專利名稱：預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方法，屬于計算機應(yīng)用技術(shù) 領(lǐng)域，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于預(yù)測模型的在線更新。
背景技術(shù)：
標準局部匹配預(yù)測模型(PPM: Prediction by Partial Match)是一種上下 文關(guān)系模型，它用馬爾可夫模型來存儲上下文關(guān)系，樹中的每個節(jié)點代表從根 到該節(jié)點的訪問序列，節(jié)點中的計數(shù)代表訪問序列的訪問頻率，并可利用上下 文關(guān)系進行預(yù)測，其中上下文關(guān)系的長度稱為階。標準PPM有著廣泛的應(yīng)用，比 如用作Web預(yù)測模型時，稱其為基于局部匹配的Web預(yù)測模型，其中模型元素對 應(yīng)Web頁面的訪問事件，上下文關(guān)系依賴于這些事件的順序，Markov預(yù)測樹用來 描述用戶的瀏覽特征，通過序列匹配來預(yù)測用戶將來的訪問請求。
目前預(yù)測模型是基于先訓練后測試的靜態(tài)模式，無在線能力，更新過程一 般采用定期重新構(gòu)造一遍PPM預(yù)測樹的方法。因此，這些PPM模型不能隨時加 入新的用戶請求和刪除過時信息，當用作具體應(yīng)用領(lǐng)域時，比如局部匹配的Web 預(yù)測模型時，會導致模型中包含的用戶瀏覽模式與新的用戶訪問請求不一致， 不能體現(xiàn)當前用戶的瀏覽興趣，從而降低模型的預(yù)測能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在PPM的基礎(chǔ)上，通過引入非壓縮后綴指針、增量式插入和 增量刪除操作機制，實現(xiàn)了PPM模型的在線增量式插入和刪除的更新機制。
本發(fā)明的預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方法的整體框架設(shè)計流程如圖
l所示，具體實現(xiàn)步驟如下
步驟一、構(gòu)造帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹
首先，給出相關(guān)概念的定義。
定義l:滑動窗口滑動窗口定義為h(&^^)個請求訪問序列〈Tl， Il>, <T2， 12〉， 〈T3， 13〉， ...， 〈Th, Ih〉，其中M表示一個窗口最多包含的請求個數(shù)，7;(i二l,2，3…) 為元組的請求時間，Z表示實體，且DTi。
隨著訪問序列的輸入，滑動窗口不斷的向前滑動，新的請求不斷的滑入窗 口，末端的請求不斷地滑出窗口。
構(gòu)造帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹基本思想是在滑動窗口控制下的 PPM預(yù)測樹中，為每個非根節(jié)點中，引入了一個后綴指針，它指向其后綴節(jié)點。 其主要步驟如下
第(1)步初始狀態(tài)為一個根節(jié)點，或為在滑動窗口控制下的PPM預(yù)測樹， 其中非根節(jié)點代表從根到此節(jié)點的請求序列，上下文的長度等于節(jié)點的深度， 節(jié)點中的計數(shù)代表相應(yīng)上下文的訪問次數(shù)；
第(2)步選擇一個節(jié)點，若為非根節(jié)點時，依據(jù)當前會話，引入了一個 后綴指針，它指向其后綴節(jié)點；
第(3)步所有非根節(jié)點都有了一個后綴指針時，帶有非壓縮后綴指針的 PPM預(yù)測樹就構(gòu)造好了，否則轉(zhuǎn)第(2)步。
步驟二、增量式插入的方法
在步驟一的相關(guān)概念定義和帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹的基礎(chǔ)上， 步驟二提出一種在線更新操作中增量式插入的方法。
