XQuery技術(shù)在中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)中的應(yīng)用

摘要:討論了中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)內(nèi)在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，提出一種通過層次模型和關(guān)系模型混合存儲(chǔ)經(jīng)絡(luò)和穴位的方法，在DB2數(shù)據(jù)庫中采用pureXML數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，并利用XQuery技術(shù)對(duì)人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行增、刪、改、查，實(shí)現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:人體經(jīng)絡(luò);數(shù)據(jù)庫;pureXML;XQuery

1 人體經(jīng)絡(luò)學(xué)的現(xiàn)狀

經(jīng)絡(luò)學(xué)是我國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的一個(gè)重要分支，是體會(huì)中醫(yī)的實(shí)質(zhì)、快速進(jìn)入中醫(yī)殿堂的捷徑。經(jīng)絡(luò)由經(jīng)和絡(luò)組成，經(jīng)是干線，絡(luò)是分支，人體有12條主干線，又稱為“十二正經(jīng)”，再加上奇經(jīng)八脈，共有三百六十多個(gè)穴位，此外還有無數(shù)的脈絡(luò)，經(jīng)絡(luò)縱橫交錯(cuò)。這些經(jīng)絡(luò)通往五臟六腑，內(nèi)臟有任何問題都會(huì)在經(jīng)絡(luò)相關(guān)的穴位上有所反映。有效地掌握和運(yùn)用經(jīng)絡(luò)學(xué)知識(shí)能夠增強(qiáng)人們的體質(zhì)，抵御疾病的侵襲。

目前的人體經(jīng)絡(luò)學(xué)是我國(guó)幾千年傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的積累，是無數(shù)醫(yī)學(xué)家智慧的結(jié)晶。雖然其具有一定的科學(xué)理論依據(jù)，但是大部分內(nèi)容還是幾千年經(jīng)驗(yàn)的積累，對(duì)于大多數(shù)人，甚至是中醫(yī)學(xué)院的學(xué)生來說，想熟練掌握經(jīng)絡(luò)學(xué)的知識(shí)都是非常困難的一件事情。

當(dāng)電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)絡(luò)學(xué)，尤其是制作出一套人體經(jīng)絡(luò)學(xué)學(xué)習(xí)系統(tǒng)和查詢系統(tǒng)是一個(gè)非常有現(xiàn)實(shí)意義的工作，有利于弘揚(yáng)祖國(guó)的傳統(tǒng)文化。但經(jīng)絡(luò)本身是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，與陰陽五行、四季更迭有密切的關(guān)系，不同的經(jīng)絡(luò)、不同的穴位能夠治療不同的疾病，同時(shí)，與中西醫(yī)的其他分支也有緊密的聯(lián)系。用計(jì)算機(jī)來存儲(chǔ)各個(gè)經(jīng)絡(luò)、各個(gè)穴位的結(jié)構(gòu)會(huì)有很多不同之處，而且不同的用戶可能根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)向系統(tǒng)中加入自己的經(jīng)驗(yàn)，其內(nèi)容也會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化。而目前主流的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是關(guān)系模型的，以二維表為基本的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)要求存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)保持相對(duì)穩(wěn)定、一致，并不適合用于存儲(chǔ)經(jīng)絡(luò)和穴位。

2 pureXML數(shù)據(jù)格式的優(yōu)勢(shì)

pureXML技術(shù)的出現(xiàn)為經(jīng)絡(luò)、穴位的描述提供了有效的手段。pureXML是具有良好格式的XML數(shù)據(jù)，其具有層次化的結(jié)構(gòu)，支持DTD和XML Schema，非常適合存儲(chǔ)異構(gòu)的數(shù)據(jù)。研發(fā)人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用XML數(shù)據(jù)格式作為后臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式比關(guān)系數(shù)據(jù)庫更加有優(yōu)勢(shì)。

目前XML的存儲(chǔ)方式主要有以下幾種:

將XML文檔分解成關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的一系列表，在需要的時(shí)候再把相關(guān)字段抽取出來組合成XML文檔。這種方式適用于XML內(nèi)容非常規(guī)范，并且業(yè)務(wù)需求變化不大的系統(tǒng);

以文本方式保存在文件系統(tǒng)中，這種方式需要使用DOM或者SAX方式對(duì)XML進(jìn)行解析，效率不高，而且由于需要程序員自行維護(hù)文件系統(tǒng)，增加了編程的難度，系統(tǒng)也不夠通用;

