JP5333815B2 - k最近傍検索方法、k最近傍検索プログラム及びk最近傍検索装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態を示し、本発明を適用するカーナビゲーション装置の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置1は、演算処理を行うCPU(プロセッサ)3と、データやプログラムを一時的に格納するメモリ2と、データやプログラムを格納するストレージ装置5と、演算結果などを表示する表示装置4と、ユーザからの入力を受け付ける入力装置6と、GPS(Global Positioning System)衛星からの信号を受信するレシーバ10を含んで構成される。
1.空間領域を再帰的に分割し、分割した領域の情報を記憶する枝を木構造の節とする
2.枝の領域範囲は前記枝の親の節にあたる枝の領域範囲に内包されるという階層的な構造をもつ
3.自身が小分割されない分割領域は当該分割領域が内包する地点データの情報を記憶する葉をもち、葉は木構造の最下位の節に接続していること
である。
分割領域Rと質問地点(x、y)との距離値d
分割領域Rの範囲: 左下座標(Xmin、 Ymin)、右上座標(Xmax、 Ymax)
である。
第2の実施形態は、第1の実施形態を拡張し、上述の第3の問題を解決する属性指定のk最近傍検索を実現する。
第3の実施の形態は、第1の実施形態を拡張し、上述の第4の問題を解決する最近傍検索を提供する。第3の実施形態の処理は、基本的に第1の実施形態に示した図6のフローチャートに従う。具体的には、検索処理中であっても、検索処理を中断できるように、検索条件に中断条件を設ける。例えば、中断条件は質問地点からの距離で記述する。この場合、当該距離の範囲に存在する地点データが見つからない時点で、検索処理を中断する。また、中断条件として、最大処理時間の設定も効果的である。この場合、検索処理に費やすことができる時間を最大処理時間に設定し、検索処理の経過時間が最大処理時間と等しくなった時点で、検索処理を中断する。以下では、第3の実施形態の中断条件に距離を用いた場合で説明する。
第4の実施形態は、k最近傍検索をデータベース管理システム8で実行する場合に記述する問合せ言語、または関数に関する。第4の実施形態は、例えば、アプリケーション開発者が、アプリケーションプログラムからデータベース管理システム8にk最近傍検索を要求する場合のSQLに相当する。以下では、データベース管理システム8の一般的な問合せ言語であるSQLを用いて、第4の実施形態について説明する。
<補足>
7.前記候補領域管理部は、分割領域の情報をヒープ構造で管理し、前記ヒープ構造の節に対応する分割領域の領域距離は、前記節の子に対応する分割領域の領域距離より小さいか等しいというヒープ条件を設ける請求項6に記載のk最近傍検索方法。
12.前記終了判定部は、前記候補領域管理部のヒープ構造の根に位置する分割領域の領域距離が、前記候補地点管理部のヒープ構造の根に位置する地点データの地点距離より大きい場合に、検索を終了させる請求項10に記載のk最近傍検索方法。
前記質問件数に満たない状況でも、前記中断条件を満たす場合に検索処理を中断し、
前記結果取得部が、前記質問地点に距離の近い最大k件の地点データを取得可能な請求項2に記載のk最近傍検索方法。
前記領域距離計算部は、前記質問距離より小さいか等しい分割領域に関する情報のみを 前記候補領域管理部に記録するように処理し、
前記地点距離計算部は、質問距離より小さいか等しい地点データに関する情報のみを前 記候補地点管理部に記録するように処理することで、
前記結果取得部が、データベース管理システムから、前記質問距離より小さいか等しく、かつ質問地点に距離の近い最大k件の地点データを取得可能な請求項14に記載のk最近傍検索方法。
検索処理の実行経過時間が前記最大処理時間と等しくなると、前記検索処理を中断して、
前記結果取得部が、データベース管理システムから、質問地点に距離の近い最大k件の地点データを取得可能な請求項14に記載のk最近傍検索方法。
前記地点距離計算部は、前記検索条件の属性情報に一致する地点データのみを前記候補地点管理部に記録するように処理すると共に、
前記質問件数に満たない状況でも、前記中断条件を満たす場合に検索処理を中断し、
前記結果取得部が、前記データベース管理システムから、前記属性情報に一致する最大k件の地点データを取得可能な請求項2に記載のk最近傍検索方法。
前記領域距離計算部は、前記質問距離より小さいか等しい分割領域に関する情報のみを前記候補領域管理部に記録するように処理し、
