一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法。包括如下步驟：1）將散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)存于邏輯主節(jié)點(diǎn)；2）邏輯主節(jié)點(diǎn)將每一個(gè)點(diǎn)的id及其第j維坐標(biāo)信息分別發(fā)送至編號(hào)為j的邏輯子節(jié)點(diǎn)，后者接收后建立B+樹索引；3）邏輯主節(jié)點(diǎn)將查詢區(qū)域R在第j維上的投影分別發(fā)送至編號(hào)為j的邏輯子節(jié)點(diǎn)，后者接收后查找位于投影范圍之內(nèi)的點(diǎn)，并將點(diǎn)的id返回給邏輯主節(jié)點(diǎn)；4）邏輯主節(jié)點(diǎn)計(jì)算所有邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id的交集。本發(fā)明將n維空間的范圍查詢轉(zhuǎn)換為n個(gè)并行的一維空間范圍查詢，大幅提高了高維散亂點(diǎn)云的查詢效率，有效解決了現(xiàn)有索引方法存在的分辨率單一、通用性不高、數(shù)據(jù)冗余等問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及空間索引【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方 法。 【背景技術(shù)】
[0002] 空間索引是一種依據(jù)空間對(duì)象的位置、形狀或空間對(duì)象之間的某種空間關(guān)系而組 織、排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對(duì)象的標(biāo)識(shí)、外接矩形以及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針等 概要信息。高維散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、空間分辨率高等特點(diǎn)，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中需 要對(duì)其進(jìn)行頻繁地范圍查詢。為此有必要預(yù)先對(duì)其進(jìn)行有效的組織和索引，以提高后續(xù)的 查詢效率。目前針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用較多的索引有2"叉樹索引、格網(wǎng)索引、R樹索引等。2"叉 樹索引實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適用于分布相對(duì)均勻的數(shù)據(jù)；格網(wǎng)索引查詢效率較高，但其分辨率單一， 通用性不高；R樹索引具有較高的通用性，但其中的最小外包矩形有可能交疊，造成一定的 數(shù)據(jù)冗余，且隨著空間維度的擴(kuò)展，其查詢用時(shí)顯著增加。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有高維點(diǎn)云數(shù)據(jù)索引方法存在的不足，根據(jù)降維、并行處 理的思想，提供一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法。
[0004] 適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法包括如下步驟：
[0005] 1)根據(jù)給定的高維散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)（含m個(gè)點(diǎn)，維度為η)構(gòu)建點(diǎn)集P = {pp p2, . . .，pm},點(diǎn)集中任意一點(diǎn)Pi的坐標(biāo)為（an, ai2, . . .，ain),存于邏輯主節(jié)點(diǎn)；
[0006] 2) -個(gè)邏輯主節(jié)點(diǎn)配套η個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)（個(gè)數(shù)與點(diǎn)云維數(shù)相等），前者將點(diǎn)集P 中每一個(gè)點(diǎn) Pl, p2, . . .，pm 的 id 及其第 j (j = 1，2, . . .，η)維坐標(biāo)信息（a^，a2j, . . .，amj)分 別發(fā)送至編號(hào)為j的邏輯子節(jié)點(diǎn)，后者接收后根據(jù)各點(diǎn)第j維坐標(biāo)的大小順序建立B+樹索 引；
[0007] 3)對(duì)于η維查詢區(qū)域R = ((Sp t), (s2, t2), . . .，（sn, tn)),邏輯主節(jié)點(diǎn)將其在第 j (j = 1，2, . . .，n)維上的投影tp分別發(fā)送至編號(hào)為j的邏輯子節(jié)點(diǎn)，后者接收后基 于之前創(chuàng)建的B+樹索引查找位于范圍tp之內(nèi)的點(diǎn)，并將點(diǎn)的id返回給邏輯主節(jié)點(diǎn)；
[0008] 4)邏輯主節(jié)點(diǎn)計(jì)算所有邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id的交集，該交集即為高維散亂點(diǎn) 云針對(duì)范圍R的查詢結(jié)果。
[0009] 步驟2)、3)和4)所述的η個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)在物理上可部署于數(shù)量少于η個(gè)的機(jī)器 上，即一臺(tái)機(jī)器可部署多個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)程序。
[〇〇1〇] 步驟3)所述邏輯子節(jié)點(diǎn)查找位于范圍（Sj，tp之內(nèi)點(diǎn)的方法為：獲取關(guān)鍵字在 B+樹索引中的位置，再順著連接B+樹葉子節(jié)點(diǎn)的雙向鏈表向右掃描，直到關(guān)鍵字大于&為 止，掃描所及的葉子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位于范圍（Sj，tj)之內(nèi)的點(diǎn)。
