一种基于模拟退火算法的医保费用结算方法以及装置与流程

本发明涉及一种全局最优解计算领域，尤其涉及一种基于模拟退火算法的医保费用结算方法及装置。

背景技术：

伴随着新医改的逐步推行，医保覆盖的患者人群日增，医保收入成为各医院收入来源的一个重要组成部分。由于医保的新政策调整，医疗保障体制改革的重点又是医疗费用的控制。医保中心和医院通常按照定额结算、人次付费，每月预结算一次，每年底才进行最终的结算，医院经常面临医保费用超标的问题。医保中心开展的门诊统筹、儿童医保，对于医院经费的拨付条件更加严格。在此背景下，医院需要对门诊和住院的医保费用进行定额调整控制，达到不超或者少超费用的目的。

决定病人的医疗保障的原有的方式是根据患者当时报销的方式进行解决，在这种情况下，医院付出的成本较高。而使用传统的穷举法对全局进行搜索，假设一个病人可以通过n种方式进行保障，则m个病人的可选择项为n^m个，因此该问题是一个np问题。随着问题规模m的扩大，问题很快就将变得不可在可接受时间范围内优化。因此在可接受范围内优化病人的报销方式，使得医院付出的成本最小化的方法对于充分利用医保资源，降低医院付出的成本具有重要的意义。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明所解决的问题可归结为提供一种医保费用结算方法，在一定时期内可以给每一个病人提供一种报销方式，使得医院自行报销的费用最少。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种基于模拟退火算法的医保费用结算方法，包括如下步骤：

s10、从医保数据库中筛选关键字段，所述的关键字段包括病人id，以及该病人可用的报账方式，根据该病人可用的报账方式计算出每种可用报账方式的预算；

s20、根据每个病人id随机选择一种可用报账方式的预算，并组成一个初始解向量x0，将x0带入目标函数中计算y0；

s30、初始化模拟退火算法的温度t，变化率m，最小温度tmin，温度变化时间量i，以及变化分量数n；

s40、从所述初始解向量中随机选取n个分量，根据该n个分量对应的病人id重新选择可用报账方式的预算，并组成一个新的解向量xi；

s50、将xi带入目标函数中计算yi；

s60、判断yi与yi-1的大小，若yi小于yi-1则将yi替换yi-1，若yi大于yi-1，则以概率p将yi替换yi-1，p的取值范围0＜p＜1；

s70、i值自增1，重复步骤s40-s60，当i达到i时，用mt替换t，i重置并重新步骤s40-s60；

s80、当t小于tmin时，迭代终止并输出最终结果xi和yi。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：提供一种基于模拟退火算法的医保费用结算装置，包括：

预算计算模块，用于从医保数据库中筛选关键字段，所述的关键字段包括病人id，以及该病人可用的报账方式，根据该病人可用的报账方式计算出每种可用报账方式的预算；

初始化模块，用于根据每个病人id随机选择一种可用报账方式的预算，并组成一个初始解向量x0，将x0带入目标函数中计算y0，初始化模拟退火算法的温度t，变化率m，最小温度tmin，温度变化时间量i，以及变化分量数n；

生成新解模块，用于从所述初始解向量中随机选取n个分量，根据该n个分量对应的病人id重新选择可用报账方式的预算，并组成一个新的解向量xi，结束后跳转到模拟退火迭代模块；

模拟退火迭代模块，用于将xi带入目标函数中计算yi，判断yi与yi-1的大小，若yi小于yi-1则将yi替换yi-1，若yi大于yi-1，则以概率p将yi替换yi-1，p的取值范围0＜p＜1，跳转到生成新解模块，当i达到i时，用mt替换t，i重置再次跳转到生成新解模块；

输出结果模块，用于判断当t小于tmin时，迭代终止并输出最终结果xi和yⁱ。

本发明的有益效果在于：区别与现有技术中采用的穷举或者分治法进行医院医保的优化算法，本发明提供的基于模拟退火算法的医保结算方法可以根据医院医保病人进行预算功能，综合全院医保情况，选择最优医保待遇类型实现上报，合理规避医保超额现象，同时医保科可自行调整预算模型。在可接受范围内优化病人的报销方式，使得医院付出的成本最小化的方法对于充分利用医保资源，降低医院付出的成本具有重要的意义。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的基于模拟退火算法的医保费用结算方法的流程图；

图2为本发明的基于模拟退火算法的医保费用结算装置结构示意图。

标号说明：

10、预算计算模块；20、初始化模块；30、生成新解模块；40、模拟退火迭代模块；50、输出结果模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明最关键的构思在于：由于优化病人报销方式的问题是一个np问题，因此不能用传统的穷举或分治法进行解决。但np问题的特征是，不能在多项式时间内解决，但可以在多项式时间内验证；因此可以使用启发式算法解决该类问题。启发式算法使用和古典的数学推导方法不一样的思路解决np完全问题：古典的数学方法通过严格的逻辑和数值推理演算，得到准确的结果；而启发式算法则是依照np完全问题能够在多项式时间内验证的特征，通过不断地猜测和验证，不断地逼近正确的结果，最终得到正确或误差较小的结果。模拟退火算法是一种启发式算法，可用于解决医保结算问题。

