基于距离的索引
基于B+-tree索引的多元时间序列相似查询
or f s i mi l a r i t y s e a r c h i s i n r t o d u c e d . T h e d i me n s i o n o f MT S d a t a b a s e i s r e d u c e d b y P r i n c i p a l C o mp o n e n t An a l y s i s ( P C A) me t h o d ,
GUO Xi a o f a ng , LI Fe n g , YE Hu a . S i mi l a r i t y s e a r c h f o r mu l t i v a r i a t e t i me s e r i e s b a s e d o n W- t r e e i n d e x . Co mp u t e r En g i -
1 . 江苏 科技 大 学 计 算机 科学 与工 程学 院 , 江苏 镇江 2 1 2 0 0 3
2 . 江苏 科技 大 学 电子信 息学 院 , 江 苏 镇江 2 1 2 0 0 3
1 . S c h o o l o f C o mp u t e r S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , J i a n g s u Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , Z h e n j i a n g , J i a n g s u 2 1 2 0 0 3 , C h i n a 2 . S c h o o l o f E l e c t r o n i c s a n d I n f o r ma t i o n , J i a n g s u U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , Z h e n j i a n g , J i a n g s u 2 1 2 0 0 3 , C h i n a
数据挖掘中孤立点挖掘算法研究
较 费 时 的特 点 基 于 单 元 (e — ae ) 方 法 : 据 空 间 被 划 分 为 边 长 为 cl bsd 的 l 数
D 2  ̄的单 元 :每 个 单元 有 两个 包 围层 :第 一 层 为 1 的单 元 /k 倍 厚 。 二层 为 it 一 11 的单 元 厚 。 第 nf 2 1 倍 + 对 于该 种 基 于 距 离 的方 法 小 结 : 由于 索 引 建 立 的 开 销 很 大 .
重 视 。 本 文在 调 研 国 内外孤 立 点挖 掘 研 究 算 法 文 献 的基 础 上 , 已有 各 种孤 立 点挖 掘 算 法进 行 了 总结 和 比较 , 结 合 当前研 对 并 究 热 点 , 望 了孤 立 点 挖 掘 未 来 的 研 究 方 向及 其 面 临的 挑 战 。 展
【 键 词 】 孤 立 点挖 掘 ; 关 : 网络 入 侵 ; 私保 护 ; 立 点 挖 掘 算 一个 有 效 的方 法 来 挖 掘 这样 的 孤立 点 。 2找 1 孤 立 点 挖掘 算 法 的 分 类 及 应 用 . 孤 立 点探 测 是 数 据挖 掘 中一 个 重要 方 面 . 来 发 现 ” 的模 用 小 式 ”相 对 于 聚类 ) 即数 据 集 中 问 显著 不 同 于其 它数 据 的对 象 。 ( , 孤 立 点 探 测 算 法 大 致 可 以 分 为 基 于 统 计 (ttt a— ae) 方 s i i lbsd的 a sc 法 , 于 距 离 (ia c — ae ) 方 法 , 于 偏 差 (eiin 基 ds n e bsd 的 t 基 dv t — a0
简单索引算法没有竞争性 ; k - 当 <- 4时 . 于单 元 的 算 法 在 N越 基 大 时优 越 性越 明 显 : k : 当 > 5之 后 . 嵌套 循环 算 法 开 始 显 现 出优 势。 23基 于 距 离 的算 法 的改 进 - K or N n r 和 g基 于 距 离 的 孤 立 探 测 方 法 的 缺 陷 在 于 : 入 参 输 数 p与 D很 难 确 定 。 且 对 于 不 同参 数 , 果 有 很 大 不 稳 定 性 。 并 结 这 就 需要 用 户反 复 输 入 P与 D进 行 测试 . 以确 定 一 个 满 意 解 ; 不 能 给 定孤 立 的程 度 , 算 法 的复 杂 度 较 高 。R s g 且 at i和 R . o a
基于海明距离的相似查找索引算法研究
基于海明距离的相似查找索引算法研究相似查找问题在信息检索、数据库应用和模式识别等领域都是一个重要的应用。
随着网络信息不断增长,数据表现的形式也更加丰富,如何在海量的数据中快速有效地检索出目标信息一直是信息检索领域一项重要研究课题。
如何建立高效便捷的索引,在一定时间内返回准确全面的查询结果,是一项具有挑战的热点问题与难点问题。
本文主要研究海明空间下的相似查找问题,给定一个数据集D和查询串Q,在尽可能少的时间内返回数据集D中与Q相似的所有字符串,称该问题为相似词典查询问题。
相似词典查询问题可以划分为两个阶段来解决:1)Search阶段:利用建好的索引查找出可能相似的目标候选集;2)Check阶段:在这些候选集上运用某种策略进行快速检查,筛选出真正符合查找条件的结果。
本文分别在Search阶段和Check阶段进行研究,主要工作内容如下:(1)首先使用Simhash方法完成数据的预处理操作,经过提取、加权、合并和降维等操作将高维数据处理成容易进行相似度比较的Simhash指纹(二进制串)形式。
(2)提出基于海明空间的多索引Search算法,主要用于筛选数据集中可能的相似结果候选集。
结合基于海明空间的多索引算法的分块建索引的思想,先把二进制指纹化成b个block块,改进的多索引Search算法根据参数k与b之间的关系将多个block块结合在一起建立索引,获得了更好的查询效率。
(3)提出两种基于中心点的Check算法,将聚类的思想应用到候选集的筛选策略上,应用于高效筛选Search阶段产生的候选集。
基于中心点的贪心Check算法,通过贪心算法选出中心点P,并且每一个中心点P对应一个集群。
并将两个基于中心点的Check算法与线性扫描法进行对比实验,得出基于中心点的贪心Check算法具有更好的查询效率。
加速大规模数据集的离群点检测
加速大规模数据集的离群点检测作者:薛安荣闻丹丹刘彬来源:《计算机应用》2013年第11期摘要:针对现有基于距离的离群点检测算法在处理大规模数据时效率低的问题,提出一种基于聚类和索引的分布式离群点检测(DODCI)算法。
首先利用聚类方法将大数据集划分成簇;然后在分布式环境中的各节点处并行创建各个簇的索引;最后使用两个优化策略和两条剪枝规则以循环的方式在各节点处进行离群点检测。
在合成数据集和整理后的KDD CUP数据集上的实验结果显示,在数据量较大时该算法比Orca和iDOoR算法快近一个数量级。
理论和实验分析表明,该算法可以有效提高大规模数据中离群点的检测效率。
这两个算法请详细一下,是指Orca和iDOoR算法吗?关键词:离群点;聚类;索引;分布式;优化策略;剪枝规则0引言过去的几年中,大数据集中基于距离的离群点检测在数据挖掘领域引起了广泛的关注。
与传统的基于统计的离群点检测相比,基于距离的离群点显得更灵活更容易计算。
目前基于距离的离群点检测存在的一个主要瓶颈是要为数据集中的每一个数据对象查找最近邻。
因此,像嵌套循环[1]这样直接实现的方法需要计算所有数据对之间的距离,导致了O(N2)的复杂度,在处理大数据时效率也比较低。
近几年,数据挖掘工作者在Knorr等[1]所提方法基础上提出了一些用于提高基于距离的离群点检测效率的方法[2-11]。
文献[2]根据预聚类阶段的结果,通过移除那些不可能包含离群点的簇来提高离群点的检测效率。
文献[3]通过维护一个当前第n个最大离群点得分并用它作为截断阈值,当某个点到目前找到的第k个最近邻的距离小于这个阈值时,该点就可以立即被剪枝;其中使得这个思想能够充分发挥作用的关键是能够以一种让离群点尽可能早地得到处理的顺序来处理数据。
Bhaduri等[4]提出了一种基于索引的Orca[3]算法即(indexed Orca,iOrca),该算法能够以一种尽可能早地处理离群点的顺序处理数据,但是该方法构建的索引是以随机选择的参考点建立的,具有一定程度的不稳定性,并且对具有不同密度数据的情况效果也不是很好,因为它们的索引是建立在全局数据基础上的。
继续接着上一篇写:使用C#实现DHT磁力搜索的BT种子后端管理程序+数据库设计(开源)[搜片神器]