增量式插入的基本思想是在已經(jīng)構(gòu)建的非壓縮后綴樹預(yù)測樹的基礎(chǔ)上， 找到將要加入的請求所在的活動會話，并將此請求加入到此會話，將其表示為 Su, j. k)，其中i表示某對象，j表示此對象的第j個會話，k表示此會話已包含 的請求的個數(shù)，且^W^1，"1。為了將這個新請求插入到非壓縮后綴預(yù)測樹模 型中，在S("h)所對應(yīng)的所有當前活動上下文下，加入新的請求，即會話Sa,j. k尸(Ab A2， A3,…，Ak)的后綴可以通過在會話S(i. j, k—D={ A, A2， A3，…，Ah} 的每個后綴末端連接上Ak而獲得；同時，設(shè)置相應(yīng)的后綴指針，并改變S(i, j.k) 中部分請求的指向最長分枝的指針。
設(shè)Suf f ix—T表示非壓縮后綴樹，Order表示Suf f ix一T的階。對于一個新請 求A，用一個滑動窗口控制處于SiiffixJT中的用戶訪問序列，每次總是插入最 前端的用戶請求。按照下列的步驟加入到Suffix一T中
第(l)步如果A屬于一個新對象的會話，標識此對象會話為活動會話，并 置同一對象原來活動會話為不活動的，同時將對應(yīng)的最長上下文指針指向根節(jié) 點。設(shè)A對應(yīng)的活動會話為Su, j, k)={ A:，A2，A3，…，AJ，為會話S(i, j, w中的每個請求Am分配一個指向最長分枝的指針L—Branch"」, )(BW^;0 ，其中玍表示會 話Sa, j, w中的第m個請求；
第(2)步檢查S(i,j.w)的最長上下文和所有后綴的子節(jié)點中是否包含A。如
果存在這樣的節(jié)點(SuffixJ中已存在這樣的上下文)，將這個上下文的計數(shù)增 1;否則，創(chuàng)建一個新的子節(jié)點，將此新節(jié)點的計數(shù)設(shè)置為1;
第(3)步改變S(i， j， k)的最長上下文指針，使其指向新的最長上下文；
第(4)步若創(chuàng)建了新節(jié)點，則使其后綴指針指向相應(yīng)的后綴；否則，不改 變后綴指針的值；
第(5)步對于S", j. k)中的第m個請求A ， L_Branch(i, jj指向代表序列 {Am, A +1，…，Aj的節(jié)點，其中，若OWw2it,貝Ul^w^A:;否貝廿，A — CWerSwSA。 步驟三、增量式刪除的方法
在步驟一的相關(guān)概念定義和帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹的基礎(chǔ)上， 步驟三提出一種在線更新操作中增量式刪除的方法。
增量式刪除的基本思想是在預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，每次刪除的總是存在于
模型中的最早的請求A，從而只需刪除由A所屬會話在非壓縮后綴樹模型上所引
起的分枝。因為在模型構(gòu)建中，已經(jīng)為輸入序列的每一個請求分配一個指向其 對應(yīng)的最長分枝，所以在刪除時，僅需對最長分枝到根的每個節(jié)點的上下文計 數(shù)減l，如果結(jié)果為零，則刪除該節(jié)點。
隨著訪問序列的輸入，滑動窗口不斷的向前滑動，新的請求不斷的滑入窗
口，末端的請求不斷的滑出窗口，增量式從模型中刪除。具體步驟為 第(l)步獲取滑動窗口中最早的請求A; 第(2)步刪除滑動窗口的第一個請求； 第(3)步査找A所屬的會話S(i，l，k); 第(4)步:刪除S(i，l，k)的第一個請求；
第(5)步對最長分枝到根的每個節(jié)點的上下文計數(shù)減l，如果結(jié)果為零， 則刪除該節(jié)點。 有益效果
① 為PPM預(yù)測樹引入后綴指針后，可擴展其在線的更新操作能力，當需要 從一個上下文節(jié)點移動到其對應(yīng)的最長后綴上下文的節(jié)點時，根據(jù)后綴指針可 以直接找到，避免復雜的査找過程；為訪問序列的每個請求分配一個指向其對 應(yīng)的最長分枝的指針，可加速操作的處理；
② 預(yù)測模型的在線更新(增量插入、刪除)方法，無須再定期重新構(gòu)造一遍PPM預(yù)測樹，可隨時加入新的請求和刪除過時信息，當用作Web預(yù)測模型時，保 持用戶瀏覽模式與新的用戶訪問請求一致，體現(xiàn)出當前用戶的瀏覽興趣，提高 模型的預(yù)測能力；
