Везде
Agent-based Model of the Relationship between Food Availability and the Dynamics of the Spread of Anemia
Table of contents
Annotation Estimate Publication content
References Comments
Share
QR
Metrics
Agent-based Model of the Relationship between Food Availability and the Dynamics of the Spread of Anemia
Annotation
PII
S207751800013573-9-1
DOI
10.18254/S207751800013573-9
Publication type
Article
Статус публикации
Published
Authors
Aleksandra Mashkova 
Affiliation: Orel State University, CEMI RAS
Address: Russian Federation, Orel
Roy Choudhury Dripta
Affiliation: Center For Technology Alternatives For Rural Areas (CTARA)
Address: India, Mumbai
Rishemjit Kaur
Affiliation: CSIR-Central Scientific Instruments Organisation
Address: India, Chandigarh
Ivan Nevolin
ORCID: 0000-0002-8462-9011
Occupation: Leading Researcher
Affiliation: Central Economics and Mathematics Institute
Address: Russian Federation, Moscow
Edition
Volume 16 Issue 1
Abstract

The article reveals the development of an agent-based model of the dynamics of the spread of anemia in the BRICS countries. The structure of the agent-based model is presented, and the relationships between its objects are determined. An algorithm for the formation of a household ration based on its income, composition, traditions and habits is presented. An approach to modeling the dynamics of anemia depending on the quality of the food received is proposed. The sources of obtaining the necessary initial modeling data are considered.

Keywords
agent modeling, anemia, nutrition, recommended intake
Acknowledgment
The reported study was funded by RFBR, Department of Science and Technology (India) and National Research Foundation (South Africa) according to the research project № 19-57-80003.
Received
28.01.2021
Date of publication
22.03.2021
Number of purchasers
23
Views
1319
Readers community rating
0.0 (0 votes)
Cite Download pdf
Additional services access
Additional services for the article
Services benefits
100 RUB / 1.0 SU
1

Введение

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), во всем мире анемия является распространенным явлением, которое затрагивает как развитые, так и развивающиеся страны [8]. Причины анемии варьируются в зависимости от географического положения, пола и возраста, при этом железодефицитная анемия, обусловленная недостаточным качеством питания, остается основной глобальной причиной анемии. Текущие исследования в области питания в основном опираются на результаты проведенного статистического анализа. Хотя такие исследования помогают в диагностике заболеваний, они не распространяются на обработку крупномасштабных данных, которые могут выявить различные взаимосвязи, [7].
2

В исследовании социально-экономических систем в последние годы набирает популярность такой подход, как агент-ориентированное моделирование [5, 6]. Несмотря на сравнительно редкое применение данного подхода в здравоохранении (по сравнению с экономикой, финансами и политическими процессами), существуют модели эпидемиологических ситуаций, незаконного оборота лекарственных средств и физической активности населения. Наибольшее распространение в сфере государственного здравоохранения получили модели передачи инфекционных заболеваний и оценки эффективности мер противодействия им [3]. Именно для этого типа заболеваний агент-ориентированное моделирование представляется наиболее удобным, поскольку учитывает взаимодействие индивидов друг c другом и внешней средой.
3 В настоящее время использование агент-ориентированного подхода минимально или отсутствует при построении моделей прогнозирования распространенности анемии в детском и подростковом возрасте. В данной работе рассматриваются вопросы создания инструментария для прогнозирования распространенности анемии в странах БРИКС, основанного на методах агентного моделирования.
4

