基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的人群分類概率的調(diào)研報(bào)告

王偉 梁格 歐琳 鄒依妮 張首熠

摘?要：飲食行為習(xí)慣［1］影響著身體健康素質(zhì)水平，據(jù)世界衛(wèi)生組織的調(diào)查結(jié)果，全球約3/4的人處于亞健康狀態(tài)［2］。根據(jù)教育部近三十年的學(xué)生體質(zhì)與健康數(shù)據(jù)，大學(xué)生運(yùn)動(dòng)指標(biāo)中的力量素質(zhì)和身體素質(zhì)不斷下降，超重率和肥胖檢出率處于上升趨勢(shì)［3］。學(xué)業(yè)和就業(yè)的雙重壓力下，更多大學(xué)生處于亞健康狀態(tài)。與此同時(shí)，范存欣等［4］調(diào)查結(jié)果表明，不按時(shí)進(jìn)餐等不規(guī)律飲食行為現(xiàn)象在大學(xué)生中是主要因素，長(zhǎng)此以往形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致亞健康現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因此，如何改善大學(xué)生亞健康狀態(tài)成為提升大學(xué)生身體素質(zhì)的核心內(nèi)容。為有效提高大學(xué)生身體素質(zhì)和健康水平，本文對(duì)這些因素進(jìn)行研究和分析。

關(guān)鍵詞：貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；人群分類；亞健康

1?調(diào)查與分析

隨著大學(xué)生中呈亞健康狀態(tài)的人數(shù)占比逐年遞增，如何提高大學(xué)生身體素質(zhì)已備受關(guān)注。導(dǎo)致亞健康狀態(tài)的主要因素是飲食行為習(xí)慣不規(guī)律［5］，如不吃早餐、經(jīng)常吃夜宵、校外就餐等，可以歸總為不按時(shí)就餐。因此，本調(diào)查主要考慮是否按時(shí)就餐對(duì)大學(xué)生健康的影響因素［67］，按時(shí)前往食堂就餐對(duì)學(xué)生身體健康具有決定性影響。

1.1?調(diào)查目的與對(duì)象

為了了解按時(shí)前往食堂就餐這一因素對(duì)大學(xué)生身體健康的影響，本團(tuán)隊(duì)對(duì)某高校數(shù)學(xué)學(xué)院就餐的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查和高校食堂實(shí)地考察。通過對(duì)調(diào)查結(jié)果的分析，得出影響飲食習(xí)慣的主要因素，并希望以此得到按時(shí)前往食堂就餐的人群屬性。

1.2?調(diào)查方法

本次調(diào)查主要采用問卷調(diào)查和實(shí)地考察法，參考相關(guān)人群分類模型文獻(xiàn)［8］，編寫調(diào)查問卷和實(shí)地考察訪談?lì)}目。本次調(diào)查共發(fā)出問卷245份，有效回收調(diào)查問卷242份，并利用就餐時(shí)間在食堂隨機(jī)選擇部分學(xué)生進(jìn)行交流與訪談。

1.3?調(diào)查問卷編制

為了探究影響飲食行為習(xí)慣的因素，本團(tuán)隊(duì)向某高校數(shù)學(xué)學(xué)院發(fā)放第一份問卷。通過分析可得（如圖1），影響這242名學(xué)生按時(shí)就餐的因素為性別、年級(jí)、壓力、學(xué)習(xí)任務(wù)、沉迷游戲和食堂環(huán)境，其中主要因素為年級(jí)、壓力和學(xué)習(xí)任務(wù)。因此，本團(tuán)隊(duì)將對(duì)按時(shí)前往食堂就餐的各個(gè)因素的影響大小進(jìn)行探究，并將其作為人群分類的依據(jù)。第二次調(diào)查問卷共11道題，主要是探究按時(shí)前往食堂就餐人群多因素特征，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)得到相關(guān)概率，此次調(diào)查問卷的內(nèi)容以單項(xiàng)選擇題和多項(xiàng)選擇題的方式呈現(xiàn)。