继续接着上⼀篇写:使⽤C#实现DHT磁⼒搜索的BT种⼦后端管理程序+数据库设计(开源)[搜⽚神器]继续接着上⼀篇写:昨天由于开源的时候没有注意运⾏环境,直接没有考虑下载BT种⼦⽂件时⽣成⼦⽂件夹,可能导致有的朋友运⾏没有结果,在此表⽰对⽀持开源的朋友道谦.另外也对源程序增加了⼀些说明,已经提交.程序下载:个⼈电脑编译环境是WIN7+VS2005,如果程序运⾏出错,请⾃⾏下载代码进⾏编译.先说下运⾏⽅法:1)有固定IP的朋友可以试试H31DHT.exe数据抓取程序,会获取⼀些数据,如果>2⼩时还没有数据返回,直接说明不是固定IP的返回数据很少;存储到数据库中,如果将此⽹站的200多万数据(个⼈估计的)全部下载成功,那也可以搜索很多内容了.3)新程序界⾯如下:需要的⾃⼰下载源代码进⾏编译(VS2005),不提供EXE下载,希望⼤家感兴趣的⼀起开源下;[增加了复制磁链接和下载选中项⽬的代码,之前只能查看,不能显⽰.]--------------------先来点⼤家感兴趣的东西-------------------------------------⼤家可能问⽬前的程序采⽤什么⽅法下载BT种⼦的⽐较关⼼,下⾯就⾃⼰的体会给⼤家说说:DHT磁⼒种⼦其实就是20字节的HASH值,这个值可以直接从很多⽹站下载种⼦,举例⼦说明:⽐如说上⼀篇⽂件中有那么多HASH值的字符串,怎么利⽤呢,⽐如有个HASH值13ce77b3b934b12dc77fded6646426a6db5c3428,有40位,因为在内存⾥⾯占⽤20位,显⽰为16进制所以显⽰为40位了;有这个HASH值,我们可以加上磁头magnet:?xt=urn:btih: 两个合在⼀起就可以下载BT种⼦了,当然需要使⽤BT⼯具,(magnet:?xt=urn:btih:13ce77b3b934b12dc77fded6646426a6db5c3428)复制试下.但我们的程序没有使⽤BT协议去下载,⽽是通过别⼈的⽹站下载.会提⽰找不到这个种⼦,那就说明这个⽹站没有收集到最新的BT种⼦.可以从其它⽹站下载,⼤家可以去看下源程序⾥⾯的组合⽅法.-------------------------下⾯介绍⼀些从⽹上收集的资料信息----------------------------------------------DHT⽹络爬⾍基于DHT⽹络构建了⼀个P2P资源搜索引擎。
孤立点挖掘算法及应用综述
孤立点挖掘算法与应用综述摘要:孤立点挖掘是数据挖掘领域中的一项重要的研究内容。
本文首先对目前比较常见的孤立点挖掘的算法进行综述,并且给出各种算法的优缺点及其算法复杂度分析。
这些常见算法既包括经典的基于统计的、基于距离的、基于偏离的和基于密度的方法,也包括近年来新兴的一些挖掘算法,如基于关联的、基于粗糙集的和基于人工智能等的方法。
最后,结合相关算法给出孤立点挖掘在现实生活中的典型应用。
关键词:孤立点挖掘;算法;应用;综述1引言孤立点挖掘(Outlier mining)是数据库挖掘领域中的一项重要的挖掘技术,其目标是发现数据集中行为异常的少量的数据对象,这些数据对象也被称为孤立点或离群点(Outlier)。
Hawkins最早给出孤立点的本质性定义:孤立点是数据集中与众不同的数据,使人怀疑这些数据并非偏差,而是产生于完全不同的机制[2]。
孤立点通常在数据预处理过程中被认为是噪声或异常而清理。
许多挖掘算法(比如聚类方法)也都试图降低孤立点的影响,甚至完全排除它们。
然而由于孤立点既有可能是噪声信息也有可能是有用信息,随意删除孤立数据可能导致有用信息的丢失,所以通过孤立点检测发现和利用在孤立点中的有用信息具有非常重要的意义。
事实上,在某些应用领域中研究孤立点的异常行为更能发现隐藏在数据集中有价值的知识。
例如飞机性能统计数据中的一个孤立点可能以为着飞机发动机的一个设计缺陷,地理图像上的一个孤立点可能标志着一个危险对象(如埋藏生化武器),网络系统中的一个孤立点还可能是对某个恶意入侵的精确定位。
孤立点挖掘还可应用于信用卡欺诈、金融审计、网络监控、电子商务、故障检测、恶劣天气预报、医药研究、客户异常行为检测和职业运动员成绩分析等[7]。
孤立点挖掘可以被形式化的描述[1]:给出n个数据点或对象的集合,及预期的孤立点的数目k,发现与剩余的数据相比是显著差异的、异常的或不一致的前k个对象。
因此,孤立点挖掘问题可以看作是在给定的数据集合中定义孤立点,并找到一个有效的方法来挖掘出这样的孤立点。
离群点分析
2. 2.4 基于距离和(DS)检测算法: 与DB (p, d)离群点一样,DS离群点使用同样的距离公式,如绝 对距离或欧式距离,但不根据pct和dmin来判定孤立点,而是 先计算数据对象两两之间的距离,再计算每个对象与其他对象 的距离之和。 设M为用户期望的孤立点个数,则距离之和最大的前M个对象 即为要挖掘的孤立点,这样可消除用户设臵参数pct和dmin的 需要。
离群点分析
1
离群点的简介 数据处理方法 一
目
录
2
离群点的检测方法 2.1 2.2 2.3 基于统计分布的离群点检测 基于距离的离群点的检测 基于密度的离群点的检测 基于偏差的离群点的检测
2.4
第1节
1.1 离群点的含义
离群点的简介
在数据库中包含着少数的数据对象,它们与数据的一般行为或 特征不一致,这些数据对象叫做离群点。
数据行为不一致的离群点,往往预示着欺诈行为,因此成为执 法者所关注的。此外,在销售中确定极高和极低收入的客户的 销售行为,或者在医疗分析中发现对各种医疗处臵的不寻常的 反应。
1.4 离群点检测遇到的困难
第一, 在时间序列样本中发现离群点一般比较困难,因为这 些离群点可能会隐藏在趋势、季节性或者其他变化中; 第二, 对于维度为非数值型的样本,在检测过程中需要多加 考虑,比如对维度进行预处理等; 第三, 针对多维数据,离群点的异常特征可能是多维度的组 合,而不是单一维度就能体现的。
时间序列数据分类、检索方法及应用研究
时间序列数据分类、检索方法及应用研究时间序列数据分类、检索方法及应用研究随着信息时代的到来,各行各业都产生了大量的时间序列数据,它们广泛应用于金融、气象、交通、生物医学等领域。
而如何对这些海量的时间序列数据进行分类与检索,成为了一个具有挑战性的问题。
本文将探讨时间序列数据分类、检索方法及其应用研究。
一、时间序列数据分类方法时间序列数据分类是指将一系列按照时间顺序排列的数据划分为若干类别的过程。
目前,常见的时间序列数据分类方法主要有统计方法、机器学习方法和深度学习方法。
1. 统计方法统计方法是时间序列数据分类的传统方法之一,它通过分析时间序列数据的统计特征来实现分类。
常用的统计特征包括平均值、方差、自相关系数等。
例如,在金融领域,可以通过计算股票收益率的均值和方差,来判断该股票属于哪个风险等级。
2. 机器学习方法机器学习方法是一种基于数据构建模型、并利用模型对未知数据进行预测或分类的方法。
常用的机器学习算法包括决策树、支持向量机、逻辑回归等。
对于时间序列数据的分类,可以将其转化为一维数组,并使用机器学习算法进行分类。
例如,可以使用K近邻算法对气象数据根据温度变化进行分类。
3. 深度学习方法深度学习方法是一种基于神经网络的机器学习方法,它通过构建多层神经网络来学习数据的高级特征,并实现分类任务。
对于时间序列数据的分类,可以使用循环神经网络(RNN)或卷积神经网络(CNN)等深度学习模型。
例如,在交通领域,可以使用长短期记忆网络(LSTM)对交通流量数据进行分类。
二、时间序列数据检索方法时间序列数据检索是指根据给定的查询样本,从海量的时间序列数据集中找到与之相似的数据序列。
常见的时间序列数据检索方法主要有基于距离度量的方法、基于特征提取的方法和基于索引结构的方法。
1. 基于距离度量的方法基于距离度量的方法是时间序列数据检索的常用方法之一,它通过计算查询样本与数据集中每个序列的距离来确定相似性。
常用的距离度量有欧氏距离、曼哈顿距离、动态时间规整距离等。
异常点检测算法分析与选择
总的思路是先尽量得到一个不含离群点的“干净集”,然后在此基础上对剩余的其他数据点进行逐步离群检测[29 ]。
目前利用统计学研究异常点数据有了一些新的方法,如通过分析统计数据的散度情况,即数据变异指标,来对数据的总体特征有更进一步的了解,对数据的分布情况有所了解,进而通过数据变异指标来发现数据中的异常点数据。
常用的数据变异指标有极差、四分位数间距、均差、标准差、变异系数等等,变异指标的值大表示变异大、散布广;值小表示离差小,较密集。
基于统计的方法检测出来的离群点很可能被不同的分布模型检测出来,可以说产生这些离群点的机制可能不唯一,解释离群点的意义时经常发生多义性,这是基于统计方法的一个缺陷。
其次,基于统计的方法在很大程度上依赖于待挖掘的数据集是否满足某种概率分布模型,模型的参数、离群点的数目等对基于统计的方法都有非常重要的意义,而确定这些参数通常都比较困难。
为克服这一问题,一些人提出对数据集进行分布拟合,但分布拟合存在两个问题:①给出的分布可能不适合任一标准分布。
②即使存在一个标准分布,分布拟合的过程耗时太长。
此外,基于统计的离群检测算法大多只适合于挖掘单变量的数值型数据,目前几乎没有多元的不一致检验,对于大多数的应用来说,例如图像和地理数据,数据集的维数却可能是高维的。
实际生活中,以上缺陷都大大限制了基于统计的方法的应用,使得它主要局限于科研计算,算法的可移植性较差。
1.1.2 基于距离的异常点检测算法用什么标准判定一个数据对象是孤立点呢?即便是对给定的距离量度函数,对孤立点也有不同的定义,以下是使用较多的几个:●∙基于距离的离群点最早是由Knorr和Ng提出的,他们把记录看作高维空间中的点,离群点被定义为数据集中与大多数点之间的距离都大于某个阈值的点,通常被描述为DB ( pct,d min ) ,数据集T中一个记录O称为离群点,当且仅当数据集T中至少有pct部分的数据与O的距离大于d min 。
