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中醫(yī)學(xué)理論計(jì)算機(jī)仿真初探
摘 要：雖然中醫(yī)學(xué)所構(gòu)建的龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)難以在簡單系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證，但現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為中醫(yī)學(xué)提供了復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室。而面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與中醫(yī)學(xué)相似的思維方式使之成為可能。運(yùn)用這一技術(shù)可以作出諸如中醫(yī)學(xué)意義上的生理、病證、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，不僅可以對(duì)中醫(yī)學(xué)概念、理論、方法的客觀性、有效性、實(shí)用性進(jìn)行證實(shí)，而且有前瞻性和預(yù)測性。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；復(fù)雜系統(tǒng)；中醫(yī)學(xué)；面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)
1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)提供了適合中醫(yī)學(xué)理論的實(shí)驗(yàn)室
科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)著整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使人類社會(huì)由工業(yè)社會(huì)向后工業(yè)社會(huì)——信息社會(huì)過渡。我國著名的科學(xué)家錢學(xué)森說：“我們所設(shè)計(jì)的信息體系簡直可以包括全部人類千百年來創(chuàng)造的、而且還在不斷創(chuàng)造的精神財(cái)富。而這全部精神財(cái)富可以由我們每個(gè)人隨手調(diào)用和享受。這不但是從舊的腦力勞動(dòng)中解放出來，而且是獲得一個(gè)偉大的世界，從來未有的高度文化的世界�！藢⒆兊酶鼮槁斆鳎祟惖那斑M(jìn)步伐更將加快。”這位大科學(xué)家以前所未有的高度論述了由計(jì)算機(jī)引起的這場技術(shù)革命。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一種嶄新的學(xué)科——仿真學(xué)誕生了，從新藥品的仿真測試到行星和星系的創(chuàng)生模型，以及計(jì)算機(jī)化培養(yǎng)皿中生長的數(shù)字生命形式，這是一種新的方法，不是基于直接的觀察和實(shí)驗(yàn)，而是基于從真實(shí)空間向虛擬空間的映射。雖然這項(xiàng)工作仍處于起歩階段，但已足以讓每一顆好奇的心欣喜若狂。在這樣一個(gè)偉大的時(shí)代，古老的中醫(yī)學(xué)面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。怎樣將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)融入中醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是一個(gè)值得深思和大膽嘗試的問題。值得慶幸的是，計(jì)算機(jī)仿真是建立在復(fù)雜系統(tǒng)理論基礎(chǔ)上的，而中醫(yī)學(xué)理論所描述的正是這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。
當(dāng)伽俐略第一次拿起望遠(yuǎn)鏡仰望太空時(shí)，他為人類創(chuàng)造了科學(xué)方法，即用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)關(guān)于世界如何成其為世界的種種假說。于是有了擁有試管、曲頸瓶和本生燈的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，用來探測物質(zhì)內(nèi)核的價(jià)值連城的粒子加速器，以及在任何生物實(shí)驗(yàn)室都能看到的解剖青蛙和用顯微鏡觀察植物細(xì)胞。然而，這些都是僅適用于簡單系統(tǒng)中物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的實(shí)驗(yàn)室�，F(xiàn)代理論物理學(xué)家薛定諤（Erwin Schrodinger）在《生命是什么？》一書中寫道：“只要我們涉及活物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，我們就必須面對(duì)這樣一個(gè)事實(shí)：它是以不能還原成通常的物理學(xué)定律的方式起作用的。原因不在于某種‘新的力’或某種類似的東西支配著活的機(jī)體中的一個(gè)個(gè)原子，而是其結(jié)構(gòu)不同于任何我們已從試驗(yàn)室研究中認(rèn)識(shí)的東西。”