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大学时代是学知识长身体的重要阶段#xff0c;同时也是良好饮食习惯形成的重要时期。这一特定年龄段的年轻人#xff0c;不仅身体发育需要有充足的能量和各种营养素#xff0c;而且繁重的脑力劳动和较大量的体育锻炼也需要消耗大量的能源物质。大学生中饮食结构不…问题重述
大学时代是学知识长身体的重要阶段同时也是良好饮食习惯形成的重要时期。这一特定年龄段的年轻人不仅身体发育需要有充足的能量和各种营养素而且繁重的脑力劳动和较大量的体育锻炼也需要消耗大量的能源物质。大学生中饮食结构不合理以及不良的饮食习惯问题比较突出主要表现在不吃早餐或者早餐吃的马虎、经常性食用外卖及快餐食品、个别学生通过控制进食来减少皮下脂肪的积存而造成营养不良等等。大学阶段掌握一定的营养知识形成良好的饮食习惯对于促进生长发育、保证身体健康有重要的意义。1 名男大学生和 1 名女大学生分别记录了各自一日三餐的食物摄入情况详见附件 1、附件 2他们想知道自己的膳食营养摄入是否科学合理、还需要做出哪些调整改进。高校食堂提供的一日三餐是大学生膳食营养摄入的主要来源附件 3 为某高校学生食堂一日三餐主要食物信息统计表。对给定膳食食谱各种营养素的分析评价、平衡膳食食谱的优化设计有明确的基本要求详见附件 4。请同学们根据附件 4 中的平衡膳食基本准则、能量及各种营养素参考摄入量等各项指标要求按照“膳食食谱营养评价过程”以及“平衡膳食食谱优化设计原则”解决以下问题。
问题 1膳食食谱的营养分析评价及调整
1对附件 1、附件 2 两份食谱做出全面的膳食营养评价
2基于附件 3对附件 1、附件 2 两份食谱进行较少的调整改进并且再做出全面的膳食营养评价。
问题 2基于附件 3 的日平衡膳食食谱的优化设计
1以蛋白质氨基酸评分最大为目标建立优化模型分别设计男生和女生的日食谱并对日食谱进行膳食营养评价
2以用餐费用最经济为目标建立优化模型分别设计男生和女生的日食谱并对日食谱进行膳食营养评价
3兼顾蛋白质氨基酸评分及经济性建立优化模型分别设计男生和女生的日食谱并对日食谱进行膳食营养评价
4对 1—3得到的日食谱进行比较分析。
问题 3基于附件 3 的周平衡膳食食谱的优化设计
在问题 2 的基础上分别以蛋白质氨基酸评分最大、用餐费用最经济、兼顾蛋白质氨基酸评分及经济性为目标建立优化模型设计男生和女生的周食谱周一—周日并进行评价及比较分析。
问题 4针对大学生饮食结构及习惯写一份健康饮食、平衡膳食的倡议书。
解题思路
首先我们需要获得《中国食物成分表》这本资料的数据以查询相关食物蛋白质、脂肪、碳水化合物占比查找到的相关资料我们以xls文件存储。因为整个赛题主要还是围绕如何做出全面的膳食营养评价来解决问题的基于此文件和四个附件我们首先需要定量的确定全面的膳食营养评价标准。
全面的膳食营养评价有如下要求
1、 日食谱种类大于12周食谱种类大于25.
2、 每日能量实际摄入量与目标摄入量相差在±10%之内。
大学生每日的能量摄入目标为
女生1900kcal/d男生2400kcal/d。
三餐能量分配占总能量的百分比即餐次比参考值为
早餐30%中餐、晚餐各30%—40%
3、 产能营养素占总能量百分比尽量满足蛋白质10%-15%、脂肪20%-30%、碳水化合物50%-65%。
下表记录了每类营养素每克含有多少kcal。 针对问题一
我们首先对获得是中国食物成分表进行了一些数据分析
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
plt.rcParams[font.sans-serif] [SimHei] # 设置中文字体为SimHei
plt.rcParams[axes.unicode_minus] False # 解决负号-显示为方块的问题
# 读取Excel文件
df pd.read_excel(中国食品成分表3.xlsx)# 为了简化示例我们只选择食物名、能量、蛋白质、脂肪和碳水化合物列
df_selected df[[食物名, 能量, 蛋白质, 脂肪, 碳水化物]].head(50)# 绘制食物名与能量的关系
plt.figure(figsize(10, 6))
plot sns.barplot(x食物名, y能量, datadf_selected)
plot.set_xticklabels(plot.get_xticklabels(), rotation90)
plt.title(食物名与能量的关系)
plt.xlabel(食物名)
plt.ylabel(能量(千卡))
plt.show()
plt.show() 针对问题二
解题思路可以分为以下几个步骤
问题二要求基于附件3的食物信息设计男生和女生的日平衡膳食食谱并进行营养评价。优化的目标包括蛋白质氨基酸评分最大化、用餐费用最经济化以及兼顾两者。
在此之前我们根据赛题的数据进行一些数据预处理
根据附件3整理出食堂提供的食物种类、营养成分特别是蛋白质和氨基酸含量、价格等信息。确定男生和女生的每日营养素推荐摄入量特别是蛋白质和氨基酸的需求量。
然后我们可以利用遗传算法、多目标优化算法建立优化模型
蛋白质氨基酸评分最大化建立一个目标函数该函数最大化蛋白质氨基酸的摄入量同时满足每日总能量和营养素的推荐摄入量。
用餐费用最经济建立另一个目标函数该函数最小化总用餐费用同时保证蛋白质氨基酸评分和营养素摄入量不低于推荐标准。
兼顾蛋白质氨基酸评分及经济性建立一个多目标优化模型同时考虑蛋白质氨基酸评分和用餐费用。
针对问题三
我们在问题二的基础上进一步设计男生和女生的周平衡膳食食谱并进行评价及比较分析。
我们可以根据附件3收集一周内每天的食物种类、营养成分、价格等信息。
确定男生和女生一周的营养素推荐摄入量。
针对三个不同的目标蛋白质氨基酸评分最大化、用餐费用最经济化、兼顾蛋白质氨基酸评分及经济性分别建立优化模型。
考虑周期性因素周食谱设计需要考虑食物多样性和营养均衡性避免连续几天重复相同的食物。
根据问题特性随机森林对问题进行求解对于多目标优化问题我们可以考虑多目标粒子群优化MOPSO方法来求解。
针对问题四
我们写一份健康饮食、平衡膳食的倡议书。
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