Структура модели

Ключевыми объектами в агент ориентированной модели динамики распространения анемии являются:
5
  • Агенты-жители, объединенные в домохозяйства. Для каждого агента-жителя задается регион проживания и тип местности (городская или сельская), пол, возраст, доход и текущее состояние здоровья (стадия анемии). Для домохозяйства задается его типичный рацион питания, определяющий количество употребляемых домохозяйством продуктов за единицу времени (месяц).
  • Организации – производители продуктов питания. Они связаны с определенным регионом, для них задается ассортимент производимой продукции, объемы выпуска и оптовые цены. Также формируется агрегированная организация – импортер продуктов питания из-за рубежа.
  • Организации - торговые посредники. Для них задается регион и тип местности (городская или сельская), ассортимент продаваемой продукции и розничная цена.
6 Моделирование динамики распространения анемии осуществляется с учетом исходного состояния объектов. В процессе динамического моделирования изменяется состав и характеристики этих объектов, соответствующие изменения отражаются в базе данных модели. Взаимодействие объектов модели динамики распространения анемии представлено на рисунке 1.
7

Рисунок 1. Структура агент-ориентированной модели динамики распространения анемии
8 Агенты-жители живут и работают в регионе, получают доход и покупают продукты питания. Выбор продуктов питания осуществляется в соответствии с типичным рационом, который зависит от дохода, состава домохозяйства, доступности продуктов в местности проживания и традиций семью.
9 Агенты-производители осуществляют свою хозяйственную деятельность в соответствии с заданными значениями, которые могут меняться в зависимости от конечного спроса, введения дополнительных производственных мощностей, планового изменения объемов выпуска.
10 В каждом регионе модели создаются два агрегированных агента - торговых посредника: один в городской, а другой в сельской местности. Ассортимент торгового агента формируется на основе заявок покупателей-домохозяйств, сформированных в рамках модели потребителя. На основе полученных заявок покупателей торговый агент осуществляет оптовые закупки у производителей.
11 Государство прямо или косвенно влияет на всех участников процесса производства и потребления продуктов питания, реализуя политические решения в следующих сферах:
12
  • законодательное регулирование производства и торговли продуктами питания;
  • субсидирование отечественных производителей;
  • ограничения на экспорт/импорт продуктов питания;
  • налоговые льготы для отраслей-производителей продуктов питания;
  • регулирование норм и стандартов питания;
  • финансирование программ питания в детских садах и школах;
  • выдача продуктовых талонов малообеспеченным семьям.
13 Альтернативные варианты политических решений формируют наборы управляющих воздействий, которые подаются на вход модели динамики распространения анемии. Анализ результатов динамического моделирования позволяет проводить сравнительную оценку различных возможных сочетаний управляющих воздействий (как стимулов, так и запретов) с точки зрения их влияния на динамику заболеваемости среди населения.
14

Формирование рациона домохозяйства в модели

Рацион домохозяйства определяется суммой, отводимой на потребление продуктов питания, и распределением этой суммы по основным категориям продуктов. В качестве основных факторов, влияющих на формирование рациона домохозяйства в модели, выделяются:
15
  • состав (количество членов домохозяйства, из них количество детей);
  • доход (совокупные доходы всех членов домохозяйства);
  • доступность продуктов в регионе проживания;
  • традиции;
  • привычки.
16 Состав и доходы домохозяйства определяют S – сумму, отводимую из бюджета домохозяйства на приобретение продуктов питания:
17 S=D*F ,
18 где D – совокупный доход домохозяйства;  F – доля доходов, отводимая на приобретение продуктов питания.
19

Доля доходов, отводимая на приобретение продуктов питания F определяется в зависимости от состава и уровня дохода домохозяйств по данным Росстата [4]. В таблице 1 представлен процент расходов на продукты питания в зависимости от состава домохозяйства, в таблице 2 – в зависимости от принадлежности домохозяйства к определенной центили по доходам.
20 Таблица 2.1 Структура потребления домохозяйств в зависимости от состава
Процент дохода, отводимый на потребление продуктов питания Состав домохозяйства
один взрослый один взрослый с детьми двое или более взрослых без детей двое или более взрослых с детьми
36,6 34,3 32,3 30,5
21 Таблица 2.2 Структура потребления домохозяйств в зависимости от дохода
Процент дохода на потребление продуктов питания Центиль по доходам
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
48,1 45,9 44,1 41,3 39,1 37,3 35,3 32,3 28,3 18,4
22 Распределение суммы, отводимой на приобретение продуктов питания, по категориям продуктов определяется доступностью продуктов в регионе проживания (с учетом различий городской и сельской местности); традициями (в первую очередь религиозными запретами на употребление некоторых продуктов) и привычками (предпочтение определенных групп продуктов, следование здоровому образу жизни).
23 Для формализации процесса выбора категорий продуктов питания в модели вводится понятие «шаблон рациона», который определяет долю в тратах на каждую категорию продуктов:
24 Wr=⋃i=1nwir , ∑i=1nwir =1
25 где Wr – шаблон для рациона r ; wir – доля категории i в рационе r .
26

