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WILKERSON威爾克森過濾器實際應(yīng)用
威爾克森過濾器是一種表示集合的空間高效的有損數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),支持快速的數(shù)據(jù)成員查詢,能有效地過濾不屬于集合的成員。使用多個威爾克森過濾器結(jié)構(gòu)進行查詢的數(shù)個多威爾克森過濾器查詢算法,如雙威爾克森過濾器直接查詢算法、計數(shù)威爾克森過濾器代數(shù)運算查詢算法、使用多個標準威爾克森過濾器進行查詢的數(shù)據(jù)調(diào)和算法及使用多計數(shù)威爾克森過濾器運算的數(shù)據(jù)調(diào)和算法。

WILKERSON威爾克森過濾器實際應(yīng)用
威爾克森過濾器被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng),它在需要共享現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息的分布式應(yīng)用系統(tǒng)中有巨大的應(yīng)用潛力。針對威爾克森過濾器算法和應(yīng)用的研究已被越來越多的研究團體所重視,涌現(xiàn)出了大量威爾克森過濾器算法的變種及相關(guān)應(yīng)用的研究論文,而且這種快速發(fā)展的勢頭還將持續(xù)下去,必定會出現(xiàn)更多威爾克森過濾器算法的相關(guān)變種及應(yīng)用研究。 通常我們使用威爾克森過濾器的一般場景是：將集合S表示到威爾克森過濾器這一精簡結(jié)構(gòu)中,在需要查詢元素是否屬于集合S時,使用威爾克森過濾器而不是集合S本身進行集合成員查詢,節(jié)約存儲空間及提高查詢的時間效率。然后,概括了多威爾克森過濾器查詢算法的研究現(xiàn)狀和多威爾克森過濾器查詢算法目前的主要研究成果。考慮到單威爾克森過濾器查詢算法在解決分布式數(shù)據(jù)分發(fā)及數(shù)據(jù)同步等問題時不能*勝任,本文提出了使用多個威爾克森過濾器結(jié)構(gòu)進行查詢的數(shù)個多威爾克森過濾器查詢算法,如雙威爾克森過濾器直接查詢算法、計數(shù)威爾克森過濾器代數(shù)運算查詢算法、使用多個標準威爾克森過濾器進行查詢的數(shù)據(jù)調(diào)和算法及使用多計數(shù)威爾克森過濾器運算的數(shù)據(jù)調(diào)和算法。威爾克森過濾器直接查詢法的查詢性能 探討直接使用兩個集合的威爾克森過濾器結(jié)構(gòu)查詢集合并集、交集、補集、差集或?qū)ΨQ差成員的性能問題,即雙威爾克森過濾器直接查詢法的性能。2)研究多個計數(shù)威爾克森過濾器向量進行代數(shù)運算(簡稱為計數(shù)威爾克森過濾器代數(shù)運算)的性質(zhì)由于在使用雙威爾克森過濾器直接查詢法查詢補集、差集及對稱差元素時,存在假陰性問題,因此,我們嘗試從計數(shù)威爾克森過濾器向量運算的角度尋求能解決前述假陰性問題的方法,探討兩個或多個計數(shù)威爾克森過濾器的代數(shù)運算和集合運算的*性關(guān)系,研究使用計數(shù)威爾克森過濾器代數(shù)運算進行集合成員查詢的性能。理論分析和實驗結(jié)果表明,計數(shù)威爾克森過濾器的并、交、補、減、異或運算產(chǎn)生的新過濾器依然保持計數(shù)威爾克森過濾器的特征,支持元素的刪除操作,不會出現(xiàn)假陰性,能用于集合并集、交集、補集、差集及對稱差的成員查詢；與雙威爾克森過濾器直接查詢法相比,使用計數(shù)威爾克森過濾器代數(shù)運算后的過濾器進行補集、差集及對稱差成員查詢,不存在前述假陰性問題,空間效率能提高一倍,時間效率亦能顯著地得到改善。計數(shù)威爾克森過濾器代數(shù)運算的使用有利于進一步擴展計數(shù)威爾克森過濾器的應(yīng)用范圍。 3)提出基于多標準威爾克森過濾器運算的精確集合調(diào)和方法 分布式系統(tǒng)中,集合調(diào)和是指分布式節(jié)點交換各自節(jié)點的數(shù)據(jù)集合本身或數(shù)據(jù)集合的某種表示,找出集合的差集元素,進而獲得數(shù)據(jù)集合并集的過程,在這一過程中,節(jié)點間花費的通信代價(節(jié)點間的消息交換輪數(shù)及傳輸消息位數(shù))越少越好。集合調(diào)和問題對于分布式文件分發(fā)、閑談協(xié)議、同步與復(fù)制協(xié)議等分布式計算應(yīng)用來說,是一個重要的基分析現(xiàn)有特征多項式插值精確集合調(diào)和法的工作原理的基礎(chǔ)上,提出了一種基于多標準威爾克森過濾器運算的精確集合調(diào)和方法(BFESR)。與已有的試探法進行比較,BFESR調(diào)和時間和消息交換輪數(shù)降低非常明顯,尤其是使用準交集查詢法估算對稱差規(guī)模的BFESR方法,其調(diào)和效率更高。4)提出基于多計數(shù)威爾克森過濾器運算的精確集合調(diào)和方法 由于BFESR算法中使用的標準威爾克森過濾器不支持集合元素的動態(tài)更新,若用于更新頻繁的P2P網(wǎng)絡(luò)等分布式系統(tǒng)則需要定時重建標準威爾克森過濾器,這樣會增加系統(tǒng)實現(xiàn)的負擔(dān)及難度,因此,為解決BFESR調(diào)和算法的這一應(yīng)用局限性,提出了一種基于多計數(shù)威爾克森過濾器運算的精確集合調(diào)和方法(威爾克森R),該方法將集合用計數(shù)威爾克森過濾器表示,利用計數(shù)威爾克森過濾器減運算得到的新過濾器,查詢并獲得集合中的差集元素,再用差集和自身集合進行集合并運算,完成集合調(diào)和。

WILKERSON威爾克森過濾器實際應(yīng)用
理論分析和在P2P系統(tǒng)中的仿真實驗結(jié)果表明,威爾克森R既具有精確集合調(diào)和能得到全部差集元素的優(yōu)點,也具有近似集合調(diào)和僅需單輪消息交換、計算簡單的優(yōu)點。此外,由于計數(shù)威爾克森過濾器支持集合元素的刪除操作,因此,威爾克森R非常適合應(yīng)用于數(shù)據(jù)集合更新頻繁的P2P網(wǎng)絡(luò)等分布式系統(tǒng)。