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。     

路网中基于地理位置和区域封闭性的最短路径的查询算法

针对大规模城市路网寻找最短路径的问题,提出了一种基于边的聚类树(ECT)和最小封闭格(MCL)的算法来达到路网中快速查询的目的。首先对给定的城市路网进行预处理,即利用封闭格的定义对路网进行划分;其次利用ECT树对划分出的MCL格进行存储;最后利用虚拟路径的思想(两点之间直线距离最短)并结合MCL格的性质和路网的平面性的特点,利用ECT树存储的优势,在查询中大大减少了无用节点的访问数量,降低了时间复杂度,从而达到了快速寻找最短路径的目的。理论分析和仿真实验表明,在大规模的城市路网中ECT树的存储空间相比PCPD算法减少了约45.56%,相比TNR算法减少了24.35%,其在存储方面略优于较为完备的SILC算法。MCL算法在查找过程中的搜索效率比SPB算法快15.6%。实验结果表明基于ECT存储的MCL算法在实际查询过程中能提高查询的效率。     

TD-H2H:时序图上的最短路径查询

道路网络上的最短路径查询是一个已经被广泛研究的基本问题。现有的研究通常将道路网络建模为静态图,查询给定节点间距离最短的路径。然而,道路网络具有时序性,将道路网络建模为时序图更符合实际情况。与静态图相比,时序图的规模更大,结构也更为复杂,增加了时序最短路径的查询难度。时序最短路径是指在给定出发时间下,时序图上源节点和目的节点之间旅行时间最短的路径。因此,时序最短路径的结果受给定出发时间影响,为时序最短路径的查询带来了新的挑战,传统的最短路径算法不适用于时序最短路径的查询。将道路网络建模为时序图,并基于树分解提出了TD-H2H索引,利用该索引可以快速准确地实现时序最短路经查询。首先,研究了时序图上的树分解问题,提出时序树分解算法,将图结构转变为树结构。然后,通过树分解快速确定索引结构,提出了高效的索引构建算法,用以构建TD-H2H索引。最后,基于TD-H2H设计了高效的最短路径查询算法TD-OAI。在4个真实公开的数据集上与现有算法进行了实验,结果表明提出算法的查询效率优于现有算法1～2个数量级,证明了提出算法的有效性和效率。     

反向时间依赖路网上移动对象的启发式k近邻查询算法

针对实际应用中用户在真实路网上进行移动服务(如出租车,救护车,外卖等)的查询需求,提出反向时间依赖路网上移动对象的k近邻查询问题.在分析现有查询算法的不足后,建立了反向时间依赖路网和基于标记点的最短路径树.并在此基础上,给出了一种针对反向时间依赖路网上移动对象的k近邻查询算法TDSPT-kNN.通过采用基于最短路径树的...     

最短路径算法在校园导游系统中的应用

用无向网表示学校的平面图,设计了该平面图的存储结构,并应用最短路径算法实现了查询图中各景点的相关信息,以及查询图中任意两个景点间的最短路径的功能;应用克鲁斯卡尔算法构造该平面图的最小生成树,求出可以连通所有景点的最短路径。该系统为新生熟悉校园环境提供了方便。     

时态图最短路径查询方法

最短路径查询问题已被研究多年,然而,目前已有大部分工作主要集中在普通图上,针对时态图最短路径查询的研究工作相对较少.时态图中,2个顶点之间有多条边,每条边附带有时态区间,记录着边上代表事件的发生时间和结束时间.时态图最短路径查询在城市交通路径规划、社交网络分析、通信网络挖掘等领域有着广泛的应用.由于最短时态路径的子路径...     

路径节点驱动的低代价最短路径树算法

Dijkstra算法是一个优秀的最短路径求解算法,同时也产生一棵最短路径树SPT(shortest path tree);该算法在网络计算与优化中得到了广泛的应用.为了对最短路径树进行代价优化,提出了路径节点驱动的思想.基于这种思想设计了路径节点驱动的最低代价最短路径树算法LCSPT(least-cost shortest path tree algorithm).通过LCSPT算法一个正计算节点能够最大化与当前最短路径树中的路径共享,因而进一步优化SPT树代价性能,生成高性能的SPT树.作为算法的重要组成部分,使用数学归纳法证明了算法的正确性;从理论上分析了LCSPT算法的代价性能,以及和同类算法相比如何取得最小代价性能;同时,对其时间复杂度和空间复杂度进行了分析.最后通过3个仿真实验验证了该算法在构建SPT时的正确性和其最小代价最短路径树特性.     

