關(guān)聯(lián)規(guī)則在方劑數(shù)據(jù)挖掘中的應(yīng)用述評

毛斌 吳宏赟 胡志強

關(guān)聯(lián)規(guī)則作為數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的方法之一，最早由Agrawal等[1]于一次國際會議上提出。該方法早先用于經(jīng)濟領(lǐng)域，用作發(fā)現(xiàn)大型超市購物清單數(shù)據(jù)中有趣的關(guān)聯(lián)，故又稱之為“購物籃分析”，近年來該方法受到各領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注，并在中醫(yī)方劑數(shù)據(jù)集中得到一定的探索與應(yīng)用。

1 關(guān)聯(lián)規(guī)則在方劑數(shù)據(jù)挖掘中的應(yīng)用

方劑，是在辨證的基礎(chǔ)上，選擇合適的藥物，酌定用量，按照組方的要求配伍而成的中藥組合。幾千年來，中醫(yī)學積累了極其豐富的中醫(yī)方劑資料，歷代的醫(yī)學實踐表明，這些方劑具有良好的臨床療效，其中必然蘊藏了大量的中醫(yī)學知識。然而，傳統(tǒng)的統(tǒng)計學方法難以有效的發(fā)現(xiàn)這些隱藏的知識，而數(shù)據(jù)挖掘恰恰適合處理這種非線性的模糊資料。關(guān)聯(lián)規(guī)則便是其方法之一?？梢詫⒚恳粋€方劑視為一個集合，而方中的每味藥物是其一個子集，同時可以有不同脈證、不同劑量、不同給藥途徑等多個維度，由是便將方劑知識發(fā)現(xiàn)的問題轉(zhuǎn)換為關(guān)聯(lián)規(guī)則頻繁模式挖掘問題，從而發(fā)現(xiàn)方劑中的多重規(guī)律。目前，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則對方劑進行數(shù)據(jù)挖掘主要從以下幾個方面展開：

1.1 藥對、藥組配伍規(guī)律的挖掘

近年來，眾多學者運用關(guān)聯(lián)規(guī)則對中醫(yī)常見疾病的治療方劑進行了數(shù)據(jù)挖掘，探討了其用藥規(guī)律。名醫(yī)醫(yī)案是方劑資料的重要來源，蘊含著海量的名老中醫(yī)的寶貴經(jīng)驗，值得深入發(fā)掘和繼承。吳榮等[2]對7位名老中醫(yī)治療冠心病的經(jīng)典醫(yī)案進行整理，運用Weka 3.4軟件對其方劑的配伍規(guī)律進行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，發(fā)現(xiàn)活血藥、化痰藥、補虛藥是其常用配伍組合，同時瓜蔞薤白類方、活血通脈劑、生脈散是名老中醫(yī)治療冠心病時的常用方劑。李秀娟等[3]以《當代名老中醫(yī)典型醫(yī)案》為數(shù)據(jù)源，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則探索了治療胃脘痛方劑的用藥規(guī)律，發(fā)現(xiàn)白術(shù)、半夏、甘草所組成的藥對是當代名中醫(yī)治療胃脘痛的常用藥對。余俊英等[4]運用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析了名醫(yī)姚荷生治咳嗽醫(yī)案，總結(jié)了其遣方用藥規(guī)律。吳嘉瑞等[5]借助中醫(yī)傳承輔助系統(tǒng)軟件，挖掘了顏正華教授治療胃脘痛的方劑用藥規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了49個核心藥物組合與29個新處方。此后，該作者使用相同的方法對該教授治療胸痹的方劑進行了挖掘，總結(jié)了用藥規(guī)律[6]。以上學者的研究顯示了關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法在名醫(yī)經(jīng)驗傳承上的優(yōu)勢，用規(guī)則的形式快速總結(jié)出隱藏于醫(yī)案之中的名醫(yī)組方配伍規(guī)律，使名醫(yī)經(jīng)驗的表述更加客觀、準確。

