MOQ-QR:基于QR-树的连续K近邻查询算法研究*

综合分析了R-树和四叉树在处理移动对象的连续K近邻（简称CKNN）查询算法中的不足,提出了一种基于R树和四叉树索引结构,去解决移动对象连续K近邻查询算法。该算法通过对移动对象分配静态空间,并在研究区域内利用QR-树和hash表作为索引去存储移动对象以此计算查询点与移动对象之间的空间距离。实验证明,该算法与现有算法相比,不仅提高了数据的查询效率,而且降低了系统资源的消耗。     

面向移动对象连续k近邻查询的双层索引结构

移动对象连续k近邻（CKNN）查询是指给定一个连续移动的对象集合,对于任意一个k近邻查询q,实时计算查询q的k近邻并在查询有效时间内对查询结果进行实时更新.现实生活中,交通出行、社交网络、电子商务等领域许多基于位置的应用服务都涉及移动对象连续k近邻查询这一基础问题.已有研究工作解决连续k近邻查询问题时,大多需要通过多次迭代确定一个包含k近邻的查询范围,而每次迭代需要根据移动对象的位置计算当前查询范围内移动对象的数量,整个迭代过程的计算代价占查询代价的很大部分.为此,提出了一种基于网络索引和混合高斯函数移动对象分布密度的双重索引结构（grid GMM index,GGI）,并设计了移动对象连续k近邻增量查询算法（incremental search for continuous k nearest neighbors,IS-CKNN）.GGI索引结构的底层采用网格索引对海量移动对象进行维护,上层构建混合高斯模型模拟移动对象在二维空间中的分布.对于给定的k近邻查询q,IS-CKNN算法能够基于混合高斯模型直接确定一个包含q的k近邻的查询区域,减少了已有算法求解该区域的多次迭代过程;当移动对象和查询q位置发生变化时,进一步提出一种高效的增量查询策略,能够最大限度地利用已有查询结果减少当前查询的计算量.最后,在滴滴成都网约车数据集以及两个模拟数据集上进行大量实验,充分验证了算法的性能.     

基于实时数据和历史查询分布的时空索引新方法

在大数据时代,数据具有体量大、时空复杂性明显、对实时性要求较高等特点,而传统基于树形结构对大规模时空数据进行索引的方法存在存储空间浪费和查询效率较低的问题。为了解决该问题,提出了一种基于数据和历史查询记录分布建立时空索引的新方法HDL-index。该算法一方面根据数据在空间上的分布,通过空间划分的思想建立索引网格;另一方面考虑到查询在时间上的延续性,对查询记录对象进行密度聚类后抽象出查询代表模型,然后根据模型的坐标位置和其查询粒度对整体查询区域进行分割。两部分所得到的索引网格都采用Geohash编码,最终合并得到最优的索引编码。HDL-index在考虑数据分布的同时充分考虑用户查询行为,使得频繁查询区域上的索引更加细化。在真实航空数据集上与同类方法进行比较测试的结果表明,其创建索引的效率提高了50%;同时在数据均匀分布的情况下对热点区域的查询效率可提高75%以上。     

基于道路分布的移动对象动态组合索引方法

交通管理信息服务中需要高效的索引方法来管理移动对象。针对这一需求,提出了一种基于道路分布的移动对象动态组合索引结构。在此结构的基础上,采用了自底向上的动态更新算法和路段连接方法,提高了移动对象的更新和访问效率。通过实验验证了该组合索引具有更优的更新和查询性能。     

一种新的基于Dewey编码的XML路径索引

建立高效的索引来快速定位满足要求的节点是提高XML数据查询效率的一个必要手段.文中以降低复杂度和提高查询效率为目标,以基于路径的XML索引原理为基础,提出了一种新型的基于Dewey编码的索引结构RTL-Index.RTL-Index通过对文档节点编码来表示结构信息,利用前缀路径匹配操作完成结构查询,支持含通配符" 和后代轴"//"的查询以及兄弟节点无序的模式树的查询.仿真实验结果表明RTL-Index索引具有较低的时间和空间复杂度,解决了XML文档分支路径查找问题,是一种较为有效的XML索引结构.     

一种新的道路网络连续查询处理方法

基于道路网络的连续k近邻查询是移动对象数据库领域的研究重点和热点.提出了一种新的道路网络有向图模型,通过引入有向网络空间度量,利用基于内存的格网索引和线性链表结构来对移动对象当前位置和道路网络有向图模型进行存储和管理;基于有向距离度量提出了单向网络扩展(DNE)算法,以减少连续k近邻查询的网络扩展搜索代价.实验结果表明,DNE算法性能优于现有的连续k近邻查询处理算法.     

