基于树分解结构的Top-k最短路径查询算法

基于树分解原理及性质,本文运用启发式树分解方法将图转换为树结构,并对分解树进行预处理,在这些预存储的索引信息中查询Top-k最短路径。将树分解索引结构应用到Yen算法,通过解决树分解结构上的限制性路径查询,即Top-1最短路径查询,依次循环求解出Top-k最短路径查询。本算法并没有改变Yen算法最坏情况下的时间复杂度,而是通过分解树上的索引信息在分解树上递归查找,快速查找出最短路径。实验结果表明,基于树分解结构的Top-k最短路径查询算法比Yen算法的查询效率高,且存储索引信息在可接受范围内。     

动态图上基于2-HOP COVER的TOP-K最短路径算法

top-k最短路径问题是在给定图中查找两个节点的最短的k条路径的问题。对于大规模的图,这一问题的算法通常分为两个步骤:耗时的一次性预处理和快速的查询应答。但是,很多这样的算法都是针对静态图的。如果图进行了改变,耗时的预处理就要重做。基于静态图中的2-hop cover的top-k最短路径算法,提出一个适用于动态的有向带权图上的top-k最短路径算法,其创新部分是一个更新预处理数据的子程序。该算法只需要修改原始图的很小一部分索引集就可以得到更新后图的索引集,极大地减少了算法的总运行时间。证明了算法的正确性,并分析了算法的时间和空间复杂度。     

基于参考节点嵌入的图可达性查询

针对k步可达性查询算法无法解决带距离约束的图可达性查询问题,提出基于参考节点嵌入的图可达性查询算法。首先,从所有节点中选出极少数有代表性的全局参考节点,预先计算所有节点与全局参考节点之间的最短路径距离;然后,采用最短路径树和范围最小值查询技术求得局部参考节点;接着,利用三角不等式关系得到查询点对距离范围;最后,根据查询条件中的距离值与查询点对距离范围上、下限值的大小关系,可快速得出可达性结论。针对社会关系网络和公路网络数据,将所提算法与Dijkstra算法、K-Reach算法进行实验对比测试。相较于K-Reach算法,其索引建立时间小4个数量级,其索引规模小2个数量级;相较于Dijkstra算法,在公路网络和社会关系网络中,直接得出可达性结论的比例分别为92%和78.6%,其查询时间大大缩短,分别降低了95.5%和92%。实验结果表明：所提算法能够通过使用较小的索引开销,实现在线查询计算复杂度的降低,可很好地解决既适用于有权图又适用于无权图带距离约束的可达性查询问题。     

时序最短路径算法

最短路径是指网络中两结点间阻碍强度最小的一条路径。传统的最短路径是在静态网络上进行研究的,然而现实生活中很多网络是动态的、有时序性的,因此传统的最短路径算法并不能用于解决所有最短路径问题。为了寻找时序网络上的最短路径,在Dijkstra算法思想基础上,提出一种时序最短路径的精确算法。文中利用严格的数学推导证明了本算法的可行性,并通过对构建的网络做实证分析验证了算法的正确性。     

道路网中基于RRN-Tree的CKNN查询

现有针对基于道路网络的CKNN查询研究,主要是将道路网络以路段和节点的形式进行建模,转化成基于内存的有向/无向图,该模型存在2个问题:一个是道路网络中路段数据量大,导致索引结构分支过多、移动对象更新频繁;另一个是图表示方法不能很好地处理十字路口转向、U型转弯等交通规则。针对此问题,提出道路网中基于RRN-Tree的移动对象CKNN查询算法,包括索引结构设计和移动对象查询算法设计,采用路线对道路网建模,基于网络边扩展方式,实现复杂条件下的道路网络CKNN查询。实验结果表明,在各种网络密度和兴趣点对象分布密度下,与经典的IMA/GMA算法相比,基于RRN-Tree索引方法的查询性能提高1.5倍~2.13倍。     

有向无环图上k步可达查询优化算法

k步可达查询用于在给定的有向无环图（DAG）中回答两点之间是否存在长度不超过k的路径。针对现有方法的索引规模大、查询处理效率低的问题,提出一种基于部分点的双向最短路径索引来提升索引的可达信息覆盖率,并提出一组优化规则来减小索引规模;然后提出基于简化图的正反互逆拓扑索引来加速回答不可达查询;最后提出远距离优先的双向遍历策略来提高查询处理的效率。基于21个真实数据集（如引用网络、社交网络等）的实验结果表明,相比已有的高效方法PLL及BFSI-B,所提出的算法具有更小的索引规模和更快的查询响应速度。     