На выбор шаблона влияют цели домохозяйства и доступный уровень потребления. Целевой шаблон питания заключает в себе привычки домохозяйства. В зависимости от того, насколько рацион домохозяйства соответствует принципам правильного питания, выделяются сбалансированный, смешанный и несбалансированный целевые шаблоны. Распространенность данных шаблонов потребления среди населения РФ определяется на основе данных мониторинга ВЦИОМ «Здоровый образ жизни» [1], согласно которым 59% респондентов стараются вести здоровый образ жизни, 21% не следят за качеством питания, а 20% не имеют достаточно средств, чтобы покупать качественные продукты. Таким образом, среди населения, имеющего достаточно средств на приобретение продуктов питания 74% следят за его качеством (сбалансированный и смешанный шаблоны), а 26% - нет (несбалансированный шаблон). Согласно данным обзора ВЦИОМ «Питание: правильное и безопасное» [2], 56% респондентов несколько раз в неделю едят кондитерские изделия, столько же и с такой же регулярностью употребляют в пищу колбасы и мясные изделия. Эти данные позволяют выделить, что 44% населения стараются поддерживать полезный рацион питания (сбалансированный шаблон), тогда расчет показывает, что 30% населения имеют смешанный шаблон потребления.
27 Доступный уровень потребления определяется суммой, отводимой на приобретение продуктов питания, и уровнем цен на различные категории продуктов в регионе. В модели выделяется три уровня потребления:
28
  1. рацион I уровня соответствует получению не менее 90% всех ключевых нутриентов (витаминов и минералов), препятствующих развитию анемии;
  2. рацион II уровня соответствует получению не менее 75% всех ключевых нутриентов, препятствующих развитию анемии;
  3. минимальный рацион, при котором выбор делается в пользу дешевых и калорийных продуктов.
29 На рисунке 2 представлена схема модели потребителя, которая определяет согласования целей и возможностей домохозяйства в процессе приобретения продуктов питания. На первом шаге определяется сумма, отводимая домохозяйством на потребление продуктов питания, а также рассчитывается стоимость рациона I уровня для всех членов семьи.
30 На втором шаге производится сопоставление данных величин, а также учитываются предпочтения домохозяйства, закрепленные в виде его целевого шаблона. В случае, если домохозяйство обладает достаточной суммой, качество его рациона будет определяться его целевым шаблоном питания, иначе ключевую роль, независимо от его предпочтений, будет играть приобретение продуктов с максимальной калорийностью и минимальной ценой. Таким образом, с учетом возможностей и предпочтений выбирается соответствующий шаблон Wr .
31

Рисунок 2. Алгоритм формирования рациона домохозяйства
32 На третьем шаге происходит распределение бюджета по категориям продуктов в соответствии со структурой шаблона Wr . Из каждой категории удаляются продукты, недоступные для покупки в регионе проживания домохозяйства, а также неприемлемые в силу его религиозных традиций. Из оставшегося набора продуктов в категории на четвертом шаге формируется базовая часть (наиболее популярные продукты, употребляемые большинством населения) и случайная компонента, вносящая разнообразие в рацион конкретного домохозяйства. Осуществляется покупка выбранных продуктов у торгового агента.
33 На пятом шаге определяется итоговая пищевая ценность приобретенной корзины продуктов и определяется доля употребления каждым членом домохозяйства нутриентов, влияющих на динамику анемии, от рекомендуемой нормы потребления этих нутриентов.
34

