[发明专利]一种变权网k近邻搜索方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信息技术，特别涉及一种变权网k近邻搜索方法。

背景技术

k近邻查询问题是一个非常重要的几何学问题，在很多领域里都有着实际应用。例如数据挖掘、文档检索、DNA匹配、空间数据库和多媒体数据库等。而随着地理信息系统（GIS）、计算机辅助设计（CAD）、多媒体系统、医学和卫星图像数据处理等领域的发展，空间数据库以及对空间数据的k近邻查询的研究近年来也成为研究热点。例如，某一用户可能在电脑的电子地图上点击一个特定的位置，要求查找5个离它最近的对象。由于空间数据量庞大，数据结构复杂，操作代价（包括计算开销及I/O开销等）昂贵，因此空间查询的性能和效率是人们关心的首要问题，如何高效地实现k邻查询成为空间查询研究中的重点。

拓扑网络中的k近邻搜索问题不同于散乱点中的k近邻搜索。其搜索对象的位置和运动被约束在拓扑网络上，因此搜索k近邻时需要计算其网络距离，而不能简单的计算对象之间的欧氏距离。近几年来，国内外对于搜索静态路网中的k近邻对象并同时求出点到这些k近邻对象的路径方面已经展开了相关的研究，但针对动态路网（即时变路网，Time-Dependent Road Network）中k近邻搜索的研究还很有限，国外已有相关的一些研究和应用，而在国内仅有很少量的研究和应用，仅处于起步阶段。

对于静态路网中的k近邻搜索问题，一般的做法是基于R-树的分支限界（Branch and Bound，BAB）法或是利用QUAD树（四叉树）、Voronoi图等索引结构来加速求解k近邻查询问题。但若将其简单的套用于动态路网的k近邻搜索求解中，则面临着十分严峻的挑战。一方面，服务器要不断地调用并更新分支限界法的约束条件及Voronoi图的初始化过程，这会导致大量的频繁的更新，加重服务器负担。另一方面，当面临数以万计的查询请求时，目前基于当前查询的k近邻查询势必会导致大量的重复的搜索。

发明内容

本发明是针对k近邻查询高效率问题，提出了一种变权网k近邻搜索方法，有效减少候选点的数量、缩小k近邻查询的搜索范围，提高了搜索速度。

本发明的技术方案为：一种变权网k近邻搜索方法，建立路由表机制，进行k近邻搜索，具体包括如下步骤：

1）建立路由表：表中包括从起点到任意点之间的最短路径包含了该路径上其他点之间的最短路径，即路径搜索把起点当做一棵树的根结点，建立一棵最短路径树T，T中任意满足祖孙关系的结点，它们之间的路径都是最短路径，将T上所有满足祖孙关系的结点之间的后继关系存入路由表；

2）路由表的动态更新：当路网权值发生变化时，路由表中动态更新路网中部分区域内的最短路指路信息，使得原本将要经过该条已堵塞道路的车辆能获得一条较原先不改变行驶路径时更合理的路径，即改变后的车辆行驶路径优于未响应路网权值变化的原先的行驶路径；

3）在路由表机制的基础上，设计变权网络路径快速生成算法：车辆在生成环节首先生成OD起始点，车辆在行驶前先查看路由表中是否已有从O点到达D点的下一步行驶方向，若有则按此路由信息行驶，否则用最短路算法计算OD点之间的最短路径，并将该最短路径搜索的结果提炼成一棵最短路径树T，通过路由表的更新算法将T中信息保存到路由表，然后再通过路由表获取从当前点（O点或者行驶中的当前点）到D点的下一跳行驶方向，继续往该方向行驶，直到到达目的地D而结束；

4）基于路由机制的k近邻算法：路由表中保存过去一段时间内的历史查询结果，计算路径时可通过历史数据减少系统重复计算并对车辆行驶路径进行指路导航；

5）k近邻查询规则：

A：候选集的筛选规则：

根据动态路由表T_D内已保存的路径，计算车辆结点到每个候选点的行驶路径总开销作为估算距离；

根据查询点到各候选点的距离由近到远将前k个近邻候选点保存到候选点集Q中；