前記地点距離計算部は、前記質問距離より小さいか等しい地点データに関する情報のみを前記候補地点管理部に記録するように処理することで、
前記結果取得部が、前記データベース管理システムから、前記属性情報に一致し、かつ前記質問距離より小さいか等しく、かつ質問地点に距離の近い最大k件の地点データを取得可能な請求項17に記載のk最近傍検索方法。
検索処理の実行経過時間が前記最大処理時間と等しくなると、前記検索処理を中断して、
前記結果取得部が、前記データベース管理システムから、前記属性情報に一致し、かつ前記質問距離より小さいか等しく、かつ質問地点に距離の近い最大k件の地点データを取得可能な請求項17に記載のk最近傍検索方法。
2 メモリ
3 CPU
5 ストレージ装置
7 OS
8 DBMS
9 アプリケーション
100 空間データベース
101 空間インデックス
111初期設定部
112 最下位枝判定部
113 領域距離計算部
114 候補領域管理部
115 地点距離計算部
116 候補地点管理部
117 終了判定部
118 結果取得部
501 地点テーブル
Claims (13)
- 多次元の地点データと、前記地点データを含む領域を複数の領域に分割して当該領域内に子領域を設定し、前記地点データと前記領域から枝と葉を含む木構造を作成した空間インデックスと、を含むデータベースと、前記データベースを管理するデータベース管理システムにおいて、検索の始点となる質問地点を受け付けて、前記質問地点から距離の近い上位k件の質問件数の地点データを検索する処理を計算機が実行するk最近傍検索方法であって、
前記質問地点と質問件数を検索条件に設定するステップと、
前記質問地点に最も近い最近領域が空間インデックスの最下位枝か中間枝かを判定するステップと、
前記最近領域が子領域をもつ中間枝と判定されると、前記質問地点と最近領域の子領域との距離を領域距離として計算するステップと、
前記領域距離の計算対象となった領域の情報を保持し、当該領域の最近領域を取得するステップと、
前記最下位枝か中間枝かの判定結果で、前記最近領域が子領域をもたない最下位枝と判定されると、前記質問地点と最近領域に内包される地点データの距離を地点距離として計算するステップと、
前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を保持するステップと、
前記検索条件を満たすまで、前記質問地点に最も近い最近領域が空間インデックスの最下位枝か中間枝かを判定するステップから前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を保持するステップまでの検索処理を繰り返し、前記検索条件を満たした時点で前記検索処理を終了させるステップと、
前記検索処理が終了した後に、前記保持された地点データのレコードを検索結果として前記データベース管理システムから取得するステップと、
を含み、
前記質問地点と最近領域の子領域との距離を領域距離として計算するステップは、
前記質問地点と子領域との距離を、前記質問地点と前記子領域の境界線上の点の中で、前記質問地点に最も距離が近い点との距離を領域距離として求め、前記子領域が前記質問地点を内包する場合は、前記領域距離を0とし、
前記質問地点と最近領域に内包される地点データの距離を計算するステップは、
前記質問地点と地点データの最短距離を地点距離として定義し、前記地点距離を計算し、
前記検索処理を終了させるステップは、
前記領域距離の計算対象となった領域の情報を保持するステップで保持されている領域の中での最短の領域距離が、前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を保持するステップで保持されている地点データの中での最長の地点距離より大きくなる場合に、検索処理を終了させることを特徴とするk最近傍検索方法。 - 前記空間インデックスは、多次元空間を各軸を通る面で階層的に分割した領域を木構造で管理し、前記分割領域に関する情報を枝に格納し、前記枝に対応する分割領域は前記枝の子に位置する枝に対応する分割領域を内包し、最下位の枝に対応する分割領域に内包される地点データに関する情報を前記枝に隣接する葉に格納する空間インデックスである請求項1に記載のk最近傍検索方法。
- 前記多次元の地点データは、2次元空間内の一つの座標で位置を特定可能な地点データで構成され、
前記空間インデックスが四分木またはR−treeの何れか一方により前記地点データを複数の領域に分割されたことを特徴とする請求項2に記載のk最近傍検索方法。 - 前記多次元の地点データは、3次元空間内の一つの座標で位置を特定可能な地点データで構成され、