[1]也正因如此，尤其是對(duì)于與西醫(yī)學(xué)思維方式大相徑庭的中醫(yī)學(xué)理論，實(shí)驗(yàn)室研究一直是一籌莫展，經(jīng)絡(luò)實(shí)質(zhì)的研究無功而返，各種“證”的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)令人啼笑皆非，中藥的研究幾乎與中醫(yī)理論毫不相干……中醫(yī)學(xué)所構(gòu)建的龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)難以在簡單系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證，這是不難理解的。計(jì)算機(jī)仿真學(xué)的出現(xiàn)真值得每一位中醫(yī)界的同仁為此干上一杯，因?yàn)檫@一方法的出現(xiàn)能使中醫(yī)學(xué)多年的“科學(xué)夢(mèng)”成為現(xiàn)實(shí)！雖然計(jì)算機(jī)仿真學(xué)正在起步? ??舛災(zāi)幸窖Ю此等詞悄訓(xùn)玫幕?觶?喚隹梢越銥?涔爬隙?衩氐拿嬪矗??矣型??幸窖Т蚩?簧刃碌拇竺牛??馗??憷?姆⒄箍占洹?nbsp;
而將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)運(yùn)用于中醫(yī)學(xué)，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，下面將面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)作一簡要介紹。
2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（OOP）概述
面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)簡稱OOP，是Object-Oriented Programming的縮寫。面向?qū)ο笫桥c面向過程相對(duì)而言的，傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語言,如Ｃ語言，是面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，這種語言在２０世紀(jì)８０年代非常流行。隨著軟件業(yè)的發(fā)展，軟件的規(guī)模越來越大，導(dǎo)致軟件的生產(chǎn)、調(diào)試、維護(hù)越來越困難，因而發(fā)生了軟件危機(jī)。人們期待著一種效率更高，更加容易理解，更加符合人類思維習(xí)慣的程序設(shè)計(jì)語言，ＯＯＰ就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。在２０世紀(jì)９０年代，ＯＯＰ異軍突起，成為最有希望，最有活力的程序設(shè)計(jì)方法。
①面向?qū)ο笈c面向過程的區(qū)別
計(jì)算機(jī)沒有思想，人必須明確地告訴它如何運(yùn)算，每一步做什么。站在這種計(jì)算機(jī)的角度進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，就是面向過程的方法。如：用計(jì)算機(jī)模擬一只貓捉老鼠的過程，程序員必須告訴計(jì)算機(jī)每一步貓的具體的動(dòng)作。如果用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法來做，就可以把貓作為一個(gè)獨(dú)立的對(duì)象，貓會(huì)奔跑，貓會(huì)捉老鼠，這些是它的固有屬性，被封裝在貓這個(gè)對(duì)象之中，所以，只需給出老鼠出現(xiàn)的信息，貓就會(huì)自動(dòng)去捉。與面向過程相比，面向?qū)ο蟮姆椒ǜ先说乃季S習(xí)慣。
②對(duì)象與類的概念
對(duì)象與類是面向?qū)ο蠓椒ㄖ械膬蓚�(gè)基本概念�？陀^世界中實(shí)體的抽象構(gòu)成對(duì)象，任何事物都可以作為一個(gè)對(duì)象，如一個(gè)人、一輛汽車、一個(gè)窗口、一個(gè)按鈕、一座建筑、一項(xiàng)貸款等等。對(duì)象的劃分和定義是靈活的，視需要而定。具有相同屬性和行為的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的集合成為一類。類有層次之別，類下可以有子類，類上可以有父類。如：人可分為男人和女人，男人又可以分為兒童、青年、成年、老年等等。類是對(duì)象的抽象，對(duì)象是類的實(shí)例。類的劃分也是靈活的，依需要而定。子類可以作為父類的對(duì)象看待。
③對(duì)象的特性
對(duì)象有以下基本特性：
封裝性：對(duì)象是相對(duì)獨(dú)立的單元，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)和操作被封裝在內(nèi)部，對(duì)外是不可見的。對(duì)象和對(duì)象之間通過信息交換進(jìn)行聯(lián)系。如一只花貓，它是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的個(gè)體，它的機(jī)體內(nèi)包含復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)是不可見的。