[0011] 步驟4)所述邏輯主節(jié)點(diǎn)計(jì)算η個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回點(diǎn)id交集的方法為：獲取返回 點(diǎn)個(gè)數(shù)最少的邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id集合K，對(duì)于其中的每一個(gè)點(diǎn)id，判斷它是否也在其 它邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id集合中出現(xiàn)。只要有一個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id集合不包含這 個(gè)點(diǎn)id，就將它從K中刪除，繼續(xù)判斷K中下一個(gè)點(diǎn)id。K中每一個(gè)點(diǎn)id都經(jīng)過(guò)如此判斷 之后，最終剩下的點(diǎn)id即為η個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回點(diǎn)id的交集。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有高維點(diǎn)云數(shù)據(jù)索引方法相比具有的有益效果：
[0013] 將η維空間的范圍查詢轉(zhuǎn)換為η個(gè)并行的一維空間范圍查詢，大幅提高了高維散 亂點(diǎn)云的查詢效率，有效解決了現(xiàn)有索引方法存在的分辨率單一、通用性不高、數(shù)據(jù)冗余等 問(wèn)題。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】：
[0014] 圖1為本發(fā)明索引創(chuàng)建階段的流程圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明范圍查詢階段的流程圖。 【具體實(shí)施方式】：
[〇〇16] 適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法包括如下步驟：
[〇〇17] 1)根據(jù)給定的高維散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)（含m個(gè)點(diǎn)，維度為η)構(gòu)建點(diǎn)集Ρ = {pp p2, . . .，pm},點(diǎn)集中任意一點(diǎn)Pi的坐標(biāo)為（an, ai2, . . .，ain),存于邏輯主節(jié)點(diǎn)；
[0018] 2) -個(gè)邏輯主節(jié)點(diǎn)配套η個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)（個(gè)數(shù)與點(diǎn)云維數(shù)相等），前者將點(diǎn)集P 中每一個(gè)點(diǎn) Pl, p2, . . .，pm 的 id 及其第 j (j = 1，2, . . .，η)維坐標(biāo)信息（a^，a2j, . . .，amj)分 別發(fā)送至編號(hào)為j的邏輯子節(jié)點(diǎn)，后者接收后根據(jù)各點(diǎn)第j維坐標(biāo)的大小順序建立B+樹索 引；
[0019] 3)對(duì)于η維查詢區(qū)域R = ((Sp t), (s2, t2), . . .，（sn, tn)),邏輯主節(jié)點(diǎn)將其在第 j (j = 1，2, . . .，n)維上的投影tp分別發(fā)送至編號(hào)為j的邏輯子節(jié)點(diǎn)，后者接收后基 于之前創(chuàng)建的B+樹索引查找位于范圍tp之內(nèi)的點(diǎn)，并將點(diǎn)的id返回給邏輯主節(jié)點(diǎn)；
[0020] 4)邏輯主節(jié)點(diǎn)計(jì)算所有邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id的交集，該交集即為高維散亂點(diǎn) 云針對(duì)范圍R的查詢結(jié)果。
[0021] 步驟2)、3)和4)所述的η個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)在物理上可部署于數(shù)量少于η個(gè)的機(jī)器 上，即一臺(tái)機(jī)器可部署多個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)程序。
[0022] 步驟3)所述邏輯子節(jié)點(diǎn)查找位于范圍tp之內(nèi)點(diǎn)的方法為：獲取關(guān)鍵字Sj在 B+樹索引中的位置，再順著連接B+樹葉子節(jié)點(diǎn)的雙向鏈表向右掃描，直到關(guān)鍵字大于&為 止，掃描所及的葉子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位于范圍（Sj，tj)之內(nèi)的點(diǎn)。
[0023] 步驟4)所述邏輯主節(jié)點(diǎn)計(jì)算η個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回點(diǎn)id交集的方法為：獲取返回 點(diǎn)個(gè)數(shù)最少的邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id集合K，對(duì)于其中的每一個(gè)點(diǎn)id，判斷它是否也在其 它邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id集合中出現(xiàn)。只要有一個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id集合不包含這 個(gè)點(diǎn)id，就將它從K中刪除，繼續(xù)判斷K中下一個(gè)點(diǎn)id。K中每一個(gè)點(diǎn)id都經(jīng)過(guò)如此判斷 之后，最終剩下的點(diǎn)id即為η個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回點(diǎn)id的交集。
[0024] 實(shí)施例：
[0025] 以隨機(jī)生成的維度η分別為8、16、32、64、128的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為例（點(diǎn)的個(gè)數(shù)m均為 100萬(wàn)，η維查詢區(qū)域R在每個(gè)維度上的區(qū)間長(zhǎng)度都是該維總長(zhǎng)度的1/10):