前記空間インデックスが八分木またはR−treeの何れか一方により前記地点データを複数の領域に分割されたことを特徴とする請求項2に記載のk最近傍検索方法。 - 前記当該領域の最近領域を取得するステップは、
前記領域に関する情報として、前記データベース管理システムにおける領域または子領域の情報の格納位置を示す領域ポインタと、前記領域の領域距離を保持して、前記最近領域が空間インデックスの最下位枝か中間枝かを判定するステップで判定の対象となる最近領域に関する情報を選択してから、当該領域を削除することを特徴とする請求項1に記載のk最近傍検索方法。 - 前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を保持するステップは、
前記地点データに関する情報として、前記データベース管理システムにおける地点データの格納位置を示す地点ポインタと、前記地点距離を最大でk件まで保持し、既にk件分の地点データに関する情報を保持している状態で、地点距離を計算し終えた地点データを保持する場合、前記k+1件の地点データの中で、最大の地点距離をもつ地点データに関する情報を削除し、残りのk件分の地点データに関する情報を保持することを特徴とする請求項1に記載のk最近傍検索方法。 - 前記空間インデックスは、前記地点データに関する情報に、前記地点データの属性情報を含めて、葉で管理し、
前記質問地点と質問件数を検索条件に設定するステップは、前記質問地点と、質問件数と、属性情報を検索条件として設定し、
前記質問地点と最近領域に内包される地点データの距離を計算するステップは、
前記検索条件の属性情報に一致する地点データのみを保持し、
前記保持された地点データのレコードを検索結果として前記データベース管理システムから取得するステップは、
前記属性情報に一致し、かつ質問地点に距離の近い上位k件の地点データを取得することを特徴とする請求項2に記載のk最近傍検索方法。 - 前記質問地点と質問件数を検索条件に設定するステップは、検索対象となる前記データベースのテーブルの座標列名と、質問地点と、質問件数とを引数に含む問合せ言語または関数で受け付けることを特徴とする請求項2に記載のk最近傍検索方法。
- 多次元の地点データと、前記地点データを含む領域を複数の領域に分割して当該領域内に子領域を設定し、前記地点データと前記領域から枝と葉を含む木構造を作成した空間インデックスと、を含むデータベースと、前記データベースを管理するデータベース管理システムにおいて、検索の始点となる質問地点を受け付けて、前記質問地点から距離の近い上位k件の質問件数の地点データを検索するプログラムにおいて、
前記質問地点と質問件数を検索条件に設定する手順と、
前記質問地点に最も近い最近領域が空間インデックスの最下位枝か中間枝かを判定する手順と、
前記最近領域が子領域をもつ中間枝と判定されると、前記質問地点と最近領域の子領域との距離を領域距離として計算する手順と、
前記領域距離の計算対象となった領域の情報を保持し、当該領域の最近領域を取得する手順と、
前記最下位枝か中間枝かの判定結果で、前記最近領域が子領域をもたない最下位枝と判定されると、前記質問地点と最近領域に内包される地点データの距離を地点距離として計算する手順と、
前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を保持する手順と、
前記検索条件を満たすまで、前記質問地点に最も近い最近領域が空間インデックスの最下位枝か中間枝かを判定する手順から前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を保持する手順の検索処理を繰り返し、前記検索条件を満たした時点で前記検索処理を終了させる手順と、
前記検索処理が終了した後に、前記保持された地点データのレコードを検索結果として前記データベース管理システムから取得する手順と、を計算機に実行させ、
前記質問地点と最近領域の子領域との距離を領域距離として計算する手順は、
前記質問地点と子領域との距離を、前記質問地点と前記子領域の境界線上の点の中で、前記質問地点に最も距離が近い点との距離を領域距離として求め、前記子領域が前記質問地点を内包する場合は、前記領域距離を0とし、
前記質問地点と最近領域に内包される地点データの距離を計算する手順は、
前記質問地点と地点データの最短距離を地点距離として定義し、前記地点距離を計算し、
前記検索処理を終了させる手順は、