基于优化过滤策略的XML数据查询处理

如何高效地处理XML查询，是目前研究的热点。由于当前方法存在过多扫描无用节点引起效率下降的问题，本文设计了一种XML数据的二级索引结构，基于该结构给出路径查询处理算法。首先，本文对XML模式中每个节点按路径类型进行分类编码，然后把每个节点按该编码进行聚类存储。在查询时，就可以先根据模式信息和查询信息得到目标节点的编码，然后只需将二级索引中这些编码对应的部分载入内存，进行过滤操作。这样就不必扫描整个索引，提高CPU和IO效率。本文还对二级索引结构进行扩展，使本文的过滤索引能方便应用在有分支结构的查询上。实验结果表明，本文的XML数据过滤算法效率优于基于Bit vector的过滤算法，并且索引结构所需要的存储空间也小于Bitvector索引。     

一种移动对象数据库全时态区域查询处理方法

全时态区域查询方法是可以同时支持对于移动对象过去、现在以及预测性未来信息区域查询处理的方法,是移动对象数据管理的一个重要方面.在移动对象数据库领域,大量技术被提出以支持历史信息查询或未来信息预测,但是缺乏对于全时态区域查询方法的研究.提出一个可以支持精确区域查询的移动对象全时态查询方法,并支持对于历史信息的轨迹查询.为提高查询效率,提出索引结构PPF-index.在PPF-index中,首先在移动对象信息到达时,利用提出的TB_TPR-tree结构来索引移动对象现在以及预测性未来信息;其次,历史轨迹信息经过轨迹切分后利用3D R-tree进行索引;最后,提出基于PPF-index索引结构的全时态区域查询算法.全时态区域查询算法中的时间范围不同,需要访问的索引结构也不同.实验结果表明,PPF-index可以高效支持全时态查询,并具有很高的更新效率.     

基于双层网格索引的移动对象KNN查询算法

移动对象KNN查询技术是当前数据库领域中的一个研究热点.实际的移动对象的应用多数存在由对象速度变化引起的动态负载问题,而现有KNN查询算法较少考虑该问题.提出了一种基于双层网格索引的移动对象KNN查询算法.算法采用粗细双层网格将不同速度的移动对象分开索引,对于速度快的对象在粗网格中索引,速度慢的在细网格中索引,减少了索引的更新次数,提高了KNN查询的效率.针对真实数据集实验结果表明,基于双层网格索引结构的移动对象KNN查询算法与以往采用单层网格的算法相比,能有效地解决动态负载问题.     

基于DR-tree的室内移动对象索引研究

对于移动对象历史轨迹索引,现有的方案绝大多数都基于室外空间,难以直接应用于室内空间中;同时,未将对象本身作为一个独立的维度加以索引,无法提供高效的对象轨迹查询方式。对此,提出了一个室内环境下的移动对象索引结构DR-tree来对移动数据的位置、时间、对象三个维度进行索引,并将位置维与对象维解耦,将三维索引转换为两个二维索引,同时给出查询优化方案。实验结果表明,与现有的室内环境下的索引方案RTR-tree相比,该结构不仅能够提供高效的时空查询,而且还能提供高效的对象轨迹查询。     

Geohash编码抗k近邻攻击的脆弱性分析

Geohash编码作为一种降维技术目前已应用于空间数据库和空间数据引擎中,但其安全性还有待进一步研究。文章关注Geohash编码存在的安全漏洞,从理论上分析了此种降维技术产生推理通道的原因,并提出一种基于k近邻查询的加密Geohash字段重构算法,通过观察大量k近邻查询响应中的明文信息进行统计推断并重构出加密Geohash的原始值。对加密兴趣点数据库进行重构实验,实验表明,观察到的查询响应数量越多,重构值的精确度越高。在Geohash编码精度为30 bit的情况下,当观察到100000到3000000次查询响应时,重构值与原始值平均误差为0.074%到0.015%。该实验揭示了Geohash编码在抵抗k近邻查询推理攻击方面的脆弱性及形成机理,将促进相关地理信息系统行业的安全应用与研究。     

基于Geohash编码的位置隐私保护算法

针对基于位置服务中用户位置信息易泄露用户个人隐私的问题，利用Geohash编码优化网格化Casper模型，提出了基于Geohash的位置隐私保护算法G-Casper。该算法采用自底向上的机制，对目标位置的Geohash编码进行字符串模糊查询来确定组成匿名区域的[k-1]个近邻，在扩大扫描区域时，对请求用户所在网格以及周边网格跨域扫描，然后再进行层级的递归，同时使用[Lmax]和[Lmin]两个参数来控制匿名区域范围，最终通过剪枝算法删除冗余网格并随机发送一个候选网格区域代替用户原本位置，达到[k]-匿名的效果。实验结果表明，该算法能够更好地提高位置服务的质量和匿名区域的成功率，并且减少了查询时间和所需储存空间。     

基于E2LSH的轨迹KNN查询算法

目前海量时空轨迹数据近邻查询算法中存在计算时间复杂度较高的问题,因此提出了一种结合领域POI数据和E2LSH算法的轨迹KNN查询算法。首先利用GeoHash技术对地理空间进行编码,然后结合POI数据实现向量空间的初步降维,进而根据停留时间构建每条轨迹的向量,采用局部敏感哈希函数运算结果建立轨迹索引,最后对查询返回的相似轨迹集合分别进行距离计算,经过排序得到距离最近的K个查询结果。对于增量的轨迹数据,利用E2LSH算法计算哈希值,直接添加轨迹索引,从而避免了复杂的计算过程以及对现有轨迹索引的影响。基于合成数据及真实数据集的实验结果表明,该方法在海量时空轨迹数据的近邻查询中,虽然牺牲了一定的准确率,但有效提升了算法效率,并能够高效简便地处理增量的时空轨迹数据。     