模拟退火的算法原理取自冶金学的退火过程。

退火是一种金属材料加工的处理方式，其具体步骤是对金属材料进行加热，然后再缓慢冷却。金属材料中的原子在原始情况下会停留在使得金属的内能具有局部最小值的位置；当金属材料被加热后，其中的原子能量会变大，使得原子离开原来的位置，随机在其他位置移动。在加热后的退火过程中，原子有较慢的冷却速度，使得原子有较大的可能找到比原有位置更低的位置。

模拟退火的算法原理和上述退火的原理近似：假设空间中的一个点是金属中的一个原子，原子所附带的能量即是空间中的点代入目标函数的解的适应度。算法以空间中的任意点为起始点，每一步先选择一个邻居点，然后计算新的点的适应度，同时计算移动到新的点的概率。

可证明模拟退火所得的解依概率收敛至全局最优解。

模拟退火的具体步骤如下：

初始化：生成一个可行解以作为当前解作为当前解的输入迭代过程，定义一个足够大的数值作为初始温度；

迭代过程：

这是算法的核心步骤。包括产生新解和接受新解两个部分：

产生新解。由一个产生函数从当前解的位置产生一个新的解，通常产生解的方法是通过由当前解进行简单变换产生，如将当前解的部分向量分量进行互换或变换。

计算新解的目标函数，并计算与原解的目标函数之差。

判断新解是否被接受。若新解的适应度好于原解，则接受新解；否则以一定概率接受新解。

新解被接受时，将新解替代原解，将适应度替换原适应度，然后重复上述步骤；否则，直接重复上述步骤。

结束准则：

当温度t降至某特定值、或迭代达一定次数时，停止迭代，将当前值作为最优解。

具体地，参考图1，在一个实施例中提供了一种基于模拟退火算法的医保费用结算方法，包括如下步骤：

s10、从医保数据库中筛选关键字段，所述的关键字段包括病人id，以及该病人可用的报账方式，根据该病人可用的报账方式计算出每种可用报账方式的预算；

s20、根据每个病人id随机选择一种可用报账方式的预算，并组成一个初始解向量x0，将x0带入目标函数中计算y0；

s30、初始化模拟退火算法的温度t，变化率m，最小温度tmin，温度变化时间量i，以及变化分量数n；

s40、从所述初始解向量中随机选取n个分量，根据该n个分量对应的病人id重新选择可用报账方式的预算，并组成一个新的解向量xi；

s50、将xi带入目标函数中计算yi；

s60、判断yi与yi-1的大小，若yi小于yi-1则将yi替换yi-1，若yi大于yi-1，则以概率p将yi替换yi-1，p的取值范围0＜p＜1；

s70、i值自增1，重复步骤s40-s60，当i达到i时，用mt替换t，i重置并重新步骤s40-s60；

s80、当t小于tmin时，迭代终止并输出最终结果xi和yi。

本实施例的即采用上述的模拟退火算法的思路，结合实际的医保费用结算问题，可以根据医院医保病人进行预算功能，综合全院医保情况，选择最优医保待遇类型实现上报，合理规避医保超额现象，同时医保科可自行调整预算模型。在可接受范围内优化病人的报销方式，使得医院付出的成本最小化的方法对于充分利用医保资源，降低医院付出的成本具有重要的意义。

基于上述实施例的基础上，在另一个具体的实施例中，目标函数为：

s.t.x0p0-pmax≥0

其中，x0：选择普通疾病报账的人数；p0：普通疾病报账的报账额度；xi：选择单病种报账的人数；pi：单病种报账的额度；pmax：普通疾病结算限额标准。

某省医疗保险机构的相关规定如下所示，不同地区的规定可能存在差别。这些规定作为问题的约束条件：

普通疾病住院的基本医疗费用的结算方法如下：

年度人次平均费用低于平均费用定额结算标准85％的按实际基本医疗费用清算；高于平均定额结算费用85％-115％的部分按下表结算：

超过115％的部分不予报销。

超过平均费用定额结算标准4倍以上部分的按照医疗服务项目的方式结算并支付统筹费用，且不计入定点医疗机构的普通疾病结算限额标准费用范围。

上述普通疾病住院的报销结算，除特殊规定外，均计入普通疾病结算限额标准费用。

单病种医疗费用的结算方法如下：

参保人实际发生的单病种医疗费用，不设医疗保险统筹基金起付标准，由医疗保险统筹基金和个人按比例承担。

标准内的费用计入单病种限额结算标准费用范围；参保人自主选择的超过医疗保险标准的费用和特殊材料限额标注的费用，由参保人全额支付；参保人或其家属未确认的超标准费用由医疗机构承担。

