현재 멀티미디어 응용분야에서 고차원 데이터에 대한 색인 기법이 아주 중요시 되고 있다. 특히, 인터넷의 보급으로 멀티미디어 정보에 대한 수요가 급증함에 따라 멀티미디어 객체에 대한 효율적인 색인 기술이 절실히 필요하게 되었다. 멀티미디어 객체들은 특징 벡터들로 표현이 되며, 대부분 고차원 특징 벡터를 형성하게 된다. 이러한 고차원 특징 벡터를 색인 및 검색하기 위하여 다양한 방법들이 제시되었다. 그러나, 차원이 증가할수록 검색 성능이 급격히 저하되는 dimensional curse 문제를 완전히 해결하지는 못했다. 본 논문에서는 필터링(filtering) 기법을 사용하여 개선된 고차원 색인 기법을 설계 및 구현한다.
본 논문에서는 고차원 영역의 데이터 집합을 저차원 영역으로 표현하는 방법에 대해서 제안한다. 특별히 고차원 영역을 2 차원 영역으로 실험하였다. 제안한 방법은 사람이 데이터 객체 사이의 거리나 관계를 직관적으로 인지할 수 있도록 하는 방법이다. 데이터 객체 사이의 거리나 관계를 계산하기 위하여 Kullback-Leibler divergence 를 사용하였다. 이 방법은 확률 분포를 갖는 벡터들 사이의 거리를 계산하여 사용한다. Kullback-Leibler divergence 를 사용하여 계산된 거리 값들은 저차원 영역에서 객체들의 좌표를 계산하기 위하여 사용된다. 좌표계산을 위해서 Simulated Annealing 란 최적화 기법을 사용하였다. 실험 결과를 통해 다차원 데이터를 2 차원 영역으로 표현한 것이 충분히 직관적임을 보였다.
데이터마이닝 기법 중의 하나인 플러스터링은 대용량 데이터베이스에서 유사한 특징을 가진 객체들을 집단화하는데 사용되는 매우 유용한 분석방법이다. 그러나 대부분의 클러스터링 알고리즘들은 고차원 데이터에서는 성능이 급격히 저하된다. 이것은 고차원 데이터 집합이 상당한 양의 잡음을 포함하고 있기 때문이며 고차원 데이터 고유의 희소성에 기인한다. 이에 따라 고차원 데이터의 구조와 특성을 지원하는데 적합한 클러스터링 기법이 개발되고 있다. 본 논문에서는 고차원 클러스터링에서 잡음 데이터를 효과적으로 제거하기 위한 새로운 알고리즘을 제안하는데, 이 일고리즘은 고차원 데이터의 저차원으로의 변환에 기초한다. 저 차원으로 변환을 위해 2차원 프로젝션을 이용하며, 반복적으로 2차원 프로젝션을 적용하여 잡음을 단계적으로 최소화한다. 이와 같은 2차원 프로젝션은 잡음을 점차적으로 줄여줄 뿐 아니라, 데이터 분포에 대한 시각화 작업에도 용이하다.
최근 멀티미디어 객체를 위한 효율적인 색인 기술에 대한 많은 연구가 활발히 진행되고 있으나 이러한 색인 구조들은 단일 사용자만을 지원하는데 그치고 있는 실정이며 상용 DBMS에 통합되어 실제 응용되는 사례는 드물다. 이에 본 논문에서는 필터링에 기반한 고차원 색인구조를 위한 효율적인 동시성 제어 기법을 제안하고, 지속성 객체 시스템인 SHORE 하부 저장 구조에 통합한다. 제안하는 동시성 제어 기법은 쓰레드의 개수를 증가시켜 삽입과 검색 측면에서 실험한 결과 약 30%의 응답시간 감소를 보였다.
기존의 다차원 색인 기법들이 고차원의 특징 벡터를 갖는 멀티미디어 컨텐츠 검색 분야에서 만족할 만한 성능을 보이지 못하므로, 이를 해결하기 위해 VA-File, LPC-File 등의 벡터 근사 방법이 개발 되었다. 이러한 방법들은 데이터의 접근에 소요되는 시간이 전체 검색시간의 대부분을 차지하는 경우에 효과적으로 사용할 수 있다. 그러나 고차원의 멀티미디어 데이터 검색에서 객체간의 거리 계산 시간은 데이터 접근 시간에 비해 무시할 만큼 작지 않으므로 이 방법들을 그대로 적용하기는 어렵다. 본 논문에서는 객체간의 거리 계산 시간을 줄이기 위한 새로운 색인 기법을 제안하고 실험을 통해 이 방법이 기존의 방법들에 비해 우수한 검색 성능을 가진다는 것을 보인다.
