,是中医方证学说的主要源头。所谓的“证”或“证候”,是指疾病处于某一阶段的病因、病性、病位、病势等病理要素的综合征象,是在疾病过程中患者被某一主导疾病发展趋向的基本病机所支配而出现的某一特定的“症候群”(包含着疾病因子作用与机体反应两大要素)。而“方证相应”便是指方剂的药物组成与配伍,与“症候群”及其所内寓的基本病机、治则治法具有高度的针对性或相关性。临床报告表明,根据《伤寒论》提出的方证相应规律从事辨证论治,确实具有客观的临床依据和突出的临床效果。
《伤寒论》方证群结构知识发现,即基于“方证对应”的原理,通过构建《伤寒论》方证多层次复杂概念网络进行知识发现：其一,发现《伤寒论》每一方对应“症候群”及其内涵之基本病机、治则治法、功效的结构知识,并进行类方比较归纳；其二,发现《伤寒论》各典型证候、症状、体征等对应的常用方及选方鉴别点,并进行类证用方用药辨析。
结论：
本文基于严密的形式概念分析数学理论和属性偏序结构图原理的多层次复杂概念网络生成方法,初步建立起中医经典传承知识发现的理论基础,可有效并合理地描述多层次中医复杂概念和概念层次,这对于中医文献研究具有工具性和方法性的意义。
基于严密的形式概念分析数学理论和属性偏序结构图原理的多层次复杂概念网络生成方法,和传统的描述复杂概念网络方法以及传统数据挖掘方法相比,具有较好的描述和挖掘功能。
由于《伤寒论》问世一千多年以来,伤寒大师和注家凡上千家,各种见解几乎已经穷尽,实难有新解读,故未能在《伤寒论》的各种偏序图中找到有实际意义的新发现,但这并不能说明本方法的无效；相反,笔者在方药部分随后对《备急千金要方》的第九卷伤寒上和第十卷伤寒下两卷方药做了研究,在《备急千金要方》的第九卷伤寒上和第十卷伤寒下两卷方药的属性偏序结构图中读到了些新意,这说明本方法虽然没有从根本上从内涵上完善和创新中医知识体系,但对于中医文献研究具有工具性和方法性的意义,充分体现了中医外延性的创新。
Object ive
There's lots of unstructured knowledge in Chinese medicine domain and "Treatise on Febrile Diseases", which has high complexity in concepts and relations among concepts.
Methods
For the purposes of the heritage of Chinese medicine classic, the paper has raised the method of structural partial-ordered attribute diagram based on the formal concept analysis and concept lattice theory of mathematical methods, and has produced the structural partial-ordered attribute diagrams of prescription-formulating, dose effect, and prescription-sydrome of the "Treatise on Febrile Diseases"
Resu Its
By the analysis of the graphs, the structural partial-ordered attribute diagram not only shows good frequency, relevance and clustering characteristic, but also can effectively express hierarchically, structurally and visually in the processing of knowledge representation and knowledge discovery.
Conelusion
This paper has developed the generated method of multilayer complex concept network based on the tight formal concept analysis theory of mathematical methods and the theory of structural partial-ordered attribute diagram, which laid a preliminary theoretical foundation for the knowledge discovery of the heritage of traditional Chinese medicine classic, and can comprehensively, objectively and multilayer reveal the group structure of prescription-formulating, dose effect, and prescription-sydrome of the "Treatise on Febrile Diseases".
《伤寒论》是我国第一部理法方药完备、理论联系实际的临床著作,也是中医学术发展史上具有辉煌成就与重要价值的一部经典著作。历代医家都十分重视对《伤寒论》的学习与研究,称其“启万世之法程,诚医门之圣书”。但由于经典文献历史久远、文词古奥,到目前为止,中医经典文献研究中的中医术语标准化、规范化问题还没有得到完善解决,药物用量范围的确定也没有统一的标准,同时中医概念和概念间关系的复杂性存在高维和非线性特点,这使得用传统方法对经典著作中的知识进行全面、客观、多层次发现变得困难。
