灰色系统在国民体质的研究现状及前景分析

刘俞宏

（山东省体育科学研究中心，山东 济南250001）

体质健康是促进人的全面发展的必然需求， 是经济社会发展的根本目的和重要目标。 习近平总书记曾指出 “人民身体健康是全面建成小康社会的重要基础， 要始终把广大人民群众健康安全摆在首要位置”，同时强调没有全民健康就没有全面小康， 以全民健康来促进全面小康是实现中国梦的重要支撑。 灰色系统理论是1982 年由中国学者邓聚龙教授创立，该理论以 “部分信息已知，部分信息未知” 的 “小数据”“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对 “部分” 已知信息的挖掘，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控［1］。 1986 年灰色系统理论这一名词首次出现在体育科研领域［2］，1987 年即被应用到群众体质研究中，已有30 多年的时间，虽然有关国民体质研究运用灰色系统理论比较早，但目前为止应用仍不是非常广泛。 基于此，本研究对我国灰色理论在国民体质方面的文献进行了综述， 对灰色理论在国民体质研究领域的未来趋势进行了展望。 同时本文也为全民健康疾病预防等方面提供参考， 为全民健身政策的制定提供更科学的依据。

1 灰色预测模型在体质研究方面的应用

古语 “凡事预则立、不预则废”，灰色系统中的预测模型在体质研究应用中占据着非常大的比例。 灰色系统预测模型是指通过原始数据的处理和灰色模型的建立，挖掘、发现、掌握系统演化规律，对系统的未来状态做出科学的定量预测。 对于体质，以往的研究基本上都是数列预测，即对未来的取值进行预测，采用的是GM（1,1）数列预测模型。 比如1987 年娄光大以湖南市17 岁女生1981～1986 年身高数据为例，预测1987～2000 年湖南市17 岁女生的身高，认为这一模型可以应用于其他的体质调研数据中， 从而对未来人口质量的动态变化进行预测和分析［3］。 喜悦在 2015 年以 1995～2010 年全国学生体质调研数据中维吾尔族、朝鲜族、回族、藏族、壮族5 类少数民族7～17 岁学生为研究对象，选取速度素质、耐力素质、肌肉力量素质、柔韧性、肺活量等身体素质的相关指标进行分析和灰色预测，得出了未来10 年的5 类少数民族学生身体素质的预测值和变化情况， 并以此给出建议如何提高少数民族学生的生长发育水平［4］。 许良在 2006 年以 1979、1985、1995、2000 年的7～18 岁儿童青少年体质调研数据为基础，对全国城市青少儿身高、 体重和胸围生长发育趋势进行灰色预测， 得出来未来10年全国城市青少儿身高、 体重和胸围生长发育的期望模型及其预测值［5］。刘尚红等在 2018 年以 1985、1995、2000、2005、2010、2014 年共6 年的宁夏地区全国学生体质与健康调研的数据为基础，采用派生指标BMI 进行预测未来10 年宁夏地区儿童青少年的肥胖率［6］。

上述文献中灰色系统在体质研究上的应用有以下主要特点：1）集中于对儿童青少年体质方面的灰色预测研究。 究其原因， 一方面预测儿童青少年的生长发育变化主要用于科学选材，为未来的竞技体育提供优秀人才；另一方面儿童青少年的生长发育在一定程度上能够体现一个国家和地区的政治、经济、文化等各个方面的综合实力水平。 而且自建国以来，国家基本每5 年一次的全国学生体质调研也为儿童青少年体质灰色预测研究方面提供了数据基础。 2）这些研究中灰色预测模型的应用没有考虑预测精准度，GM（1,1）基本预测模型的稳定性一直是众多学者探讨的问题之一， 该模型具有一定的适用范围，在做长期预测时存在较大的误差。 3）大部分研究只是对体质指标预测的重复应用，比较浅显，没有深层的分析研究问题。

