层次序列索引的大规模动态标签图子图查询

标签图常用于智能交通网、生物信息网等新兴领域的建模。子图查询作为图数据分析的关键问题，引起了研究者的广泛关注。对现有子图查询算法的研究发现，随着图数据规模增大且频繁更新，传统子图查询算法普遍存在查询效率低，存储开销大，忽略顶点标签信息等问题。为此，提出了一种支持大规模动态标签图子图查询的层次序列索引（Dynamic Hierarchical Sequence，DHS），该索引提取数据图中带有顶点编号的层次拓扑序列关系以实现子图查询；针对图的动态变化，提出了更新点拓扑扩展式索引维护策略，仅从局部变化顶点及边开始进行增量式更新，大大降低了重建索引造成的巨大开销；提出了基于DHS索引的子图查询方法，仅需将查询图与数据图的层次序列进行匹配即可获得候选集，并在其上利用关系匹配策略获得最终查询结果。实验证明提出的方法在保证高效查询的同时降低了索引的创建及维护时间，提高了子图查询效率。     

基于双索引的子图查询算法

传统的子图查询算法大多只在图数据库上进行一次挖掘算法,即在图数据库上建立稳定的数据库索引后将不再对索引进行更新.随着查询兴趣的改变或数据库的频繁更新,原有的数据库索引将不再能提供有用的信息来减少查询过程中候选图的数量.为此,提出一种双索引的子图查询算法,同时在数据库和查询流上挖掘频繁子图并建立索引.子图查询和查询流索引的建立同步进行,即使查询兴趣改变,查询流索引也能自适应地更新索引信息来优化查询效率.针对数据库的频繁更新,查询流索引已提供实时的有效信息,数据库索引无需重新建立.实验结果表明,双索引的结合能有效提高查询子图的处理效率.     

一种基于双哈希编码的超图集合查询方法

图数据查询就是在图数据库中查询出满足查询条件的图数据集,索引的构建和查询算法是影响查询效率的关键因素。为在超图查询过程快速、有效得到被查询图q包含的索引项,提出基于双哈希编码的超图集合查询方法。该方法主要利用双哈希的探查序列,让关键字均匀散列在表中各位置,避免存储过程存在的冲突,实现索引的快速查找。实验结果表明,该方法能够减少候选集生成时间和规模,提高查询效率。     

基于增量信息索引的子图查询算法

当前图数据库中的子图同构查询算法主要是依赖倒排索引,然而处理那些具有庞大数据的数据库和复杂的查询愈发成为挑战。研究目的是设计一个算法,使用新的索引作为查询处理的核心,记录查询图的每一个细小改变,并使用一种特殊的数据结构来维护。先是引出一个索引算法,然后逐渐分析整个索引、查询过程,并利用该算法实现一个系统,最后在不同数据集和查询上进行实验。实验证明了该算法具有良好的时间、空间效率和扩展性。新的索引算法能够支持更大的查询图和更加灵活的查询。通过实现的系统和其他系统的对比实验,验证了算法的有效性。     

基于拓扑序列的DAG子图包含查询算法研究

图模型具有强大的表达能力,被广泛用于各种应用领域的数据建模.如何在大规模图数据库中进行高效子图包含查询是当前的研究难点之一.由于子图同构是一个NP完全问题,在现有的子图包含查询算法中,基于图特征的索引技术被广泛用来提高查询处理性能,但是这些索引结构的维护代价较高.针对有向无环图提出了一种基于拓扑序列的子图包含查询算法,...     

一种新的频繁子图挖掘算法

传统Aprior频繁子图挖掘算法中存在大量冗余子图.针对该问题,提出一种新的频繁子图挖掘算法(GAI).介绍一种三层MADI索引结构,用于存储图集的信息,以减少图集的扫描次数,通过扩展ETree树构造频繁子图,并用表来存储候选子图,避免扩展过程中冗余图的产生以及对整个数据库的扫描,从而简化支持度的计算,提高图/子图同构...     

基于最小生成树的图数据库索引算法

对复杂数据进行图模式建模近几年越来越流行,因此,在查询执行的优化过程中图索引技术变得至关重要.研究了图模式的索引问题,并且提出了一种近似的索引方法,称为MSTA方法.MSTA方法利用最小生成树结构作为索引特征,依据最小生成树边序列的包含关系和基于最大公共子图的图距离度量,将最小生成树组织到一个称为MST树的索引结构中.MST树索引结构可以高效地支持多种查询,例如子图查询.MSTA方法具备高效的索引性能.在索引大小和索引建立时间方面,传统方法是MSTA方法的数十倍,甚至上百倍.MSTA方法虽然不能返回完整结果,但是可以返回经图距离度量排序最好的部分结果.     

