Bài viết Truy vấn hướng đối tượng dựa trên đồ thị chữ ký nêu lên một số khái niệm cơ sở; đồ thị chữ ký và thuật toán; mô hình ứng dụng. Đây là tài liệu hữu ích dành cho các bạn chuyên ngành Công nghệ thông tin và những bạn quan tâm tới lĩnh vực này.
Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR); Hà Nội, ngày 9-10/7/2015 DOI: 10.15625/vap.2015.000212 TRUY VẤN HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG DỰA TRÊN ĐỒ THỊ CHỮ KÝ Trần Minh Bảo1, Trương Công Tuấn2 1, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế tmbaovn@gmail.com, tctuan_it_dept@yahoo.com TÓM TẮT - Các kỹ thuật lập mục luôn vấn đề quan trọng việc tìm kiếm thơng tin hiệu từ sở liệu (CSDL) Đối với CSDL hướng đối tượng, việc sử dụng tập tin chữ ký phương pháp mục thừa nhận tiếp cận phổ biến việc xử lý truy vấn CSDL hướng đối tượng Các đối tượng lớp mã hóa thành chữ ký đối tượng cách dùng hàm băm lưu trữ tập tin chữ ký Tuy nhiên, xử lý truy vấn tồn tập tin chữ ký phải quét Vì phương pháp địi hỏi chi phí xử lý cao Để khắc phục nhược điểm này, đề xuất mơ hình cấu trúc đồ thị xây dựng chữ ký đối tượng CSDL hướng đối tượng, gọi đồ thị chữ ký Đồng thời đề xuất cách thức xây dựng đồ thị chữ ký thuật toán truy vấn đồ thị chữ ký với phần mô ứng dụng phương pháp Từ khóa - Truy vấn hướng đối tượng, chữ ký đối tượng, tập tin chữ ký, đồ thị chữ ký I MỞ ĐẦU Việc nghiên cứu kỹ thuật lập mục luôn vấn đề quan trọng việc tìm kiếm thơng tin hiệu từ sở liệu (CSDL) Đối với CSDL hướng đối tượng, truy vấn trực tiếp đối tượng có chi phí thời gian thực lớn Đã có nhiều kỹ thuật mục CSDL nhằm xử lý truy vấn CSDL hướng đối tượng, phương pháp tập tin chữ ký thừa nhận rộng rãi tiếp cận hiệu việc xử lý truy vấn CSDL hướng đối tượng Đối với phương pháp này, đối tượng lớp mã hóa thành chữ ký đối tượng cách dùng hàm băm lưu trữ tập tin chữ ký Tuy nhiên, việc truy vấn tập tin chữ ký lại có nhược điểm tốn chi phí phải quét toàn tập tin Một số phương pháp mục khác nhằm khắc phục điều tìm thấy nhiều cơng trình nghiên cứu [1] [2] [3] [8] [9] Trong báo này, đề xuất việc tổ chức tập tin chữ ký lớp CSDL hướng đối tượng đồ thị chữ ký xây dựng thuật toán để tạo đồ thị chữ ký truy vấn đối tượng đồ thị chữ ký Việc sử dụng đồ thị chữ ký có khơng gian tìm kiếm nhỏ để từ giảm thời gian truy vấn liệu Bài báo tổ chức sau: Phần đầu báo giới thiệu khái quát chữ ký đối tượng, tập tin chữ ký, chữ ký truy vấn cấu trúc đồ thị chữ ký, sau báo thực việc xây dựng đồ thị chữ ký thuật toán truy vấn đối tượng đồ thị chữ ký, đồng thời xây dựng mơ hình ứng dụng, phần cuối báo kết luận II MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ SỞ Phần trình bày số khái niệm sở liên quan đến chữ ký đối tượng tập tin chữ ký Chi tiết đầy đủ xem [1] [2] A Chữ ký đối tượng, tập tin chữ ký Trong CSDL hướng đối tượng, đối