③隨著訪問序列的輸入，滑動窗口不斷的向前滑動，新的請求不斷的滑入 窗口，增量式插入到模型中，末端的請求不斷的滑出窗口，增量式從模型中刪 除。每次插入的總是處于滑動窗口前端的最新的請求，刪除的總是處于滑動窗 口末端的請求。


圖1為本發(fā)明的整體框架設(shè)計流程圖； 圖2為本發(fā)明實施例中的增量插入操作初態(tài)舉例說明圖； 圖3為本發(fā)明實施例中的增量插入用戶請求序列"ABABCDC)第一個A操作 舉例說明圖4為本發(fā)明實施例中的增量插入用戶請求序列(AABABCDC)第二個A操作 舉例說明圖5為本發(fā)明實施例中的增量插入用戶請求序列(AABABCDd第二個C操作 舉例說明圖6為本發(fā)明實施例中的刪除用戶請求序列(AABABCDC)第一個請求A操作 舉例說明圖7為本發(fā)明實施例中的刪除用戶請求序列UABABCDCl第二個請求A操作 舉例說明圖。
具體實施例方式
根據(jù)上述技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。 以用戶請求序列(AABABCDC1為例，這些請求所屬的用戶對象表示為 {12132133}，其中的標號l、 2和3表示請求分別屬于用戶1、用戶2和用戶3。 劃分用戶會話后，用戶1的會話為{ABC}、用戶2的會話為{AB}、用戶3的會話 為{ADC}。
步驟一、構(gòu)造帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹 以圖2-圖7為例，均是大小為8的滑動窗口。
以圖5為例，在大小為8的滑動窗口控制下，構(gòu)造帶有非壓縮后綴指針的第(1)步PPM預(yù)測樹是由"BC)、 UB)和(ADC)序列組成的，其中非根節(jié)
點有1個A/3、 2個B/2、 4個C/1、 1個C/2、 2個D/1。
第(2)步為A/3建立指向根節(jié)點的后綴指針；
為B/2建立指向根節(jié)點的后綴指針，或建立指向B/2的后綴指針; 為C/2建立指向根節(jié)點的后綴指針；
為D/1建立指向根節(jié)點的后綴指針，或建立指向D/1的后綴指針； 為C/1建立指向C/1的后綴指針，或建立指向C/2的后綴指針； 或為C/1建立指向另一個C/1節(jié)點的后綴指針，或建立指向C/2 的后綴指針；
第(3)步構(gòu)造帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹結(jié)束。 步驟二、增量式插入的方法
在圖2-圖5中，說明插入序列(AABABCDC)到預(yù)測模型的部分過程，設(shè)滑動 窗口的大小為8。其中帶箭頭的實線表示后綴指針，帶箭頭的虛線表示指向最長 分枝的指針，直線段表示非壓縮后綴樹本身，滑動窗口的陰影部分表示當前插 入的請求，每一個步驟代表順序插入序列(AABABCDC)中的一個請求。在插入每 個請求的過程中，都是在前一個已構(gòu)建預(yù)測樹的基礎(chǔ)上，在相應(yīng)的活動上下文 的子節(jié)點中插入新的用戶請求，改變對應(yīng)的后綴指針和指向最長分枝的指針。
在初始時，只存在一個根節(jié)點。如圖2所示。
當插入第一個用戶請求A時，此時只有根節(jié)點是此請求的活動上下文，則 僅在根節(jié)點下插入新的節(jié)點，并設(shè)計數(shù)值為l，同時令該新節(jié)點的后綴指針指向 根節(jié)點，該會話的請求A的最長分枝指針指向新加入的節(jié)點，如圖3所示；
圖3插入第一個用戶請求A的過程如下
第(l)步A屬于一個新的用戶會話，標識此會話為活動用戶會話，并置同
一用戶原來活動用戶會話為不活動的；
第(2)步插入第一個用戶請求A時，只有根節(jié)點是此請求的活動上下文，
則僅在根節(jié)點下插入新的節(jié)點，并設(shè)計數(shù)值為1;
第(3)步改變S(i， j， k)的最長上下文指針，使其指向新的最長上下文； 第(4)步因創(chuàng)建了新節(jié)點，使其后綴指針指向相應(yīng)的后綴，即根節(jié)點； 第(5)步該會話的請求A的最長分枝指針指向新加入的節(jié)點。當插入第二個請求A時，因為其屬于另一個用戶會話的第一個用戶請求，