标签约束图上的k步可达性查询

标签约束图上的k步可达性查询问题,回答了在一个标签约束图上两点之间是否存在一条长度不大于k的路径并且这条路径上的标签都在用户给定的标签集中的问题。标签约束图上的k步可达性查询问题在现实中有着广泛的应用,然而现有算法无法直接回答这个问题。因此,首先提出LK2H算法。LK2H算法主要包括构建索引和查询两个步骤。第一步是给图上的所有顶点构建一组包含k和标签信息的2-Hop索引,第二步是基于构建好的索引进行查询。在查询时,为了尽可能地为用户返回更多的信息,LK2H算法优化了一类不可达查询的返回结果：当用户无法明确所有的标签类型,不能给出完整的标签约束,进而导致查询结果为不可达时,将完整的标签集返回给用户。其次,提出优化算法LK2H+。LK2H+算法通过构建部分顶点的2-Hop索引进一步缩减索引大小和索引的构建时间,并基于构建好的索引进行查询。查询时,需要对顶点按照是否构建了索引进行分类讨论。最后,基于15个真实数据集进行测试。实验结果表明,LK2H算法和LK2H+算法都可以高效地解决标签约束图上的k步可达性查询问题。     

动态网络中多规则的最短路径查询算法

最佳排序路径查询,是智能交通中的热点问题.在实际的应用中,由于最佳排序路径查询有许多限制条件,现有的算法不能有效地解决动态网络中受限制的路径查询问题.为了解决动态网络中最佳排序路径查询问题,用规则表示每个限制条件,提出了一种新的最佳排序路径查询形式,即多规则的最短路径查询.提供了统一的框架,该框架包含了路径集合查询和最短路径查询.在路径集合查询部分,为了高效地查询出满足多规则的路径集合,在广义规则树的基础上,提出一种新的树的遍历方式,即树的继承全遍历;并基于树的继承全遍历思想,提出一种剪枝技术,对路径集合进行删减,最后求得候选路径集合.在最短路径查询部分,提出一种基于动态阈值的最短路径搜索方法.通过两个真实的动态道路网络的实验验证,所提出的算法能够高效地解决多规则的最短路径查询问题.     

基于最短路径的道路网络k近邻查询处理

针对基于空间道路网络的k近部查询处理,提出了分布式移动对象更新策略以有效减少服务器计算代价,利用基于内存的空间道路网络部接矩阵、最短路径矩阵结构和移动对象哈希表索引分别对道路网络无向图与移动对象进行存储管理。提出了基于最短路径度量的网络扩展搜索(SPNE)算法,以通过裁剪网络搜索空间来减少k近部查询搜索代价。实验表明,SPNE算法的性能优于传统的NE和MKNN等k近邻查询处理算法。     

非结构化P2P网络资源搜索改进算法

为了改善非结构化对等网络(peer-to-peer,P2P)资源搜索的网络负载大、搜索时间长的缺点。对现有P2P网络资源搜索算法进行了研究,在此基础上,提出一种基于索引表的跳跃式算法,该算法中每一个节点存有一定数量邻居节点的资源索引,节点利用资源索引表以跳跃方式查询节点,网络中的某些节点需要查询资源索引表,而某些节点无需查询资源索引表,直接转发查询消息即可。通过OPNET进行仿真实验表明,该算法能有效的减少网络负载和搜索延时,提高了搜索成功率。     

一种有效的图索引查询算法

图是一种很强大的工具,在许多应用领域如化学化合物,生物信息,XML文档,图像处理和社会网络等应用中它可以表示其对象及它们之间的关系,而且在模式化复杂的结构数据时图发挥了越来越重要的作用.图的一个最基本的操作是图的查询处理,经典的图查询问题是给出图数据库和一个查询图,从图数据库中找出那些包含查询图作为子图的图.在本文中对于给定的查询图提出了一种有效的索引策略,在图数据库中选取具有判别力的树作为特征树,对这些特征树进行编码,将结构之间的比较转化为编码序列之间的比较,并利用特征树建立索引,提出了两种剪枝策略,过滤掉数据库中与查询图不是精确匹配的图.实验验证了所提出查询处理算法的有用性和有效性.     

一种高效的最短路径完全动态更新算法

在通信网络中,节点间最短路径的计算是链路状态路由协议计算路由的基础。通过对现有动态最短路径算法的深入研究,提出了一种处理网络拓扑变化的完全动态最短路径算法DSPT-ID。该算法利用已有SPT的信息,建立一个最短路径树的更新队列,当网络拓扑发生变化时,算法针对边的权值增大和减小,分别进行更新,并将更新节点局限在受拓扑变化影响的节点中,从而达到SPT的增量更新。算法复杂度分析和仿真结果显示,DSPT-ID算法具有更少的节点更新次数和更高的时间效率。     

时序图上动态子图查询优化算法

挖掘时序图中的特定模式,能够有效地发现有价值的信息,并进行预测与决策支持,因此动态子图的查询及索引优化成为时序图研究的一个热点。研究了聚焦在动态子图的快速查询,着重探讨了索引优化,给出了查询模型的定义及基本查询算法。针对查询算法进行索引优化,提出了两种不同的建立索引的方法,波形索引及二叉树索引。为了验证索引的适用条件,设计了相应的实验,并使用随机数据集对实验程序进行测试,从时间消耗和空间占用的角度对两种索引的运行效率进行了验证分析。波形索引的优势在于存储结构简单,适用于边长度较长边数量不多的情况。二叉树索引的查询速度快,适用于边长度较短边数目较多的情况。     

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.     