tượng biểu diễn giá trị thuộc tính Chữ ký giá trị thuộc tính chuỗi bit mã hóa hàm băm Chữ ký đối tượng xây dựng phép toán logic OR cho tất chữ ký giá trị thuộc tính đối tượng Sau ví dụ chữ ký đối tượng: Ví dụ 2.1 Xét đối tượng có giá trị thuộc tính “Dung”, “12345678”, “giao su” Giả sử chữ ký đối tượng là: 010 000 100 110 100 010 010 100 110 100 011 000 Lúc chữ ký đối tượng 110 110 111 110, nhận từ chữ ký giá trị thuộc tính phép tốn logic OR Các chữ ký đối tượng lớp lưu trữ tập tin, gọi tập tin chữ ký đối tượng B Chữ ký truy vấn Một truy vấn đối tượng mã hóa thành chữ ký truy vấn theo hàm băm thực đối tượng Khi có truy vấn cần thực hiện, chữ ký đối tượng quét đối tượng không phù hợp bị loại trừ Lúc chữ ký truy vấn so sánh chữ ký đối tượng tập tin chữ ký Có ba trường hợp xảy ra: Trần T Minh Bảo, Trương T Công Tuấnn 723 (1) Đối tư ượng phù hợpp với truy vấn,, nghĩa bit tro ong chữ ký truuy vấn đối tư ượng s chhính nó, tứcc ∧ = , bit tương ứng tro ong chữ ký , đối tượng th hực chứa từừ truy vấn; (2) Đối tư ượng không pphù hợp với cââu truy vấn, ng ghĩa ∧ ≠ ; (3) Chữ ký k đối sáánh cho kết phù p hợp nhưn ng đối tượng kkhông phù hợpp với điều kiện n tìm kiếm truy vấn Đểể loại trườnng hợp này, đối tượng phải kiểểm tra sau khhi chữ ký đối tượng đối sánh phù hợp Ví V dụ 2.2 Ví dụ minh hhọa việc truy vấn ch hữ ký đối tượn ng ví dụ 1.1 : T Truy vấn Chữ ký trruy vấn Kết D Dung 010 000 100 110 thành côngg B Binh 011 000 100 100 không thàn ành công D Duong 110 100 100 000 thành côngg khônng phù hợp x Việc so sáánh chữ ký truuy vấn với chữ ký đối tư ượng s loạii đối sánh khơơng xác Nghĩa là, Nhận xét: chữ c ký truy vấấn phù hợp chữ ký s bit tron ng , bit tương ứng troong s bbit Tuy nhiên, m bit trongg khôngg quan trọng biit tương ứng s hay y III ĐỒ THỊ CHỮ C KÝ VÀ THUẬT T TOÁ ÁN A A Đồ thị chữ ữ ký Để tìm chữ ký đđối tượng tronng tập tin chữ ký có phù hợ ợp với chữ ký truy vấn, ta ccần phải quét m tập tin chữ c ký Nếếu tập tin lớ ớn thời giaan để tìm kiếm m tập p tin đáng kể Ý tưởng trước tiên để cải th trìnhh xếếp tập tin chữ ký sau sử dụng việc tìm t kiếm nhị pphân Tuy nhiiên, điều không k thực h việc v đối sánh ttrên tập tin chhữ ký đố ối sánh khơng g xác Taa xem ví dụ saau đây: Ví V dụ 3.1 Xem m tập tin chữ kký sắắp xếp gồm chữ c ký đối tượ ợng: 010 0000 100 110 100 0010 010 100 010 1100 011 000 Giả sử chữ ký truy vvấn s 000 010 010 100 Nó phù hợp với v chữ ký 1000 010 010 1000 Tuy nhiên n, ta sử dụng d tìm kiếm m nhị phân chữ ký 100 0010 010 100 khơng k thể tìm thấy Mặt kháác, tập ttin chữ ký xuất h nhiều chữ ữ ký giống ứng với cáác đối tượng có nội dung giống nhau, quáá trình truy vấấn cần tìm tất t vị trí xuất x đối đ tượng phùù hợp Vì lý doo này, ta tổ ổ chức tập tin chữ c ký thành đồ thị, gọọi đồ thị chữ ký nhằm lư ưu trữ danh d sách