Файл: Факультет компьютерных технологий и прикладной математики Кафедра информационных технологий курсовая работа организация рациона питания с применением генетического алгоритма.docx

Завтрак и обед должны быть наиболее энергетически ценными и обеспечивать в сумме около 60% от дневной калорийности. Ужинать ребенок должен максимум за два часа до того, как он отправится спать.

Хороший аппетит чаще всего бывает при налаженном режиме питания и значительной физической активности в течение дня

Школьникам готовить пищу можно любым способом, но все же увлекаться жаркой не рекомендуют, особенно, если у ребенка низкая активность или есть склонность к набору подкожного жира. Оптимальными видами приготовления пищи для детей считают тушение, запекание и отваривание.

Самые оптимальные напитки для ребенка школьного возраста – вода и молоко. Недостатками соков являются большое содержание сахара и повышенная кислотность, поэтому их следует либо давать во время приемов пищи, либо разбавлять водой.

На общее количество жидкости, которую должен употреблять школьник в день, влияет его активность, питание и погода. Если погода жаркая, а активность ребенка повышена, давайте ребенку больше воды или молока.

Газированные напитки и продукты с кофеином в младшем школьном возрасте не рекомендованы. Старшим школьникам давать такие напитки допустимо, но не во время приемов пищи, так как из-за кофеина ухудшается всасывание железа.

В первую очередь нужно учесть, в какую смену учится ребенок, поскольку это влияет на его приемы пищи. Кроме того, рекомендуется составление рациона не на один день, а на всю неделю, чтобы блюда не повторялись и все нужные продукты присутствовали в недельном меню.

2. Основы рациона и принципы питания юных спортсменов

Основными принципами питания спортсменов являются:

- снабжение спортсменов необходимым количеством энергии, соответствующим ее высокому расходу в процессе физических нагрузок;

- соблюдение принципов сбалансированного питания применительно к определенным видам спорта и интенсивности нагрузок, включая распределение калорийности по видам основных пищевых веществ. Это распределение должно учитывать период спортивной деятельности (базовый, тренировочный, соревновательный, восстановительный);

- соблюдение принципа сбалансированности по аминокислотам, входящим в состав белковых продуктов;

- соблюдение оптимальных взаимоотношений в жирнокислотном спектре;

- соблюдение рациональных взаимоотношений в спектре минеральных веществ;

- соблюдение принципов сбалансированности между количествами основных пищевых веществ,

---

витаминами и микроэлементами;

- выбор адекватных форм питания (продуктов, пищевых веществ и их комбинаций, включая специализированные продукты для питания спортсменов) с учетом периода спортивной деятельности (базовый, тренировочный, соревновательный, восстановительный); с учетом режима тренировок и соревнований;

- использование индуцирующего влияние пищевых веществ для активации физиологических процессов (аэробного окисления, накопления миоглобина, оптимизации функции иммунной системы и др.) и создания метаболического фона, выгодного для биосинтеза гуморальных регуляторов и осуществления их деятельности (катехоламинов, простагландинов и др.);

- использование фактора питания для обеспечения наращивания массы тела или ее рациональной сгонки (при подведении к заданной весовой категории) [3].

Питание спортсменов должно учитывать:

- необходимость повышенного содержания углеводов, поскольку, подвергаясь анаэробному распаду, они дают много энергии в единицу времени;

- необходимость использования рациона с достаточным содержанием белка (источника аминокислот), что связано с усиленным распадом белка (главным образом, мышечных белков при интенсивной нагрузке);

- повышенную потребность в коферментах и витаминах в связи с интенсификацией обмена веществ при интенсивных нагрузках;

- повышенную потребность в минеральных веществах при интенсивных нагрузках (особенно в кальции, магнии, калии, фосфоре), что обусловлено повышенным потоотделением и диурезом, и увеличением потерь макро- и микроэлементов и высокой скоростью обмена веществ (при выполнении мышечной работы, при восстановлении);

- увеличение кратности приема пищи (5-6 раз – в тяжелой атлетике, гребле и др.) в связи с необходимостью применения пищевого рациона большого объема (за счет повышенного содержания белков и углеводов) и более полноценного усвоения пищевых веществ, лучшего их использования в обменных процессах.

Важнейшими принципами питания юных спортсменов являются следующие положения.

Пища должна быть сбалансированной, т.е. содержать все необходимые нутриенты (белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные соли, другие биологически активные вещества) в необходимых пропорциях, содержать продукты как животного, так и растительного происхождения, легко усваиваться организмом.

Суммарная калорийность продуктов должна соответствовать энерготратам спортсмена на данный период времени с учетом возраста и пола. Весьма важной для спортивных диет остается кулинарная обработка пищи. При этом особое внимание на данном этапе процесса питания должно уделяться максимальному сохранению естественных свойств продуктов, их разнообразию и оформлению блюд. Если обычный режим человека подразумевает трехразовый прием пищи, то для высококвалифицированных спортсменов предпочтительно 4- или 5-разовое питание.

---

Потребность в основных пищевых веществах связана с общей калорийностью рациона и рассчитывается с учетом калорийности, обеспечиваемой каждым пищевым веществом. Согласно формуле сбалансированного питания для здорового человека, это составляет белки/жиры/углеводы=14%/30%/56%.

Нормы пищевых веществ для спортсменов предназначены для использования в целях правильной организации питания и оценки пищевых рационов при централизованной подготовке спортсменов.

Особенности обмена веществ у спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта, позволяют достаточно точно оценить их потребности в основных пищевых веществах.

Учитывая особенности организованного питания юных спортсменов, а также незначительные долевые различия между соотношением основных пищевых веществ в рационе питания детей, занимающихся различными видами спорта, были рассчитаны средние соотношения белков/жиров/углеводов = 16%/28%/56%, что можно определить как формулу оптимального питания для юных спортсменов различных специализаций.

