A Single Index Approach for Subsequence Matching that Supports Normalization Transform in Time-Series Databases

Normalization transform is very useful for finding the overall trend of the time-series data since it enables finding sequences with similar fluctuation patterns. The previous subsequence matching method with normalization transform, however, would incur index overhead both in storage space and in update maintenance since it should build multiple indexes for supporting arbitrary length of query sequences. To solve this problem, we propose a single index approach for the normalization transformed subsequence matching that supports arbitrary length of query sequences. For the single index approach, we first provide the notion of inclusion-normalization transform by generalizing the original definition of normalization transform. The inclusion-normalization transform normalizes a window by using the mean and the standard deviation of a subsequence that includes the window. Next, we formally prove correctness of the proposed method that uses the inclusion-normalization transform for the normalization transformed subsequence matching. We then propose subsequence matching and index building algorithms to implement the proposed method. Experimental results for real stock data show that our method improves performance by up to $2.5{\sim}2.8$ times over the previous method. Our approach has an additional advantage of being generalized to support many sorts of other transforms as well as normalization transform. Therefore, we believe our work will be widely used in many sorts of transform-based subsequence matching methods.

시계열 데이터베이스에서 단일 색인을 사용한 정규화 변환 지원 서브시퀀스 매칭

정규화 변환은 시계열 시퀀스를 구성하는 엔트리들의 전체적인 패턴을 분석하는데 매우 유용하다. 본 논문에서는 단일 색인을 사용한 정규화 변환 지원 서브시퀀스 매칭 방법을 제안한다. 기존의 정규화 변환 지원 서브시퀀스 매칭 방법은 다양한 길이의 질의 시퀀스를 지원하기 위하여 여러 개의 색인을 생성해야 하고, 이에 따라 색인 저장 공간의 오버헤드와 색인 관리의 오버헤드가 발생한다. 본 논문에서는 하나의 색인을 사용하면서도 다양한 길이의 질의 시퀀스에 대한 정규화 변환을 지원하는 효율적인 서브시퀀스 매칭 방법을 제안한다. 이를 위하여, 우선 정규화 변환을 일반화한 포함-정규화 변환(inclusion-normalization transform) 개념을 제시한다. 포함 정규화 변환이란 색인에 저장할 윈도우에 대해서 해당 윈도우를 포함하는 서브시퀀스의 평균과 표준편차로 정규화하는 것으로서, 기본적인 정규화 변환을 윈도우 및 서브시퀀스 개념을 사용하여 확장한 것이다. 다음으로, 포함-정규화 변환을 기존 서브시퀀스 매칭 연구에 적용하기 위한 이론적 근거를 정리로서 제시하고 증명한다. 그리고, 이 방안을 구현하기 위한 색인 구성 알고리즘 및 서브시퀀스 매칭 알고리즘을 각각 제시한다. 실제 주식 데이터에 대한 실험 결과, 제안한 방법은 기존 방법에 비해 최대 $2.5{\sim}2.8$배까지 성능을 향상 시킨 것으로 나타났다. 본 논문에서 제안한 정규화 변환 지원 서브시퀀스 매칭은 정규화 변환 이외의 다른 변환을 지원하는 서브시퀀스 매칭으로 일반화 될 수 있다. 따라서, 제안한 방법은 정규화 변환을 포함하는 많은 다른 종류의 변환을 지원하는 서브시퀀스 매칭에 폭넓게 적용될 수 있는 좋은 연구결과라 사료된다.