劉娟等[7]檢索到《中醫(yī)大辭典·方劑分冊》中治療脾胃的方劑1046首，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法進行研究，該學者對挖掘結(jié)果的分析較為全面，將挖掘出的規(guī)則分為已知知識和未知知識進行分別處理，證實了茯苓—白術(shù)、木香—黃連等已知藥對，并發(fā)現(xiàn)一些未知藥對。宿樹蘭等[8]通過檢索《中醫(yī)方劑大辭典》中治療痛經(jīng)的方劑，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則Apriori算法對使用頻次較高的藥物進行了關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)活血化瘀、溫經(jīng)散寒為古方治療痛經(jīng)的主要治法。李建等[9]采用關(guān)聯(lián)規(guī)則Apriori算法與熵方法分析了《中醫(yī)方劑大辭典》中治療肺痿方劑的用藥規(guī)律。張歡等[10]檢索了該方劑辭典中治療哮喘的方劑，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則進行了古今方劑對比研究，探討了古今治療哮喘病的用藥異同，此后，該學者[11]又運用關(guān)聯(lián)規(guī)則探討了其中十八反藥對的應(yīng)用，分別從朝代、反藥組合、性味、劑型等方面進行了分析，發(fā)現(xiàn)在治療哮喘中，烏頭—半夏為最常見的反藥配伍。這種古今對比的研究方法，能夠更加清晰的發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生規(guī)則的特點，在涉及古方的關(guān)聯(lián)規(guī)則研究中值得借鑒。劉巖等[12]使用SAS軟件的數(shù)據(jù)挖掘功能對古今治療水氣病的1521個方劑進行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，最后篩選出符合中醫(yī)理論的關(guān)聯(lián)方75個。此外，有學者將關(guān)聯(lián)規(guī)則方法與其他數(shù)據(jù)挖掘方法綜合運用，對中醫(yī)方劑的數(shù)據(jù)挖掘進行了有益的探索。袁楠等[13]將聚類分析與關(guān)聯(lián)規(guī)則相結(jié)合，進行了藥對與劑量關(guān)系的分析，該方法為方劑量效關(guān)系的研究提供了一種新方法。運用關(guān)聯(lián)規(guī)則對方書進行挖掘，能夠較好的總結(jié)中醫(yī)疾病的遣方用藥規(guī)律，為方劑學的研究提供了新的工具。

1.2 方—藥—癥—證規(guī)律研究

方劑是辨證論治的集中體現(xiàn)，挖掘方劑數(shù)據(jù)庫中的知識，可以發(fā)現(xiàn)醫(yī)家對辨證審因的認識、對臨床表現(xiàn)與證候關(guān)系的認識、對治法治則與藥物配伍的認識，是中醫(yī)藥現(xiàn)代化、標準化、診斷量化的必要手段。因此，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則進行方—藥—癥—證規(guī)律的研究已經(jīng)成為近年來該領(lǐng)域的研究熱點。尚景盛[14]運用關(guān)聯(lián)規(guī)則、因子分析等方法對歷代半夏瀉心方劑資料進行了挖掘，發(fā)現(xiàn)該方除治療寒熱錯雜證外還常用于濕熱證和肝胃不和證，并挖掘出常用的藥物加減變化規(guī)律。該學者運用模糊數(shù)學方法對不同劑量組合進行了推理預(yù)測，具有較高的臨床指導價值。時麗莎等[15]借助個體化診療系統(tǒng)對381位冠心病病人的數(shù)據(jù)進行了關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)基于提升率的挖掘方法可提高效率。龔燕冰等[16]以2501例2型糖尿病病歷為數(shù)據(jù)源，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析了方—癥—證直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了與生脈飲、六味地黃湯、四君子湯相關(guān)聯(lián)的癥狀，并生成了可視化的網(wǎng)狀圖，使得挖掘的結(jié)果更加直觀。李靖等[17]運用SQL Server 2005軟件對201例IgA腎病臨床病例進行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)了中醫(yī)證候與現(xiàn)代病理學的相關(guān)性，為臨床辨證提供了指導，這一研究擴展了關(guān)聯(lián)規(guī)則在中醫(yī)學的研究范圍。劉廣等[18]收集了1032例胃炎病案，通過關(guān)聯(lián)分析研究了癥狀之間、處方之間以及癥狀與處方之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，是對中醫(yī)證候診斷的標準化有益的探索。劉云濤等[19]采用聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則等數(shù)據(jù)挖掘方法，對名老中醫(yī)防治病毒性肝炎的醫(yī)案進行了挖掘，發(fā)現(xiàn)濕熱蘊結(jié)、肝氣郁滯是病毒性肝炎的常見證候，并挖掘出與黃疸、脅痛、疲乏、納差、腹脹、肢腫等癥狀相關(guān)的藥物，癥—證—藥相結(jié)合，使得對名醫(yī)經(jīng)驗的繼承更加系統(tǒng)化。喻玲等[20]檢索到《中華醫(yī)典》中以“怒”為主證的方劑229個，運用Clementine數(shù)據(jù)挖掘軟件進行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，探討了怒型與藥物選擇的關(guān)聯(lián)關(guān)系。此外，通過對方劑數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，能發(fā)現(xiàn)許多隱藏在方劑背后的中醫(yī)基礎(chǔ)理論知識。莫芳芳[21]運用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析了“肺與大腸相表里”相關(guān)的方劑資料，發(fā)現(xiàn)了兩條基本的辨證論治模式：(1)肺熱多導致大腸熱盛而出現(xiàn)多種大腸癥狀，其中泄瀉相對較多，治療以清熱潤肺為主，常配伍應(yīng)用黃芩、生地、麥冬等。(2)肺氣壅滯多導致大腸氣滯而出現(xiàn)大便秘結(jié)癥，治療用宣肺降氣以調(diào)暢肺腸氣機，常配伍應(yīng)用杏仁、紫菀、瓜蔞、郁金、桔梗等。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法為中醫(yī)理論的研究開辟了新的路徑，關(guān)聯(lián)規(guī)則有望成為中醫(yī)基礎(chǔ)理論與臨床用藥新的連接點。