动态网络中一种高效的最短路径树维护算法

现有的动态最短路径树算法在某些边的权值频繁变化时,会造成动态网络中的最短路径树频繁更新,而且当网络中的路由器毁坏或增加新的路由器时,该算法难于应用到构造最短路径树中。针对上述问题,提出一种最短路径树的维护算法。对权值频繁变化的边进行处理,避免将其加入到最短路径树中,减少最短路径树的更新次数,当网络中的路由器毁坏或者增加时,通过减少冗余边的入队操作,对网络中的最短路径树进行维护。实验结果表明,与高效的最短路径树动态更新算法相比,该算法的更新时间效率更高。     

受限模糊网络可信近邻查询

针对不确定网络环境下的近邻查询问题,给出一种新的解决方法.将不确定网络建模为模糊图,定义模糊图中两点间的可信最短路径距离和可信最短路径期望距离,在可信距离基础上,提出模糊图可信近邻查询概念,并给出网络距离受限条件下的模糊图可信近邻查询算法和即时可信近邻查询算法.算法采用模糊模拟方法降低问题难度,使用网络距离约束缩小搜索空间,运用优先队列快速得到满足精度ε要求的可信近邻查询结果.算法的时间复杂度分别为O((2r +Ar)(e+nlgn)+hlgh+ lgn)和O(e+ (n+1)lgn).理论分析与实验结果表明,可信近邻查询算法能够从模糊角度解决不确定网络环境下的近邻查询问题.     

基于自适应门控图神经网络的交通流预测

交通流预测是智能交通系统中的重要组成部分,由于交通数据的复杂性,长期而又准确的交通流预测一直是时间序列预测中最具挑战性的任务之一。近年来,研究人员将基于图神经网络的时空图建模方法应用于交通流预测任务,并取得了良好的预测性能。然而,现有的图建模方法仅通过预定义的邻接结构反映道路网络中的空间依赖关系,忽略了各节点之间的序列关联关系对预测的重要性。针对这一局限性,提出了一种自适应门控图神经网络（Ada-GGNN）,其核心为通过空间传递模块同时捕获道路网络的空间结构及自适应的时序相关性,并通过门控机制学习节点上的时间序列特征。在两个真实交通网络数据集PeMSD7和Los-loop上的实验结果证明了该模型具有更优越的性能。     

基于有序双循环链表的低代价最短路径树快速算法

低代价最短路径树是一种广泛使用的多播树。在FLSPT算法的基础上,通过选择有序双循环链表作为待发展节点序列Q的运算与存储中心,提出了基于有序双循环链表的低代价最短路径树快速算法DKFLSPT。该算法构造的最短路径树与FLSPT算法构造的最短路径树具有相同的性能,利用有序双循环链表的局部性原理来达到改进节点路径最小值的搜索过程。随机网络模型的仿真结果表明,DKFLSPT 算法效率平均可以提高19%。     

大规模图数据可达性索引技术:现状与展望

随着社交网络、生物信息网、本体等新兴领域的飞速发展,在现实应用中涌现出大量的图数据.可达性查询是有向图上一类最基本的查询.当图的规模非常小时,利用深度优先遍历(depth-first search,DFS)或可达性传递闭包可以很容易处理可达性查询.但是,随着图的规模越变越大,由于DFS方法的查询效率太低而可达性传递闭包方法占用的存储空间太大,这2种方法不再适用.因此,许多可达性索引方法相继被提出.这些方法已经被广泛应用于多个计算机科学领域,如软件工程、编程语言、分布式计算、社交网络分析、生物网络分析、XML和RDF数据库、路由规划等领域.此外,可达性索引还可用于加速其他图算法,如最短路径查询和子图模式匹配.首先介绍了可达性索引的应用背景.接着,依据支持的数据规模、数据类型以及查询类别,将现有可达性索引工作进行了分类,并对代表性工作进行分类比较;最后,讨论了现有的大规模图数据可达性索引方法存在的问题,并指出了未来的研究方向.     

一种新的Kth最短路径搜索算法

借助于“背离”路径的概念,论文在2nd最短路径搜索算法的基础上提出了一种新的Kth最短路径搜索算法,并将其应用至实际环境中。通过K-1次2nd最短路径搜索算法的迭代,该算法可以求出网络中任意两个给定节点之间的Kth最短路径,2nd最短路径搜索算法在计算上具有简单性,因而也同样具有简洁、快速的特点。