空间点排序算法
空间点排序算法空间点排序算法是一种用于对空间点进行排序的算法。
在很多应用领域中,需要对空间点进行排序,以便进行空间数据分析、查询和可视化等操作。
空间点排序算法可以帮助我们快速有效地对大量空间点进行排序,提高数据处理的效率。
在进行空间点排序之前,我们首先需要了解什么是空间点。
空间点是指在二维或三维空间中具有位置坐标的点。
例如,在地理信息系统中,我们可以用经度和纬度坐标来表示一个地理位置点;在计算机图形学中,我们可以用二维或三维坐标来表示一个像素点或物体的顶点。
在空间点排序算法中,常用的排序指标包括点的坐标、距离、密度等。
根据具体的需求,我们可以选择不同的排序指标来对空间点进行排序。
一种常用的空间点排序算法是基于距离的排序算法。
该算法通过计算点之间的距离来确定它们的排序顺序。
常见的距离度量方法包括欧氏距离、曼哈顿距离和切比雪夫距离等。
另一种常用的空间点排序算法是基于密度的排序算法。
该算法通过计算点周围的密度来确定它们的排序顺序。
常见的密度计算方法包括局部密度和全局密度等。
基于距离的排序算法中,最常用的是欧氏距离算法。
欧氏距离是指在二维或三维空间中,两点之间的直线距离。
根据欧氏距离算法,我们可以计算出每个点与其他点之间的距离,并将其按照距离的大小进行排序。
基于密度的排序算法中,最常用的是局部密度算法。
局部密度是指在一个给定半径范围内,点的数量与半径范围的比值。
根据局部密度算法,我们可以计算出每个点的局部密度,并将其按照密度的大小进行排序。
除了基于距离和密度的排序算法,还有其他一些算法可以用于空间点排序。
例如,基于格网的排序算法、基于网格索引的排序算法等。
这些算法利用了空间数据的特点,将空间点划分为不同的网格或索引,通过对网格或索引进行排序来实现空间点的排序。
空间点排序算法在很多领域都有广泛的应用。
例如,在地理信息系统中,我们可以利用空间点排序算法对地理位置点进行排序,以便进行地理数据分析和查询;在计算机图形学中,我们可以利用空间点排序算法对像素点或物体的顶点进行排序,以便进行图形渲染和可视化等操作。
基于DTW距离度量的层次聚类算法
基于DTW距离度量的层次聚类算法陶洋;邓行;杨飞跃;潘蕾娜【摘要】Traditional clustering algorithm is directly applied to block time series clustering, and the effect is poor.To solve the problem, a hierarchical clustering algorithm based on DTW distance measurement was put forward.DTW was used to calculate the distance matrix instead of the traditional Euclidean distance measure to improve the accuracy of the similarity measure algorithm.On the way of updating the distance matrix, the distance matrix calculated was sorted according to the distance value and stored in the structure array.To improve the performance of the algorithm and reduce the time complexity of the algorithm, the hierarchical clustering was combined directly with the array order.The purpose of the whole algorithm is to achieve better clustering results while reducing the computational complexity of the algorithm to deal with large scale time series data.The effectiveness of the improved model is verified by the Matlab simulation results.%针对传统聚类算法直接应用于分段时间序列聚类效果不佳, 提出一种基于DTW距离度量的层次聚类算法.在计算距离矩阵时, 运用DTW计算分段之间的距离取代传统的欧氏距离度量方式, 提高相似性度量算法精度;在更新距离矩阵的方式上, 对计算得到的距离矩阵根据距离值进行排序, 保存到结构体数组中, 层次聚类合并簇时直接通过数组顺序进行合并, 提高算法性能, 减小算法的时间复杂度.整个算法的目的是实现较好聚类效果的同时降低算法的计算量, 以便处理大规模时间序列数据.通过Matlab仿真分析验证了该改进模型的有效性.【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】6页(P116-121)【关键词】时间序列;距离矩阵;相似性度量;DTW距离;层次聚类【作者】陶洋;邓行;杨飞跃;潘蕾娜【作者单位】重庆邮电大学计算机科学与技术学院,重庆 400065;重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065;重庆邮电大学计算机科学与技术学院,重庆400065;重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065;重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言随着计算机技术的快速发展,传统时间序列的分析方法已不再适用于高维复杂的时间序列数据,时间序列数据挖掘在计算时间、存储空间方面面临较大的挑战[1]。
vp树算法原理
vp树算法原理
VP-Tree(Vantage Point Tree)算法是一种基于距离度量的空间索引结构,是一颗度量二叉树。
它的基本思想是将二分查找应用于只有距离信息的多维度量空间中,利用特征空间的目标点集的点与制高点(Vantage Point)之间的距离信息对特征空间进行划分。
在VP-Tree的构造过程中,首先从数据集中随机选取一个对象作为制高点(Vantage Point),然后根据该制高点将数据集划分为两个子集,小于制高点距离的数据点归入左子树,大于制高点距离的数据点归入右子树。
然后递归地构建左子树和右子树,直到数据集为空。
VP-Tree的搜索过程也是基于距离度量的,通过在树中进行二分查找,可以快速定位到目标点所在的节点,从而缩小搜索范围,提高搜索效率。
VP-Tree算法的时间复杂度为O(nlogn),其中n为数据集的大小。
在理想
情况下,VP-Tree的搜索复杂度为O(logn)。
以上内容仅供参考,如需更多信息,建议查阅相关文献或咨询相关学者。
异常检测算法分析_李炎
Rastogi 和Ramaswam y改进了他们的异常定义。 在聚类算法研究中,如Clarans ,Dbscan, Birch都具有 一定的噪声处理能力。但是聚类中的噪声和异常在概念上还 是有些偏差的。噪声是定义在聚类基础之上,即噪声是不隶 属于任何聚类的数据;而异常的定义不依赖于是否存在聚 类。而且这些算法出发点是优化聚类查找,而不是异常检 测。当然一般而言,假设聚类存在的话( 低维数据集往往更 容易定义聚类) ,噪声和异常概念上还是有很多重叠处。 Breunig 和Kriegel作了将基于密度的聚类算法OPTICS与异常 检测合并到一起的研究。这个算法的主要计算消耗在聚类的 查找上,只需要很小的额外代价就可以检测到异常。这些研 究也奠定了基于密度的异常概念的产生。在此基础上, Breunig和Kriegel提出局部异常因子的概念[2]。 Aggarwal 和Yu提出了一个针对高维数据集进行降维异 常检测的新思路[1],并利用遗传算法优化性能。
异常检测是数据挖掘中一个重要方面,被用来发现小的 模式(相对于聚类) ,即数据集中间显著不同于其它数据的对 象,异常检测应用在电信和信用卡欺骗、贷款审批、气象预 报、金融领域和客户分类等领域中。 Hawkins [3] 给出了异常的本质性的定义:异常是在数据 集中与众不同的数据,使人怀疑这些数据并非随机偏差,而 是产生于完全不同的机制。后来研究者们根据对异常存在的 不同假设,发展了很多异常检测算法,大体可以分为基于统 计的算法、基于深度的算法、基于距离的算法、基于密度的 算法,以及面向高维数据的算法等。
2 基于距离的异常检测算法
2.1 DB(pct, dmin)异 常 定 义 和 算 法 定 义 1 DB(pct, dmin )-异常 数据集D中一个对象p 称为DB(pct, dmin )-异常,如果它 满足下列性质:数据集D中至少 pct% 的对象与p 的距离大于 距离dmin 。 设数据集数据量为N,k=N*pct% 。如果数据集中与点p 的距离小于dmin 的数据点的个数不超过k,那么就称p 为相对 于k和dmin的异常。在此定义基础上,基于单元区域的算法复 杂度与N呈线性关系,而与 k呈指数关系。基于索引 (R-Tree) 的算法和循环嵌套(nested-loop)的算法复杂度都是O(k N2) 。 由于索引建立的开销很大,简单索引算法没有竞争性。当 k≤4时,基于单元区域的算法在N越大时优越性越明显。而