前記領域距離の計算対象となった領域の情報を保持する手順で保持されている領域の中での最短の領域距離が、前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を保持する手順で保持されている地点データの中での最長の地点距離より大きくなる場合に、検索処理を終了させることを特徴とするプログラム。 - 演算処理を行うプロセッサと、
情報を記憶する記憶装置と、
多次元の地点データと、前記地点データを含む領域を複数の領域に分割して当該領域内に子領域を設定し、前記地点データと前記領域から枝と葉を含む木構造を作成した空間インデックスと、を含むデータベースと、
前記データベースを管理するデータベース管理システムと、
を備え、検索の始点となる質問地点を受け付けて、前記質問地点から距離の近い上位k件の質問件数の地点データを検索するk最近傍検索装置であって、
前記プロセッサが前記質問地点と質問件数を検索条件に設定する初期設定部と、
前記プロセッサが前記質問地点に最も近い最近領域が空間インデックスの最下位枝か中間枝かを判定する最下位枝判定部と、
前記プロセッサは前記最近領域が子領域をもつ中間枝であると判定すると、前記質問地点と最近領域の子領域との距離を領域距離として計算する領域距離計算部と、
前記プロセッサが前記領域距離の計算対象となった領域の情報を前記記憶装置に保持し、当該領域の最近領域を取得する候補領域管理部と、
前記最下位枝か中間枝かの判定結果で、前記プロセッサは前記最近領域が子領域をもたない最下位枝であると判定すると、前記質問地点と最近領域に内包される地点データの距離を地点距離として計算する候補地点管理部と、
前記プロセッサが前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を前記記憶装置に保持する地点距離計算部と、
前記プロセッサが前記検索条件を満たすまで、最下位枝判定部から候補地点管理部までの検索処理を繰り返し、前記検索条件を満たした時点で前記検索処理を終了させる終了判定部と、
前記検索処理が終了した後に、前記プロセッサが前記保持された地点データのレコードを検索結果として前記データベース管理システムから取得する結果取得部と、
を備え、
前記領域距離計算部は、
前記質問地点と子領域との距離を、前記質問地点と前記子領域の境界線上の点の中で、前記質問地点に最も距離が近い点との距離を領域距離として求め、前記子領域が前記質問地点を内包する場合は、前記領域距離を0とし、
前記地点距離計算部は、
前記質問地点と地点データの最短距離を地点距離として定義し、前記地点距離を計算し、
前記終了判定部は、
前記領域距離の計算対象となった領域の情報を保持する候補領域管理部で保持されている領域の中での最短の領域距離が、前記地点距離の計算対象となった地点データの情報を保持する地点距離計算部で保持されている地点データの中での最長の地点距離より大きくなる場合に、検索処理を終了させることを特徴とするk最近傍検索装置。 - 前記初期設定部は、前記質問地点と、前記質問件数と、中断条件を検索条件として設定し、
前記終了判定部は、前記質問件数に満たない状況でも、前記中断条件を満たす場合に前記検索処理を中断し、
前記結果取得部が、前記質問地点に地点距離の近い最大k件の地点データを取得することを特徴とする請求項10に記載のk最近傍検索装置。 - 前記中断条件は、前記質問地点から地点データまでの最大距離を示す質問距離または検索処理に費やすことのできる最大時間を示す最大処理時間の何れか一方を含み、
前記中断条件が質問距離のときには、
前記領域距離計算部は、前記質問距離より小さいか等しい分割領域に関する情報のみを前記候補領域管理部に保持し、
前記地点距離計算部は、前記質問距離以下の地点データに関する情報のみを前記候補地点管理部に保持し、
前記結果取得部が、前記データベース管理システムから、前記質問距離以下で、かつ質問地点から距離の近い最大k件の地点データを取得し、
前記中断条件が最大処理時間のときには、
前記終了判定部は、前記検索処理の経過時間が前記最大処理時間と等しくなると、前記検索処理を中断し、
前記結果取得部が、データベース管理システムから、質問地点から距離の近い最大k件の地点データを取得可能にする請求項11に記載のk最近傍検索装置。 - 前記質問地点と最近領域に内包される地点データの距離を計算するステップは、
前記地点データの情報をヒープ構造で管理し、前記ヒープ構造の節に対応する地点データの地点距離は、前記節の子に対応する地点データの地点距離より大きいことを特徴とする請求項1に記載のk最近傍検索方法。
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