选择-验证-过滤:一种迭代的子图包含查询处理机制

近年来,图模型广泛应用于生物信息、计算化学、语义网等领域.目前,"过滤-验证"机制被广泛用于子图包含查询,即首先根据图数据的特征构造索引,然后根据索引产生候选集,最后对候选集中的每一个图进行子图同构验证.在这类算法中,"过滤"阶段是关注的重点,力争过滤掉更多的数据;而"验证"阶段则只是单纯地进行候选图子图同构检测,并没有进一步优化查询性能的可能.因此,提出了一种新的子图包含查询的迭代处理机制:"选择-验证-过滤",可利用从子图同构验证过程中得到的信息,结合数据库中图数据之间的相关关系,进行迭代查询处理.该机制首先选择数据库中的图与查询图进行同构验证,然后根据本次验证得到的信息,结合图数据之间的子图映射关系,进行迭代查询处理.一旦子图同构验证成功则可直接获得查询结果,而若验证不成功,则可以缩小下次迭代的查询搜索空间.为提高验证成功概率,提出了一种基于搜索空间预测的图选择策略.大量实验表明,该算法具有较"过滤-验证"机制更高的查询处理性能.     

基于图结构的候选序列生成算法

先生成候选序列再判断候选序列是否为频繁序列，最后获得频繁序列是序列数据挖掘中基于候选序列挖掘算法的一般结构，如Apriori类算法，GSP算法，SPADE算法等。因此，研究候选序列生成算法具有普遍意义。本文首先研究了序列数据集(序列数据库)与图结构间的关系，证明了一个序列是频繁序列的必要条件是该序列对应于一个完全子图。以此为基础提出了基于图结构的候选序列生成算法，文中给出了算法正确性证明。在T25110D10K和T25120D100K数据集上的挖掘实验表明在本文提出的候选序列生成算法上进行挖掘比用Apriori算法进行挖掘的效率更高。     

基于包含度的子图匹配方法

子图匹配是图论中最基本的操作.研究子图匹配的一个变种,即：在一个节点拥有若干元素的大图数据库中,找到与给定查询图结构同构并且对应节点元素的加权集合包含度大于给定值的所有子图,称作基于包含度的子图匹配（subgraph matching with inclusion degree,简称SMID）.该查询能够应用于多种场景,包括论文检索、社区发现、企业招聘等.为高效实现SMID,设计了同时包含节点元素和图结构信息的数据签名与查询签名,在离线处理阶段,利用数据签名为数据图建立动态签名树（DS-Tree）,以加快在线处理时图节点的匹配过程.为解决DS-Tree占用空间大的问题,设计了一种DS-Tree压缩方法,在对查询效率影响不大的情况下减小了索引空间.为进一步加快查询效率,还提出了支配子图查询算法.在真实数据和人工数据上的实验结果表明,所提出的方法在效率和扩展性方面优于现有其他方法.     

基于信息熵的子图匹配算法

子图查询是指输入一个图数据库和查询子图,输出图数据库中包含查询子图的图集合,它广泛应用于社会网、生物网和信息网的查询应用中。目前的子图查询算法大多采用静态消耗测算模式,此类测算模式在图中点数和连接边数呈指数分布时,会在少数节点上花费较多时间遍历其邻节点,导致查询算法效率低下。根据信息熵在信息度量中的作用,将条件信息熵作为启发式匹配的依据,提出了基于信息熵的子图匹配算法。实验表明,基于信息熵的子图匹配算法具有更高的查询效率,且在指数分布的数据集上效果更明显。     

Lindex: a lattice-based index for graph databases

Subgraph querying has wide applications in various fields such as cheminformatics and bioinformatics. Given a query graph, q, a subgraph-querying algorithm retrieves all graphs, D(q), which have q as a subgraph, from a graph database, D. Subgraph querying is costly because it uses subgraph isomorphism tests, which are NP-complete. Graph indices are commonly used to improve the performance of subgraph querying in graph databases. Subgraph-querying algorithms first construct a candidate answer set by filtering out a set of false answers and then verify each candidate graph using subgraph isomorphism tests. To build graph indices, various kinds of substructure (subgraph, subtree, or path) features have been proposed with the goal of maximizing the filtering rate. Each of them works with a specifically designed index structure, for example, discriminative and frequent subgraph features work with gIndex, δ-TCFG features work with FG-index, etc. We propose Lindex, a graph index, which indexes subgraphs contained in database graphs. Nodes in Lindex represent key-value pairs where the key is a subgraph in a database and the value is a list of database graphs containing the key. We propose two heuristics that are used in the construction of Lindex that allows us to determine answers to subgraph queries conducting less subgraph isomorphism tests. Consequently, Lindex improves subgraph-querying efficiency. In addition, Lindex is compatible with any choice of features. Empirically, we demonstrate that Lindex used in conjunction with subgraph indexing features proposed in previous works outperforms other specifically designed index structures. As a novel index structure, Lindex (1) is effective in filtering false graphs (2) provides fast index lookups, (3) is fast with respect to index construction and maintenance, and (4) can be constructed using any set of substructure index features. These four properties result in a fast and scalable subgraph-querying infrastructure. We substantiate the benefits of Lindex and its disk-resident variation Lindex+ theoretically and empirically.     

