基于余弦相似度的食物营养素组成相似性评估方法研究

《Nutrients》：Quantifying Nutrient Profile Similarity Among Foods Using Cosine Similarity of Multidimensional Nutrient Profiles

　　

摘要

背景：食物替代可用于改善不同领域的膳食表现，例如人类健康、环境影响、可负担性或文化偏好。然而，证明食物替代合理性的标准往往不一致，且通常基于单一营养素，如维持体积、蛋白质、能量或烹饪等效性。此类方法忽视了定义食物整体营养价值更为广泛且复杂的营养素组成。方法：本研究引入余弦相似度的应用，以基于多种营养素对食物的营养素组成进行比较，作为食物替代中的重要步骤。每种营养素均标准化为参考每日摄入量的分数，并代表多维空间中的一个坐标轴。随后，数据集中的每种食物（n = 927）被转换为该空间中的向量，并计算每对向量之间的余弦相似度。通过使用六个营养素子集（包含6至21种必需营养素不等）来评估营养素选择的影响。结果：余弦相似度提供了营养素组成相似性的定量指标，并揭示了食物对之间的相似性。对于大多数食物类别，我们发现余弦相似度值的分布范围较广，从0到1不等。营养素子集的选择会影响结果，突显了纳入广泛必需营养素的重要性。结论：我们认为，余弦相似度是识别相似营养素组成的宝贵工具，提供了一套全面且灵活的框架，作为营养素密度方法的补充，可在不损害营养质量的前提下，引导满足多重目标的膳食选择。