cchữ ký choo phép truy ngược lại vị trí c liệu tươơng ứng Ta ccó định nghĩa sau: s Định Đ nghĩa 3.1 Đồ thị chữ ký G đối vớii tập tin chữ ký ý S đồ thị có hướng G = (V, E) saao cho: Mỗi nút n u ∈ V có ddạng lp u , skip u , vớ ới lp u dan nh sách coon trỏ tham chiiếu đến vị trí chữ ký sigg u tậpp tin chữ ký S vvà skip u số nguyên i không âm,, gọi bước nnhảy nhảy bit Nếu i 0, bit thứ ứ i chữ kýý truy vấn s sẽẽ kiểm trra tìm kiếm m Nếu i 0, ssig u đượcc so sánh với s Đặt e u, v ∈ E E Lúc đó e đư ược gán nhãn v skip u Đặt skip u i Nếu e e gán nhãn i bit thứ i ccủa chữ ký trỏ lp v Nếu e gán nhhãn i bit ược trỏ lp v llà Một nút v với skip u khơngg có nút thứ i chữ ký đư Ví V dụ 3.2 Hìnnh vẽ sau minnh họa tậpp tin chữ ký vàà đồ thị chữ ký ý nó: Hìn nh Minh họaa tập tin chữ ký đồ thị chữ ký 724 TRUY VẤN HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG DỰA TRÊN ĐỒ THỊ CHỮ KÝ B Thuật toán Thuật toán tạo đồ thị chữ ký Thuật toán 1: Thuật toán xây dựng đồ thị chữ ký lớp đối tượng: Vào: Lớp đối tượng Ra: Đồ thị chữ ký Phương pháp: Begin objs = {oj | oj∈ class, j = 1,…, n} lp(root) = null; sig1 = Hashing(o1); lp(root) = lp(root) ∪ sig1; root = ; j = 2; Bước Tạo chữ ký sigj = Hashing(oj); v ← root; Qua bước 2; Bước if (v không đánh dấu skip(root) ≠ ) then Qua bước 3; else{i ← skip(v) đánh dấu v; if (sigv[i] = 1) then v = v→right; else v = v→left; Quay lại bước 2; } Bước if (sigj = sigv) then { lp(v) = lp(v) ∪ sigj; j ← j + 1; Quay lại bước 1; } else{o ← v; s=; Qua bước 4;} Bước Gọi k+1 vị trí khác sigj sigv; Thay nút v trở thành: ; if (sigj[k+1] = 1) then {v → right = s; v → left = o;} else {v → right = o; v → left = s;} j ← j + 1; Quay lại bước 1; End Trong thuật toán tạo đồ thị chữ ký G , lớp hữu hạn có n đối tượng, đặt: objs o o ∈ class, j 1, … , n Do đó, tạo tập hữu hạn có n chữ ký đối tượng: sig sig Sig Hashing o , j 1, … , n Với giá trị j, thuật toán duyệt từ nút gốc đồ thị G để tìm nút phù hợp, trình hữu hạn số nút tạo đồ thị G hữu hạn Vì thuật tốn tìm nút phù hợp để đưa chữ ký sig vào tạo nút Do đó, sau hữu hạn bước ứng với giá trị j 1, … , n thuật tốn cho kết đồ thị chữ ký G với nút u có dạng lp u , skip u Gọi n số đối tượng lớp, n |objs| Mỗi lần duyệt đồ thị chữ ký duyệt theo nhánh bên ( k −1 ) lần duyệt, với k 0, 1, … , log n Vì có n chữ ký đưa vào đồ thị trái nhánh bên phải, nên có k ∑2 i =0 i Trần T Minh Bảo, Trương T Công Tuấnn 725 chữ c ký G , nênn số lần duyệt đồ thị tối đa ssẽ ≈ n Tuy nhiên, đồ đ thị chữ ký G lần lượtt kiểm tra số bit b chữ c ký q trình duyệệt đồ thị, gọi m chiều dài chữ ký, k chi phí củaa thuật toán tạạo đồ thị ch hữ ký G n m Do đó, độ phứcc tạp trườ ờng hợp s O n m Ví V dụ 3.3 Một ví dụ tạo đồ thị chữ ký dựa tập tin t chữ ký víí dụ 3.2 minh họa sau: Hình 2 Tạo đồ thị ch hữ ký 2 Thuật toán truy vấn đối tư ượng