大规模标签图中的动态Top-K兴趣子图查询

针对传统算法由于时间或空间复杂度过高而难以实现规模大且动态变化情况下标签图的Top-K子图查询问题,提出一种适用于大规模标签图的动态Top-K兴趣子图查询方法DISQtop-K。该方法建立了包括节点拓扑结构特性（NTF）索引和边特性（EF）索引的图拓扑结构特性（GTSF）索引,利用该索引可有效剪枝过滤不满足限制条件的无效节点及边;基于GTSF索引提出了多因素候选集过滤策略,通过对查询图候选集进一步剪枝以获得较少的候选集;考虑到图的动态变化可能对匹配结果产生影响,提出了Top-K兴趣子图匹配验证方法——DISQtop-K,将匹配验证过程分为初始匹配和动态修正两个阶段,以尽可能保证查询结果的实时、准确。大量实验结果表明,相比RAM、RWM算法,DISQtop-K方法的索引创建时间较短且占用空间较少,能有效处理大规模标签图中的动态Top-K兴趣子图查询。     

多编码树GPU并行轴心子图匹配

子图同构问题是非确定多项式（NP）完全问题,而轴心子图同构是一种特殊的子图同构问题。针对现在已经有许多高效的子图同构算法,然而对于轴心子图同构问题目前并没有基于GPU的搜索算法,且通过改造已有的子图同构算法来解决轴心子图匹配问题会产生大量不必要的中间结果这一问题,提出了一种基于GPU的轴心子图同构算法。首先,通过一种新颖的多编码树方式,利用节点的标签、度以及节点邻居的结构特征的组合对节点进行编码,并在GPU上对查询图节点并行地进行剪枝,从而明显地减小数据图候选节点所生成的搜索空间树的尺寸;然后,逐层访问查询图节点的候选节点,过滤掉不满足的节点;最后,验证得到的子图是否是查询图的同构子图,从而高效地完成轴心子图同构搜索。实验结果表明,与GPU友好子图匹配（GpSM）算法相比,所提算法的执行时间降低了二分之一,且该算法能够高效地执行轴心子图同构搜索并且具有可扩展性。所提轴心子图同构算法可以减少解决轴心子图同构问题所需的时间,同时降低了GPU内存消耗,提升了算法的性能。     

不确定图间α-β子图同构匹配算法

子图查询返回图数据集合中所有包含查询图的数据图。在查询图和数据图同时为不确定性图的前提下,提出了不确定图间的期望子图同构定义和α-β子图同构匹配定义。不确定图间的期望子图同构是确定图上子图同构在概率图模型上的直接推广,不确定图间α-β子图同构利用两个限制阈值来衡量查询图和数据图间的匹配质量。文章详细阐述了α-β子图同构匹配的语义特点,分析了其和期望子图同构的联系和差别,设计实现α-β子图同构匹配判定算法。     

基于子图相交的社交账号与知识图谱实体对齐

社交媒体与知识图谱的数据各具特点,相互之间的数据互通具有较强的现实意义,而社交账号与知识图谱实体的对齐是数据互通的前提。针对社交媒体与知识图谱的特点,提出了一种基于子图相交的对齐方法,旨在给定社交账号的情况下,根据社交账号的相关信息在知识图谱中找到正确的对应条目。该方法在候选实体生成阶段对比实验了不同的生成策略。在目标实体选择阶段提出一种基于子图相交的算法,利用社交账号的社交关系在知识图谱中映射成子图。子图相交算法通过考察子图中候选实体周围顶点的"稠密"程度,确定社交账号所对应的目标实体。由于该领域尚无公开可用的测试数据集,构造了一个基于Twitter与Wikidata的对齐数据集,使用该数据集对该方法进行评估,对比测试了标题匹配算法和AGDISTIS算法,子图相交算法能够达到更好的效果。     

Graph Grammars for Querying Graph-like Data

Recently research has deeply investigated the problem of querying semi-structured data and data which can be represented by means of graphs (e.g. object-oriented data, XML data, etc.). Typically queries on graph-like data, called path queries, are expressed by means of regular expressions denoting paths in the graph. The result of a path query is the set of nodes reachable by means of a path expressed by a specified regular expression. In this paper we investigate the problem of extracting a subgraph satisfying a given property from a given graph representing some information. We propose a new form of queries, called graph queries, whose answers are (marked) graphs having a particular structure, extracted from the source graph. We show that a simple form of graph grammars can be profitably used to define graph queries. The result of a graph query, using a grammar G over a database D, is a marked subgraph of D ‘matching’ a graph derived from G. We consider different types of graph grammars which can be used to query graph-like data and consider their expressiveness and complexity.     

大型网络中近似子图匹配研究

为降低噪声对近似子图匹配准确率的影响,提出一种改进的近似子图匹配方法。在预处理阶段,利用k-近邻顶点集为数据图中的每个顶点建立标签-权重向量索引。在查询过程中,基于单个近邻标签的权重距离和所有近邻标签的整体匹配程度进行两级过滤,生成顶点候选集,采用生成树匹配和图匹配的方式确定查询图在大型网络中的位置。在真实数据集上的实验结果表明,该方法具有较高的执行效率和匹配准确率。