一種食品鏈網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵控制節(jié)點的發(fā)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于食品鏈安全控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種食品鏈網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵控制節(jié)點的 發(fā)現(xiàn)方法;該方法給出食品鏈網(wǎng)絡(luò)中不同類間的關(guān)鍵節(jié)點和連接邊，適用于食品鏈網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)性風(fēng)險的預(yù)防和控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著食品制造業(yè)的發(fā)展，尤其是食品貿(mào)易的不斷擴大，食品的安全問題也就越來 越國際化，不僅直接關(guān)系人類的健康生存，還嚴重影響著經(jīng)濟和社會的發(fā)展。
[0003] 根據(jù)國家標準GB/T 25008-2009《飼料與食品鏈的可追溯性體系設(shè)計與事實的一 般原則與基本要求》對食品鏈的定義，食品鏈指"從初級生產(chǎn)直至最終消費的各環(huán)節(jié)和操作 的順序，涉及食品的生產(chǎn)、加工、分銷和處理;包括食源性動物的飼料生產(chǎn)和用于生產(chǎn)食品 的動物的飼料生產(chǎn)"。在生產(chǎn)中投入不同的原料、輔料、加工助劑等，采用不同的加工工藝， 生產(chǎn)出的食品產(chǎn)品是不同的，產(chǎn)品所屬的食品鏈也不同。而不同的食品鏈由于在一個或多 個節(jié)點采用了同一種或幾種相同的原料、輔料等，產(chǎn)生交叉，形成了復(fù)雜的食品鏈網(wǎng)絡(luò)。
[0004] 企業(yè)關(guān)注物料流轉(zhuǎn)和產(chǎn)品安全，而監(jiān)管部門同時還關(guān)注食品產(chǎn)業(yè)鏈和整個食品行 業(yè)的安全和健康發(fā)展。對于食品鏈安全控制來說，一是在發(fā)現(xiàn)安全問題的時候追溯到產(chǎn)品 所在食品鏈的信息，更重要的是找到食品鏈的脆弱環(huán)節(jié)，預(yù)測和控制安全問題的發(fā)生與蔓 延，實現(xiàn)食品鏈系統(tǒng)性風(fēng)險的預(yù)防和控制。
[0005] 食品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)也是一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。而復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的社區(qū)，與食品鏈網(wǎng)絡(luò)中由于 原料、半成品等的交叉使用形成的類或簇有自然的相似性。網(wǎng)絡(luò)社區(qū)間的重疊節(jié)點對于網(wǎng) 絡(luò)中危害的傳播具有重要的甚至是關(guān)鍵性的作用，由于食品鏈網(wǎng)絡(luò)中不同類之間的少量關(guān) 鍵連接，很可能導(dǎo)致食品安全的系統(tǒng)性風(fēng)險，例如三聚氰胺奶粉事件。
[0006] 迄今為止，有一些基于統(tǒng)計的、基于隱馬爾科夫鏈模型的、基于追溯的方法被提出 來。食品安全追溯最初源于幾個世紀前對家畜不同的管理目的，隨著食品工業(yè)的發(fā)展以及 人們對食品安全要求的不斷提高，追溯系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴大至食品鏈的各個環(huán)節(jié)。從 追溯技術(shù)應(yīng)用以來，追溯信息系統(tǒng)記錄了食品鏈上大量的信息，這些信息的利用在食品安 全管理上發(fā)揮了重要作用。
[0007]在追溯信息系統(tǒng)中，遵循"向前一步、向后一步"的基本原理，將追溯單元與其直接 來源和去向進行關(guān)聯(lián)，就可以環(huán)環(huán)相扣地實現(xiàn)食品鏈的串接。其中，追溯單元指需要對其來 源、用途和位置的相關(guān)信息進行記錄和追溯的單個產(chǎn)品或同一批次產(chǎn)品。
[0008]然而現(xiàn)有技術(shù)中所采用的食品鏈網(wǎng)絡(luò)視圖難以直接分辨關(guān)鍵控制節(jié)點；因此，提 供設(shè)計一種食品鏈網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵控制節(jié)點的發(fā)現(xiàn)方法，以解決上述技術(shù)問題，為食品鏈重點監(jiān) 管節(jié)點的確定、問題食品和不安全食品的蔓延預(yù)測和控制，以及食品產(chǎn)品召回提供技術(shù)和 數(shù)據(jù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供設(shè)計一種食品鏈網(wǎng)絡(luò)關(guān) 鍵控制節(jié)點的發(fā)現(xiàn)方法，以解決上述技術(shù)問題。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出以下技術(shù)方案：
[0011] -種食品鏈網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵控制節(jié)點的發(fā)現(xiàn)方法，包括如下步驟：
[0012] si:針對食品鏈追溯信息中的產(chǎn)品，梳理原料、輔料、加工助劑等投入品與中間產(chǎn) 品、食品的關(guān)系，形成有N個節(jié)點、Μ條邊的特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)；
