时空轨迹序列模式挖掘方法综述

在全球定位、移动通信技术迅速发展的背景下涌现出了海量的时空轨迹数据,这些数据是对移动对象在时空环境下的移动模式和行为特征的真实写照,蕴含了丰富的信息,这些信息对于城市规划、交通管理、服务推荐、位置预测等领域具有重要的应用价值,而时空轨迹数据在这些领域的应用通常需要通过对时空轨迹数据进行序列模式挖掘才能得以实现。时空轨迹序列模式挖掘旨在从时空轨迹数据集中找出频繁出现的序列模式,例如： 位置模式（频繁轨迹、热点区域）、活动周期模式、语义行为模式,从而挖掘时空数据中隐藏的信息。总结近年来时空轨迹序列模式挖掘的研究进展,先介绍时空轨迹序列的数据特点及应用,再描述时空轨迹模式的挖掘过程：从基于时空轨迹序列来挖掘位置模式、周期模式、语义模式这三个方面来介绍该领域的研究情况,最后阐述现有时空轨迹序列模式挖掘方法存在的问题,并展望时空轨迹序列模式挖掘方法未来的发展趋势。     

数据流频繁模式挖掘综述

一些先进应用如欺诈检测和趋势学习等带来了数据流频繁模式挖掘的发展。不同于静态数据,数据流挖掘面临着时空约束和项集组合爆炸等问题。对已有数据流频繁模式挖掘算法进行综述并对经典和最新算法进行分析。按照模式集合的完整程度进行分类,数据流中频繁模式分为全集模式和压缩模式。压缩模式主要包括闭合模式、最大模式、top-k模式以及三者的组合模式。不同之处是闭合模式是无损压缩的,而其他模式是有损压缩的。为了得到有趣的频繁模式,可以挖掘基于用户约束的模式。为了处理数据流中的新近事务,将算法分为基于窗口模型和基于衰减模型的方法。数据流中模式挖掘常见的还包含序列模式和高效用模式,对经典和最新算法进行介绍。最后给出了数据流模式挖掘的下一步工作。     

基于时空图的移动对象聚集模式挖掘方法

移动对象聚集模式是指由移动对象参与的一组群体事件,通常用来预测交通系统中出现的异常现象.然而由于海量移动轨迹数据的产生,已有的研究方法难以准确、高效地挖掘特定的聚集模式.为此,提出一种基于时空图的移动对象聚集模式挖掘方法.该方法首先通过改进的空间聚类算法(DBScan)分析轨迹数据,从而获得移动对象聚类;然后,利用时空图模型代替单独存储轨迹数据的方式,用于实时观测移动对象聚类的时空变化特征.最后提出基于最大完全子图查找的聚集检索算法及其改进算法,用于查找满足时空约束的最大完全子图.基于真实大规模轨迹数据集上的实验结果表明,所提出的方法在移动对象聚集模式挖掘的准确性和高效性方面优于其他方法.     

基于车牌识别流数据的车辆伴随模式发现方法

针对伴随车辆检测这一新兴的智能交通应用,在一种特殊的流式时空大数据-车牌识别流式大数据下,重新定义Platoon伴随模式,提出PlatoonFinder算法,即时地在车牌识别数据流上挖掘Platoon伴随模式.本文的主要贡献包括：第一,将Platoon伴随模式发现问题映射为数据流上的带有时空约束的频繁序列挖掘问题.与传统频繁序列挖掘算法仅考虑序列元素之间位置关系不同,本文算法能够在频繁序列挖掘的过程中有效处理序列元素之间复杂的时空约束关系;第二,本文算法融入了伪投影等性能优化技术,针对数据流的特点进行了性能优化,能够有效应对车牌识别流式大数据的速率和规模,从而实现车辆Platoon伴随模式的即时发现.通过在真实车牌识别数据集上的实验分析表明,PlatoonFinder算法的平均延时显著低于经典的Aprior和PrefixSpan等频繁模式挖掘算法,也低于真实情况下交通摄像头的车牌识别最小时间间隔.因此,本文所提出的算法可以有效的发现伴随车辆组及其移动模式.     

基于频繁序列树的交互式序列模式挖掘算法

为了减少在序列模式挖掘过程中由于重复运行挖掘算法而产生的时空消耗,提出了一种基于频繁序列树的交互式序列模式挖掘算法(ISPM). ISPM算法采用频繁序列树作为序列存储结构,频繁序列树中存储数据库中满足频繁序列树支持度阈值的所有序列模式及其支持度信息.当支持度发生变化时,通过减少本次挖掘所要构造投影数据库的频繁项的数量来缩减投影数据库的规模,从而减少时空消耗.实验结果表明,ISPM算法在时间性能上优于PrefixSpan算法和Inc-Span算法     

基于自适应分段粒度的时空模式挖掘方法*

针对轨迹数据采集手段日趋多样化,导致时空模式挖掘的预处理环节难以采用单一、固定的分段粒度来聚类挖掘的问题,提出了一种基于“极大稳定分段阈值”的时空模式挖掘方法。算法在预处理环节自适应调整多个分段阈值对轨迹进行分段,在模式挖掘阶段利用时空模式的空间连通特性来提升挖掘效率,并解决了多阈值分段导致的序列模式支持度重复计数问题。实验表明该方法提升了挖掘过程的鲁棒性,简化了参数调节过程,具有较强的实用性。     