面向生物信息学的序列相似性搜索算法研究
面向生物信息学的序列相似性搜索算法研究序列相似性搜索算法在生物信息学研究中具有重要的应用价值。
直接将生物序列全部比对的复杂度很大,因此需要一些列较为精确、高效且适应性强的搜索算法。
一、相似性搜索算法简介序列相似性搜索算法是将两个生物序列进行比对,找出其中相似区域的算法。
其可以通过基于词语的方法、像滑动窗口、前缀树和哈希等方法进行搜索。
Bowtie算法是一种常用的基于词语的算法。
其可以在快速比对基因组来自DNA测序的短读(Reads)时得到高效的应用。
由于比对是一个重复性很高的过程,因此许多算法都采用了索引的策略。
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二、基于编辑距离的算法编辑距离指的是两个序列之间由一个变为另一个所需的最少编辑操作次数。
编辑操作包括插入一个字符、删除一个字符或将一个字符替换为另一个字符。
常用的基于编辑距离的算法有Smith-Waterman算法和Needleman-Wunsch算法。
这两种算法同属动态规划算法,可以用来发现两个序列的局部相似区域和全局相似区域,不过Smith-Waterman算法是针对局部相似性而设计,而Needleman-Wunsch算法能够用于全局比对。
三、BLAST算法BLAST算法是一种比对算法家族,能够用于比对两个序列之间的相似度。
BLAST的全称是“Basic Local Alignment Search Tool”,大致意思是基于局部比对的搜索工具,而全称中fast意味着BLAST是一种快速算法。
BLAST算法通常分为基于蛋白质序列的BLASTP和基于核酸序列的BLASTN 两个版本。
BLAST算法通过对查询序列和库序列进行预处理,可以快速地检索数据库中与查询序列相似的序列。
BLAST算法速度快的同时,由于其使用了较少的匹配信息,可能会导致错误的比对结果。
因此在一些特定要求较高的任务中应该考虑使用其它算法。
四、结合多个算法的比对策略考虑到每个算法都有自身的优点和局限性,我们可以采用一些结合多个算法的比对策略。
广东工业大学毕业论文设计
本科毕业设计(论文)
BP神经网络的异常点检测应用可行性研究
学 院计算机学院
专 业软件工程
年级班别2006级(4)班
学 号3106007039
学生蔡东赟
指导教师王丽娟
2010年 5 月
摘 要
异常点数据是指数据集中与众不同数据。这部分数据的量小,但是对于我们的日常生产生活的影响极大。因此,异常点检测被广泛应用于网络入侵检测,金融保险,天气预报以及新药研制等领域。相对于大量的正常数据挖掘而言,异常点检测被称作小模式数据挖掘。BP算法是一种常用的数据挖掘算法。但是BP算法进行实际数据的异常点数据挖掘过程中存在:实际数据的维数较高,存在冗余特征的干扰,以及在高维特征下,数据量不充分的问题。因此,本文分析BP神经网络处理各种数据的情况,并得到以下结果。(1)BP神经网络能够较好的分离特征单一的仿真数据;但是(2)特征相似性较大的数据集,难以分离判断;(3)正常数据不充分或者不具有代表性,因此正常数据类学习不充分,从而导致异常无法判断。针对以上问题,本文提出了以下的改进措施:(1)BP算法前进行特征约简(映射)从中选取有益于异常检测的特征(2)多神经网络融合,不同神经网络识别不同的特征,相互取长补短,融合后得到最终的结果。
一种基于双重距离尺度的高维索引结构
第41卷第3期2007年3月浙 江 大 学 学 报(工学版)Journal o f Zhejiang U niv ersity (Engineer ing Science)Vol.41No.3M ar.2007收稿日期:20060324.浙江大学学报(工学版)网址:w w w.journals.z /eng基金项目:国家自然科学基金资助项目(60533090,60272031);国家杰出青年基金资助项目(60525108);中美百万册数字图书馆资助项目.作者简介:庄毅(1978-),男,浙江杭州人,博士生,从事海量多媒体数据库及高维索引研究.E -mail:zhu angyi@通讯联系人:翁建广,男,博士后,讲师.E -mail:w engjg@z 一种基于双重距离尺度的高维索引结构庄 毅,翁建广,庄越挺,吴 飞(浙江大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310027)摘 要:为了提高高维数据相似查询的效率,提出一种基于双重距离尺度(DDM )的新型高维索引结构.通过建模得到该DDM 的四元组数据结构,对于高维空间中的数据点,通过k 平均聚类算法将数据点聚成若干类,分别计算每个点对应的始点和质心距离,得到基于加权的质心距离,并将加权的质心距离作为每个数据点的索引键值,且用基于分片的B +树建立索引,得到了该索引的创建算法.高维空间的查询就转变成对一维空间的检索,并研究了数据点的维数、数据量和查询请求参数对查询性能的影响.结果表明,该DDM 能更有效地缩小搜索空间,减少距离计算的开销,特别适合海量高维数据的查询.关键词:k 近邻查询;类超球;质心距离;始点距离中图分类号:T P301 文献标识码:A 文章编号:1008973X(2007)03038006Novel high -dimensional indexing structure based on dua-l distance metricZHU ANG Yi,WEN Jian -guang,ZH U ANG Yue -t ing,WU Fei(College of Comp uter S cience and T echnology ,Zhej iang Univer sity ,H angz ho u 310027,China)Abstract:To speed up hig h -dimensional similarity search efficiency,a nov el high -dimensional index ing structure based on dual distance metr ic (DDM)w as pro posed.A four -tuple data structure o f the DDM w as obtained after modelling.Ev ery po int in high -dimensional space w as g rouped into som e cluster s using k -means cluster algor ithm,then the w eighted centr oid distance of ev ery point w as com puted based o n the start distance and centr oid distance of ev ery point.The index key value of ever y point w as inserted by a partitio n -based B +-tree,and the index construction algorithm w as o btained.Queries in hig h -dimensional space w ere transform ed into queries in sing le -dimensional space,and the effects of dimensionality,data size and query request param eter on quer y perform ance w ere inv estig ated.The results show that DDM can effectively reduce search space and the distance computation cost.The index structure is particularly fit fo r query ing larg e -scale hig h -dimensional data.Key words:k -nearest neighbo r search;cluster hypersphere;centroid distance;start distance 随着Internet 上多媒体信息的爆炸性增长,基于内容的海量多媒体信息检索成为一个热门的研究领域,其中海量高维数据的有效索引和查询技术是关键.而目前高维索引技术的查询效率往往还不够理想[1],特别对于维数较高的数据.高维索引技术经历了20多年的研究[1],所采用的技术主要分为3类:1)基于数据和空间分片的树形索引,如R -tree [2]及其变种[3-4]等.