把一個(gè)XML文件作為一個(gè)大文本存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的一個(gè)字段中，很多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都支持存儲(chǔ)最大達(dá)到2G的大文本，但是采用這種方式喪失了XML文檔固有的層次特性，無法對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行分析檢索，如果分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又與第二種方式相似，造成效率低下，通用性降低;

把XML文檔存儲(chǔ)在支持XML解析和檢索的數(shù)據(jù)庫中，通過XQuery這種針對(duì)XML文檔的專用語言，來檢索XML文檔。這種方式可以保留XML文檔原有的層次結(jié)構(gòu)，而且可以高效地定位到XML文檔中特定的節(jié)點(diǎn)，是最具有潛力的XML存儲(chǔ)方式。

目前IBM、Oracle、微軟等數(shù)據(jù)庫主要研發(fā)廠商都在自己的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)最新版本中增加了XML特性，其中IBM的DB2 V9及后續(xù)版本是IBM最新推出的“混合型”數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，除了支持傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)，還支持pureXML這種層次化的數(shù)據(jù)，用戶可以在一個(gè)表中混合存儲(chǔ)關(guān)系數(shù)據(jù)和pureXML數(shù)據(jù)，還可以使用SQL和XQuery語言自由地查詢和處理這兩種數(shù)據(jù)，是目前對(duì)pureXML數(shù)據(jù)支持程度最高、與標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂的標(biāo)準(zhǔn)最為接近的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3 用關(guān)系、層次混合模型存儲(chǔ)經(jīng)絡(luò)和穴位

人體中12條正經(jīng)、奇經(jīng)八脈、360多個(gè)穴位本身的名稱、位置等性質(zhì)已經(jīng)固定，適合使用關(guān)系模型進(jìn)行存儲(chǔ)，而各個(gè)穴位獨(dú)特的屬性、點(diǎn)按的手法、適合的病癥等信息存在很大差異，而且存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)本身也經(jīng)常發(fā)生變化，適合采用XML格式的層次模型進(jìn)行存儲(chǔ)。

根據(jù)人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)關(guān)系模型如下:

表1中所有字段都是固定的，適合于采用關(guān)系模型進(jìn)行存儲(chǔ)。

表2中的最后一個(gè)字段cure，保存能夠治療的疾病以及治療的方法，其內(nèi)容隨著穴位的改變會(huì)有很大不同，不適合采用固定結(jié)構(gòu)的字段存儲(chǔ)，所以采用XML結(jié)構(gòu)。

此外還包括藥品表、時(shí)令表、治療手法表等其他若干張表格，用于與經(jīng)絡(luò)表和穴位表相關(guān)聯(lián)，因?yàn)橹嗅t(yī)各個(gè)分支是相輔相成的，不能完全割裂開來。限于篇幅，此處省略其他表格的結(jié)構(gòu)定義。

4 使用XQuery操縱pureXML數(shù)據(jù)

首先給出pureXML中幾個(gè)基本定義。

定義一:標(biāo)簽。用戶自定義的、用一對(duì)尖括號(hào)括起來的內(nèi)容，稱為標(biāo)簽，在pureXML中，標(biāo)簽是成對(duì)出現(xiàn)的，結(jié)尾標(biāo)簽與起始標(biāo)簽同名，但在名字前面加上斜線(/)。

定義二:元素。在pureXML文檔中，一對(duì)首尾標(biāo)簽所包含的完整部分(包括標(biāo)簽本身)作為一個(gè)元素。

定義三:屬性。在pureXML文檔中，每個(gè)元素都可以擁有自己的若干屬性，屬性由“屬性名=屬性值”構(gòu)成，屬性寫在元素名稱所在的標(biāo)簽中，屬性與元素名稱之間、屬性與屬性之間使用空格進(jìn)行分隔。

定義四:文本。元素的一對(duì)首尾標(biāo)簽之間所包含的內(nèi)容稱為文本(不包括標(biāo)簽)。如果文本沒有內(nèi)容，則首尾標(biāo)簽可以簡(jiǎn)寫為一個(gè)標(biāo)簽，在標(biāo)簽名后面加上一條斜線(/)。

下面是穴位表points中cure字段的一個(gè)例子:

<穴位 id=\"101\">

<名稱>筑賓穴

<功效>補(bǔ)腎

<含義>“筑”為建筑房屋之意，與“杵”相通，是生活中搗蒜、搗米的工具。“賓”通“臏”，指膝蓋骨。“筑賓”指在膝蓋骨旁邊再搭一個(gè)柱子，起強(qiáng)身健骨的作用。