Моделирование динамики анемии

Рацион питания определяет динамику развития анемии у членов домохозяйства в зависимости от их текущей стадии анемии, пола и возраста. На рисунке 3 представлена модель динамики перехода по различным стадиям анемии в зависимости от получаемого питания.
35

Рисунок 3. Автоматная модель динамики анемии в зависимости от качества получаемого питания
36 Состояния S обозначают стадии анемии: 0 – здоровый человек; 1 – анемия первой степени (легкой степени тяжести); 2 – анемия средней степени тяжести; 3 – тяжелая анемия.
37 Переходы соответствуют качеству получаемого питания в соответствии с рекомендуемыми нормами потребления (РНП) ключевых нутриентов: R – богатое витаминами и минералами, потребление более 90% РНП; N – нормальное, потребление не менее 75% РНП; P – бедное, потребление 50-70% РНП; E – истощающее, потребление менее 50% РНП.
38 На основе автоматной модели для каждого агента после определения его рациона и доли получаемых нутриентов от рекомендуемой нормы потребления определяется его текущая стадия заболевания, при этом также учитывается временная задержка, необходимая для осуществления перехода.
39

Заключение

Агент-ориентированная модель динамики распространения анемии в странах БРИКС обеспечивает возможность учета влияния качества получаемого питания на возникновение и протекание анемии у различных категорий населения. Структура модели включает агентов-жителей, производителей продуктов питания и торговых агентов. Исходя из доходов домохозяйства, доли бюджета, отводимой на покупку продуктов питания, и доступности различных продуктов в регионе проживания, а также традиций и предпочтений домохозяйства, определяется его типичный рацион. Качество рациона оценивается с точки зрения наличия в нем рекомендуемых норм потребления ключевых витаминов и микроэлементов, дефицит которых приводит к развитию анемии, при этом нормы потребления учитывают пол и возраст агента-жителя.

References

1. Analiticheskij obzor VTsIOM «Zdorovyj obraz zhizni: monitoring» // URL: https://wciom.ru/analytical-reviews/analiticheskii-obzor/zdorovyj-obraz-zhizni-monitoring

2. Analiticheskij obzor VTsIOM «Pitanie: pravil'noe i bezopasnoe» // URL: https://wciom.ru/analytical-reviews/analiticheskii-obzor/pitanie-pravilnoe-i-bezopasnoe

3. Makarov V.L., Bakhtizin A.R., Ageeva A.F., Sushko E.D. Modelirovanie ehpidemii COVID-19 – preimuschestva agent-orientirovannogo podkhoda. // Ehkonomicheskie i sotsial'nye peremeny: fakty, tendentsii, prognoz. 2020, T. 13, № 4

4. Federal'naya sluzhba gosudarstvennoj statistiki // URL: http://www.gks.ru/

5. Barbrook-Johnson, P., Badham, J., & Gilbert, N. Uses of Agent-Based Modeling for Health Communication: the TELL ME Case Study. Health Communication. 2016; 1-6. https://doi.org/10.1080/10410236.2016.1196414

6. Lamjed BS, Drogoul A. and Bouron T. Multi-agent based simulation of consumer behaviour: Towards a new marketing approach. Proceedings of the International Congress on Modelling and Simulation (MODSIM 2001), Canberra, Australia.

7. Witten IH., Frank E., Hall MA, Pal CJ. Data Mining: Practical machine learning tools and techniques. Morgan Kaufmann; 2016 Oct 1.

8. World Health Organization and Centers for Disease Control and Prevention (WHO/CDC). Worldwide prevalence of anaemia 1993–2005. WHO Global database on anaemia. 2008.

Comments

No posts found

Write a review
Translate