一种微量元素补充剂及优选方法与流程

1.本发明涉及一种微量元素补充剂领域，特别涉及到一种优选方法。


背景技术：

2.随着人们的生活水平提高，食物越来越精细化。这样就导致营养不平衡，一些微量元素缺失，容易导致各种疾病的发生。目前被确定对人体有益，且必需摄取的微量元素有十四种，包括：铁、铜、锌、锰、铬、钴、钒、锡、镍、钼、碘、氟、硒、硅。它们的主要功能以及缺乏的后果如下：锌：锌是人体海马回(海马回位于人脑控制学习和记忆活动的中枢，主要负责形成和储存长期记忆)的重要微量元素，与记忆和智力有关。
3.铁：铁可以促进发育，增加对疾病的抵抗力预防和治疗因缺铁而引起的贫血铜：孕妇缺铜还会影响胎儿的正常发育，有可能造成胎儿畸形或先天性发育不足，并导致新生儿体重减轻，智力低下及缺铜性贫血等症状。
4.铬：补铬可通过调节各种脂蛋白含量和胆固醇的代谢而对机体的脂类代谢产生有益的调节和改善作用，铬能增加胆固醇的分解和排泄。老年人缺铬时易患糖尿病和动脉粥样硬化，还可引起高血脂病、动脉粥状硬化，生长迟缓以及缩短寿命等。
5.锰：锰可促进骨骼的生长发育，保护细胞中线粒体的完整，保持正常的脑功能，维持正常的糖代谢和脂肪代谢，改善机体的造血功能。
6.碘：碘在人体内的主要作用是用来合成甲状腺素。碘是人体内含量极少其生理功能别无替代的必需微量元素。碘缺乏是已知导致人类智力障碍的原因之一。
7.硒：硒是甲状腺激素合成和代谢过程中的必需元素，当硒缺乏时会引起甲状腺功能的下降，从而导致抑郁的发生；硒的缺乏会降低机体的免疫功能。
8.目前市场上有一些微量元素补充剂，不是铁元素、铜元素、锰元素等，而是含有微量元素的化合物，例如，硫酸亚铁、硫酸铜等等。这些物质使用不当会对人体造成副作用。
9.微量元素对人们的身体如此重要，微量元素最好的补充方法是通过日常膳食摄取，一般不偏食、不挑食，多食用富含微量元素的食物是不会缺乏微量元素的，可是很多人往往因为饮食不均衡而导致缺乏微量元素。
10.近年来，元素含量测试仪器发展十分迅速，常见的测试仪器有原子反射光谱法（aes）、原子吸收光谱法（aas）、x射线荧光光谱法（xrf）、电感耦合等离子体原子发射光谱（icp-aes）和质谱（icp-ms）等。各种植物中微量元素的含量都可以测试出来。
11.为此，发明人经过多年的研究，分析、实验各种天然食物，最后选取了十多种富含微量元素的天然可食用植物，制作成食物补充剂，预防微量元素缺失。
12.但各组分的比例如何确定，也是一个难题。
13.发明人采用了一种优化设计思想，得到各组分比率，从而使组合物中各种微量元素含量最优。