序列模式图及其构造算法

序列模式挖掘是数据挖掘的一个重要分支。在序列事务及有关信息处理中有着广泛的应用,目前已有许多序列模式模型及相应的挖掘算法，该文在对序列模式挖掘问题及挖掘算法进行分析的基础上。定义了一种称为序列模式图的序列模式框架。用于表示序列模式挖掘过程发现的所有序列模式，序列模式图是由离散状态的序列集到统一的图结构的桥梁，可以将序列模式挖掘结果统一到序列模式图中来，基于序列模式图进行研究可发现某些结构化的新知识，称之为后序列模式挖掘，文中还给出了序列模式图的有关性质及构造算法。     

基于序列挖掘的用户移动位置预测

随着移动通信技术和定位技术(如GPS定位、GSM定位系统等)的发展和广泛的应用,用户移动模式及移动位置预测技术越来越受到重视.现有的很多移动环境下的轨迹预测算法都是基于支持度或置信度来进行预测的,这种方法并不考虑用户移动模式的匹配度.针对这一问题,提出一种新的匹配度计算方法,结合置信度和移动模式与当前访问路径的相似程度计算出下一个用户最有可能移动的位置.实验结果证明该方法能得到较理想的预测准确度.     

概念漂移数据流挖掘算法综述

数据流是一种新型的数据模型,具有动态、无限、高维、有序、高速和变化等特性。在真实的数据流环境中,一些数据分布是随着时间改变的,即具有概念漂移特征,称为可变数据流或概念漂移数据流。因此处理数据流模型的方法需要处理时空约束和自适应调整概念变化。对概念漂移问题和概念漂移数据流分类、聚类和模式挖掘等内容进行综述。首先介绍概念漂移的类型和常用概念改变检测方法。为了解决概念漂移问题,数据流挖掘中常使用滑动窗口模型对新近事务进行处理。数据流分类常用的模型包括单分类模型和集成分类模型,常用的方法包括决策树、分类关联规则等。数据流聚类方式通常包括基于k- means的和非基于k- means的。模式挖掘可以为分类、聚类和关联规则等提供有用信息。概念漂移数据流中的模式包括频繁模式、序列模式、episode、模式树、模式图和高效用模式等。最后详细介绍其中的频繁模式挖掘算法和高效用模式挖掘算法。     

一种改进的PrefixSpan算法及其在Web用户行为模式挖掘中的应用

序列模式挖掘是从序列数据库中挖掘相对时间或其他模式出现频率高的模式。针对PrefixSpan算法构造投影数据库时开销巨大、扫描效率不高的问题,通过以序列扩展代替项集进行扩展、放弃挖掘序列数小于阈值min＿support的投影数据库以及直接递归局部频繁项等方式进行改进,并将改进方法应用于Web用户行为模式挖掘中,对日志记录中的规律进行分析和研究。实验分析表明,相比PrefixSpan算法,该改进算法在算法效率方面有一定的提高。     

多维概念格与多维序列模式的增量挖掘

多维序列模式挖掘旨在将一个或多个背景维度信息中发现的关联模式与有序事务序列中发现的序列模式有机结合,从而为用户提供信息内容更加丰富、更具有直接应用价值的多维序列模式.目前虽有一些挖掘多维序列模式的工作,但其关联模式与序列模式的发现过程是基于不同的数据结构分开进行的.提出一种新的概念格结构——多维概念格,它是对概念格的延伸与泛化,其内涵更加丰富,不仅具有多个有序的任务内涵,而且具有多个无序的背景内涵.设计实现了基于该结构的增量式多维序列模式挖掘算法,该算法使用统一的数据模型实现关联模式与序列模式的高效同步挖掘.在合成数据集上的实验结果验证了算法的有效性.同时,算法在实际的银行数据集上的应用效果也说明了算法的实用性.     

Spatiotemporal feature mining algorithm based on multiple minimum supports of pattern growth in Internet of Things

The temporal and spatial characteristics of users are involved in most Internet of Things (IoT) applications. The spatial and temporal movement patterns of users are the most direct manifestation of the temporal and spatial characteristics. The user’s interests, activities, experience and other characteristics are reflected by mobile mode. In view of the low clustering efficiency of moving objects in convergent pattern mining in the IoT, a spatiotemporal feature mining algorithm based on multiple minimum supports of pattern growth is proposed. Based on the temporal characteristics of user trajectories, frequent and asynchronous periodic spatiotemporal movement patterns are mined. Firstly, the location sequence is modeled, and the time information is added to the model. Then, a mining algorithm of asynchronous periodic sequential pattern is adopted. The algorithm is based on multiple minimum supports of pattern growth. According to multiple minimum supports, the sequential pattern of asynchronous period is mined deeply and recursively. Finally, the proposed method is validated and evaluated by Gowalla dataset, in which the user characteristics are truly reflected. It is shown by the experimental results that the average pointwise mutual information (PWI) of the proposed algorithm reaches 0.93. And the algorithm is proved to be effective and accurate.