1.4?問卷的信度與效度分析

為了探究設(shè)計(jì)的問卷是否能夠反映真實(shí)情況，本團(tuán)隊(duì)借助數(shù)學(xué)軟件對(duì)問卷進(jìn)行信度和效度檢驗(yàn)。

1.4.1?信度分析

信度及可靠性利用數(shù)學(xué)軟件計(jì)算得到克隆巴赫信度系數(shù)，再根據(jù)克隆巴赫信度系數(shù)判斷數(shù)據(jù)的信度水平。若信度系數(shù)α值高于0.8，則說明數(shù)據(jù)信度高；若α值在0.7～0.8之間，則說明數(shù)據(jù)信度較好；若α值在0.6～0.7之間，則說明數(shù)據(jù)信度一般；若α值小于0.6，則說明數(shù)據(jù)信度不佳，需要考慮修改量表。從表1中可以看出，問卷的信度系數(shù)分別為0.923，大于0.8，說明該問卷具有較高的可靠性，可以進(jìn)行下一步分析。

1.4.2?效度分析

效度分析是檢測(cè)調(diào)查問卷設(shè)計(jì)的有效性與合理性，利用數(shù)學(xué)軟件分析顯著性和KMO值，如果顯著性小于0.05，說明該數(shù)據(jù)可以做因子分析，再分析KMO值；如果KMO值大于0.8，則說明效度高：如果介于0.7～0.8之間，則說明效度較好，如果介于0.6～0.7之間，則說明效度一般；如果小于0.6，則說明效度不佳，不宜進(jìn)行分析。

從表2—表5可以看出，顯著性值均在0.001以下，KMO取樣適切性量數(shù)分別為0.700、0.706、0.702、0.728，說明該問卷效度較好，可以進(jìn)行調(diào)查分析。

1.5?問卷調(diào)查結(jié)果分析

本次調(diào)查一共發(fā)放245份調(diào)查問卷，有效回收242份。詳細(xì)數(shù)據(jù)如下：

從表6可以得到，低年級(jí)的學(xué)生按時(shí)前往食堂就餐的人數(shù)更多，壓力大的學(xué)生按時(shí)前往食堂就餐的概率更大，無短期學(xué)習(xí)任務(wù)的學(xué)生更可能選擇按時(shí)前往食堂就餐。在一定程度上說明了年級(jí)、壓力大小和短期有無學(xué)習(xí)任務(wù)對(duì)按時(shí)前往食堂就餐有著一定的相關(guān)性。由調(diào)查結(jié)果可知，打游戲與食堂環(huán)境對(duì)按時(shí)就餐的影響較小，因此不做考慮。為了進(jìn)一步研究這三者與前往食堂就餐之間的關(guān)系，我們使用了如下模型（圖2）。

1.6?貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)［9］是一種結(jié)合貝葉斯定理和圖論的概率模型，通過對(duì)不確定性網(wǎng)絡(luò)［10］進(jìn)行建模與推理，來有效處理變量之間存在交互作用的情況，并描述指標(biāo)之間的聯(lián)系。因此，文中采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)來分析按時(shí)在食堂就餐的學(xué)生的特征。我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上通過transformer圖像處理以及抽樣調(diào)查來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與處理，得到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率和條件概率表。接著進(jìn)行貝葉斯推理，得到節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率，從而推斷出按時(shí)前往食堂就餐的學(xué)生的主要特征。