đồ tthị chữ ký g đối tượng ứnng với yêu cầầu truy vấn thực Sau khii tạo đồ thị chữ ký G , trình truy vấn hướng h Dữ liệu cần c truy vấn sẽẽ băm thhành dạng chữ ữ ký theo g phương phápp băm chữ ký đồ thị G , sau tiến hành tìm kiếm k đồ tthị chữ ký G Kết trình tìm kiếm m danh sáchh trỏ liiên kết đến vị v trí chữ ký trrong tập tin chhữ ký sở liệu hướn ng đối tượng tương t ứng Thuật T toán 2:: Thuật toán trruy vấn chữ kýý sig đồ thị G thự ực saau: Vào: V Chữ ký sig s đồ thị G Ra: R Tập coon trỏ lp liên kkết đến chhữ ký giống nh hau có vị trí xuất hiệện khác ttrong tập tin ch hữ ký Phương P pháp p: Begin ot; S = {v}; lp = ∅; v ← roo Bư ước if (S = ∅ ) then returrn lp; e Chọn vj∈ S; S = S \ {v else vj}; i (vj đáánh dấu) then if n Qua bước 2; e { i ← skip else p(vj); if sig[i] s = then n S = S ∪ { vj →right, vj→lefft}; else S = S ∪ {vj→left}; Qu uay lại bước 11; } ước if sig đư ược phủ sig(vj) then Bư lp = lp ∪ lp(vj); Qu uay lại bước 11; End Đối vớii thuật tốn 2,, G tạo rra thuật toán hữu hạn nên tập S tập hữ ữu hạn chứa c phần tử v duyyệt bướcc Khi duyyệt nút v ∈ S, v sẽẽ loại khỏi tập S Do o việc duyệệt đồ thị khhơng quay lại nút đ qua Thuật toán t đối sánnh chữ ký truyy vấn chữ ký k nút Quá trình đốii sánh thhực m số hữu hạn h nút củủa đồ thị G V Vì sau hữuu hạn bước thu uật toán cho o kết daanh sách lp gồ ồm trrỏ tham chiếuu đến vị tríí chữ ký trruy vấn tập tin chữ ký ý Trong thuật t toán 2, ggọi n số nútt tạo G , m lần duyệt đđồ thị đđi theo hai nhánh đồ th hị G nên số lần duyệt đồ thhị 2k, vớii k 0, 1, 2, … , log n Kh hi đó, chi phí q trình duyyệt đồ thị để tìm m kiếm tối 726 TRUY VẤN HƯỚNG Đ ĐỐI TƯỢNG DỰ ỰA TRÊN ĐỒ TH HỊ CHỮ KÝ đa đ log n Trong llần duyệt đồ tthị kiểm traa chữ ký cáác nút để thựcc bước nnhảy bit thự ực đối sánh s chữ ký tạại nút, giả sử chiều dài ccủa chữ ký k m, chí ph hí q trình tììm kiếm đđồ thị G 2mlog n Do D đó, độ lớn chi phí thhuật tốn O m logn Một ví dụ tìm kiếm m đồ thị cchữ ký dựa trêên hình đượcc minh họa nhhư sau: Hình Tìm m kiếm đồ thị t chữ ký Xét tậpp tin chữ ký vàà đồ thị chữ kýý trên, giả sử s 1011011 chữữ ký truy vấn, lúc mộ ột phần chữữ ký nút v kiểm đồ đ thị tìm m kiếm Để tìm m nút v, v đánh dấấu skip v m tra tương ứng ứ với s Rõõ ràng cách tìm kiếm hhiệu việc v tìm kiếm m tuần chhỉ cần kiểm traa chữ ký, phép p duyệt tậpp tin chữ ký sẽẽ kiểm tra chhữ ký IV Ơ HÌNH ỨNG G DỤNG MƠ Cấu trúúc đồ thị chữ kký lưu trrữ hoàn toàn bên b nhớ n chính, troong trường hợợp này, việc ch hèn xóa m chữ ký trêên đồ thị đượcc thực dễễ dàng Tuy nh hiên, sở liệu cáác tập tin thườờng lớn, đồ thị chữ c ký khơnng thể lưu trữ nhớ cchính mà phải lưu trữ nhớ ng Đối với sở liệu hướng đối tư ượng, chúng lưu trrữ thực thii nhớ Cơ sở liệu hướngg đối tượng ccó nhiều lớp, m lớp có nhiều n đối tượnng Ứng với m lớp đư ược xây dựng