     

Sequential pattern mining in databases with temporal uncertainty

Temporally uncertain data widely exist in many real-world applications. Temporal uncertainty can be caused by various reasons such as conflicting or missing event timestamps, network latency, granularity mismatch, synchronization problems, device precision limitations, data aggregation. In this paper, we propose an efficient algorithm to mine sequential patterns from data with temporal uncertainty. We propose an uncertain model in which timestamps are modeled by random variables and then design a new approach to manage temporal uncertainty. We integrate it into the pattern-growth sequential pattern mining algorithm to discover probabilistic frequent sequential patterns. Extensive experiments on both synthetic and real datasets prove that the proposed algorithm is both efficient and scalable.     

一种高效的增量式序列模式挖掘算法

现有的增量式挖掘算法在支持度发生变化时,需要对序列数据库进行重复挖掘,为减少由此产生的时空消耗,提出一种高效的增量式序列模式挖掘算法。算法采用频繁序列树作为序列存储结构,当序列数据库和最小支持度发生变化时,通过执行更新操作,实现频繁序列树的更新,利用深度优先遍历频繁序列树找到序列数据库中所有的序列模式。实验结果表明,与IncSpan算法和PrefixSpan算法相比,该算法的挖掘效率较高。     

一种基于MDL的日志序列模式挖掘算法

日志数据是互联网系统产生的过程性事件记录数据,从日志数据中挖掘出高质量序列模式可帮助工程师高效开展系统运维工作。针对传统模式挖掘算法结果冗余的问题,提出一种从时序日志序列中挖掘序列模式（DTS）的算法。DTS采用启发式思路挖掘能充分代表原序列中事件关系和时序规律的模式集合,并将最小描述长度准则应用于模式挖掘,设计一种考虑事件关系和时序关系的编码方案,以解决模式规模爆炸问题。在真实日志数据集上的实验结果表明,与SQS、CSC与ISM等序列模式挖掘算法相比,该算法能高效挖掘出含义丰富且冗余度低的序列模式。     

First-order temporal pattern mining with regular expression constraints

Previous studies on mining sequential patterns have focused on temporal patterns specified by some form of propositional temporal logic. However, there are some interesting sequential patterns, such as the multi-sequential patterns, whose specification needs a more expressive formalism, the first-order temporal logic. Multi-sequential patterns appear in different application contexts, for instance in spatial census data mining, which is the target application of the study developed in this paper. We extend a well-known user-controlled tool, based on regular expressions constraints, to the multi-sequential pattern context. This specification tool enables the incorporation of user focus into the mining process. We present MSP-Miner, an Apriori-based algorithm to discover all frequent multi-sequential patterns satisfying a user-specified regular expression constraint.     

去冗余Top-k对比序列模式挖掘

对比序列模式可以用来表征不同类别数据集之间的差异。在生物信息、物流管理、电子商务等领域,对比序列模式有着广泛的应用。Top-k对比序列模式挖掘的目标是发现数据集中对比度最高的前k个序列模式。在Top-k对比序列模式挖掘中,可能挖掘出冗余的序列模式。目前,虽然有Top-k对比序列模式发现算法被提出,但这些算法并未考虑冗余序列模式的问题。为此,本文提出了基于广度优先生成树的去冗余Top-k对比序列模式挖掘算法BFM（breadth-first miner）。使用BFM算法可以有效地解决冗余问题,得到去冗余的Top-k对比序列模式。在BFM算法的基础上,提出了性能更好的算法PBFM（pruning breadth-first miner）。通过在真实数据集上的实验分析与对比 ,验证了本文算法的有效性。     

一种改进的FP-Growth算法及其在业务关联中的应用

基于FP-树的FP-Growth算法在挖掘频繁模式过程中需要递归地产生大量的条件FP-树,效率不高,并且不太适合应用在移动通信业务交叉销售等具有业务约束的关联规则挖掘中。因此,提出了基于项目约束的频繁模式树ICFP-树和直接在此树上进行挖掘的新算法——ICFP-Mine。理论分析和实验结果表明,ICFP-Mine算法在内存占用和时间开销等方面比FP-Growth算法更优越,在移动通信业务交叉销售领域的应用中取得了较好的效果。     

时空轨迹大数据分布式蜂群模式挖掘算法

针对时空轨迹大数据的蜂群模式挖掘需求,提出了一种高效的基于MapReduce的分布式蜂群模式挖掘算法。首先,提出了基于最大移动目标集的对象集闭合蜂群模式概念,并利用最小时间支集优化了串行挖掘算法;其次,提出了蜂群模式的并行化挖掘模型,利用蜂群模式时间域无关性,并行化了聚类与子时间域上的蜂群模式挖掘过程;第三,设计了一个基于MapReduce链式架构的分布式并行挖掘算法,通过四个阶段快速地实现了蜂群模式的并行挖掘;最后,在Hadoop平台上,使用真实交通轨迹大数据集对分布式算法的有效性和高效性进行了验证与分析。