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基于空间关键词的Top-k最优路径加速查询框架OA

An accelerated query framework for Top-k optimal paths with spatial keywords

中文摘要英文摘要

针对空间关键词路径查询中的高计算复杂度问题,提出了一种高效的Top-k最优路径加速查询(OPAQ)框架.该框架以用户指定的起点、终点和空间关键词为输入,返回满足所有关键词约束的k条最优路径.为提升查询效率,OPAQ框架包括多项关键优化策略:利用兴趣点(POI)子图筛除无关顶点以缩小搜索空间;构建LG-Tree以支持任意两点之间的快速最短距离查询;构建SP-Tree共享路径前缀信息;结合启发式偏离查询策略,有效发现满足剩余关键词的路径.此外还定义了路径有效性的形式化条件,并结合共享前缀结构与启发式策略提出高效的路径扩展方法,用于支持Top-k路径结果的快速生成.最后在多个真实世界数据集上进行实验,验证了OPAQ框架的优越性能,其在查询时间和路径质量方面均优于现有主流算法,尤其在Top-k查询中展现了良好的效率与可扩展性.

To address the high computational complexity in spatial keyword path queries,an efficient Top-k Optimal Path Acceleration Query(OPAQ)framework is proposed.Given a user-specified start point,end point,and a set of spatial keywords,the framework returns k optimal paths that satisfy all keyword constraints.To improve query efficiency,OPAQ introduces several key optimization strategies:constructing a point of interest(POI)subgraph to eliminate irrelevant vertices and reduce the search space;building an LG-Tree to support fast shortest distance queries between arbitrary node pairs;designing an SP-Tree to share path prefix information;and applying heuristic deviate search strategy to efficiently discover paths that cover the remaining keywords.Additionally,it defines the formal conditions for path validity and proposes an efficient path expansion method that combines the shared prefix structure and heuristic strategies to support the rapid generation of Top-k path results.Finally,experiments are conducted on multiple real-world datasets to verify the superior performance of the OPAQ framework.It outperformed existing mainstream algorithms in both query time and path quality,especially demonstrating excellent efficiency and extensibility in Top-k queries.

张天钰;李艳红;肖梦;王佳佳

中南民族大学 计算机学院(人工智能学院),湖北 武汉 430074中南民族大学 计算机学院(人工智能学院),湖北 武汉 430074中南民族大学 计算机学院(人工智能学院),湖北 武汉 430074中南民族大学 计算机学院(人工智能学院),湖北 武汉 430074

信息技术与安全科学

空间关键词最优路径查询加速查询框架LG-树SP-树

spatial keywordsoptimal path queryOPAQ frameworkLG-TreeSP-Tree

《中南民族大学学报(自然科学版)》 2026 (5)

683-696,14

湖北省自然科学基金资助项目(2017CFB135)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CZY23019)网络创新及应用型人才课程实践教学研究项目(2019年第一批)

10.20056/j.cnki.ZNMDZK.20260712

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