面向海量交通数据的HBase时空索引

针对HBase无法直接建立时空索引所带来的交通数据查询性能问题,基于HBase行键设计了面向海量交通数据的HBase时空索引。首先利用Geohash降维方法将二维空间位置数据转化为一维编码,再与时间维度进行组合;然后根据组合顺序的不同,提出了四种结构模型,分别讨论了模型的具体构成以及交通数据查询中的适应面;最后提出了相应的时空索引管理算法及基于Hbase时空索引的交通数据查询方法。通过实验验证了提出的HBase时空索引结构能有效提升海量交通数据的区域查询性能,并比较了四种时空索引结构在不同数据规模、不同查询半径以及不同时间范围的查询性能,量化验证了不同索引结构在交通数据查询中的适应场景。     

基于CUDA的并行K-近邻连接算法实现

针对大规模空间数据的K-近邻连接查询问题,设计了一种CUDA编程模型下K-近邻连接算法的并行优化方法。将K-近邻连接算法的并行过程分两个阶段:1)对参与查询的数据集P和Q分别建立R-Tree索引;2)基于R-Tree索引进行KNNJ查询。首先根据结点所在位置划分最小外包框,在CUDA下基于递归网格排序算法创建R-Tree索引。然后在CUDA下基于R-Tree索引进行KNNJ查询,其中涉及并行求距离和并行距离排序两个阶段:求距离阶段利用每一个线程计算任意两点之间的距离,点与点之间距离的求取无依赖并行;排序阶段将快速排序基于CUDA以实现并行化。实验结果表明,随着样本量的不断增大,基于R-Tree索引的并行K-近邻连接算法的优势更加明显,具有高效性和可扩展性。     

基于小世界模型的高维数据查询算法

提出了一种从海量高维数据中进行高效查询的算法,该算法基于小世界网络模型,并采用网络节点表示高维数据的特征向量。算法主要包含两个部分,基于K-Means的索引生成算法和随机逼近查询算法,两个算法均给出了具体的操作步骤。算法经大量实验仿真,得出通过合理设置小世界网络节点的近邻节点数量以及最大查询路径和最大迭代次数等参数,算法可以满足不同精度的用户查询请求。实验结果表明,实现的算法在高维度海量数据查询中具有良好的检索效果。     

一种基于HBase的空间关键字查询算法

针对传统关系数据库处理海量空间文本数据的不足,基于HBase数据库提出了一种结合Geohash编码与分词技术的空间文本索引方案,并基于该空间文本索引提出了一种多边形区域内的空间关键字查询算法。通过与传统经纬度索引方案的实验比较,验证了算法的高效性和可扩展性。     

空间对象的反最近邻查询处理技术研究

空间数据库中反最近邻查询的研究是空间查询的研究热点。在对现有的反最近邻查询技术进行分析比较的基础上,针对提高动态数据集的查询效率问题,给出了基于R树索引结构的反最近邻查询方案。通过实验结果的分析比较,可以看出该方案能够有效地解决动态数据集的查询问题。     

距离-关键字相似度约束的双色反k近邻查询方法

针对空间关键字双色反k近邻查询返回结果质量较低的问题,提出了基于距离-关键字相似度约束的双色反k近邻查询方法。首先,通过设置一个阈值将查询结果中质量较低的用户给过滤掉,从而避免了查询结果中出现空间距离相对较远的用户,保证了查询结果质量;然后,为支持该查询,提出了一种关键字多分辨率网格矩形树（KMG-Tree）索引来管理数据;最后,提出了基于Six-region算法的Six-region-optimize算法来提高查询处理效率。Six-region-optimize算法的查询效率相较baseline和Six-region算法分别平均提高了约85.71%和23.45%。基于真实时空数据进行实验测试和分析,实验结果验证了Six-region-optimize算法的有效性和高效性。     

一种基于区间预留编码的XML关键字查询算法

近年来,随着XML数据的爆炸式增长,对XML关键字查询技术的研究日益受到关注。数据编码是关键字查询的基础,目前主要有2种方式--基于路径的编码及区间编码。区间编码可更好地适应对查询中的XML数据进行动态的更新,因而具有更多的优势。本文研究基于区间编码的关键字查询问题,提出一种新的查询算法。该算法首先根据预留的区间值建立索引,再根据最小范围值对索引进行选择遍历,减少了不必要的比较,达到了提高查询效率的目的。研究发现,预留空间的选择对查询效率有一定的影响。为此,本文设计一种基于节点自身进行区间预留的编码方式（Interval Reservation Based on Node, IRBN）,为节点设置权值,并根据权值进行区间值的设定,形成根据节点自身分配区间的较为均衡的编码。实验表明,IRBN编码是合理的,有较高的查询效率。