[0013] S2:對照特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)，生成Ν X Ν的特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣A;
[0014] S3:定義兩條相連的邊的相似度LS，建立特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)中相連的邊之間的相似 度矩陣As;
[0015] S4:基于邊的層次聚類法對特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)進行分層聚類，建立分割樹狀譜系，包 括如下步驟：
[0016] S401:定義子類和整個特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的分割密度；
[0017] S402:計算各個子類的分割密度，合并分割密度相同的子類；
[0018] S403:更新相似度矩陣As;
[0019] S404:判斷子類類數(shù)是否為1，如果是，則轉(zhuǎn)到S5,否則轉(zhuǎn)到S402;
[0020] S5:輸出類劃分結(jié)果，查看子類的重疊節(jié)點和連接子類的關(guān)鍵邊。
[0021] 優(yōu)選地，步驟S1中所述特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程具體包括以下兩個步驟：
[0022] S101:原始食品鏈網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，具體構(gòu)建過程如下:追溯信息中的追溯單元流轉(zhuǎn)的 當(dāng)前環(huán)節(jié)、來源和去向環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)中的不同物料分別作為網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成節(jié)點，在一個組織 內(nèi)部，連續(xù)2個或2個以上節(jié)點沒有新物料加入時，則合并為1個節(jié)點，涉及到不同組織的節(jié) 點，不允許合并，網(wǎng)絡(luò)中不考慮廢棄物、副產(chǎn)品的循環(huán)再利用；
[0023] S102:特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，針對不同的研究對象和目標，進一步對原始食品鏈 網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)，僅保留與研究對象和目標相關(guān)的節(jié)點，形成特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)。
[0024] 優(yōu)選地，步驟S1中所述特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)為有向無環(huán)網(wǎng)絡(luò)，由一組節(jié)點KN= {k | k = 1，2，···，N}和連接節(jié)點的有向邊集合BM={bij |bij:i - j，ieKN，i = l，2，···，N; j￡KN j = 1，2，…，N}組成，節(jié)點代表各種物料和中間產(chǎn)品、產(chǎn)品，有向邊代表父、子節(jié)點間的物料流轉(zhuǎn) 關(guān)系，即父節(jié)點是構(gòu)成子節(jié)點產(chǎn)品的一種原料或中間產(chǎn)品。
[0025]優(yōu)選地，步驟S2中所述特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣A= {aij|aij《l，i = l，2，~，N;j =1，2，···，N}，A中的元素 aij的值只能取0或1，1代表節(jié)點i和j之間有一條由節(jié)點i指向節(jié)點 j的連接邊，〇代表節(jié)點i和j之間沒有連接邊，元素 ai i的值指定為1。
[0026] 優(yōu)選地，步驟S3中所述兩條相連的邊的相似度LS定義為Jaccard距離，具體地，設(shè) 節(jié)點k是節(jié)點i和節(jié)點j的父節(jié)點，節(jié)點k分別連接到節(jié)點i和節(jié)點j的邊bki、bk j的相似度為 LS(bki，bkj) = (A(i，：）XA( j，：）T-1 )/M，式中A(i，：）代表鄰接矩陣A的第i行，A( j，：）T代表 鄰接矩陣A的第j行的轉(zhuǎn)置。
[0027] 優(yōu)選地，步驟S3中所述相似度矩陣As為As = {Ls(bki，bkj) |aki = l，akj = l ;ke KN,ieKN,jeKN,i>k,j>k,i^j,k=l,2,= =
[0028] 優(yōu)選地，步驟S4中所述定義子類和整個特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的分割密度，首先將每條 邊bi j看作特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的1個子類，則初始子類集合P0= {PI，P2,…，PM}，初始子類的個 數(shù)TO = M;第r次迭代時，得到分割樹狀譜系的第r層，劃分的子類的個數(shù)為Tr，Tr < Μ，r e Z+ (正整數(shù)），『=1，2，."；子類卩1:(^ = 1，2，"，1'1')有11^=|?1:|條邊，有的=|^|%兩.{；1,」}.|個節(jié) 點，t = 1，2，…，Tr。定義子類Pt的分割密度為
[0029] **'
，.