고차원 공간에서 효과적인 이상치 탐지 방법으로 제안되었던 각도 기반 이상치 탐지(Angle Based Outlier Detection)는 객체와 객체를 비교하는 척도로 각도 개념을 사용하여 고차원 공간에서도 일반적인 거리기반 이상치 측정 방법보다 좋은 이상치 탐지 성능을 가진다. 그러나 어떤 이상치가 다른 이상치에 의해 둘러싸인 경우 정상객체와 구분하기 어렵다는 문제가 있다. 이 논문에서는 기존의 이상치 탐지 방법을 개선한 방법을 제안하고 실험을 통하여 기존의 방법과 제안한 새로운 방법을 비교하여 향상된 성능을 입증한다.
본 논문은 고차원의 범주형 데이터에 대한 군집화에 대해서 다룬다. 기존의 범주형 데이터 객체를 위한 유사성(상이성) 계측들의 기저에 깔려 있는 한계점은 수치형 데이터에서와 같은 순서화 (ordering)의 부재와 데이터의 고차원성과 희소성에 기인하는데, 이를 효과적으로 극복할 수 있는 기법이 투영 군집화이다. 본 논문에서는 고차원의 범주형 데이터를 효과적으로 처리할 수 있는 투영 군집화를 다루며 핵심 요소인 군집 차원의 정의와 군집 응집도를 제안한다.
멀티미디어 데이타베이스와 같은 고차원 응용에서 유사 색인과 검색은 어려운 문제이며, 특히, 다수의 특성을 함께 색인하는 경우에는 더욱 어렵다. 본 논문에서는 고차원 이미지 데이타베이스에서 복합 유사 질의 및 적합성 피드백을 효율적으로 처리하기 위한 새로운 색인 기법인 GB-색인을 제시한다. GB-색인은 각 특성 차원을 독립적으로 처리함으로써 다수의 특성과 다수의 질의 객체를 유연하게 제어한다. 아울러, 비트맵 색인을 통해 데이타베이스에 있는 모든 객체를 비트맵의 집합으로 표현하여 질의를 효율적으로 처리한다. GB-색인의 기술적인 주된 공헌은 다음과 같다: (1) 고차원 데이타를 위한 효율적인 색인, (2) 효율적인 복합 유사 질의 처리, (3) 적합성 피드백을 위한 분리형 질의의 효과적 처리. 실험 결과에 따르면 GB-색인은 순차 탐색 및 VA-파일에 비해 큰 성능 향상을 보였다.
데이터 마이닝의 방법론 중 클러스터링은 데이터베이스 객체들의 에트리뷰트 값에 근거하여 유사한 그룹으로 식별하는 기술적인 작업이다. 그러나 대부분 알고리즘들은 데이터의 차원이 증가할수록 형성된 전체 데이터 공간은 매우 방대하므로 의미있는 클러스터의 탐색이 더욱 어렵다. 따라서 효과적인 클러스터링을 위해서는 클러스터가 포함될 데이터 공간의 예측이 필요하다. 본 논문에서는 고차원 데이터에서 각 차원에 대한 점진적 프로젝션을 이용한 클러스터링 방법을 제안한다. 제안한 방법에서는 클러스터가 포함될 가능성이 있는 데이터공간의 후보영역을 결정하여, 이 영역에서 점들의 평균값을 중심으로 클러스터를 탐색한다.
이동객체에 대한 연속 범위 질의(Continuous Range Query)의 응용프로그램이 급속도로 확장되면서 이차원정보를 넘어서 고차원 공간 데이타에 대한 처리를 요구하고 있다. 만약 고차원 데이타에 대한 중첩되어지는 연속 범위 질의의 정보를 기존의 색인으로 구성한다면 객체의 수와 질의의 수가 증가함에 따라 질의처리성능이 저하된다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 PAB(Projected Attribute Bit)-기반의 질의색인방법을 제안한다. 제안하는 기법은 성능향상을 위하여 질의의 정보를 각 속성 축에 투영이라는 작업을 통하여 고차원의 데이타를 1차원 정보들로 변환하고 이러한 정보를 비트단위로 구성하였다. 또한 제안하는 질의색인은 보다 효율적인 질의의 처리를 위하여 점진적인 갱신(Incremental Update)을 지원한다. 다양한 성능평가 및 분석을 통하여 제안하는 방법이 최근에 연구된 CES-기반의 질의색인 기법보다 더 나은 확장성(Scalability)을 가짐을 입증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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