1.6.1?貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的建立

通過數(shù)據(jù)的收集，我們發(fā)現(xiàn)了年級(jí)、壓力、學(xué)習(xí)目標(biāo)以及按時(shí)在食堂就餐的人數(shù)之間的相互關(guān)系。年級(jí)對(duì)壓力和學(xué)習(xí)目標(biāo)有影響，而壓力和學(xué)習(xí)目標(biāo)共同影響著按時(shí)在食堂就餐的人數(shù)。因此，我們構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示。該圖由節(jié)點(diǎn)以及有向連接弧構(gòu)成，其中節(jié)點(diǎn)表示變量，有向連接弧代表父節(jié)點(diǎn)到子節(jié)點(diǎn)的影響關(guān)系。

1.6.2?網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率和條件概率表

根據(jù)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的研究，我們將人群中高、低年級(jí)的概率記為本次實(shí)驗(yàn)的先驗(yàn)概率。接著在得出的先驗(yàn)概率的基礎(chǔ)上，將壓力和學(xué)習(xí)目標(biāo)看作兩個(gè)獨(dú)立變量，再根據(jù)調(diào)查問卷的數(shù)據(jù)得到各個(gè)指標(biāo)的概率。

記G1、G0、N1、N0、R1、R0、C1、C0分別表示為統(tǒng)計(jì)的總?cè)藬?shù)里出現(xiàn)高、低年級(jí)事件、壓力有短期任務(wù)與無短期任務(wù)的事件以及去食堂與不去食堂的事件。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果具體如表7、表8所示。

1.6.3?節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率

后驗(yàn)概率是在節(jié)點(diǎn)發(fā)生的前提下根節(jié)點(diǎn)隨機(jī)發(fā)生的概率。為計(jì)算得到G，N，R節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的后驗(yàn)概率，首先根據(jù)得到的先驗(yàn)概率和條件概率的值，以及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)得到：

P（G，N，R，C）=P（G）P（N|G）P（R|G）P（C|N，R）。

因此，我們可以得到變量集X=G，N，R中的每個(gè)變量與節(jié)點(diǎn)C相交的概率即：

P（Ni，Cj）=∑1m=0∑1n=0P（Gn，Ni，Rm，Cj），

P（Gi，Cj）=∑1m=0∑1n=0P（Gi，Nn，Rm，Cj），

P（Ri，Cj）=∑1m=0∑1n=0P（Gn，Nm，Ri，Cj）。

接著通過貝葉斯理論公式得到了G，N，R節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的后驗(yàn)概率，計(jì)算公式為：

P（Ni|Cj）=P（Ni，Cj）P（Cj）=P（Ni，Cj）∑1k=0P（Cj，Nk），

P（Ri|Cj）=P（Ri，Cj）P（Cj）=P（Ri，Cj）∑1k=0P（Cj，Rk），

P（Gi|Nj，Rl）=P（Gi，Nj，Rl）P（Nj，Rl）=P（Gi，Nj，Rl）∑1k=0P（Nj，Rl，Gk），i，j，l=0，1。

2?結(jié)論

根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算，我們得出壓力與短期任務(wù)對(duì)按時(shí)去食堂有顯著影響。在按時(shí)前往食堂就餐的人群中低年級(jí)占大多數(shù)。將前往食堂就餐的學(xué)生分成兩大類，在按時(shí)前往食堂就餐的學(xué)生中，P（N0|C1）=0.8710表示按時(shí)去食堂就餐學(xué)生中壓力小的人數(shù)占比超半數(shù)，P（R0|C1）=0.8955表示無短期任務(wù)的人更愿意按時(shí)去食堂就餐，P（G0|C1）=0.8883表示按時(shí)去食堂就餐學(xué)生中低年級(jí)的概率大于高年級(jí)就餐學(xué)生的概率。在不按時(shí)去食堂就餐的人中，P（N1|C0）=07636表示不去食堂就餐的人中壓力大的占大多數(shù)，P（R1|C0）=0.8260表示不去食堂就餐的人中有短期任務(wù)的比沒有短期任務(wù)的多，P（G1|C0）=0.8271表示不去食堂就餐的人中高年級(jí)的超半數(shù)。在去食堂就餐的人中，有無短期任務(wù)與是否進(jìn)入食堂就餐的因果關(guān)系比壓力大小與是否進(jìn)入食堂的因果關(guān)系更顯著，說明有短期任務(wù)的學(xué)生傾向于在其他時(shí)間就餐。