谢彬在 2000 年以 1979、1985、1995、2000 年的 19～22 岁的大学生为研究对象，采用灰色控制理论中的GM（1，1）模型对男女大学生分别进行体质预测， 提出未来2～3 年内湖北学生体质发展趋势， 并认为通过灰色系统得出的数值不一定与未来的实测值完全一致， 但是预测值所表达出来的是各项指标按计算年代的实际状况来反映在未来的一段时期内可能发展及变化的一种趋势， 是一种符合发展趋势的可用于实际预测的理想建模分析方法， 运用该方法进行体质发展趋势的研究是可行的，具有实际研究意义［7］。 齐雷涛在 2013 年将 2003～2011 年潍坊某医学院在校大学生的体检数据作为基础， 运动灰色理论模型预测研究未来2 年大学生BMI 数值，并与2012年的实测值对比，研究发现，预测值与实测值相比误差远小于正常误差范围，模型理想，预测效果非常好［8］。 田应娟在2016年以 1985、1990、1995、2000、2005、2010 年 6 年的全国学生体质调研数据为基础，运用灰色系统理论GM（1,1）模型预测研究7～18 岁哈尼族学生未来10 年的身体形态， 并将预测的2015 年数值与2015 年实际调研的数值进行对比，研究发现虽然存在抽样误差，操作误差，计算误差等多方面的原因，导致了预测值与实际值没有完全相等的， 但是预测值与实际值差距并不明显，在统计学上是允许存在的，因此认为灰色预测模型得出的数据有一定指导意义［9］。张艺宏、王梅等在2017 年发表的2000～2014 年老年人形态变化及灰色预测研究中采用灰色系统理论对 2000 年、2005 年、2010 年和 2014 年国家国民体质监测的60～69 岁老年人数据，建立形态指标GM（1,1）四数据模型进行预测2019 年、2024 年老年人的形态指标变化［10］。涂景春、江崇民等在2016 年基于灰色模型的我国城镇老年人体质定量预测研究中，2000 年、2005 年、2010 年、2014 年国民体质监测数据中将2014 年数据进行差值法把2014 年的数据转换到2015 年，从而满足等时距的建模要求，建立离散灰色EGM 预测模型，并且采用均方差比值、小误差概率和平均相对精度对预测精度进行综合检验，预测等级为良好以上［11］。

从上述文献灰色预测模型的应用发现：1）2000 年以后灰色预测在全民健身中的研究对象不再仅限于儿童青少年，逐渐拓展到大学生、老年人等，研究对象的拓展可以更全面底下分析掌握全民体质状况。 2）研究方法上学者们逐渐认识到了GM（1,1）模型的局限性，研究中不仅仅对未来的取值进行预测，同时也考虑到了GM（1,1）模型预测可能存在偏差，有的将预测值与实测值进行对比，来检验模型的准确性，有的将GM（1,1）模型进行修正后应用，有的开始引入刘思峰、谢乃明在2006 年提出的离散灰色模型DGM（1，1）模型，该模型对 GM（1,1）模型进行了改进。

2 灰色关联分析模型在全民健身方面的应用

灰色关联方分析方法弥补了数理统计方法进行系统分析所导致的缺憾， 它对样本量的多少和样本有无明显规律都同样适用， 基本思路是通过线性插值的方法将系统因素的离散行为观测值转化为分段连续的折线， 进而根据折线的几何特征构造测度关联程度的模型，折线几何形状越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之越小［1］。在全民健身方面，许多学者也围绕灰色关联分析模型的构造和性质进行了有益探索，取得了不少有价值的成果。

林宇、周慧在2009 年用灰色关联分析法探讨影响威海市成年人的体质的各项指标关联度， 分析了各指标对体质状况影响的主次关系， 认为应当以此选择合理的锻炼项目和锻炼方式来提高体质［12］。2000 年，罗丽等人用关联分析方法对全国汉族城市7～22 岁男性学生的身体形态机能各指标与身体素质各指标关联分析， 研究发现形态机能素质各指标之间是相互作用的，且不同指标之间的相关程度是有差异的，且相同指标间不同年龄组关联度不同， 因此在进行体育锻炼时要因人而异，更加个性化的锻炼更为有效［13］。 周智聪在 2019 年对郑州黄河护理职业学院2015 级和2016 级在校大学生为研究对象，将学生体质的身体形态、机能指标、素质指标与体质健康综合评分进行灰色关联分析，找出影响综合得分的主要因素，从而找到有针对性的锻炼方式，促进学生健康成长［14］。 翁晓雨等在2019 年对安徽某高校大学生的引体向上与其他的素质测试指标进行灰色关联分析， 同时用皮尔逊相关分析进行对比，发现二者得出的结论基本是一致的，在数据灰色关联分析要求更低，操作更为简洁，实际应用中更为有效［15］。 刘喜玲、陈留强在2016 年发表的大学生体质健康综合评定的灰色关联研究中以中原工学院信息商务学院大学生体质健康测试的身体形态、 身体机能和身体素质的指标和体质健康综合评定的关联度来判断指标对健康综合评定的影响， 并为该学院学生体质发展提供建议［16］。

从上述文献中我们可以看出， 灰色关联模在全民健身方面的应用主要集中2000 年以后，并且研究内容主要是在体质综合评定和身体形态、机能、素质指标的关联度上做研究，没有更为深入的探讨研究，都是点关联的分析模型，没有基于整体或者全局视角的综合关联模型。 研究对象也比较单一，基本都集中在大学生体质研究。