然而这些方法仅适合维数较低的情况,随着维数的增加,索引的性能下降使得顺序检索的效率往往优于树形索引.该类现象称为维数灾难.2)采用近似的方法来表示原始向量,如VA -file [5]和IQ -tree[6]等.其基本思想是通过对高维数据进行压缩和近似存储来加速顺序查找速度.然而数据压缩和量化带来的信息丢失,使得首次过滤后的查询精度并不令人满意.尽管它能显著减少磁盘的I/O 次数,但由于对位串解码和对查询点距离的上、下界计算,会导致很高的CPU 运算开销.3)采用基于距离尺度的方法,即通过将高维数据转化为一维数据或距离值来进行高维检索,包括NB -Tree [7]和iDistance [8].NB -T ree [7]通过计算高维空间中的每个点与原点O (0,0,,,0)的距离,将高维数据点映射到一维空间,然后对这些距离值建立B +树索引,使得高维检索转变为一维空间的检索.尽管该方法能够快速得到查询结果,但是由于它不能有效地缩减查询空间,特别当维数很高时,查询效率较差.iDistance [8]是一种基于多参考点的高维索引方法,该方法通过引入多参考点和结合聚类等方法有效地缩小了数据搜索空间范围,提高了查询效率.然而该方法的查询效率很大程度上取决于参考点的选取,并且依赖数据聚类和分片.最坏的情况下,查询空间几乎会覆盖整个高维空间.本文介绍一种基于双重距离尺度(dual distance metric,DDM)的高维索引方法,用于支持高效的相似查询.该方法的基本思想是通过聚类和基于双重距离尺度(即始点距离和质心距离)的方法,将高维空间的每个点转化成一维空间对应的距离值.1 双重距离尺度1.1 问题定义及动机给定高维数据库8={V 1,V 2,,,V n },其中V i为第i 个数据点,每个点的维数为d,且P V i I 8.不失一般性,对于任意给定的2个点V i 与V j ,它们间的距离用d(V i ,V j )来表示.同时给定一个查询点V q 和查询半径r,该超球表示为((V q ,r ).定义1 始点距离.给定点V i ,它的始点距离(start -distance,SD )为它到原点V o 的距离,记作R (V i )=d (V i ,V o ),其中V o ={0,0,,,0}.假设n 个点通过k 平均聚类得到T 个类.对于任意一个类C j ,其中j I [1,T ],该类中点的个数记为+C j +,且满足ET j=1+C i +=n.定义2 类半径.对于任意一个类C j (V 1,V 2,,,V x ),其质心O j 与该类中距离其最远点的距离为它的类半径,记作R j ,其中j I [1,T ],且x =+C j +.定义3 类超球.给定任意一个类C j 和类半径R j ,类超球表示为((O j ,R j ).定义4 质心距离.给定一个点V i ,它的质心距离(centroid -distance,CD)为该点到所在类C j 的质心O j 的距离,表示为D (V i )=d(V i ,O j ),且V i I ((O j ,R j ),i I [1,+C j +],j I [1,T].DDM 的提出是基于以下2点:1)在高维空间中,点之间的相似性可以通过该点与某个参考点之间的距离来度量和排序;2)由于距离是一维值,这样可以用其来近似表示高维空间对应的点,同时可以使用一维索引B +树来对这些距离值建立索引.1.2 数据结构本文DDM 方法首先通过k 平均聚类,将数据点聚成T 类,然后求得每个点的始点距离R 和质心距离D ,这样每个点V i 可以表示为一个四元组:V i J =〈i,G ,R ,D 〉.(1)式中:i 为点V i 的编号,G 为该点所属类的编号.图1 类超球的切分Fig.1 Slices o f clust er hyperspher e由于每个类超球中点对应的R 和D 无法进行有效组合表达成一个统一的索引键值,以便能够进一步缩小搜索空间.为此本文提出基于加权质心距离的方法,该方法通过对类超球的切分来得到索引键值,如图1所示.假设查询超球((V q ,r)与第j 个类超球((O j ,R j )相交,首先将该类超球中点的始点距离R 平均切分为K 片.对于该类超球中第l 个分片的点来说,当R (V i )I [R (O j )-R j +2R j l/K ,R (O j )-R j +2R j (l +1)/K ],其中l I [1,K ],且满足l =(K @R (V i )-R (O j )+R j )/(2R j )+1,该点对应的加权质心距离,记为Q ,表示为Q (V i )=l +D (V i )/M.(2)由于D (V i )可能大于1,需要通过对其分别除以M 进行归一化,使得其值小于1,其中对于真实数据来说,M 取2.而对于均匀分布的随机数据来说,M 取d.这样使得每个点对应的质心距离的值域尽量不381第3期庄毅,等:一种基于双重距离尺度的高维索引结构重叠,最后对n 个键值建立基于分片的B +树索引.2 相关算法2.1 索引生成算法DDM 的索引结构如图2所示,它由一张哈希表和T 个子索引构成,其中T 为聚类个数.通过k 平均聚类后,每个类超球中的点分别采用一棵B +树建立索引,作为DDM 的一个子索引.当存在T 个类时,就需要建立T 棵B +树,同时需要建立一张哈希表,根据点所在类的编号快速地找到对应的子索引.一般采用最简单的一一对应的方式来完成哈希映射,即点所在类的编号为其子索引的编号.图2 DDM 的索引框架Fig.2 Index architecture o f DDM图3中DDM 索引的创建分2步:1)首先对n 个点进行k 平均聚类,得到T 个类,然后通过T 次循环,用new DDMF ile()生成子B +树索引头文件;2)接着对于每个类中的点,计算它的质心距离,并且通过转换得到对应的键值,并将其插入对应的子B +树索引.尽管得到的这k 个子索引在物理上是离散存储,但通过哈希表的统一映射,使得其在逻辑上是完整的.DDM 索引生成算法如下:算法1 DD M 索引创建输入:8:高维数据库,K :类超球的分片个数;输出:bt(1to T ):DDM 高维索引;1points are g ro uped into T cluster s by k -M eans algo rithm;2fo r j :=1to T do3 bt(j )←new D DM File();4 fo r each point V i in the j -th cluster5 compute the centro id -distance and slice ID (l)o f V i ;6 Q (V i )=l +D (V i )/M ;7 insert Q (V i )to the j-th B +tr ee bt(j );8 end fo r9 r et ur n bt(j );10end for图3 DDM 索引生成算法F ig.3 Index constructio n algo rithm fo r DDM index2.2 k 近邻查询算法基于DDM 的k 近邻查询(k -nearest neighbor ,k -NN )在开始之前,假设查询超球((V q,r )与第j个类超球((O j ,R j )相交,研究((V q ,r )与((O j ,R j )中的哪些分片相交.如图1所示,((V q ,r )对应的始点距离范围为[R (V q )-r ,R (V q )+r],与其相交的类超球((O j ,R j )对应的始点距离范围为[R (O j )-R j ,R (O j )+R j ].通过推导,可以得到该类超球中实际与((V q ,r )相交的分片是从第L (j )个到第U(j )个,其中L(j )[U(j ),满足下式:L(j )=(R (V q )-r -R (O j )+R j )K /(2R j )+1;当R (O j )-R j <R (V q )-r <R (O j )+R j ,1, 当R (V q )-r [R (O j )-R j .(3)U(j )=(R (V q )+r -R (O j )+R j )K /(2R j )+1;当R (V q )+r <R (O j )+R j ,K , 当R (V q )+r \R (O j )+R j .