1.3 類方及其他方劑學相關(guān)研究：

類方，是指在藥物組成上具有一定相似性的方劑的集合。而關(guān)聯(lián)規(guī)則的數(shù)學模型恰恰是建立在頻繁項集理論基礎(chǔ)上的，因此在類方研究中顯示了其獨特的優(yōu)勢。

張昱等[22]搜集四君子湯類方967首，采用關(guān)聯(lián)規(guī)則的FP-growth算法挖掘了該類方的主治癥狀和配伍規(guī)律，證實了布爾關(guān)聯(lián)規(guī)則用于挖掘類方主治癥狀與藥物之間關(guān)聯(lián)的可行性。葉亮等[23]對古今治療痛經(jīng)的四物湯類方進行了關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，通過古今對比，探討了該類方的藥物組合規(guī)律。張文亮等[24]檢索了應(yīng)用地黃飲子治療中風病的文獻，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則等方法對該類方的藥物歸經(jīng)、功效、配伍等進行了挖掘。陳明等[25]以《傷寒論》與《金匱要略》為研究對象，對桂枝湯類方的主治病癥、桂芍比例、藥對配伍等進行了全方位的挖掘。劉娟等[26]篩選了《中醫(yī)大辭典·方劑分冊》中治療脾胃病癥的白術(shù)類方，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則對藥物間及藥證間的關(guān)聯(lián)進行了分析。陳仁波等[27]收集使用黃芪的臨床醫(yī)案755例，運用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘了黃芪類方的配伍及相關(guān)癥狀。馮石強[28]運用關(guān)聯(lián)規(guī)則、聚類分析等方法對柴胡類方數(shù)據(jù)進行了研究，發(fā)現(xiàn)了其藥對、證候、藥癥等多方面的規(guī)律。以上研究表明關(guān)聯(lián)規(guī)則用于類方研究對揭示辨證用藥的規(guī)律、闡明方劑的主治病癥具有重要的意義。此外，關(guān)聯(lián)規(guī)則在其他方劑學相關(guān)領(lǐng)域的研究中也顯示了良好的性能。雷蕾等[29]運用關(guān)聯(lián)規(guī)則對治療肺癌的中藥化學組分進行研究，發(fā)現(xiàn)了一些組分配伍的隱含知識。金銳等[30]對《神農(nóng)本草經(jīng)》中365味中藥的氣—味—效三維立體數(shù)據(jù)進行了關(guān)聯(lián)分析，探討了中藥藥性與氣味的關(guān)系。尚爾鑫等[31]通過關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘了存在配伍禁忌的中藥藥物屬性的特點，初步探索了中藥性味歸經(jīng)與禁忌的關(guān)系。

總之，關(guān)聯(lián)規(guī)則作為一種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，已滲透到方劑學研究的各個領(lǐng)域，且顯示了其良好的適用性。

