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    Reverse Nearest Neighbor Heat Maps: A Tool for Influence Exploration

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    We study the problem of constructing a reverse nearest neighbor (RNN) heat map by finding the RNN set of every point in a two-dimensional space. Based on the RNN set of a point, we obtain a quantitative influence (i.e., heat) for the point. The heat map provides a global view on the influence distribution in the space, and hence supports exploratory analyses in many applications such as marketing and resource management. To construct such a heat map, we first reduce it to a problem called Region Coloring (RC), which divides the space into disjoint regions within which all the points have the same RNN set. We then propose a novel algorithm named CREST that efficiently solves the RC problem by labeling each region with the heat value of its containing points. In CREST, we propose innovative techniques to avoid processing expensive RNN queries and greatly reduce the number of region labeling operations. We perform detailed analyses on the complexity of CREST and lower bounds of the RC problem, and prove that CREST is asymptotically optimal in the worst case. Extensive experiments with both real and synthetic data sets demonstrate that CREST outperforms alternative algorithms by several orders of magnitude.Comment: Accepted to appear in ICDE 201

    Complex queries and complex data

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    With the widespread availability of wearable computers, equipped with sensors such as GPS or cameras, and with the ubiquitous presence of micro-blogging platforms, social media sites and digital marketplaces, data can be collected and shared on a massive scale. A necessary building block for taking advantage from this vast amount of information are efficient and effective similarity search algorithms that are able to find objects in a database which are similar to a query object. Due to the general applicability of similarity search over different data types and applications, the formalization of this concept and the development of strategies for evaluating similarity queries has evolved to an important field of research in the database community, spatio-temporal database community, and others, such as information retrieval and computer vision. This thesis concentrates on a special instance of similarity queries, namely k-Nearest Neighbor (kNN) Queries and their close relative, Reverse k-Nearest Neighbor (RkNN) Queries. As a first contribution we provide an in-depth analysis of the RkNN join. While the problem of reverse nearest neighbor queries has received a vast amount of research interest, the problem of performing such queries in a bulk has not seen an in-depth analysis so far. We first formalize the RkNN join, identifying its monochromatic and bichromatic versions and their self-join variants. After pinpointing the monochromatic RkNN join as an important and interesting instance, we develop solutions for this class, including a self-pruning and a mutual pruning algorithm. We then evaluate these algorithms extensively on a variety of synthetic and real datasets. From this starting point of similarity queries on certain data we shift our focus to uncertain data, addressing nearest neighbor queries in uncertain spatio-temporal databases. Starting from the traditional definition of nearest neighbor queries and a data model for uncertain spatio-temporal data, we develop efficient query mechanisms that consider temporal dependencies during query evaluation. We define intuitive query semantics, aiming not only at returning the objects closest to the query but also their probability of being a nearest neighbor. After theoretically evaluating these query predicates we develop efficient querying algorithms for the proposed query predicates. Given the findings of this research on nearest neighbor queries, we extend these results to reverse nearest neighbor queries. Finally we address the problem of querying large datasets containing set-based objects, namely image databases, where images are represented by (multi-)sets of vectors and additional metadata describing the position of features in the image. We aim at reducing the number of kNN queries performed during query processing and evaluate a modified pipeline that aims at optimizing the query accuracy at a small number of kNN queries. Additionally, as feature representations in object recognition are moving more and more from the real-valued domain to the binary domain, we evaluate efficient indexing techniques for binary feature vectors.Nicht nur durch die Verbreitung von tragbaren Computern, die mit einer Vielzahl von Sensoren wie GPS oder Kameras ausgestattet sind, sondern auch durch die breite Nutzung von Microblogging-Plattformen, Social-Media Websites und digitale Marktplätze wie Amazon und Ebay wird durch die User eine gigantische Menge an Daten veröffentlicht. Um aus diesen Daten einen Mehrwert erzeugen zu können bedarf es effizienter und effektiver Algorithmen zur Ähnlichkeitssuche, die zu einem gegebenen Anfrageobjekt ähnliche Objekte in einer Datenbank identifiziert. Durch die Allgemeinheit dieses Konzeptes der Ähnlichkeit über unterschiedliche Datentypen und Anwendungen hinweg hat sich die Ähnlichkeitssuche zu einem wichtigen Forschungsfeld, nicht nur im Datenbankumfeld oder im Bereich raum-zeitlicher Datenbanken, sondern auch in anderen Forschungsgebieten wie dem Information Retrieval oder dem Maschinellen Sehen entwickelt. In der vorliegenden Arbeit beschäftigen wir uns mit einem speziellen Anfrageprädikat im Bereich der Ähnlichkeitsanfragen, mit k-nächste Nachbarn (kNN) Anfragen und ihrem Verwandten, den Revers k-nächsten Nachbarn (RkNN) Anfragen. In einem ersten Beitrag analysieren wir den RkNN Join. Obwohl das Problem von reverse nächsten Nachbar Anfragen in den letzten Jahren eine breite Aufmerksamkeit in der Forschungsgemeinschaft erfahren hat, wurde das Problem eine Menge von RkNN Anfragen gleichzeitig auszuführen nicht ausreichend analysiert. Aus diesem Grund formalisieren wir das Problem des RkNN Joins mit seinen monochromatischen und bichromatischen Varianten. Wir identifizieren den monochromatischen RkNN Join als einen wichtigen und interessanten Fall und entwickeln entsprechende Anfragealgorithmen. In einer detaillierten Evaluation vergleichen wir die ausgearbeiteten Verfahren auf einer Vielzahl von synthetischen und realen Datensätzen. Nach diesem Kapitel über Ähnlichkeitssuche auf sicheren Daten konzentrieren wir uns auf unsichere Daten, speziell im Bereich raum-zeitlicher Datenbanken. Ausgehend von der traditionellen Definition von Nachbarschaftsanfragen und einem Datenmodell für unsichere raum-zeitliche Daten entwickeln wir effiziente Anfrageverfahren, die zeitliche Abhängigkeiten bei der Anfragebearbeitung beachten. Zu diesem Zweck definieren wir Anfrageprädikate die nicht nur die Objekte zurückzugeben, die dem Anfrageobjekt am nächsten sind, sondern auch die Wahrscheinlichkeit mit der sie ein nächster Nachbar sind. Wir evaluieren die definierten Anfrageprädikate theoretisch und entwickeln effiziente Anfragestrategien, die eine Anfragebearbeitung zu vertretbaren Laufzeiten gewährleisten. Ausgehend von den Ergebnissen für Nachbarschaftsanfragen erweitern wir unsere Ergebnisse auf Reverse Nachbarschaftsanfragen. Zuletzt behandeln wir das Problem der Anfragebearbeitung bei Mengen-basierten Objekten, die zum Beispiel in Bilddatenbanken Verwendung finden: Oft werden Bilder durch eine Menge von Merkmalsvektoren und zusätzliche Metadaten (zum Beispiel die Position der Merkmale im Bild) dargestellt. Wir evaluieren eine modifizierte Pipeline, die darauf abzielt, die Anfragegenauigkeit bei einer kleinen Anzahl an kNN-Anfragen zu maximieren. Da reellwertige Merkmalsvektoren im Bereich der Objekterkennung immer öfter durch Bitvektoren ersetzt werden, die sich durch einen geringeren Speicherplatzbedarf und höhere Laufzeiteffizienz auszeichnen, evaluieren wir außerdem Indexierungsverfahren für Binärvektoren