(4)k -NN 查询较范围查询稍复杂,其本质是通过嵌套地调用范围查询算法来得到k 个最近邻点.k邻近查询算法如图4:算法2 k N N Search(V q ,k )输入:查询点V q ,k 输出:查询结果S 1r ←0,s ←5;/*初始化/2w hile (+S +<k) /*当返回候选点个数小于k ,继续循环/3 r ←r +$r;/*$r 很小,用于逐步增加半径值/4 S ←SR Sear ch(V q ,r );/*嵌套调用Rang eSear ch ()/5 if (+S +>k)then /*当返回候选点个数大于k /6 for co unt :=1to +S +-k -17 V far ←Far thest(S ,V q );8 S ←S -V fa r ;/*将V far 从候选点集S 中删除/9 end for 10 end if 11end w hileRS ear ch(V q ,r)12fo r j :=1to T do /*T 为总的聚类个数/13 if ((O j ,R j )contains ((V q ,r )then 14 S 1←Search(V q ,r,j );15 S ←S G S 1;16 end;/*结束循环/17 else if ((O j ,R j )inter sects ((V q ,r)then 18 S 1←Search(V q ,r,j );19 S ←S G S 1;20 else /*表明查询超球与第j 类超球不相交/21 break;/*跳出本次循环/22 end if 23end fo r 24r et ur n S ;/*返回候选点/S ear ch(V q ,r,j )25lef t ←L (j )+(d(V q ,O j )-r )/M ; /*L (j )由式(3)得到/26r ight ←U(j )+R j /M ;/*U (j )由式(4)得到/27S ←BRSear ch [lef t,r ight,j ];28fo r each point V i in the candidate points S 29 if d(V q ,V i )>r then S ←S -V i ;30end fo r 31r et ur n s ;/*返回候选点/图4 k 近邻查询算法F ig.4 k -N N algo rithm382浙 江 大 学 学 报(工学版) 第41卷与范围查询不同的是,算法中k -NN 近邻查询算法开始是用一个较小的半径r 去进行范围查询,当得到的候选点个数小于k 时,再重新增大查询半径$r ,由于通过上述方法得到的候选点个数不一定正好为k 个,可能会大于k.当遇到该情况时,需要进行(+S +-k -1)次循环(第6行),依次找到在该候选点集S 中距离查询点V q 最远的(+S +-k -1)个点V far 并且将它们删除.这样恰好得到k 个最近邻点.其中函数RS ear ch (V q ,r )为以V q 为中心,r 为半径的范围查询函数.图4中函数Search(V q ,r,j )用于具体执行,并且返回第j 个子索引范围查询得到的候选点集;当查询超球与第j 个类超球相交时,与其相交的第j 个类超球中的分片为从第L (j )个分片到第U(j )个分片,其中L (j )[U(j ),而质心距离的查询范围为[d(V q ,O j )-r ,R j ],这样将两者结合,就得到总的查询范围(第25、26行).图4中函数Farthest(S,V q )用于返回候选点集S 中离V q 最远的点.B RSear ch(lef t,r ight,j )用于对第j 个子索引进行标准的范围查询.3 性能分析如2.2节所述,k -NN 查询是通过嵌套调用范围查询来完成,为简单起见,本节通过分析3种基于距离尺度的索引在相同半径r 的范围查询情况下的搜索空间的大小来比较它们的查询性能.当查询超球((V q ,r )与T c 个类超球相交(T c [T),如图5所示,则对DDM 来说,当每个与查询超球相交的类超球的分片数目足够多时,其对应的搜索空间可以近似表示为(((V o ,R (V q )-E )H ((V o ,R (V q )+E ))HET c j =1((O j ,d(V q ,O j )-E )H ((O j ,R j ).(5)图5 k -NN 查询例子Fig.5 Ex ample of k -NN search即查询超球((V q ,r )可近似用式(5)来表示.对于相同半径r 的范围查询,NB -tree [7]对应的搜索空间为((V o ,R (V q )-r)H ((V o ,R (V q )+r ).(6)iDistance [8]则为ET c j=1((O j ,d(V q ,O j )-r )H ((O j ,R j ).(7)较上述两种方法,可知DDM 的搜索空间大大减少,从而有助于提高查询效率.4 实验分析下面通过实验来验证该算法的有效性,同时与其他索引作比较.本文用C 语言实现了基于双重距离尺度的索引DDM,同时实现或下载了NB -T ree 、iDistance 、V A -file 和X -tr ee 等高维索引算法.采用B +树作为单维索引结构.所有实验的运行环境为Pentium IV CPU 2.0GH z,256MB 内存,硬盘大小为80G 且7200r/min,同时索引页大小设为4096字节.实验中的测试数据分为2类:1)UCI 提供的颜色直方图数据[9]作为实验数据,它包含了从Corel 图片库提取68040个32维的颜色直方图特征,每一维值的范围都在0和1之间.2)计算机随机产生的100000个64维的均匀分布的合成数据,其中每一维值的范围也在0和1之间.在下面的一系列实验中,本文分别将索引磁盘块访问数及CPU 运算开销作为衡量查询性能的2个指标.4.1 维数对查询效率的影响在第一组实验中,研究维数对10-NN 查询性能的影响.实验采用100000个合成数据作为测试数据,其中维数D 分别设为16、32、48和64.图6 查询效率与维数关系Fig.6 P erfor mance efficiency v ersus Dimensio nality图6(a)和6(b)分别从CPU 开销T CPU 和被访问磁盘块数的I/O 开销P I /O 两个指标来比较查询性能.从图中看出,随着维数D 的增加,与其他5种方法相比,本文DDM 索引的T CPU 和P I/O 最高,将使查询时间及磁盘块的访问次数大大减少.这是因为它383第3期庄毅,等:一种基于双重距离尺度的高维索引结构能够有效地缩减查询过程中的搜索空间.尽管iDis -tance 索引采用聚类和数据分片方法来缩小高维搜索空间,但随着维数D 的增加,越来越难找到一个好的聚类方式,使其始终保持较好的查询响应时间.而对于本文DDM 索引来说,D 对其查询效率影响相对较小,这样使得两者在查询性能上的差异变大.从图中还可以看出随着D 的增加,NB -tree 的查询性能越来越差,因为D 增加使得其搜索空间呈指数级增长.同时DDM 的T CPU 和P I/O 大大少于VA -file 、X -tree 和顺序查询,因此随着D 的增加,DDM 方法的开销变化不大,D 对本文DDM 方法查询效率影响最小.图7 C PU 和I/O 开销与数据量关系Fig.7 CPU and I/O co sts versus data size4.2 数据量对查询性能的影响本次实验研究数据量对查询性能的影响.采用两类数据作为测试数据集,分别将它们分成5组执行10-NN 查询.图7(a)、(b)从CPU 和I/O 开销两方面比较了6种方法在查询性能上的差异,D =32.实验表明,随着数据量S 的增加,本文DDM 方法索引的CPU 开销T CPU 要低于其他5种方法,其原因与4.1节所述相似,同时可以看出VA -file 的T CPU 要远远高于iDistance 和DDM ,因为它在查询过程中需要进行CPU 密集运算的解码操作.综上所述,与其他5种方法相比,随着S 的增加,DDM 方法的开销T CPU 和P I/O 最小,查询效率最高,且S 对其查询效率影响较小.同时DDM 在真实数据下的查询性能比合成数据要好,这是因为真实数据的数据偏斜性比合成数据要好.4.3 k 近邻查询的性能比较在本次实验中,本文对其k -NN 查询性能做一个评估.同样采用真实和合成数据作为测试数据集,研究不同查询参数k 值对k -NN 查询性能的影响,如图8(a)、(b )所示.其中真实数据维数D =32,合成数据中D =64.可以看出,随着k 值的增加,DDM 无论在I/O 还是CPU 计算开销方面都要明显优于其他5种方法.在图8(a)、(b )的这些索引中,X -tree 和N B -tr ee 的查询开销仍然非常高.iDistance 和VA -file 的查询开销非常接近.这是因为当维数D 增大到64时,iDistance 的CPU 开销T CPU 提高,对候选点过滤能力在下降,导致其查询性能接近VA -file,如图8(a)右图合成数据所示.同时也可以看出,DDM 对于D 较低的真实数据具有较好的过滤效果,使得它优于其他索引方法,因此随着k 值的增加,本文DDM 方法始终保持较低的查询开销.图8 k 与CPU 和I/O 开销关系F ig.8 k ver sus CPU and I/O co sts4.4 聚类个数对k -NN 查询性能的影响本节研究聚类个数T 对10-NN 查询性能的影响.图9(a)和(b)分别为T 对I/O 和CPU 开销的影响.随着T 的增加,包括I/O 开销P I /O 和CPU 开销T CPU 的查询效率开始是缓慢减少.因为随着T 的增加,平均搜索空间在减少,但减少的幅度是缓慢的.当T 超过一定数目时,会使得各个类超球相互重叠,导致查询的T CPU 提高,查询的P I /O 基本保持不变,因此可以将T 作为一个查询性能优化的调整因子.384浙 江 大 学 学 报(工学版)第41卷图9 T 对k -NN 查询性能的影响Fig.9 T v ersus k -NN quer y perfo rmance5 结 语本文提出一种基于DDM 的高维索引方法.该方法通过预先对高维数据进行聚类,然后对其每个点分别计算对应的始点和质心距离,同时结合其所在类的编号生成索引键值,并采用B +树对其建立索引.