3?建議和政策

3.1?學(xué)生方面建議

關(guān)于大學(xué)生普遍亞健康的問題，本文建議學(xué)生們多鍛煉身體。適當(dāng)?shù)腻憻捒梢栽鰪?qiáng)身體機(jī)能和代謝水平，預(yù)防慢性病的發(fā)生。另外，保持心理健康［12］也是非常重要的，大學(xué)生們應(yīng)學(xué)會(huì)管理壓力和焦慮，化壓力為動(dòng)力，嘗試放松身心，并與家人、教師、室友或與學(xué)校專業(yè)心理醫(yī)生及時(shí)交流，學(xué)會(huì)管理壓力和情緒，以及積極應(yīng)對(duì)心理問題。在飲食方面，本文建議大學(xué)生在飲食習(xí)慣［13］上保持平衡，避免因過度壓力而出現(xiàn)跳餐等不良習(xí)慣，合理規(guī)劃用餐時(shí)間，優(yōu)先保證規(guī)律進(jìn)餐，注意所攝入食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。此外，即使在緊張的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境下，他們也應(yīng)該優(yōu)先保證規(guī)律進(jìn)餐，以避免因長(zhǎng)時(shí)間空腹而導(dǎo)致的體力和注意力下降等負(fù)面影響。通過平衡飲食，學(xué)生可以減輕壓力并保持健康的生活方式。這些建議不僅可以提高大學(xué)生的飲食質(zhì)量，還有助于他們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活中更好地發(fā)揮潛力。

3.2?學(xué)校方面建議

學(xué)?？梢远嚅_展運(yùn)動(dòng)和體育活動(dòng)，除每年一次的校運(yùn)會(huì)之外，還可開展以各學(xué)院為單位的足球賽、籃球賽等活動(dòng)，并設(shè)置一些獎(jiǎng)勵(lì)，以吸引學(xué)生積極參與。在學(xué)生心理健康方面，學(xué)校應(yīng)更多地開展心理咨詢和支持服務(wù)，了解學(xué)生的心理狀況，并與家長(zhǎng)取得聯(lián)系，促進(jìn)家校合作，以便高效解決學(xué)生心理問題。安排教師團(tuán)體多與學(xué)生溝通，了解學(xué)生在學(xué)業(yè)、就業(yè)方面的問題。學(xué)?？梢蕴峁┞殬I(yè)規(guī)劃和就業(yè)服務(wù)，幫助學(xué)生規(guī)劃未來的職業(yè)道路和就業(yè)方向，以緩解他們的相關(guān)壓力。在飲食方面，學(xué)校為了提高大學(xué)生的用餐體驗(yàn)和方便就餐，食堂應(yīng)注重“靈活就餐”。從食堂客觀因素出發(fā)，食堂應(yīng)提供多樣化的菜品，包括素食、葷菜和海鮮等，以滿足學(xué)生不同的口味和營(yíng)養(yǎng)需求。在餐飲時(shí)間安排上，食堂應(yīng)提供靈活的選擇，以方便學(xué)生按時(shí)就餐并避免排隊(duì)時(shí)間過長(zhǎng)。如設(shè)置錯(cuò)峰用餐時(shí)間，為了減少學(xué)生用餐時(shí)排隊(duì)，學(xué)?？梢钥紤]錯(cuò)開不同年級(jí)和班級(jí)的用餐時(shí)間，這將有助于學(xué)生們更好地安排用餐時(shí)間，減少排隊(duì)時(shí)間和擁擠，以便學(xué)生有足夠的時(shí)間用餐。

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作者簡(jiǎn)介：王淏偉（2002—?），男，漢族，湖南衡陽人，本科在讀。