    Probabilistic Skyline Queries over Uncertain Moving Objects

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    Data uncertainty inherently exists in a large number of applications due to factors such as limitations of measuring equipments, update delay, and network bandwidth. Recently, modeling and querying uncertain data have attracted considerable attention from the database community. However, how to perform advanced analysis on uncertain data remains an interesting question. In this paper, we focus on the execution of skyline computation over uncertain moving objects. We propose a novel probabilistic skyline model where an uncertain object may take a probability to be in the skyline at a certain time point, therefore a p-t-skyline contains those moving objects whose skyline probabilities are at least p at time point t. Computing probabilistic skyline over a large number of uncertain moving objects is a daunting task in practice. In order to efficiently compute the probabilistic skyline query, we propose a discrete-and-conquer strategy, which follows the sampling-bounding-pruning-refining procedure. To further reduce the skyline computation cost, we propose an enhanced framework that is based on a multi-dimensional indexing structure combined with the discrete-and-conquer strategy. Through extensive experiments with synthetic datasets, we show that the framework can efficiently support skyline queries over uncertain moving object and is scalable on large data sets

    Group Reverse Nearest Neighbor Search using Modified Skip Graph

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    The reverse nearest neighbor search is used for spatial queries. The reverse nearest neighbor search, the object in high dimensional space has a certain region where all objects inside the region will think of query object as their nearest neighbor. The existing methods for reverse nearest neighbor search are limited to the single query point, which is inefficient for the high dimensional spatial databases etc. Therefore, in this paper we proposed a group reverse nearest neighbor search which can find multiple query objects in a specific region. In this paper we proposed method for group reverse nearest neighbor queries using modified skip graph

    Querying Spatial Data by Dominators in Neighborhood

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    MaxFirst: an Efficient Method for Finding Optimal Regions

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    Master'sMASTER OF SCIENC
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