Understanding complex relationships among heterogeneous biological data is one of the fundamental goals in biology. In most cases, diverse biological data are stored in relational databases, such as MySQL and Oracle, which store data in multiple tables and then infer relationships by multiple-join statements. Recently, a new type of database, called the graph-based database, was developed to natively represent various kinds of complex relationships, and it is widely used among computer science communities and IT industries. Here, we demonstrate the feasibility of using a graph-based database for complex biological relationships by comparing the performance between MySQL and Neo4j, one of the most widely used graph databases. We collected various biological data (protein-protein interaction, drug-target, gene-disease, etc.) from several existing sources, removed duplicate and redundant data, and finally constructed a graph database containing 114,550 nodes and 82,674,321 relationships. When we tested the query execution performance of MySQL versus Neo4j, we found that Neo4j outperformed MySQL in all cases. While Neo4j exhibited a very fast response for various queries, MySQL exhibited latent or unfinished responses for complex queries with multiple-join statements. These results show that using graph-based databases, such as Neo4j, is an efficient way to store complex biological relationships. Moreover, querying a graph database in diverse ways has the potential to reveal novel relationships among heterogeneous biological data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.11
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pp.3507-3515
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1996
This paper presents an attempt to find the physical structure of dynamic systems which achieves the behavior of a given system function. The scheme pursued by the paper would be regarded as synthesizing dynamic systems, and a method to synthesize them analytically is proposed by means of bond graph prototypes. The method adopts several conceptsused to synthesize networks in the electrical field, but yet deconstrates its own strengths such as the freedom from assigning causality and determining junction types. Also, itis shown that this method has further advantages in reticulating a given specification into feedforward and feedback components relative to network synthesis and the method is examined though an example to trace the outline of the analytical synthesis of dynamic systems using bond graph prototypes.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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v.36C
no.4
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pp.17-29
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1999
This paper presents a high level synthesis method targeting low power consumption for data-dominated CMOS circuits (e.g., DSP). The high level synthesis is divided into three basic tasks: scheduling, resource and register allocation. For lower power scheduling, we increase the possibility of reusing an input operand of functional units. For a scheduled data flow graph, a compatibility graph for register and resource allocation is formed, and then a special weighted network is then constructed from the compatibility graph and the minimum cost flow algorithm is performed on the network to obtain the minimum power consumption data path assignment. The formulated problem is then solved optimally in polynomial time. This method reduces both the switching activity and the capacitance in synthesized data path. Experimental results show 15% power reduction in benchmark circuits.
Jian-Qi, Zhu;Feng, Fu;Kim, Chong-Kwon;Ke-Xin, Yin;Yan-Heng, Liu
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.5
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pp.1463-1478
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2012
Based on the theory of local-world network, the composition self-similarity (CSS) of network traffic is presented for the first time in this paper for the study of DoS detection. We propose the concept of composition distribution graph and design the relative operations. The $(R/S)^d$ algorithm is designed for calculating the Hurst parameter. Based on composition distribution graph and Kullback Leibler (KL) divergence, we propose the composition self-similarity anomaly detection (CSSD) method for the detection of DoS attacks. We evaluate the effectiveness of the proposed method. Compared to other entropy based anomaly detection methods, our method is more accurate and with higher sensitivity in the detection of DoS attacks.
The purpose of this paper is to analysis the basic network problem which can be applied to the mathematically gifted students in elementary school. Mainly, we discuss didactic transpositions of the double counting principle, the game of sprouts, Eulerian graph problem, and the minimum connector problem. Here the double counting principle is related to the handshaking lemma; in any graph, the sum of all the vertex-degree is equal to the number of edges. The selection of these subjects are based on the viewpoint; to familiar to graph theory, to raise algorithmic thinking, to apply to the real-world problem. The theoretical background of didactic transpositions of these subjects are based on the Polya's mathematical heuristics and Lakatos's philosophy of mathematics; quasi-empirical, proofs and refutations as a logic of mathematical discovery.