一种基于公交路线的规划方法

提出一种用于公交路线规划的最优路径查询方法.利用最优位置选择思想,在给定源点和终点的路网中找到k最短路径中最优性值最大的路径,即客流量最大的路径,为进行公交路线规划提供参考.采用k最短路径算法找到长度满足条件的k最短路径,然后对这k最短路径上的一些特殊顶点(如路口)进行最优性查询,从而找到k最短路径中最优性值最大的路径.最后,通过实验验证该方法的有效性.     

稳定的最短路径树及其构造算法

构建最短路径树是动态网络研究的重要问题之一。在动态网络中,当边状态发生变化时会引发最短路径树动态的重新构建,反复地计算不仅消耗大量时间,也会导致最短路径树的频繁变化。提出一种稳定的最短路径树构造算法,使得构造的路径树在动态网络上更稳定,即更新最短路径树所需的操作数更少。该算法通过记录频繁变化的不稳定边并尽可能避免将其加入最短路径树中,从而能够高效地减少边变化带来的操作。实验结果表明,与传统的动态最短路径树算法相比,该算法可以得到更稳定的最短路径树,并且更新时间减少了57.24%,结点更新次数降低了43.6%。     

结构化加密图的最短路径查询

随着云计算的快速发展, 数据用户将大量图数据外包给云以节约存储和管理成本。然而, 外包数据的安全隐私问题是云计算面临的一大挑战。由于云是半诚实的, 为保护敏感信息的隐私安全, 数据拥有者希望在将图数据外包给云服务器之前对其加密, 同时保留对加密的图数据进行查询和处理的能力。最短路径查询查找图中给定两节点之间的最短路径, 是图应用中最基础的查询类型之一。目前已有许多研究者提出一系列高效的方案, 以支持加密图上近似或精确最短距离查询、约束最短距离查询和 top-k 最近关键字查询, 但支持最短路径查询的方案较少, 且已有方案的存储与时间开销较大。本文提出一种支持在加密图上进行两节点间最短路径查询的结构化加密图方案。在本方案中, 我们基于 2-Hop 标签技术构造支持有向图上最短路径查询的标签索引并加密, 然后将加密的标签外包给云服务器。 利用改进的保序编码算法编码距离值, 实现加法运算和值的比较, 提高最短路径查询的效率。在查询阶段, 通过递归式地计算两节点间最短路径上的第一条边和最后一条边, 最终输出完整的最短路径。安全性和性能分析证明本文方案是安全有效的, 能以较小的存储和较高的查询效率实现两节点间的最短路径查询并保护图数据的隐私。     

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。     

具有树和路约束的平行机排序问题

考虑具有树和路约束的平行机排序问题,其工件集对应于无向图(有向图)的边(弧)集。目标是选取工件集的一个子集使其满足树或路的约束,将其放在平行机上处理,使得机器的最大完工时间(makespan)尽可能地小。通过分析此类问题的组合性质,得到如下结论：在K-树约束下,利用最小支撑K-树的性质可得一个有效多项式时间近似方案;在两固定点间路的约束下,通过构造辅助实例以控制边的权重,分析辅助实例的输出值与目标实例最优值之间的关系,利用最短路的性质可以得到一个2-近似算法;在单源点最短路径树的约束下,根据最短路径树的性质可以得到一个有效多项式时间近似方案;在两固定点间最短路的约束下,在所有的两点间最短路构成的子图基础上,通过构造新的辅助图以控制弧的权重,再利用最短路的性质可以得到一个1.618-近似算法。     