因此該請求的活動上下文仍然為根節(jié)點，僅在根節(jié)點下插入此請求，由于根節(jié)
點的子節(jié)點中已包含請求A，則只需將計數(shù)增l即可，而后將對應(yīng)的最長分枝指 針指向該節(jié)點，如圖4所示。
圖4插入第二個用戶請求A的過程
第(l)步A屬于另一個新的用戶會話，標識此會話為活動用戶會話，并置
同一用戶原來活動用戶會話為不活動的；
第(2)步插入這個用戶請求A時，由于根節(jié)點的子節(jié)點中已包含請求A，
則只需將計數(shù)增1即可；
第(3)步改變S(i， j, k)的最長上下文指針，使其指向新的最長上下文； 第(4)步保持其后綴指針指向相應(yīng)的后綴；
第(5)步該會話的請求A的最長分枝指針指向新加入的節(jié)點。
在圖5中插入序列(AABABCDCi的第二個訪問C，這個訪問屬于用戶3，所對 應(yīng)的當前用戶會話的活動上文是仏DK {0}和根節(jié)點，因為在所對應(yīng)的節(jié)點下沒 有C，因此加入新的節(jié)點，并設(shè)置計數(shù)為l。
圖5中插入序列{AABABCDC}的第二個訪問C的過程
第(l)步C屬于另一個用戶會話，標識此會話為活動用戶會話，并置同一
用戶原來活動用戶會話為不活動的；
第(2)步插入這個用戶請求C時，所對應(yīng)的當前用戶會話的上文是(ADK (Dl和根節(jié)點，因為在所對應(yīng)的節(jié)點下沒有C，因此加入新的節(jié)點，并設(shè)置計數(shù) 為l;
第(3)步改變S(i， j， k)的最長上下文指針，使其指向新的最長上下文； 第(4)步保持其后綴指針指向相應(yīng)的后綴；
第(5)步該會話的請求C的最長分枝指針指向新加入的節(jié)點。 步驟三、增量式刪除的方法
圖6和圖7為從圖5中依次刪除序列{AABABCDC}的第一和第二請求的過程， 滑動窗口左邊的虛線方框表示刪除的用戶請求，設(shè)滑動窗口的大小為8。 圖6表示刪除序列{AABABCDC}的第一個請求A的過程，具體步驟為
第(l)步獲取滑動窗口中最早的用戶請求第一個A; 第(2)步刪除滑動窗口的第一個請求；第(3)步查找A所屬的用戶會話S(i，l，k); 第(4)步刪除S(i,l，k)的第一個請求；
第(5)步這個請求屬于用戶1，所以與它對應(yīng)的最長分枝是MBCh則將上
下文(ABCh (AB)和W所對應(yīng)節(jié)點的計數(shù)都減1，其中(ABC)所對應(yīng)節(jié)點的計數(shù) 為0，刪除此節(jié)點。
刪除序列{AABABCDC}的第一個請求A后，圖6是序列{ABABCDC}的非壓縮后 綴樹。
圖7表示刪除序列{AABABCDC}的第二個請求A過程，具體步驟為 第(l)步獲取滑動窗口中最早的用戶請求第二個A; 第(2)步刪除滑動窗口的這個請求； 第(3)步:査找A所屬的用戶會話S(i，l，k); 第(4)步刪除S(i，l，k)的第一個請求；
第(5)步這個請求A屬于用戶2，與它所對應(yīng)的最長分枝是仏B)，則將上 下文(AB1和M1所對應(yīng)節(jié)點的計數(shù)都減1，計數(shù)結(jié)果為0的節(jié)點被刪除。
刪除序列{AABABCDC}的第二個請求A后，圖7是序列{BABCDC}的非壓縮后 綴樹。
權(quán)利要求
1. 預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方法，其特征在于具體實現(xiàn)步驟如下步驟一、構(gòu)造帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹首先給出相關(guān)概念的定義，其次提出構(gòu)造帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹的步驟；步驟二、增量式插入的方法在步驟一基礎(chǔ)上，提出一種在線更新操作中增量式插入的方法；步驟三、增量式刪除的方法在步驟一基礎(chǔ)上，提出一種在線更新操作中增量式刪除的方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方 法，其特征在于步驟一中相關(guān)概念的定義為定義l:滑動窗口滑動窗口定義為力，/^^個請求訪問序列〈L， I,， 〈T2， I2〉， 〈T3, 13〉， ...