较其他方法,理论和实验都表明,DDM 能够有效地缩小搜索空间,从而明显减少距离计算的开销,优于其他同类索引方法,如iDistance 、NB -T ree 和VA -file.参考文献(References):[1]BO HM C,BER CH T O L D S,K EIM D.Searching inhig h -dimensional spaces:index structur es for impr ov ing the perfor mance of multimedia databases [J].AC MC omputing Surveys,2001,33(3):322373.[2]GU T T M AN A.R -tree:A dynamic index structure fo r spa -tial searching [C]M AC M SIGM OD International C onference on Managem ent of D ata.Boston:A CM ,1984:4754.[3]BECK M A N N N ,K RIEG EL H P,SCH N EIDER R,etal.T he R*-tr ee:A n efficient and robust access method for points and r ectang les [C]M SIGMOD International C onference on Management of Data.Boston:ACM ,1990:322331.[4]BERCHT OL D S,K EIM D A ,KRI EG EL H P.T he X -tree:An index 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search [J].AC M Transactions on Data Base Systems,2005,30(2):364397.[9]U niversit y of Califo rnia,Ir vine,U CI KDD A r chiv e[EB/OL ].[2005-10-10].w .下期论文摘要预登两级雾化高压细水雾灭火喷头的实验研究邓 东1,2,周 华1,杨华勇1(1.浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027; 2.博世汽车柴油系统股份有限公司,江苏无锡214028)摘 要:为了解决细水雾灭火喷头喷雾保护半径小的问题,研制了一种新型两级雾化高压细水雾灭火喷头.计算了喷头流量和索太尔雾滴直径d sa uter .实验测量了喷头在地面的喷雾密度分布,并与另外3种形式雾化喷头的测量结果进行了对比.采用风速计测量了喷雾速度,并采用相位多普勒粒子测速仪测量验证了d saute r .考虑油盆火焰位置的改变,进行了一系列的细水雾扑灭/2B 0油火实验,并测量了灭火过程中空间温度场的变化.结果表明,该喷头可以产生d sauter 小于250L m 的细水雾,喷雾保护半径为2m,在半径为0~1.5m 时都具有高效的灭火能力.关键词:细水雾;喷头;雾化;灭火;温度测量385第3期庄毅,等:一种基于双重距离尺度的高维索引结构。
数据挖掘中孤立点挖掘算法研究
0. 引言 孤立点是数据集中不符合一般模型的那些对象, 即和其它
的数据有着不同的性质。它可能是度量或执行错误所导致的, 也 可能是固有数据变异性的结果。对此, Hawkins[1]给出了其本质性 定义: 孤立点是在数据集中与众不同的数据, 使人怀疑这些数据 并非随机偏差, 而是产生于完全不同的机制。一般的, 孤立点挖 掘 问 题 可 以 被 看 作 两 个 子 问 题 [1]:
较费时的特点。
基 于 单 元 ( cell- based) 的 方 法 : 数 据 空 间 被 划 分 为 边 长 为 D /2k1/2 的单元; 每个单元有两个包围层; 第一层为 1 倍的单元
厚, 第二层为 int(2k1/2- 1)+1 倍的单元厚。
对于该种基于距离的方法小结: 由于索引建立的开销很大,
近 几 年 来 , 孤 立 点 挖 掘 算 法 取 得 了 一 些 新 的 进 展 ; 文 献[8]改 进了基于距离的循环嵌套算法, 应用了一条剪枝规则, 具有线性 时间复杂度, 并且对于大规模的数据集具有很好的扩展性; 文献 [9]中 提 出 一 种 新 颖 的 孤 立 点 挖 掘 算 法 , 该 算 法 基 于 TCM( Trans- ductive Confidence Machine) , 与传 统 的 基 于 距 离 或 密 度 的 算 法 不同, 该算法在不给定簇聚模型的情况 下 , 仍 然 适 用 ; 文 献 将 [10][11] 基于距离和密度的算法并行化, 在大规模数据集下, 获得了很好 的计算性能; 高维空间中的孤立点挖掘问题依然是一个难点, 文 献[12]将 高 维 空 间 中 的 数 据 集 投 影 到 低 维 空 间 , 从 低 维 空 间 数 据 密度的分布的角度来定义孤立点, 进而应用遗传算法来进行孤
faiss索引原理
faiss索引原理FAISS(FacebookAISimilarySearch)是一种针对高维数据的索引技术,它可以快速处理超大规模数据集,使得搜索更加高效。
这使得它在机器学习、自然语言处理、图像处理等多种应用场景中受到广泛关注和使用。
本文将从技术原理和基础架构等方面,对FAISS索引技术进行全面论述。
#### 1. FAISS技术原理FAISS是一种基于最近邻索引的技术,它是一种基于距离定义的方法,可以快速计算最近的k个邻居,并将搜索结果返回给用户。
要实现快速搜索,FAISS通过创建特定数据结构来索引数据集中的特征,以达到有效地搜索它们的目的。
为此,FAISS使用了非精确索引结构,以提高搜索速度。
此索引结构通常被称为最近邻索引,它是一种高效的实现,可以帮助快速查找或搜索相似的条款。
的基本原理是:将高维数据集分割为低维片段,然后将片段以类似哈希函数的方式分组,从而可以搜索出相似的条目。
此外,FAISS还使用了一种叫做单位球索引的技术,它可以帮助搜索更加精确。
该技术主要是将数据集中的特征向量投影到超球体上,并将其划分为许多单位球,从而帮助搜索更加精确地计算距离。
#### 2. FAISS基础架构FAISS的基础架构分为四个主要部分:数据管理、包装、搜索和回调。
数据管理部分中,FAISS主要用于存储输入数据和输出数据,并负责将数据转换为合适的格式以供搜索使用。
包装部分是整个索引的核心,它的作用是将输入数据转换为可被搜索的格式,以供搜索进行处理。
搜索部分是将输入查询与存储的数据进行比对,找出最相似的条目的过程。
回调是搜索结果回调给用户的部分,它会将搜索结果返回给用户,并将其展示在用户界面上。
### 二、FAISS索引优势FAISS索引具有多种优势,使其成为许多机器学习应用场景的理想选择。
首先,FAISS可以快速处理超大规模数据集,使得搜索更加高效。
与在大型数据集上运行其他搜索算法相比,使用FAISS索引可以显著缩短搜索时间。
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Indexing: Scope of research
• • • • Tree structure indexes Static operations Off-line construction Range query
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Category: data type & similarity
1. Data type: One-dimensional, R Similarity measure: Euclidean norm (absolute value of difference) Index: One-dimensional indexing Example: B-tree Data type: Multi-dimensional, Rn Similarity measure: Euclidean norm Index: Multi-dimensional indexing Example: kd-tree Data type: Other type Similarity measure: Other measurement Index: ? Example: ?
Range query R(q,r)
k-Nearest Neighbor query:kNN(q)
Google Map top 10 results
r
q
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Example 1
• Find all students with score in [75, 85]:
SELECT name FROM student WHERE ABS(score-80)<=5;
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Index: performance measurements