<主治>

<強(qiáng)健>膝蓋發(fā)軟

<神智>抑郁癥，癲癇，恐懼

<解毒>解煙毒、裝修氣味毒、長(zhǎng)期服藥體內(nèi)淤毒，化痰，活血，祛濕

<尿酸>痛風(fēng)，結(jié)石

<手法>按揉

<相關(guān)>太沖穴

在這個(gè)例子中，所有用尖括號(hào)括起來的都是標(biāo)簽，標(biāo)簽都是成對(duì)出現(xiàn)的。每一對(duì)標(biāo)簽所包含的內(nèi)容就是一個(gè)元素，如“<功效>補(bǔ)腎”，一個(gè)元素中可能包含若干子元素。元素的屬性在元素名稱后面，如<筑賓穴 id=\"101\">當(dāng)中的id=\"101\"，表示屬性id的值為101。元素除去標(biāo)簽之外的部分為文本，如“<功效>補(bǔ)腎”中的“補(bǔ)腎”。

XQuery相對(duì)于XML，就類似SQL相對(duì)于二維關(guān)系表，使用XQuery可以實(shí)現(xiàn)對(duì)XML數(shù)據(jù)中節(jié)點(diǎn)、屬性以及文本的增加、刪除、修改和查詢。下面以人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中幾個(gè)實(shí)際例子說明XQuery的主要用法:

4.1 XML數(shù)據(jù)的查詢

如果要查詢哪個(gè)穴位可以治療結(jié)石，可以采用如下XQuery語句:

SELECT name， position，

XMLCAST(XMLQUERY('$i/穴位/主治' PASSING cure as \"i\")AS CHAR(50)) AS cure，

XMLCAST(XMLQUERY('$i/穴位/手法' PASSING cure as \"i\")AS CHAR(50)) AS method

FROM points

WHERE XMLEXISTS('$i/穴位/主治[contains(尿酸， \"結(jié)石\")]' PASSING cure AS \"i\");

其中，XMLQUERY函數(shù)是能夠使用路徑表達(dá)式或FLWOR表達(dá)式來進(jìn)行XQuery查詢并返回結(jié)果的函數(shù)，而XMLCAST是將XQuery查詢結(jié)果轉(zhuǎn)換為普通字符數(shù)據(jù)類型的函數(shù)，XMLEXISTS函數(shù)能夠判斷一個(gè)XML文檔內(nèi)部是否滿足一定的查詢條件。

4.2 XML數(shù)據(jù)的修改

假設(shè)要把筑賓穴的尿酸項(xiàng)目改為“<尿酸>痛風(fēng)，腎結(jié)石”，可以采用類似如下的XQuery語句:

UPDATE points

SET cure=XMLQUERY(

'TRANSFORM COPY $new:=$i MODIFY DO REPLACE VALUE OF

$new/穴位/主治/尿酸 WITH \"痛風(fēng)，腎結(jié)石\" RETURN $new' PASSING cure as \"i\")

WHERE name='筑賓穴'

4.3 向XML文檔中插入一個(gè)節(jié)點(diǎn)

假設(shè)要在“手法”元素后面插入一個(gè)新的元素“<適用人群>所有人”，可以采用類似如下的XQuery語句:

UPDATE points

SET cure=XMLQUERY(

'COPY $new:=$i MODIFY DO INSERT <適用人群>所有人

AFTER $new/穴位/手法

RETURN $new' PASSING cure as \"i\")

WHERE name='筑賓穴'

4.4 從XML文檔中刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)

假設(shè)要將“<強(qiáng)健>膝蓋發(fā)軟”這個(gè)節(jié)點(diǎn)刪除掉，可以采用類似如下的XQuery語句:

UPDATE points

SET cure=XMLQUERY(

'COPY $new:=$i MODIFY DO

DELETE $new/穴位/主治/強(qiáng)健

RETURN $new' PASSING cure as \"i\")

WHERE name='筑賓穴'

5 人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的難點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)

人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)最困難的部分在于對(duì)中醫(yī)的理解，只有對(duì)經(jīng)絡(luò)學(xué)以及與之相關(guān)的中醫(yī)、中藥、五行、時(shí)令等多方面內(nèi)容深入理解，才能夠建立起全面、高效的模型，并基于此編程實(shí)現(xiàn)，解決這個(gè)困難最好的方法是與醫(yī)院或者中醫(yī)相關(guān)部門合作，并反復(fù)對(duì)項(xiàng)目的需求進(jìn)行討論。

