Shape-Based Subsequence Retrieval Supporting Multiple Models in Time-Series Databases

시계열 데이터베이스에서 복수의 모델을 지원하는 모양 기반 서브시퀀스 검색

The shape-based retrieval is defined as the operation that searches for the (sub) sequences whose shapes are similar to that of a query sequence regardless of their actual element values. In this paper, we propose a similarity model suitable for shape-based retrieval and present an indexing method for supporting the similarity model. The proposed similarity model enables to retrieve similar shapes accurately by providing the combination of various shape-preserving transformations such as normalization, moving average, and time warping. Our indexing method stores every distinct subsequence concisely into the disk-based suffix tree for efficient and adaptive query processing. We allow the user to dynamically choose a similarity model suitable for a given application. More specifically, we allow the user to determine the parameter p of the distance function $L_p$ when submitting a query. The result of extensive experiments revealed that our approach not only successfully finds the subsequences whose shapes are similar to a query shape but also significantly outperforms the sequence search.

모양 기반 검색이란 실제 요소 값과 관계없이 질의 시퀀스와 유사한 모양을 갖는 시퀀스(서브시퀀스)를 데이터베이스 내에서 검색하여 내는 연산이다. 본 논문에서는 시계열 데이터베이스에서의 모양 기반 검색을 위한 유연성 있는 새로운 유사 모델을 정의하고, 이 유사 모델을 지원하기 위한 인덱싱 및 질의 처리 방안을 제시한다. 제안된 유사 모델에서는 정규화, 이동 평균, 타임 워핑 등 다양한 변환을 지원한다. 특히 최종 유사 정도를 계산하기 위하여 사용되는$L_p$거리 함수론 사용자가 임의로 지정하도록 함으로써 응용에서 선호하는 유사 모델을 반영할 수 있다. 또한 이러한 모양 기반 검색을 효과적으로 지원하기 위한 압축된 서브시퀀스 트리 구조를 제안하고, 이를 기반으로 하는 효율적인 질의 처리 기법을 제시한다. 실험 결과에 의하면 제안된 기법은 진의 시퀀스와 모양이 유사한 서브시퀀스들을 사용자에 의하여 선택된 거리 함수를 사용하여 성공적으로 검색할 뿐 아니라, 순차 검색과 비교하여 거리 함수 선택에 따라 수 십배에서 수 백배까지의 성능 개선 효과를 갖는 것으로 나타났다.