thành cấấu trúc đồ thị chữ ký tìm kkiếm, đồng thời đối tư ượng tạo t chữ ữ ký đối tượnng Chữ ký củaa đối tượ ợng xây dựng m mơ hình có ó chiều dài 64 bit, ự tổ hợp thhuộc tính tronng đối tượ ợng Toàn sở liệu hướng đối tượợng phân p hoạch d dạng cấu trúc bảngg băm gồm cáác chữ ký đối tượng để thực t trình truy vấnn Hình h Mơ hình cấấu trúc lưu trữ đồ đ thị chữ ký ch ho sở liệuu hướng đối tượợng A A Một ví dụ mơ hình ccơ sở liệu h hướng đối tượ ợng Để thựcc nghiệm truyy vấn hướng đđối tượng n CSDL hướn ng đối tượng M Một ví dụ mơơ hình CSDL hướng đối tư ượng đư ưa hình đồng thời cũũng đưa nhữ ững quan hệ t lớp đđối tượng bảảng Dựa trê ên mơ hình n để cài đặt CSDL hướngg đối tượng m mức vật lý Bản ng Quan hệ c lớp TT Lớp Lớ ớp Qu n hệ Truong g Kh hoa Chứa g Truong g Sin nhVien Kết tập SinhVieen Ch huongTrinh Liên kết Khoa GiangVien Liên kết SinhVieen Nu u Khái quát q SinhVieen Na am Khái quát q Chuong gTrinh Ch huDe Liên kết Trần Minh Bảo, Trương Công Tuấn 727 Truong - Khoa Co Ten: Str DiaChi: Str 1 * - TenKhoa: Str ChuongTrinh: TenChuongTrinh[] Tham gia day gan cho gom Thanh phan * * SinhVien TenSV: Str ChuongTrinh: Str GiangVien ChuongTrinh Tham gia - - - TenChuongTrinh: Str ChuDe: TenChuDe[] TenGV: Str TenKhoa: Str ChuDe: TenChuDe[] * Chua Nam - GioiTinh: Str Nu ChuDe day - GioiTinh: Str - TenChuDe: Str Hình Một ví dụ mơ hình sở liệu hướng đối tượng B Xử lý truy vấn sở liệu hướng đối tượng Để thực việc truy vấn đối tượng CSDL hướng đối tượng, phải chuyển đổi sở liệu hướng đối tượng thành cấu trúc liệu trên, ta thực sau: Bước Thuộc tính đối tượng băm thành chữ ký nhị phân thuộc tính tạo thành chữ ký đối tượng Bước Các chữ ký đối tượng lớp tạo thành đồ thị chữ ký Bước Tạo danh sách đồ thị chữ ký tương ứng với lớp Sau có cấu trúc liệu để truy vấn, ta thực trình truy vấn đối tượng sở liệu hướng đối tượng sau: Bước Mã hố từ khóa cần truy vấn thành chữ ký nhị phân Bước Đối sánh chữ ký từ khóa để xác định thuộc lớp cần truy vấn Bước Thực truy vấn chữ ký từ khóa đồ thị chữ ký tương ứng với lớp xác định V KẾT LUẬN Bài báo đề xuất việc xây dựng đồ thị chữ ký để lưu trữ chữ ký đối tượng CSDL hướng đối tượng xây dựng thuật toán truy vấn đối tượng đồ thị chữ ký Đồng thời dựa cấu trúc đồ thị chữ ký tạo, báo đưa mơ hình ứng dụng Phương pháp áp dụng để truy vấn đối tượng liệu lớn đối tượng liệu ảnh, đối tượng multimedia, đối tượng hệ thống thông tin địa lý,… VI TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Yangjun Chen, Yibin Chen, “On the Signature Tree Construction and Analysis”, IEEE Trans Knowl Data Eng., 18(9), 2006, 1207-1224 [2] Yangjun Chen, “Building Signature Trees into OODBs”, Journal of Information Science and Engineering, 20(2), 2004, 275-304 [3] Yangjun Chen, Yibin Chen, “Signature File Hierarchies and Signature Graphs: a New