繼承性：每個(gè)對(duì)象都從它所屬的類中繼承共性。如一只花貓，它從貓這一類中繼承了貓的共性。
多態(tài)性：每個(gè)對(duì)象都有其特有的屬性，使之區(qū)別于其它對(duì)象。如一只具體的貓，它與其它貓是不同的，有不同色澤、脾氣、體重等。
④面向?qū)ο蠓椒ǹ梢杂孟铝蟹匠淌絹砀爬ǎ?br /> OO=Objects+Classes+Inheritance+Communication With Messages
即：面向?qū)ο螅綄?duì)象＋類＋繼承＋信息交換
在這里值得注意的是，上面的方程式也可以用作系統(tǒng)的描述，而且容易從中看出簡單系統(tǒng)與復(fù)雜系統(tǒng)的區(qū)別：簡單系統(tǒng)通常是少量的個(gè)體對(duì)象，它們之間的相互作用較弱，甚至可以忽略不計(jì)，故而可以作為獨(dú)立的個(gè)體進(jìn)行研究；而復(fù)雜系統(tǒng)中涉及中等數(shù)目的對(duì)象，不僅如此，對(duì)象通常具有智能性與自適應(yīng)性，它們可以按照各種規(guī)則
作出決策，隨時(shí)準(zhǔn)備根據(jù)接收到的新信息修改自身的行為規(guī)則，故而每一個(gè)對(duì)象不能獨(dú)立的看待，這正符合了中醫(yī)學(xué)的整體觀。
3 運(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)進(jìn)行中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真
①面向?qū)ο蠓椒ㄅc中醫(yī)學(xué)具有相似的思維方式
假使我們想用傳統(tǒng)的面向過程的方法來完成中醫(yī)學(xué)理論的計(jì)算機(jī)仿真，不僅是一件難以想象的事，而且是不可能的事，對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)出人體生理、病理等過程的每一步指令，既使是在分析還原思維方式指導(dǎo)下對(duì)人體結(jié)構(gòu)分解得極細(xì)，對(duì)人體生化過程了解得極為透徹的西醫(yī)學(xué)也無能為力，更何況中醫(yī)學(xué)本身就只重整體，不重結(jié)構(gòu)。而面向?qū)ο蠓椒�，因其與中醫(yī)學(xué)在思維方式上有驚人的相似之處，使之運(yùn)用于中醫(yī)學(xué)成為可能，成為對(duì)中醫(yī)學(xué)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的基礎(chǔ)。其相似性體現(xiàn)在中醫(yī)學(xué)的整體觀與黑箱方法和ＯＯＰ中的對(duì)象的特性及其信息交換上�？梢詫⑸衔闹忻嫦�?qū)ο蠓椒▽W(xué)的方程式用下圖表示： 而這正是黑箱方法的圖形表達(dá)。黑箱方法典型地表現(xiàn)在中醫(yī)學(xué)的藏象學(xué)說中。藏象學(xué)說是關(guān)于人體臟腑功能的學(xué)說。古人雖然知道“八尺之士，可以剖而視之�！保ā鹅`樞·脹論》）但又認(rèn)為“藏府之在胸脅腹里之內(nèi)，若匣匱之藏禁器也�！保ㄍ希└匾氖�，基于不同于西方的思維方式，中國古代對(duì)于整體性和運(yùn)動(dòng)性的強(qiáng)調(diào)，使得中醫(yī)學(xué)未從解剖入手，分析人體的結(jié)構(gòu)、成分，而是以極簡單的解剖為基礎(chǔ)，構(gòu)造出了以象為內(nèi)容的有機(jī)的學(xué)術(shù)體系。由“藏象”之名可知，中醫(yī)是以現(xiàn)之于外的象來把握藏之于內(nèi)的臟的，即“執(zhí)其見功處見其形” ，即黑箱方法。對(duì)此《靈樞·順氣一是分為四時(shí)》中論述道：“內(nèi)外相襲，若鼓之應(yīng)桴，響之應(yīng)聲，影之似形。”例如《素問·六節(jié)藏象論》對(duì)心的描述是這樣的：“心者，生之本，神之變也；其華在面，其充在血脈，為陽中之太陽，通于夏氣�！逼渌呐K與此相仿。由此可以看出，這里的心己不是解剖學(xué)中的有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)之心，而是一系列相關(guān)的生命活動(dòng)的表現(xiàn)在人腦中形成的綜合的象。它不具有實(shí)體性，卻正好可以作為面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)中的一個(gè)對(duì)象來看待。推而廣之，中醫(yī)學(xué)中的其它概念，如氣、血、津液、精、神、經(jīng)絡(luò)等，都可以作為一個(gè)個(gè)對(duì)象，對(duì)象之間通過信息的交換，相互密切聯(lián)系，從而形成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真便可由此開始。
②中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用前景
用計(jì)算機(jī)仿真學(xué)對(duì)中醫(yī)學(xué)中的概念、現(xiàn)象、原理、機(jī)制等進(jìn)行模擬，可以建立各種模型，服務(wù)于教學(xué)、科研、臨床。主要可以用于建設(shè)生理模型、病證模型、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?