近年来,在传统的考据、校注、验证、推理等基础上,越来越多的学者结合现代信息技术、循证医学的理念、复杂科学方法等各种现代科学技术,以解决《伤寒论》等经典在传承中遇到的一系列问题。早期的学者试图建立数学模型来定量描述伤寒论六经辨证,随后亦有学者引入集合论、模糊数学,作为六经辨证论治规范化、标准化、客观化表达的数学基础,从一个侧面加深了《伤寒论》的规范化、标准化、客观化研究,但存在的问题是缺乏对《伤寒论》的全面的、多层次的知识表示和发现,且不能很好描述《伤寒论》概念和概念层次关系。特别是,运用复杂性理论研究中医复杂概念网络成为研究热点,燕山大学将现代严密的形式概念分析理论数学方法和中医数量化辨证诊断结合,提出可变尺度描述事物普遍性和特殊性的、基于属性偏序结构图的多层次复杂概念网络生成方法,在中医诊断证名自动生成和中医诊断知识发现领域做出了卓有成效的研究成果。
方法：
《伤寒论》原著中概念的规范化表达和知识库构建
以明·赵开美摹宋刻本《伤寒论》为蓝本,以尊重原著和原著本意为前提,参考古文句读词法,以原文字词为表现形式,对《伤寒论》原著的原文进行全方位的梳理、合理化的分割,将《伤寒论》中包括病名,症候(症状、舌象、脉象),病机,治则治法,方剂名称,药物组成,药物剂量,特殊剂型,煎煮时间,煎煮方法,服用及调护方法,病患体质,发病时间,误治经过,非药物疗法,预后等内容表达成具有完整性、唯一性的相关概念。
《伤寒论》形式背景、属性偏序结构图的生成和解读
传统的描述复杂概念网络方法如概念格方法,根据概念层次结构生成的Hasse图来描述概念(对象)与概念要素(属性)之间的关系,则图中层与层之间存在着较多的交叉连线,呈现出高度的复杂性和非线性,无法直观的从杂乱无章的图中发现有用的知识。由于中医中的概念要素的个数比较多,用传统方法生成的Hasse图变得显得非常庞杂凌乱；而基于形式概念分析的属性偏序结构图和对象偏序结构图的生成方法,构造出的属性偏序结构图和对象结构偏序图具有概念层次关系简练,无交叉连线,类别意义清楚,层次关系鲜明的特点。
属性偏序结构图方法是按照数据特征出现的频次确定该特征在偏序结构中的序,根据数据间的关联来建立偏序结构,依据偏序和偏序结构形成的簇集而实现聚类,进而从形成的整体或者局部偏序结构中发现事物的普遍性和特异性。相比于传统的数据挖掘方法,不但具有相当好的可视化效果,并且能可视化表达出传统数据挖掘方法的频次、聚类和关联分析,并且是将统计分析各种方法集成到一个框架下的知识发现方法。如方剂的偏序结构图,是按药物出现的频次分层放置,药物在方剂中出现的频次越高,就放置在越高的层次上；其次,一类有相似组成的方剂按树形结构集成在个树的簇集里,能形象直观地表达聚类分析的结果；第三,结构图中反复出现的相邻两个药物或几个药物,形象地表达了这几个药物的关联性。
成果：
《伤寒论》方剂配伍群结构知识发现方法
给出《伤寒论》方剂的整体配伍群结构的多层次复杂概念网络的表示,进而将群结构分解成不同的簇集,再研究簇集下的子群结构。
从放大后的图可以看到,最左边形成了以甘草为根,以桂枝汤组成的五味药桂枝、芍药、甘草、生姜、大枣为主干的树形,几乎占据了整个结构图的三分之二,其聚类的特征十分明显。如果甘草作为一个分水岭,其下面的是《伤寒论》所有用甘草的方剂共70个方,其同一层次的右边及右边以下的是《伤寒论》所有不用甘草的方剂共43方,且其中有包含桂枝芍药生姜大枣其中之一或其中多个的方剂,如果把这些方也看做是桂枝汤的加减方,可以认为几乎整个图都是桂枝汤树根上的树干。
以桂枝汤五味药为核心方根所构成的方剂群结构,虽无新意,但这种结构以如此简洁的方式把基于甘草桂枝大枣生姜和芍药的加减配伍表达得一览无遗。
发现桂枝二越婢一汤和葛根汤的位置处在一个树枝的两个分支,提示两方组成的相似性,两方都具有桂枝芍药生姜大枣炙甘草麻黄六味药,除了用药量的不同外,组成上的不同只是石膏和葛根。桂枝二越婢一汤和葛根汤的现象提示我们去深入研究石膏和葛根两药的不同。
葛根法像是对流雨,石膏法则是秋风凉。对流雨,是高温蒸腾地面水气,每于午后突降大雨甚至暴雨,电闪雷鸣,倾盆而下,酷热的午后顿时的凉爽、湿润,这犹如葛根之生津作用,乃阳气升腾津液。对流雨这种依靠本地自身的高温蒸腾作用和水气,正是“起势”,是“从下而上”之纵势；之后大雨得下,犹如津液之上承,再从上而下,滋润万物,于是乾坤之内,上下交通,正似葛根之疏通经络之作用。而石膏法,像是九月份的秋伏天,酷热难当之际,北方迎来强冷空气,秋风突至,则横扫之前的酷热,这种秋风凉是依靠北方的冷空气,正是“借势”,是内外左右之势,乃“横”向之势。
石膏法之分析能为越脾之说多提供一种解读和支持,脾为长夏,夏末秋初之秋伏天正是最热的所谓“夏老虎”当道之时,石膏法犹如酷热难耐时逢秋风,顿时秋高气爽。一年四季轮回,本自然之理,可是夏末秋初之时,“夏老虎”稽留不去,故用石膏法驱之。“越”就是越过“夏老虎”这个坎的意思；脾为长夏,正是夏末秋初之时。所以越婢汤就是越脾汤,是顺四季之理,使天气从长夏入秋之法。而且越婢汤功用发越水气,清解郁热。正是从长夏入秋,秋高气爽,阳明之上,燥气主之,水气自干郁热自清。
去掉桂枝汤五味药生成的属性偏序结构图,显示出很好的聚类特征,干姜共有22方,其中和人参有9方,和附子有6方；干姜和人参配伍正是理中之法,干姜和附子配伍正是四逆之法,由此可见在《伤寒论》所有方剂的药物中去桂枝汤五味药甘草、大枣、生姜、桂枝和白芍之后,呈现出来的是太阴病和少阴病的主方,充分体现仲景“顾胃气”、“扶阳气”的思想。
《伤寒论》中药量效群结构发现方法
总结《伤寒论》中桂枝类方的桂枝用量,将桂枝用量划分为五个不同的属性,然后用不同颜色和大小呈现在属性结构偏序图上。