[0030] 特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)劃分{P1，P2，…，Pt，…，PTr}的分割密度Dr，定義為將Dpt對網(wǎng)絡(luò) 所有的邊求加權(quán)平均值：
[0031]
[0032] 優(yōu)選地，步驟S4中所述合并分割密度相同的子類，邊只能被劃入唯一的子類，節(jié)點 可以被劃入多個子類。
[0033]優(yōu)選地，步驟S4中所述更新相似度矩陣As，在第r次迭代時，矩陣As的行數(shù)、列數(shù)與 第r-Ι次迭代時的矩陣As的行數(shù)、列數(shù)不相同。
[0034] 優(yōu)選地，步驟S5中所述輸出類劃分結(jié)果，是在分層聚類結(jié)束后，根據(jù)最大分割密度 及其對應(yīng)的迭代數(shù)找到其在分割樹狀譜系中的子類集合，將子類中邊的集合映射回節(jié)點集 合，得到類劃分結(jié)果。
[0035] 優(yōu)選地，步驟S5中所述類的重疊節(jié)點和連接類的關(guān)鍵邊，是找出2個或2個以上重 疊子類的共同節(jié)點，沒有重疊節(jié)點的子類，找出連接子類的關(guān)鍵邊及其兩端節(jié)點。
[0036] 本發(fā)明的有益效果在于:第一，本發(fā)明提供了一種發(fā)現(xiàn)食品鏈網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵控制節(jié)點 的方法，給出食品鏈網(wǎng)絡(luò)中不同類間的關(guān)鍵節(jié)點和連接邊，適用于食品鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性風(fēng)險 的預(yù)防和控制，通過建立追溯單元信息中的物料和中間產(chǎn)品、產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)關(guān)系的鄰接矩陣， 采用基于邊的分層聚類方法劃分食品鏈網(wǎng)絡(luò)的類，發(fā)現(xiàn)子類間的重疊節(jié)點和關(guān)鍵連接邊， 從而發(fā)現(xiàn)食品鏈系統(tǒng)性風(fēng)險的關(guān)鍵控制節(jié)點；
[0037] 第二，本發(fā)明提供的食品鏈網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵控制節(jié)點的發(fā)現(xiàn)方法，特別是針對較大規(guī) 模食品鏈網(wǎng)絡(luò)，能快速找到對食品鏈系統(tǒng)性風(fēng)險具有重要或關(guān)鍵傳播作用的節(jié)點，解決了 視圖復(fù)雜時難以直接分辨關(guān)鍵控制節(jié)點的缺陷，便于在食品安全事件發(fā)生前和發(fā)生時及時 發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，進行食品安全管理措施和事件處置、產(chǎn)品召回方案的制定和調(diào)整，減小 了危害范圍，降低了損失，輔助確定食品鏈重點監(jiān)管產(chǎn)品和指標，提供問題食品和不安全 食品的蔓延預(yù)測和控制的解決方案，提高了預(yù)防和控制食品鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性風(fēng)險的能力。
[0038] 由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著地進步，其實施 的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發(fā)明具體實施中的特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)圖。
[0040] 圖2是本發(fā)明具體實施中特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵控制節(jié)點發(fā)現(xiàn)方法的整體流程圖。
[0041] 圖3是本發(fā)明具體實施中特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)劃分的子類圖。
【具體實施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細闡述，以下實施例是對本發(fā)明 的解釋，而本發(fā)明并不局限于以下實施方式。
[0043] 如圖1至3所示，本發(fā)明提供的一種食品鏈網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵控制節(jié)點的發(fā)現(xiàn)方法，包括如 下步驟：
[0044] S1:針對食品鏈追溯信息中的產(chǎn)品，梳理原料、輔料、加工助劑等投入品與中間產(chǎn) 品、食品的關(guān)系，形成有N個節(jié)點、Μ條邊的特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)；
[0045] S2:對照特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)，生成Ν X Ν的特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣A;
[0046] S3:定義兩條相連的邊的相似度LS，建立特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)中相連的邊之間的相似 度矩陣As;
[0047] S4:基于邊的層次聚類法對特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)進行分層聚類，建立分割樹狀譜系，包 括如下步驟：
[0048] S401:定義子類和整個特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的分割密度；
[0049] S402:計算各個子類的分割密度，合并分割密度相同的子類；
[0050] S403:更新相似度矩陣As;
[0051] S404:判斷子類類數(shù)是否為1，如果是，則轉(zhuǎn)到S5,否則轉(zhuǎn)到S402;
[0052] S5:輸出類劃分結(jié)果，查看子類的重疊節(jié)點和連接子類的關(guān)鍵邊。
[0053]本實施例中，步驟S1中所述特定食品鏈網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程具體包括以下兩個步驟： [0054] S101:原始食品鏈網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，具體構(gòu)建過程如下:追溯信息中的追溯單元流轉(zhuǎn)的 當(dāng)前環(huán)節(jié)、來源和去向環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)中的不同物料分別作為網(wǎng)