基于XML索引技术的有效外延连接

首先给出了XML文档树、元素外延和名字路径等的形式化定义.接着,将编码方案、路径索引和名字外延的思想相结合,提出了一种改进的XML数据的索引结构(类型索引集、名字索引集和外延索引),解决了基于传统索引技术的XML数据查询方法性能上的不足.它既可以有效地支持结构连接的计算以快速地判断任意结点之间的子孙后代关系,也可以有效地支持基于名字外延的路径连接算法以快速地判断任意结点之间的父子关系,然后还可以快速地支持对包含拥有关系的小枝查询;进而给出了基于该索引结构的外延连接算法,并着重对其处理含有父子关系和拥有关系等较复杂的XPath查询路径的不同处理过程进行了对比和分析,使得对于一条长度为n的XPath绝对路径查询,最多只需要n/2-1次外延连接,且能够根据双亲结构信息等利用外延索引尽可能跳过不需要参与连接的结点.实验结果表明,提出的新的索引结构可以有效地提高查询处理的性能.     

基于规则的最短路径查询算法

最短路径查询是图数据管理中非常重要的一类问题.研究了基于规则的最短路径查询,它是一类特殊的最短路径查询问题.给定起点和终点,基于规则的最短路径查询是指找到一条从起点到终点的最短路径,使得此路径经过用户指定点集中的所有点,并且某些点的访问顺序满足一定的偏序规则.该问题被证明是一个NP-hard问题.目前已有的工作侧重于空间数据集（两点之间的最短距离用欧氏距离表示）上基于规则的最短路径问题,它采用穷举的方式列出所有满足规则的路径,然后选择长度最小的路径作为问题的解.然而在实际的道路交通网中,两点之间的距离等于两点之间的最短路径的长度,它往往大于两点之间的欧氏距离;此外,采用穷举的方式会造成大量重复的计算.因此,设计了一种前向搜索算法以及一些优化技术来求解该问题.最后,在不同的真实数据集上设计了大量的实验来验证算法的有效性.实验结果表明,该算法可以快速给出问题的解,而且算法的效率在很大程度上超过了现有的算法.     

一种XML文档索引及查询处理方式

本文首先论述了传统XML路径模式索引方式，在此基础上提出面向元素的XML文档索引方式和相关算法，以及使用扩展的后序遍历序号进行元素节点标识的方案，并给出了该索引方式和元素节点标识方案下规则路径表达式查询和树型模式查询处理的方法，最后说明该方式在效率上优于传统索引方式下规则路径表达式查询和树型模式查询处理。     

XMin: Minimizing Tree Pattern Queries with Minimality Guarantee

Due to wide use of XPath, the problem of efficiently processing XPath queries has recently received a lot of attention. In particular, a considerable effort has been devoted to minimizing XPath queries since the efficiency of query processing greatly depends on the size of the query. Research work in this area can be classified into two categories: constraint-independent minimization and constraint-dependent minimization. The former minimizes queries in the absence of integrity constraints while the latter in the presence of them. For a linear path query, which is an XPath query without branching predicates, existing constraint-independent minimization methods are generally known to be unable to minimize the query without processing the query itself. Most recently, however, by using the DataGuide, a representative structural summary of XML data, a constraint-independent method that minimizes linear path queries in a top-down fashion has been proposed. Nevertheless, this method can fail to find a minimal query since it minimizes a query by merely erasing labels from the original query whereas a minimal query could include labels that are not present in the original query. In this paper, we propose a bottom-up approach called XMin that guarantees finding a minimal query for a given tree pattern query by using the DataGuide without processing the query itself. For the linear path query, we first show that the sequence of labels occurring in the minimal query is a subsequence of every schema label sequence that matches the original query. Here, the schema label sequence for a node is the sequence of labels from the root of XML data to the node. We then propose iterative subsequence generation that iteratively generates subsequences from the shortest schema label sequence matching the original query in a bottom-up fashion and tests query equivalence. Using iterative subsequence generation, we can always find a minimal query and we formally prove this guarantee. We also propose an extended algorithm that guarantees the minimality for the tree pattern query, which is a linear path query with branching predicates. These methods have been prototyped in a full-fledged object-relational DBMS. The experimental results using real and synthetic data sets show the practicality of our method.