技术实现要素：

14.1.选取天然植物发明人通过研究多种植物发现，坚果、豆类等果实中微量元素含量较高。发明人最终选择了核桃，杏仁，黑芝麻皮，红豆皮，榛子，松子，小麦粉，黑豆皮，红枣，花生，百合，腰果等12种植物。
15.但是，这些植物按多少比例搭配制造，微量元素含量最高，效果最好，却是一个复杂的问题。为此，发明人采取优化设计的算法，解决了这一问题。如流程图1。
16.2.优化算法假设共有n种组分，x1,x2,x3,...,xn分别为组分1（假设代表核桃），组分2（假设代表杏仁），...，组分n（假设代表腰果）的百分比，这些变量为介于0到100之间的整数。
17.假设共有m种微量元素。目前被确定对人体有益，且必需摄取的微量元素有十四种，包括：铁、铜、锌、锰、铬、钴、钒、锡、镍、钼、碘、氟、硒、硅，即可假设m=14。
18.wi1,wi2,wi3,...,wim分别为组分i(i=1,2,n)中各微量元素的含量值，已知。因此，微量元素含量值w可以用一个【n,m】的矩阵描述。
19.微量元素1（假设代表铁）在组合物中的含量f1=w11*x1 w21*x2 ,,, wn1*xn；微量元素2（假设代表铜）在组合物中的含量f2=w12*x1 w22*x2 ,,, wn2*xn；微量元素j在组合物中的含量fj=w1j*x1 w2j*x2 ,,, wnj*xn；...微量元素m（假设代表硅）在组合物中的含量fm=w1m*x1 w2m*x2 ,,, wnm*xn。
20.要求出目标值f1,f2,...,fm最大时的x1,x2,...,xn。
21.约束条件：x1 x2 ... xn=100;0≤x1≤100;0≤x2≤100;...;0≤xn≤100;上述分析过程的数学模型如下：这是一个多目标函数，，要求各目标值最大，对应本案，即各微量元素含量最高。
22.约束条件为：100≥gu()≥0，表示各组分的比例大于等于0，小于等于100；及)=100，表示各组分比例的和为100。
23.这种数学模型，是多解的，但通过计算机技术，可以得出一组最优解。
24.采用随机方向法求解一个最大值的流程如下。
25.首先在可行域内选取一个初始点x0，即。
26.随机生成n（n为维数）个单位矢量方程组：。
27.从 x0出发，沿给定的步长 a产生 n 个探索点
找出探索点中在可行域内（满足约束条件），且函数值最大的点，令其为xr；以x0为初始点，d=xr-x0为搜索方向，a=a0为步长，求得x1=x0 ad；如果x1既满足约束条件，且，则令x0=x1继续沿之前的方向和步长迭代。
28.否则就再以x0为起点，缩小步长为之前的一半，沿之前的方向迭代；如果步长缩小到比精度还小，就x0为起点，再次随机生成n（n为维数）个单位矢量方程组。
29.直到得到的x1即符合约束条件、又满足，且精度满足要求，为止。
30.见算法流程图2，表达的为求一个最大值的流程。
31.以此方法，可以得到各微量元素最多的组分比例。
32.根据用户不同的微量元素补充需求，分别生产不同规格的产品，比如产品1号，产品2号，产品3号等等，分别对应着补充铁、铜、锌等微量元素的最优解。
附图说明
33.图1为流程图。
34.图2为优化算法流程图。
具体实施方式
35.选取核桃，杏仁，黑芝麻皮，红豆皮，榛子，松子，小麦粉，黑豆皮，红枣，花生，百合，腰果等12种植物作为用例，制作一种铁含量最高的补充剂。因此组分数n=12。表一为核桃中微量元素的含量表。
36.表二为杏仁中微量元素含量表。
37.以此类推，可以得到其它组分微量元素表。
38.要使微量元素含量最高，需得到各组分百分比最优解，参考图1，步骤如下：步骤s1，微量元素的个数m=14，组分n=12；步骤s2，建立一个n行、m列的浮点数矩阵，保存n个组分m种微量元素的含量；得到一个【n,m】的微量元素矩阵表；步骤s3、设定每个组分的百分比xi，i表示第i个组分，0《i≤n；步骤s4、建立目标函数：f1=w11*x1 w21*x2 ,,, wn1*xn；wij为第i个组分，第j个微量元素的含量；步骤s5、建立约束条件：x1 x2 ... xn=100;0≤x1≤100;0≤x2≤100;...;0≤xn≤100;步骤s6、采用优化算法求解，优选的采用随机方向法参考优化算法流程图图2。
39.步骤s601、给定初始点x0=1，初始步长a0=1，精度e，设e=0.1，给定步长系数bcxs=0.1；步骤s602、在可行域内选取一个初始点x0，随机生成n个单位矢量方程组：；步骤s603、从x0出发，沿给定的步长a产生n个探索点，；步骤s604、找出探索点中在可行域内（满足约束条件），且函数值最大的点，如找到，则转向步骤s605，令该店为xr；找不到，转向s613；步骤s606、以x0为初始点，d=xr-x0为搜索方向，a=a0为步长；步骤s607、求得x1=x0 ad；步骤s608、如果x1既满足约束条件，且，则令x0=x1继续沿之前的方向和步长迭代，转向步骤s615；否则转向步骤s609；s609、a0如果小于整体收敛条件，转向s10，否则转向s611；
步骤s610、此时得到的 x1 即符合约束条件、又满足，且精度满足要求的点，f(x)即为最大值，各x为最大值点，流程结束；步骤s611，a是否小于e，如果是，则转向s617，否则转向s612；s612、计算下一个组分增量a=bcxs*a，转向s607；s613、a0是否小于e，如果是则x=x0，转向s610，否则转向s614；s614、令步长a0=bcxs*a0，转向s602，再次随机生成 n 个单位矢量方程组；s615、下一个搜索点，令x=x1；s616、a是否小于e，如果是，转向s17，否则转向s607；s617、令步长a0=bcxs*a0，x0=x，即启动下一个搜索点，进入s602。
40.所有的xi增量完成以后，满足时的x1,x2,...,x12则为最优解。
41.最后计算出各组分按重量的比例为：核桃2份，杏仁4份，黑芝麻皮21份，红豆皮12份，榛子9份，松子10份，小麦粉10份，黑豆皮12份，红枣4份，花生3份，百合5份，腰果8份。
42.重复上述步骤，以此可以得到铜、锌、锰等微量元素补充剂各组分的最优解。