Recent research on mild cognitive impairment (MCI) has shown that cognitive and memory decline in this disease is accompanied by disruptive changes in the brain functional network. However, there have been no graph-theoretical studies using $^{11}C$-PIB PET data of the Alzheimer's Disease or mild cognitive impairment. In this study, we acquired $^{18}F$-FDG PET and $^{11}C$-PIB PET images of twenty-four normal aging control participants and thirty individuals with MCI from ADNI (Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative) database. Brain networks were constructed by thresholding binary correlation matrices using graph theoretical approaches. Both normal control and MCI group showed small-world property in $^{11}C$-PIB PET images as well as $^{18}F$-FDG PET images. $^{11}C$-PIB PET images showed significant difference between NC (normal control) and MCI over large range of sparsity values. This result will enable us to further analyze the brain using established graph-theoretical approaches for $^{11}C$-PIB PET images.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.5
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pp.2211-2232
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2018
The unstructured and semi-structured big data in social network poses new challenges in query retrieval. This requirement needs to be met by introducing quality retrieval time measures like indexing. Due to the huge volume of data storage, there originate the need for efficient index algorithms to promote query processing. However, conventional algorithms fail to index the huge amount of frequently obtained information in real time and fall short of providing scalable indexing service. In this paper, a new LIndex algorithm, which is a heuristic on Lucene is built on Neo4jHA architecture that holds the social network Big data. LIndex is a flexible and simplified adaptive indexing scheme that ascendancy decomposed shortest paths around term neighbors as basic indexing unit. This newfangled index proves to be effectual in query space pruning of graph database Neo4j, scalable in index construction and deployment. A graph query is processed and optimized beyond the traditional Lucene in a time-based manner to a more efficient path method in LIndex. This advanced algorithm significantly reduces query fetch without compromising the quality of results in time. The experiments are conducted to confirm the efficiency of the proposed query retrieval in Neo4j graph NoSQL database.
현재 수치예보 시스템은 항공기, 위성 등 다양한 센서에서 얻은 다종 관측 데이터를 동화하여 대기 상태를 추정하고 있지만, 관측변수 또는 물리량이 서로 다른 관측들을 처리하기 위한 계산 복잡도가 매우 높다. 본 연구에서 기존 시스템의 계산 효율성을 개선하여 관측을 평가하거나 전처리하는 데에 효율적으로 활용하기 위해, 각 관측의 특성을 고려한 자기 지도학습 방법을 통해 멀티모달 기상관측으로부터 실제 대기 상태를 추정하는 방법론을 제안하고자 한다. 비균질적으로 수집되는 멀티모달 기상관측 데이터를 융합하기 위해, (i) 기상관측의 heterogeneous network를 구축하여 개별 관측의 위상정보를 표현하고, (ii) pretext task 기반의 self-supervised learning을 바탕으로 개별 관측의 특성을 표현한다. (iii) Graph neural network 기반의 예측 모델을 통해 실제에 가까운 대기 상태를 추정한다. 제안하는 모델은 대규모 수치 시뮬레이션 시스템으로 수행되는 기존 기술의 한계점을 개선함으로써, 이상 관측 탐지, 관측의 편차 보정, 관측영향 평가 등 관측 전처리 기술로 활용할 수 있다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.9
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pp.3598-3614
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2020
With the increase of motor vehicles and tourism demand, some traffic problems gradually appear, such as traffic congestion, safety accidents and insufficient allocation of traffic resources. Facing these challenges, a model of Spatio-Temporal Dilated Convolutional Network (STDGCN) is proposed for assistance of extracting highly nonlinear and complex characteristics to accurately predict the future traffic flow. In particular, we model the traffic as undirected graphs, on which graph convolutions are built to extract spatial feature informations. Furthermore, a dilated convolution is deployed into graph convolution for capturing multi-scale contextual messages. The proposed STDGCN integrates the dilated convolution into the graph convolution, which realizes the extraction of the spatial and temporal characteristics of traffic flow data, as well as features of road occupancy. To observe the performance of the proposed model, we compare with it with four rivals. We also employ four indicators for evaluation. The experimental results show STDGCN's effectiveness. The prediction accuracy is improved by 17% in comparison with the traditional prediction methods on various real-world traffic datasets.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.23
no.12
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pp.95-105
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2018
As the IT industry developed, the information held by the company soon became a corporate asset. As this information has value as an asset, the number and scale of various cyber attacks which targeting enterprises and institutions is increasing day by day. Therefore, research are being carried out to protect the assets from cyber attacks by using the attack graph to identify the possibility and risk of various attacks in advance and prepare countermeasures against the attacks. In the attack graph, security metric is used as a measure for determining the importance of each asset or the risk of an attack. This is a key element of the attack graph used as a criterion for determining which assets should be protected first or which attack path should be removed first. In this survey, we research trends of various security metrics used in attack graphs and classify the research according to application viewpoints, use of CVSS(Common Vulnerability Scoring System), and detail metrics. Furthermore, we discussed how to graft the latest security technologies, such as MTD(Moving Target Defense) or SDN(Software Defined Network), onto the attack graphs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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