在中药煎煮时间离散化过程中,采取了聚类方法,将桂枝方剂组的煎煮时间按从小到大排列在坐标系上,结果发现明显分为四个区间,据此将其离散化,然后用不同颜色和大小呈现在属性结构偏序图上。
《伤寒论》方证群结构知识发现
《伤寒论》阐述113首方时采用“证以方名,方由证立”方证一体的表述形式,是中医方证学说的主要源头。所谓的“证”或“证候”,是指疾病处于某一阶段的病因、病性、病位、病势等病理要素的综合征象,是在疾病过程中患者被某一主导疾病发展趋向的基本病机所支配而出现的某一特定的“症候群”(包含着疾病因子作用与机体反应两大要素)。而“方证相应”便是指方剂的药物组成与配伍,与“症候群”及其所内寓的基本病机、治则治法具有高度的针对性或相关性。临床报告表明,根据《伤寒论》提出的方证相应规律从事辨证论治,确实具有客观的临床依据和突出的临床效果。
《伤寒论》方证群结构知识发现,即基于“方证对应”的原理,通过构建《伤寒论》方证多层次复杂概念网络进行知识发现：其一,发现《伤寒论》每一方对应“症候群”及其内涵之基本病机、治则治法、功效的结构知识,并进行类方比较归纳；其二,发现《伤寒论》各典型证候、症状、体征等对应的常用方及选方鉴别点,并进行类证用方用药辨析。
结论：
本文基于严密的形式概念分析数学理论和属性偏序结构图原理的多层次复杂概念网络生成方法,初步建立起中医经典传承知识发现的理论基础,可有效并合理地描述多层次中医复杂概念和概念层次,这对于中医文献研究具有工具性和方法性的意义。
基于严密的形式概念分析数学理论和属性偏序结构图原理的多层次复杂概念网络生成方法,和传统的描述复杂概念网络方法以及传统数据挖掘方法相比,具有较好的描述和挖掘功能。
由于《伤寒论》问世一千多年以来,伤寒大师和注家凡上千家,各种见解几乎已经穷尽,实难有新解读,故未能在《伤寒论》的各种偏序图中找到有实际意义的新发现,但这并不能说明本方法的无效；相反,笔者在方药部分随后对《备急千金要方》的第九卷伤寒上和第十卷伤寒下两卷方药做了研究,在《备急千金要方》的第九卷伤寒上和第十卷伤寒下两卷方药的属性偏序结构图中读到了些新意,这说明本方法虽然没有从根本上从内涵上完善和创新中医知识体系,但对于中医文献研究具有工具性和方法性的意义,充分体现了中医外延性的创新。
Object ive
There's lots of unstructured knowledge in Chinese medicine domain and "Treatise on Febrile Diseases", which has high complexity in concepts and relations among concepts.
Methods
For the purposes of the heritage of Chinese medicine classic, the paper has raised the method of structural partial-ordered attribute diagram based on the formal concept analysis and concept lattice theory of mathematical methods, and has produced the structural partial-ordered attribute diagrams of prescription-formulating, dose effect, and prescription-sydrome of the "Treatise on Febrile Diseases"
Resu Its
By the analysis of the graphs, the structural partial-ordered attribute diagram not only shows good frequency, relevance and clustering characteristic, but also can effectively express hierarchically, structurally and visually in the processing of knowledge representation and knowledge discovery.
Conelusion
This paper has developed the generated method of multilayer complex concept network based on the tight formal concept analysis theory of mathematical methods and the theory of structural partial-ordered attribute diagram, which laid a preliminary theoretical foundation for the knowledge discovery of the heritage of traditional Chinese medicine classic, and can comprehensively, objectively and multilayer reveal the group structure of prescription-formulating, dose effect, and prescription-sydrome of the "Treatise on Febrile Diseases".
引文
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