其次，該系統(tǒng)前臺(tái)通過Java實(shí)現(xiàn)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用DB2 9.0以上的版本，DB2 9.0以上的版本能夠較好地支持XQuery，但前臺(tái)的顯示需要提供足夠的靈活性和便捷性，使用戶操作起來既不能很繁瑣，又可以實(shí)現(xiàn)很多自己定義的內(nèi)容，從而體現(xiàn)出XML數(shù)據(jù)格式的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)便捷性的思路是在頁面上大多數(shù)選項(xiàng)提供默認(rèn)值，使用戶直接點(diǎn)擊“下一步”按鈕即可，實(shí)現(xiàn)靈活性的思路是在頁面上提供用戶自定義鏈接或按鈕，允許用戶增加自己命名的選項(xiàng)并賦予相應(yīng)的值。

再次，要實(shí)現(xiàn)Java與pureXML的結(jié)合，即要在Java環(huán)境中使用pureXML，這可以通過選擇Java XQuery API(簡(jiǎn)稱XQJ)來實(shí)現(xiàn)，該API可以從DataDirect下載免費(fèi)的試用版，按照說明文檔進(jìn)行安裝，然后把XQJ JAR添加到類路徑中，接下來就可以編寫Java代碼運(yùn)行XQuery了。每個(gè)程序包含兩個(gè)部分:建立/訪問XQuery數(shù)據(jù)源;執(zhí)行XQuery。核心代碼如下:

package ibm.dw.xqj;

import com.ddtek.xquery3.XQConnection;

import com.ddtek.xquery3.XQException;

import com.ddtek.xquery3.xqj.DDXQDataSource;

private String filename;

private DDXQDataSource dataSource;

private XQConnection conn;

dataSource = new DDXQDataSource();

conn = dataSource.getConnection();

首先建立一個(gè)新的數(shù)據(jù)源，該對(duì)象的類型是com.ddtek.xquery3.xqj.DDXQDataSource。然后使用數(shù)據(jù)源得到新的com.ddtek.xquery3.XQConnection對(duì)象。該對(duì)象可以接受查詢字符串并執(zhí)行。運(yùn)行查詢需要經(jīng)過以下步驟:

(1)從XQConnection創(chuàng)建一個(gè)XQExpression對(duì)象。

(2)使用XQExpression對(duì)象的bindXXX()方法把變量綁定到查詢。

(3)執(zhí)行查詢，結(jié)果保存到XQSequence對(duì)象中。

以下是查詢代碼:

String xmlFilename = args[0];

XQueryTester tester = new XQueryTester (xmlFilename);

tester.init();

final String sep=System.getProperty(\"line.separator\");

String queryString =包含XQuery的字符串;

XQExpression expression = conn.createExpression();

expression.bindString(new QName(\"docName\")， filename，conn.createAtomicType

(XQItemType. XQBASETYPE_STRING));

XQSequence results = expression.executeQuery(queryString);

return results.getSequenceAsString(new Properties());

通過以上方法，就可以利用Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)XQuery查詢，從而實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。

6 小結(jié)與未來改進(jìn)方向

本文討論了通過XQuery技術(shù)對(duì)以XML格式存儲(chǔ)的人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的方法，實(shí)現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。XQuery技術(shù)對(duì)pureXML數(shù)據(jù)進(jìn)行存取，其固有的層次型結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的靈活性，并且能夠與傳統(tǒng)的關(guān)系模型良好地結(jié)合與轉(zhuǎn)換，該技術(shù)必然會(huì)成為下一代信息管理系統(tǒng)的核心技術(shù)。

但目前XQuery技術(shù)還存在一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是語法過于復(fù)雜，程序員學(xué)習(xí)的難度曲線很大;二是XQuery技術(shù)在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方面不像關(guān)系模型那樣有成熟的理論基礎(chǔ);三是目前各個(gè)廠商對(duì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支持程度不一，給程序的遷移造成了困難。相信這些問題會(huì)隨著該技術(shù)的深入應(yīng)用而逐步得到解決的。

下一步，人體經(jīng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)將在前臺(tái)增加flash格式的人體經(jīng)絡(luò)顯示，并且能夠與用戶進(jìn)行交互，允許用戶通過點(diǎn)擊形象的flash圖像來得到相關(guān)信息;同時(shí)在后臺(tái)增加智能學(xué)習(xí)算法，在數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)量達(dá)到一定規(guī)模之后，根據(jù)一些預(yù)定義的規(guī)則進(jìn)行推理，從而得出一些新的治療方案，供專業(yè)醫(yī)師參考。

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