2 Генетические алгоритмы

Генетический алгоритм – это поисковый алгоритм, основан­ный на природных механизмах селекции и генетики. Эти алго­ритмы обеспечивают выживание сильнейших решений из мно­жества сгенерированных, формируя и изменяя процесс поиска на основе моделирования эволюции исходной популяции реше­ний. Генетические алгоритмы сконструированы таким образом, что при генерации каждой новой популяции используются фраг­менты исходных решений, к которым добавляются новые эле­менты, обеспечивающие улучшение решений относительно сформулированного критерия отбора. Другими словами, генети­ческие алгоритмы используют информацию, накопленную в процессе эволюции [4].

2.1 Основные понятия генетических алгоритмов

При описании генетических алгоритмов используются определения, заимствованные из генетики, например речь, идет о популяции особей, а в качестве понятий применяются ген, хромосома, генотип, фенотип, аллель. Также используются соответствующие этим терминам определения из технического лексикона, в частности, цепь, двоичная последовательность, структура.

Популяция – это конечное множество особей. Особи, входящие в популяцию, в генетических алгоритмах представляются хромосомами с закодированным в них множеством параметров задачи, т. е. решений, которые иначе называются точками в пространстве поиска. В некоторых работах особи называются организациями.

---

Хромосомы (другие названия – цепочки или кодовые последовательности) – это упорядоченные последовательности генов. Ген (также называемый свойством, знаком или детектором) – это атомарный элемент генотипа, в частности, хромосомы [5].

Генотип или структура – это набор хромосом данной особи. Следовательно, особями популяции могут быть генотипы, либо единичные хромосомы (в довольно распространенном случае, когда генотип состоит из одной хромосомы).

Фенотип – это набор значений, соответствующих данному генотипу, т.е. декодированная структура или множество параметров задачи (решение, точка пространства поиска).

Аллель – это значение конкретного гена, также определяемое как значение свойства или вариант свойства.

Локус или позиция указывает место размещение данного гена в хромосоме (цепочке). Множество позиций генов – это локи [5].

Очень важным понятием в генетических алгоритмах считается функция приспособленности (fitness function), иначе называемая функцией оценки. Она представляет меру приспособленности данной особи в популяции. Эта функция играет важнейшую роль, поскольку позволяет оценить степень приспособленности конкретных особей в популяции и выбрать из них наиболее приспособленные (т. е. имеющие наибольшие значения функции приспособленности) в соответствии с эволюционным принципом выживания «сильнейших» (лучше всего приспособившихся). Функция приспособленности также получила свое название непосредственно из генетики. Она оказывает сильное влияние на функционирование генетических алгоритмов и должна иметь точное и корректное определение.

В задачах оптимизации функция приспособленности, как правило оптимизируется (точнее говоря максимизируется) и называется целевой функцией. В задачах минимизации целевая функция преобразуется, и проблема сводится к максимизации. В теории управления функция приспособленности может принимать вид функций погрешности, а в теории игр стоимостной функции. На каждой итерации генетического алгоритма приспособленность каждой особи данной популяции оценивается при помощи функции приспособленности, и на этой основе создается следующая популяция особей, составляющая множество потенциальных решений проблемы, например, задачи оптимизации. Очередная популяция в генетическом алгоритме называется поколением, а к вновь создаваемой популяции особей применяется термин «новое поколение» или «поколение потомков».

2.2 Классический генетический алгоритм

---

Основной (классический) генетический алгоритм состоит из следующих шагов:

• 
  инициализация, или выбор исходной популяции хромосом;
  
• 
  оценка приспособленности хромосом в популяции;
  
• 
  проверка условий остановки алгоритма;
  
• 
  селекция хромосом;
  
• 
  применение генетических операторов;
  
• 
  формирование новой популяции;
  
• 
  выбор «наилучшей» хромосомы.
  

Инициализация, т. е. формирование исходной популяции, заключается в случайном выборе заданного количества хромосом (особей), представленных двоичными последовательностями фиксированной длины.

Оценивание приспособленности хромосом в популяции состоит в расчете функции приспособленности для каждой хромосомы этой популяции. Чем больше значение этой функции, тем выше «качество» хромосомы.

Форма функции приспособленности зависит от характера решаемой задачи. Предполагается, что функция приспособленности всегда принимает неотрицательное значение и, кроме того, что для решения оптимизационной требуется максимизировать эту функцию. Если исходная форма функции приспособленности не удовлетворяет этим условиям, то выполняется соответствующее преобразование (например, задачу минимизации функции можно легко свести к задаче максимизации) [6].

Проверка условия остановки алгоритма. Определение условия установки генетического алгоритма зависит от его конкретного применения. В оптимизационных задачах, если известно максимальное (или минимальное) значение функции приспособленности, то остановка алгоритма может произойти после достижение ожидаемого оптимального значения, возможно-с заданной точностью. Остановка алгоритма также может произойти в случае, когда его выполнение не приводит к улучшению уже достигнутого значения. Алгоритм может быть остановлен по истечении определенного времени выполнения либо после выполнения заданного количества итераций. Если условие остановки выполнено, то производится переход к завершающему этапу выбора «наилучшей» хромосомы. В противном случае на следующем шаге выполняется селекция [6].

Селекция хромосом заключается в выборе (по рассчитанным на втором этапе значениям функции приспособленности) тех хромосом, которые будут участвовать в создании потомков для следующей популяции, т.е. для очередного поколения. Такой выбор производится согласно принципу естественного отбора, по которому наибольшие шансы на участие в создании новых особей имеют хромосомы с наибольшими значениями функции приспособленности.

---