生理模型：在中醫(yī)學(xué)中五臟、六腑、氣、血、津、液、經(jīng)絡(luò)、筋、脈、骨、髓等，都可以構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的對(duì)象，賦予每個(gè)對(duì)象適當(dāng)?shù)膶傩�，�?duì)象具有智能性與自適應(yīng)性，它們可以按照各自的屬性作出決策，并隨時(shí)準(zhǔn)備根據(jù)接收到的新信息修改自身的行為規(guī)則，它們之間通過信息交換互相聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，這一復(fù)雜系統(tǒng)即人體。在此基礎(chǔ)上很容易就可以建立人體的病理模型。下圖是生理模型的簡單圖示，實(shí)際中的生理模型還要復(fù)雜的多。
（圖略）
病證模型：中醫(yī)學(xué)中的證是非常復(fù)雜的，也是獨(dú)具特色的。辨證論治非常靈活，以哮喘為例，說明中醫(yī)病證模型的組建。哮喘發(fā)病，總因本虛標(biāo)實(shí)，其病位雖在肺，但與脾、腎密切相關(guān)，先天不足后天失養(yǎng)造成肺、脾、腎不足是哮喘發(fā)病的內(nèi)在原因。正氣不足就易感外邪，感邪而產(chǎn)生風(fēng)、寒、熱、痰、濕、瘀、氣等諸多病理因素，一些病理因素作用于肺，是發(fā)生哮喘的外在原因。如下圖所示，運(yùn)用ＯＯＰ將各種因素的特性封裝起來，作為對(duì)象，它們之間相互聯(lián)系，就可以建造哮喘的病證模型，輸入相應(yīng)的信息，就可以得出諸如肺脾兩虛，寒痰蘊(yùn)肺；肺腎不足，腎不納氣；風(fēng)寒外束，痰熱內(nèi)阻等證型，有力地指導(dǎo)臨床實(shí)踐。
（圖略）
實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停赫缭谄囇兄浦行枰呐鲎矊?shí)驗(yàn)可以用計(jì)算機(jī)模擬代替，中醫(yī)學(xué)中的實(shí)驗(yàn)也可以用計(jì)算機(jī)模擬來代替。這樣就可以提高效率，降低消耗。比如可以建立中藥模型庫、方劑模型庫、病因模型庫、生理模型庫、病證模型庫，如下圖所示，中藥模型庫和方劑模型庫作用于病證模型庫，就可以模擬出對(duì)于某種病證的最佳治療方案，選擇最佳藥物及最佳方劑。病因模型庫作用于生理模型庫，生理就可以模擬出在某些致病因素下，人體生理的變化，疾病的發(fā)生、發(fā)展、及轉(zhuǎn)歸。這些都可以為中醫(yī)學(xué)研究工作提供有力的參考。
（圖略）
4 小結(jié)
運(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)進(jìn)行中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真，不僅可以提高教學(xué)、科研、臨床的生產(chǎn)力，節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力，而且可以屏棄簡單系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的不足，為中醫(yī)學(xué)提供實(shí)驗(yàn)的空間。十六世紀(jì)，伽利略通過引入可重復(fù)的受控實(shí)驗(yàn)室的思想，開創(chuàng)了近代科學(xué)的實(shí)踐，目前這一思想成為判定延續(xù)幾千年的中醫(yī)學(xué)是否科學(xué)的依據(jù)，而這一思想的中心在于能夠?qū)嵤┮恍⿲?shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)關(guān)于待研究現(xiàn)象的假說。運(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)進(jìn)行中醫(yī)學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真不僅可以對(duì)中醫(yī)學(xué)概念、理論、方法的客觀性、有效性、實(shí)用性進(jìn)行證實(shí)，而且有前瞻性和預(yù)測性。
引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是中醫(yī)學(xué)科研的大勢所趨，也是目前將當(dāng)代最前沿的信息技術(shù)與最古老的中醫(yī)學(xué)相結(jié)合的最佳契機(jī),這里有大量的工作尚待有志者去完成。
參考文獻(xiàn)：
[1] [德]克勞斯·邁因策爾 著， 曾國屏 譯.復(fù)雜性中的思維.北京：中央編譯出版社，2000：111.
作者簡介：
李婷（1972-），女，山西人。1993年于南京大學(xué)獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1996年于上海中醫(yī)藥大學(xué)獲中醫(yī)學(xué)第二學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為南京中醫(yī)藥大學(xué)在讀碩士研究生。主要從事中醫(yī)基礎(chǔ)理論、中醫(yī)學(xué)方法論、方劑學(xué)的研究。
陳曉東（1972-），男，黑龍江人。1993年于南京大學(xué)獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1996年于上海中醫(yī)藥大學(xué)獲中醫(yī)學(xué)第二學(xué)士學(xué)位，2002年于南京中醫(yī)藥大學(xué)獲醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位。
Exploration of Computer Emulation in TCM Theory
CHEN Xiao-dong, LI Ting
(Nanjing University of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210029, China)
ABSTRACT: Modern computer emulation technology has offered TCM a laboratory for research on complex system, althrough the enormous complicated system of TCM difficult to be confirmed in a simple system laboratory. Due to the similar thoughtway with TCM, Object Oriented Programming can be used to construct models of TCM p
hysiology, syndrome and experimentation, which contribute to the research of TCM theory and have prediction capability as well.
KEY WORDS: computer emulation; complex system; Traditional Chinese Medicine; Object Oriented Programming
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