3 灰色系统在全民健身领域应用中存在的主要问题及在前景分析

从以上综述可以得出，灰色系统自1982 年提出受到国内外学术界的积极关注并且在众多领域中成功应用，1987 年即被应用到群众体质研究，至今已有30 多年的时间，但是在体质研究方面仍然处于起步阶段，自2000 年后有关灰色系统在体质发面的研究才逐渐增多，但在研究对象、研究指标、研究方法、研究内容几方面都存在局限性。

3.1 研究对象的局限。

首先，全民健身顾名思义要涉及到各个年龄阶段，迄今为止的研究对象更多地聚焦在幼儿、青少年身上，近年来有少许对老年人的研究， 基本没有对中青年人群体质的灰色研究。20～59 岁的中青年人是国家发展的中流砥柱， 他们的健康占据着非常重要的作用，这个年龄段要么刚踏入社会，工作强度非常大，要么上有老下有小，工作压力大，大部分不具备时间和精力去健身，导致健身潮中这个年龄段的人群占比非常小，对这部分人的体质预测研究既可以判断未来10～20 年中年人群的体质状况也可以判断出未来老年人的体质状况， 为全民健身发展计划提供数据支持。 其次， 根据我国发展的实际情况，存在很多特殊群体，如农民工、留守儿童、空巢老人等等，对这些经济社会发展出现的新的人口结构的灰色系统研究能够更加系统全面体现出我国国民体质的未来趋势， 为政府决策提供有效支持。

3.2 研究指标的局限。

一是灰色系统理论模型在已有的体质研究中指标的选择仅限于身体形态（身高、体重、围度）、身体机能（肺活量）、身体素质（体前屈、握力、立定跳远、800m 等）的基本指标的研究，对于派生指标研究较少， 如可以衡量人体的肥胖程度的身体质量指数BMI；能够判断是否是中心性肥胖，是否面临患心脏病风险的的指标腰臀比； 指标范围的拓展可以在更大程度上判断人体体质。 二是现有的灰色系统理论在体质研究方面仅局限身体形态、身体机能和身体素质。 而人的体质包括很多方面的内容，中国体育科学学会早就明确指出，体质包括5 方面的内涵：1）身体形态发育水平；2）生理功能水平；3）身体素质和运动能力的发展水平；4）心理素质发展水平；5）对内外环境的适应能力， 即对不利因素和环境变化影响的应激调节能力及对各种疾病的抵抗能力［17］。 只有通过对以上多个指标的综合测量和评价才能科学、有效、准确地评价一个人的体质。 未来对体质综合评价的预测研究应成为体质预测研究领域的新的热点。

3.3 研究方法的局限。

灰色系统理论经过30 多年的发展， 现已基本建立起一门新兴学科的结构体系，其主要包括：灰数及其运算、序列算子与灰色信息挖掘、灰色关联分析模型、灰色聚类评估模型、GM 系列模型、灰色组合模型等。 其中较为频繁地应用于全民健身方面的是灰色预测模型和灰色关联分析模型，其中灰色预测模型均是对体质指标预测的简单重复使用，灰色关联模型也是基于对各项指标关联度的排序，研究数量总体不多，质量不高，内容较为浅显，缺乏深度，运用的模型较为单一。其他灰色系统的方法模型在体质研究中的应用还有待于进一步的拓展。

3.4 研究内容的局限

灰色系统在体质方面的研究主要内容集中在体质监测结果的预测和各指标间关联度的研究，究其原因我国从1979 年开始对全国儿童青少年体质进行调查研究，1997 年开始进行了成年人体质测试，2000 年开展了全体国民体质监测［18］。之后基本保持每5 年一次的体质监测， 为整体纵向研究体质提供了很好的数据基础， 但也给灰色系统在体质上的研究带来了局限性，很多研究都只依靠于体质监测的指标和数据，而没有拓展和开发新的研究内容， 比如不同的运动项目或者运动方式对体质的长期影响的灰色系统研究基本没有， 这种研究耗费时间比较长， 没有国家和政府的支持以及研究者的耐心很难坚持； 再者灰色系统理论在人体慢性疾病的研究领域基本处于空白。 2019 年胡盛寿、 高润霖等发表的 《中国心血管病2018》中研究发现，不管中国的城市还是农村，1990～2016 年近26 年间心脑血管、肿瘤、呼吸系统疾病一直占据居民主要死亡率的前3 位，灰色系统对于未来疾病的防治研究，对于得病后的康复以及如何让患病人群回归家庭回归社会， 提高患病人群的生活质量等具有前瞻性的指导作用。