Index Method for Object- Oriented Databases”, Proceedings of the 2004 ACM symposium on Applied computing, Nicosia, Cyprus, 14-17 March 2004, 724-728 [4] D Dervos, Y Manolopulos and P Linardis, “Comparison of signature file models with superimposed coding”, J of Information Processing Letters 65 (1998) 101 - 106 [5] C Faloutsos, “Signature Files: Design and Performance Comparaison of Some Signature Extraction Methods”, ACM Sigmod Record, Volume 14, Issue 4, May 1985, pp 63 – 82 [6] D L Lee, Y M Kim, G Patel, “Efficient Signature File Methods for Text Retrieval”, IEEE Trans Knowl Data Eng., 7(3), 1995, 423-435 [7] W C Lee, D L Lee, “Signature File Methods for Indexing Object-Oriented Database systems”, Proceedings of the 2nd International Computer Science Conference, Hong Kong, 1992, 616-622 728 TRUY VẤN HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG DỰA TRÊN ĐỒ THỊ CHỮ KÝ [8] P Mahatthanapiwat, “Flexible Searching for Graph Aggregation Hierarchy”, Proceedings of the World Congress on Engineering, 2010, London, UK, June 30-July 2, 2010, 405-409 [9] E Tousidoua, P Bozanis, Y Manolopoulos, “Signature-based structures for objects with set-valued attributes”, Elsevier Science, Information Systems, 27(2), 2002, 93-121 OBJECT-ORIENTED QUERY PROCESSING BASED SIGNATURE BINARY GRAPH Tran Minh Bao, Truong Cong Tuan ABSTRACT - Indexing is always an important issue in the efficient information retrieval from the databases For object-oriented databases, the use of signature files as a method of indexing has been recognized as a common approach in searching on objectoriented databases The objects of the class are encoded into the object signatures using hash functions and stored in a signature file However, when a query arrives, the entire signature file must be scanned So this method requires a high processing cost To overcome this drawback, we propose a graph structure model constructed over signatures of objects for a class in an objectoriented database, called a signature graph We also suggest an algorithm to build the signature graph and query algorithm on signature graph, as well as an application of this method ... tin chữ ký đồ thị chữ ký 724 TRUY VẤN HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG DỰA TRÊN ĐỒ THỊ CHỮ KÝ B Thuật toán Thuật toán tạo đồ thị chữ ký Thuật toán 1: Thuật toán xây dựng đồ thị chữ ký lớp đối tượng: Vào: Lớp đối. .. truy vấn đối tượng đồ thị chữ ký Đồng thời dựa cấu trúc đồ thị chữ ký tạo, báo đưa mơ hình ứng dụng Phương pháp áp dụng để truy vấn đối tượng liệu lớn đối tượng liệu ảnh, đối tượng multimedia, đối. .. dựa tập tin t chữ ký víí dụ 3.2 minh họa sau: Hình 2 Tạo đồ thị ch hữ ký 2 Thuật toán truy vấn đối tư ượng đồ tthị chữ ký g đối tượng ứnng với yêu cầầu truy vấn thực Sau khii tạo đồ thị chữ ký