2 評述與展望

關(guān)聯(lián)規(guī)則被提出僅僅20年，而用于中醫(yī)學領(lǐng)域不過近10年，近年來，中醫(yī)藥領(lǐng)域的專家學者對數(shù)據(jù)挖掘的研究熱情不斷高漲，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則進行方劑學研究的文獻數(shù)量呈上升趨勢，這與關(guān)聯(lián)規(guī)則自身特點有關(guān)。與傳統(tǒng)統(tǒng)計學相比，關(guān)聯(lián)規(guī)則所處理的數(shù)據(jù)具有海量性、非線性、模糊性等特征，而這些恰恰是方劑資料所具備的特征。傳統(tǒng)統(tǒng)計學用樣本估測總體，得到的結(jié)果是具體的數(shù)值；而關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的是數(shù)據(jù)庫總體中所存在的頻繁模式，得出的是規(guī)則。正因如此，關(guān)聯(lián)規(guī)則技術(shù)在傳承專家經(jīng)驗、研究古今醫(yī)案、發(fā)現(xiàn)配伍規(guī)律、中醫(yī)藥標準化等方面被廣泛應(yīng)用。目前，關(guān)聯(lián)規(guī)則作為數(shù)據(jù)挖掘的方法之一，業(yè)已成為方劑學研究中必不可少的數(shù)學工具之一。

但總體來說該技術(shù)在中醫(yī)學方劑研究中仍處于起步階段，尚存在諸多問題。首先，關(guān)聯(lián)規(guī)則是基于數(shù)據(jù)庫的。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接決定了規(guī)則的質(zhì)量，雖然中國已建立了眾多較為全面的方劑數(shù)據(jù)庫，但由于方劑數(shù)據(jù)自身的特點，仍存在藥物名稱不統(tǒng)一、大量模糊數(shù)據(jù)(如藥物用量“一枚”、“少許”、“不拘多少”等)、數(shù)據(jù)缺失與冗余并存等諸多問題，這在古代文獻的數(shù)據(jù)庫中更為突出。如何消除數(shù)據(jù)庫中這些噪聲，使清洗后的數(shù)據(jù)更為符合關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的要求已成為該項技術(shù)的難點。其次，關(guān)聯(lián)規(guī)則是基于頻次的。某種藥物出現(xiàn)的頻次多少直接決定了其支持度和置信度的大小，那些大眾化的藥物會獲得較高強度的關(guān)聯(lián)，從而產(chǎn)生大量無趣的垃圾規(guī)則，同時不可避免的會丟失稀有數(shù)據(jù)(例如某些僅針對罕見癥狀所選用的療效確切的單味藥物)，雖然通過提升度、置信率、正態(tài)卡方、信息差等指標可對關(guān)聯(lián)規(guī)則進行剪枝，最大限度的剔除垃圾規(guī)則，同時通過設(shè)定也可得到部分研究者感興趣的稀有數(shù)據(jù)，但仍然存在兩大風險：相信了實際不存在的規(guī)則和拋棄了實際有意義的規(guī)則。最后，關(guān)聯(lián)規(guī)則離不開人的分析。挖掘出的規(guī)則究竟有沒有實際意義還需要中醫(yī)理論的指導，對藥物組合的解釋、方—藥—證三者之間的內(nèi)在聯(lián)系等等都是研究者對規(guī)則的主觀評價的過程，往往說服力不夠強，尤其是那些隱藏的不為先前經(jīng)驗所知的規(guī)則，常常需要后續(xù)大量的臨床及實驗研究的支持。

因此，關(guān)聯(lián)規(guī)則在方劑學研究中未來的方向，一方面應(yīng)放在數(shù)據(jù)準備階段，著力提高數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量，解決方劑數(shù)據(jù)標準化問題；另一方面應(yīng)放在算法創(chuàng)新上，將關(guān)聯(lián)規(guī)則的新算法與方劑學相結(jié)合，找到更為適合中醫(yī)方劑資料的算法，使得出的規(guī)則更加客觀、合理，更加符合中醫(yī)學的需要。

總之，方劑學研究與數(shù)據(jù)挖掘、計算機技術(shù)相結(jié)合是大勢所趨，是中醫(yī)藥現(xiàn)代化、標準化、規(guī)范化的必由之路。方劑數(shù)據(jù)具有復(fù)雜性及信息的海量性、效應(yīng)多靶點性等特征，這決定了數(shù)據(jù)挖掘的重要性[32]。作為數(shù)據(jù)挖掘重要手段的關(guān)聯(lián)規(guī)則，如何更好的應(yīng)用于方劑數(shù)據(jù)庫挖掘，將成為該領(lǐng)域的研究重點。

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