单病种医疗费用按单病种平均费用限额标准支付相应统筹费用。超过限额的部分不予支付。

年度结算时，报销费用超过普通疾病结算限额标准的，不予支付。

将上述标准使用数学公式表述如下：

s.t.x0p0-pmax≥0

其中，x0：选择普通疾病报账的人数；p0：普通疾病报账的报账额度；xi：选择单病种报账的人数；pi：单病种报账的额度；pmax：普通疾病结算限额标准。

该问题是一个典型的最小化问题。但由于x是一个n维向量，而每一维的选项可以有m个(一般不超过4个)，所以该问题的时间复杂度为o(mⁿ)，是一个np完全问题。因此随着问题规模的扩大，该问题很快就将无法使用数学方法在可接受的时间内求解。模拟退火算法是一种启发式算法，目的是在一个规定的时间内在一个较大的搜索空间内搜索一个目标函数的最优解。

下表列出了从2016年1月至2017年3月的原始算法和模拟退火算法分别计算所得的某医院承担的医保费用(单位：人民币元)，以及医院承担的医保费用差值及差值和原始数据之比。从下表可见，使用模拟退火算法求得的解相比原始算法在各个月数据上的解均有不同的改善。

基于上述实施例的基础上，在另外一个具体的实施例中步骤s60具体包括：

初始化过程根据问题的描述，随机生成一组解x0。并根据这组解代入目标函数求出适应度值，记为y0。

为方便讨论，记迭代次数为i。之后每次迭代时，随机选择xi-1的一部分分量，并重新生成这些分量，产生的解记作xi。对应的适应度值记作yi。判断yi与yi-1的大小，若yi小于yi-1则将yi替换yi-1，若yi大于yi-1，则产生一个随机数r，当r小于t时，将yi替换yi-1.

本实施例的有益效果在于，能够在较短的时间内得出较好的结果。如上表所示，相比原本的算法，结果均有不同的改善，而且计算时间一般在10-15min之内，而原本的算法通常需要耗时数小时以上。

基于上述实施例的基础上，在另外一个具体的实施例中，模拟退火算法的温度t，变化率m，最小温度tmin，温度变化时间量i，以及变化分量数n的取值范围如下：t一般取值为1；温度变化率m、最小温度tmin和温度变化时间量i三个参数与期望的迭代次数有关，m和tmin两个参数硬性的取值范围均为(0,1)。温度变化时间量一般取[10,1000]范围内的整数。变化分量数n代表了每次迭代时的解和原解的差别程度。n的取值范围为[1,n]范围内的整数，n为x0的长度。若期望每次迭代时产生和原解差别较大的解，则n取较大值；否则n取较小值。

本实施例考虑到在实际应用情况下的一些初始化的参数范围的设置，在这种初始化的参数下，该模拟退火算法的计算过程效率高，并且保证了对病人报销方式的优化。

参考图2，本实施例提供了一种基于模拟退火算法的医保费用结算装置，包括：

预算计算模块10，用于从医保数据库中筛选关键字段，所述的关键字段包括病人id，以及该病人可用的报账方式，根据该病人可用的报账方式计算出每种可用报账方式的预算；

初始化模块20，用于根据每个病人id随机选择一种可用报账方式的预算，并组成一个初始解向量x0，将x0带入目标函数中计算y0，初始化模拟退火算法的温度t，变化率m，最小温度tmin，温度变化时间量i，以及变化分量数n；

生成新解模块30，用于从所述初始解向量中随机选取n个分量，根据该n个分量对应的病人id重新选择可用报账方式的预算，并组成一个新的解向量xi，结束后跳转到模拟退火迭代模块40；

模拟退火迭代模块40，用于将xi带入目标函数中计算yi，判断yi与yi-1的大小，若yi小于yi-1则将yi替换yi-1，若yi大于yi-1，则以概率p将yi替换yi-1，p的取值范围0＜p＜1，跳转到生成新解模块30，当i达到i时，用mt替换t，i重置再次跳转到生成新解模块30；

输出结果模块50，用于判断当t小于tmin时，迭代终止并输出最终结果xi和yi。

本实施例的即采用上述的模拟退火算法的思路，结合实际的医保费用结算问题，可以根据医院医保病人进行预算功能，综合全院医保情况，选择最优医保待遇类型实现上报，合理规避医保超额现象，同时医保科可自行调整预算模型。在可接受范围内优化病人的报销方式，使得医院付出的成本最小化的方法对于充分利用医保资源，降低医院付出的成本具有重要的意义。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。