[0026] 1)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)存于邏輯主節(jié)點(diǎn)；
[0027] 2)邏輯主節(jié)點(diǎn)將每一個(gè)點(diǎn)的id及其第j (j = 1，2, . . .，η)維坐標(biāo)信息分別發(fā)送至 編號(hào)為j的邏輯子節(jié)點(diǎn)，后者接收后根據(jù)各點(diǎn)第j維坐標(biāo)的大小順序建立Β+樹索引；
[〇〇28] 3)邏輯主節(jié)點(diǎn)將η維查詢區(qū)域R在第j (j = 1，2, ...，η)維上的投影分別發(fā)送至 編號(hào)為j的邏輯子節(jié)點(diǎn)，后者接收后基于之前創(chuàng)建的Β+樹索引查找位于投影范圍之內(nèi)的 點(diǎn)，并將點(diǎn)的id返回給邏輯主節(jié)點(diǎn)；
[0029] 4)邏輯主節(jié)點(diǎn)計(jì)算所有邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id的交集。
[0030] 本實(shí)例對(duì)高維散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)的查詢用時(shí)見表1。表中數(shù)據(jù)顯示本發(fā)明采用降維、并 行處理技術(shù)，大幅提高了高維散亂點(diǎn)云的查詢效率，且隨著維度的擴(kuò)展，其性能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得 更加明顯。
[0031] 表1本實(shí)例查詢用時(shí)
[0032]
【權(quán)利要求】
1. 一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 根據(jù)給定的維包含》個(gè)點(diǎn)的散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建點(diǎn)集/^= Ια，A，...，/U，點(diǎn)集 中任意一點(diǎn)A.的坐標(biāo)為（aii，...，，存于邏輯主節(jié)點(diǎn)； 2) -個(gè)邏輯主節(jié)點(diǎn)配套個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)，邏輯主節(jié)點(diǎn)將點(diǎn)集P中每一個(gè)點(diǎn)a，A，... ，凡的id及其第j'維坐標(biāo)信息（aii，aa/，. . .，分別發(fā)送至編號(hào)為J的邏輯子節(jié)點(diǎn)，各 邏輯子節(jié)點(diǎn)接收后根據(jù)各點(diǎn)第J維坐標(biāo)的大小順序建立B+樹索引，其中1，2, ; 3) 對(duì)于/?維查詢區(qū)域/?= ((a，G), Cs2, ?2), ...，（? ij),邏輯主節(jié)點(diǎn)將其在第j' 維上的投影（&.，G)分別發(fā)送至編號(hào)為J的邏輯子節(jié)點(diǎn)，邏輯子節(jié)點(diǎn)接收后基于之前創(chuàng)建 的B+樹索引查找位于范圍（&.，G)之內(nèi)的點(diǎn)，并將點(diǎn)的id返回給邏輯主節(jié)點(diǎn)； 4) 邏輯主節(jié)點(diǎn)計(jì)算所有邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id的交集，該交集即為高維散亂點(diǎn)云針 對(duì)范圍的查詢結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法，其特征在于步驟 2) 、步驟3)和步驟4)所述的/7個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)在物理上可部署于數(shù)量少于/7個(gè)的機(jī)器上，即 一臺(tái)機(jī)器可部署多個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)程序。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法，其特征在于步驟 3) 所述邏輯子節(jié)點(diǎn)查找位于范圍（&.，G)之內(nèi)點(diǎn)的方法為：獲取關(guān)鍵字5/在8+樹索引中 的位置，再順著連接B+樹葉子節(jié)點(diǎn)的雙向鏈表向右掃描，直到關(guān)鍵字大于G為止，掃描所 及的葉子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位于范圍CSy, iy)之內(nèi)的點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高維散亂點(diǎn)云的索引查詢方法，其特征在于步驟 4) 所述邏輯主節(jié)點(diǎn)計(jì)算/7個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回點(diǎn)id交集的方法為：獲取返回點(diǎn)個(gè)數(shù)最少的 邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id集合t對(duì)于其中的每一個(gè)點(diǎn)id，判斷它是否也在其它邏輯子節(jié)點(diǎn) 返回的點(diǎn)id集合中出現(xiàn)；只要有一個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回的點(diǎn)id集合不包含這個(gè)點(diǎn)id，就將 它從尤中刪除，繼續(xù)判斷尤中下一個(gè)點(diǎn)id 中每一個(gè)點(diǎn)id都經(jīng)過(guò)如此判斷之后，最終剩下 的點(diǎn)id即為/7個(gè)邏輯子節(jié)點(diǎn)返回點(diǎn)id的交集。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK104050283SQ201410301833
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】劉仁義, 張豐, 杜震洪, 陳明, 宣偉浩, 郭綠奕 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)