， <Th， Ih〉，其中M表示一個窗口最多包含的請求個數(shù)，乃(i二l，2，3…)為元組的請求時間，力表示實體，且Tw〉Ti。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方 法，其特征在于步驟一中構(gòu)造帶有非壓縮后綴指針的PPM預(yù)測樹的步驟為第(1)步初始狀態(tài)為一個根節(jié)點，或為在滑動窗口控制下的PPM預(yù)測樹，其中非根節(jié)點代表從根到此節(jié)點的請求序列，上下文的 長度等于節(jié)點的深度，節(jié)點中的計數(shù)代表相應(yīng)上下文的訪問次數(shù)；第(2)步選擇一個節(jié)點，若為非根節(jié)點時，依據(jù)當前會話序 列，引入了一個后綴指針，它指向其后綴節(jié)點；第(3)步所有非根節(jié)點都有了一個后綴指針時，帶有非壓縮 后綴指針的PPM預(yù)測樹就構(gòu)造好了，否則轉(zhuǎn)第(2)步。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方 法，其特征在于步驟二中的增量式插入方法為設(shè)Suff ix—T表示非壓縮后綴樹，Order表示Suff ix—T的階；對 于一個新請求A，用一個滑動窗口控制處于Suffix—T中的用戶訪問序列，每次總是插入最前端的用戶請求；按照下列的步驟加入到 Suffix—T中第(l)步如果A屬于一個新對象的會話，標識此對象會話為活 動會話，并置同一對象原來活動會話為不活動的，同時將對應(yīng)的最長上下文指針指向根節(jié)點；設(shè)A對應(yīng)的活動會話為S(i, j, k)={ AhA2，A3，…，M，為會話S(i, j, k)中的每個請求Am分配一個指向最 長分枝的指針L_Branch(i,丄(ls附")，其中^表示會話S(i, j, k)中的 第m個請求；第(2)步檢査S(i, j, H)的最長上下文和所有后綴的子節(jié)點中是否 包含A;如果存在這樣的節(jié)點(SuffixJT中己存在這樣的上下文)，將 這個上下文的計數(shù)增l;否則，創(chuàng)建一個新的子節(jié)點，將此新節(jié)點的 計數(shù)設(shè)置為1;第(3)步改變S(i， j， k)的最長上下文指針，使其指向新的最 長上下文；第(4)步若創(chuàng)建了新節(jié)點，則使其后綴指針指向相應(yīng)的后綴； 否則，不改變后綴指針的值；第(5)步對于S(i,j,k)中的第m個請求Am， L—Branch, j.—指向代 表序列(&, Am+1，…，Ak)的節(jié)點，其中，若CWwa，則1^附";否則， & — S附S A: o
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方 法，其特征在于步驟三中的建立增量式刪除的方法為 第(l)步獲取滑動窗口中最早的請求A; 第(2)步刪除滑動窗口的第一個請求； 第(3)步查找A所屬的會話S(i，l，k); 第(4)步刪除S(i，l，k)的第一個請求；第(5)步對最長分枝到根的每個節(jié)點的上下文計數(shù)減1，如果 結(jié)果為零，則刪除該節(jié)點。
全文摘要
本發(fā)明涉及預(yù)測模型的在線增量式插入與刪除方法，屬于計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在標準預(yù)測模型PPM的基礎(chǔ)上，通過引入非壓縮后綴指針、增量式插入和增量刪除操作機制，實現(xiàn)了PPM模型的在線增量更新機制。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于預(yù)測模型的在線更新。
文檔編號G06F17/30GK101446956SQ20081018323
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者付引霞, 古志民, 班志杰, 磊 石 申請人:北京理工大學