• Goal: fast data lookup
– Time complexity
• Number of distance calculations • Number of I/O
– Space complexity
• Ideal case: Log or even constant time • Worst case: Sequential scan of database
d(x,y) = d (y,x) (symmetry) d(x, y) >= 0 and d(x, y) = 0 iff x = y (non negativity) d(x,z) <= d(x,y) + d(y,z) (triangle inequality)
x d(x,z)
z d(y,z)
Goal:
– A coarse filter, retrieval a small subset of database as candidate for fine filtering.
Similarity
– Semi-cosine distance
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Protein sequence homology [BIBE06]
Goal:
– Local alignment
Similarity:
– Global alignment of 6-mers with mPAM matrix (weighted edit distance)
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More applications
• • • • Spelling checker Sound recognition Face recognition P2P network
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Example 2: 深圳大学附近的加油站
5
Example 3: 音乐搜索
6
Molecular Biological Information System (MoBIoS)
/~mobios
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Image retrieval [CIT05]
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Conserved primer pair [ISMB04]
[Uhlmann 1991 & Yianilos 1993]
•Choose vantage points •Partition the data
VP21 VP1 R1 d(VP1,q) VP22 Case 2. If d(VP1,q) < R1 - r then search inside the sphere
Bounding sphere methods
– – –
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Hyper-plane methods [Uhlmann 1991]
•Choose centers •Partition the data
C1,C2
Left of L Right of L
C1 C2
L
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Vantage Point Tree (VPT)
R21 d(VP1, x)≤R1
VP1,R1
d(VP1, x)>R1
VP21,R21 …
VP22,R22 …
d(VP22, x)≤R22 d(VP , x)>R22 Case 1. If d(VP1,q) > R1 +22 r then search outside the sphere
R22
r q Case 3. Bad case: query object close to partition boundary, descend both children
Similarity:
– Hamming distance of 18-mers
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Mass-spectra coarse filter [Bioinformatics06]
Given:
– A mass-spectra database – A query mass-spectra (high-dim vector)
Given
– A database of sequences – A query sequence
Methodology
1. Break database and query into k-mers 2. Similarity query of k-mers 3. Chain the results.
d(x,y) y
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How it works?
Range query R(snoppy,2)
Advantages
– Generality
• One-dimensional data • Multi-dimensional data with Euclidean norm • Any metric space ? 1 100
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Two-step indexing
1. Off-line construction
– Time not limited (too much) ≤O(n2) – Space limitation, < O(n2) – Determine query performance
2. On-line search
Distance-Based Indexing 基于距离的索引
毛睿 深圳大学计算机与软件学院 国家高性能计算中心深圳分中心
Outline
1. 2. 3. 4. Similarity query and applications Indexing for similarity query Distance-based (metric space) indexing The pivot space model
– Time < O(n)
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Indexing: Methodology
• Recursive partition and pruning
Example: Twenty guesses • Secretly determine a number, x, in a range, say [1, 1,000,000] • Each time, the audience can ask a question with possible answers “yes” or “no” only. And the audience always get the true answer based on x. • To find out x, how many times the audience need to ask questions?
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Importance of similarity query
• 相似性搜索已经成为多媒体信息系统基于内 容搜索的基本需求,其性能已经成为衡量海 量多媒体系统查询功能的重要指标
– 冯玉才.曹奎.曹忠升. 一种支持快速相似检索的多维索引 结构, 软件学报2002(8): 1678-1685.
• 相似性搜索在整个计算生物学研究任务中所 占比例高达35%
– A uniform programming model
• the distance oracle is given • One index mechanism for most
Disadvantages
– Not fast enough
d(Michael,Linc)=1 d(Linc, Snoopy) = 100
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2.
3.
3. ห้องสมุดไป่ตู้istance-based indexing
Metric Space 度量空间
a pair, M=(D,d), where D is a set of points d is a [metric] distance function with the following:
99<=d(Michael, Snoopy)<= 101
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Data partition: three families