JP7776064B2 - Periodic neighborhood pattern detection device, periodic neighborhood pattern detection program, and periodic neighborhood pattern detection method - Google Patents
Periodic neighborhood pattern detection device, periodic neighborhood pattern detection program, and periodic neighborhood pattern detection methodInfo
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Description
本発明は、周期的近傍パターン検出装置、周期的近傍パターン検出プログラム及び周期的近傍パターン検出方法に関する。 The present invention relates to a periodic neighborhood pattern detection device, a periodic neighborhood pattern detection program, and a periodic neighborhood pattern detection method.
周期的パターンをマイニングすることは、多くの実世界のアプリケーションを持つデータマイニングにおける重要なモデルである。このマイニングは、データ内の規則的な間隔で発生しているすべてのパターンを発見する。古典的な使用例は、市場バスケット分析であり、どのくらい定期的に顧客によりアイテムセットが購入されているかを分析する。周期的パターンの例は、5%の顧客が1時間毎に少なくとも一回購入するバットとボールの組合せのパターンである。顧客の購入の予測される行動は、製品の推奨と在庫管理のユーザにとって有用である場合がある。 Mining periodic patterns is an important model in data mining with many real-world applications. It discovers all patterns occurring at regular intervals in data. A classic use case is market basket analysis, analyzing how regularly a set of items is purchased by customers. An example of a periodic pattern is a pattern of bat and ball combinations that 5% of customers purchase at least once every hour. The predicted behavior of customer purchases can be useful for users in product recommendations and inventory management.
しかしながら、周期的パターンを見つける周期的パターンモデルの広範に採用され成功した工業的アプリケーションは、次の課題を有する。即ち、周期的パターンの基本モデルは、データ内のアイテムの時間的発生情報を考慮するが、データ内のアイテムの空間特性を考慮していない。その結果、周期的パターンモデルは、座標系において互いに近い複数のアイテムの興味ある周期的パターン(以下、周期的近傍パターンと称する。)を発見することができない。 However, the widespread adoption and successful industrial application of periodic pattern models to find periodic patterns has the following problem: the basic model of periodic patterns considers the temporal occurrence information of items in the data, but does not consider the spatial characteristics of the items in the data. As a result, the periodic pattern model cannot discover interesting periodic patterns of multiple items that are close to each other in a coordinate system (hereinafter referred to as periodic neighborhood patterns).
そこで、本実施の形態の第1の側面の目的は、周期的近傍パターンを検出する周期的近傍パターン検出装置、周期的近傍パターン検出プログラム及び周期的近傍パターン検出方法を提供することにある。 Therefore, the object of the first aspect of this embodiment is to provide a periodic neighborhood pattern detection device, a periodic neighborhood pattern detection program, and a periodic neighborhood pattern detection method for detecting periodic neighborhood patterns.
本実施の形態の第1の側面は、プロセッサと、前記プロセッサがアクセスするメモリとを有し、前記プロセッサが、
それぞれ座標情報を有する複数のアイテムから、タイムスタンプ毎に所定の属性を有した前記アイテムである特定アイテムを含むパターンを抽出し、前記タイムスタンプと前記特定アイテムを含むパターンとを関連付けた時間データベースを生成し、
前記時間データベース内の複数の特定アイテムの全ての組み合わせを含む複数の判定対象パターンから、
(1)前記判定対象パターン内の特定アイテム間の最大距離が基準距離以下か否かの近傍パターン判定と、
(2)前記判定対象パターンの周期的サポートが基準周期的サポート値以上であるか否かの周期的サポート判定と、
(3)前記判定対象パターンの相対的周期的サポートが基準相対的周期的サポート値以上であるか否かの相対的周期的サポート判定を
満たす周期的近傍パターンを検出する、処理を実行し、
前記周期的サポートは、前記判定対象パターンが前記時間データベース内で発生した隣接するタイムスタンプ間の発生間時間のうち、基準発生間時間以下の短い発生間時間の数または前記時間データベースの隣接するタイムスタンプ間の発生時間の数で正規化した前記短い発生間時間の数であり、
前記相対的周期的サポートは、前記判定対象パターンに含まれるアイテムが前記時間データベース内で発生した数の最小数で正規化した前記短い発生間時間の数である、周期的近傍パターン検出装置である。
A first aspect of the present embodiment is a system including a processor and a memory accessed by the processor, wherein the processor:
extracting patterns including specific items, which are items having predetermined attributes for each timestamp, from a plurality of items each having coordinate information, and generating a time database in which the timestamps are associated with patterns including the specific items;
From a plurality of patterns to be determined including all combinations of a plurality of specific items in the time database,
(1) determining whether the maximum distance between specific items in the pattern to be determined is equal to or less than a reference distance;
(2) determining whether the periodic support of the pattern to be determined is equal to or greater than a reference periodic support value;
(3) performing a process of detecting periodic neighborhood patterns that satisfy a relative periodic support determination of whether the relative periodic support of the target pattern is equal to or greater than a reference relative periodic support value;
the periodic support is the number of short inter-occurrence times equal to or less than a reference inter-occurrence time among the inter-occurrence times between adjacent timestamps at which the pattern to be determined occurs in the temporal database, or the number of short inter-occurrence times normalized by the number of occurrence times between adjacent timestamps in the temporal database;
The relative periodic support is the number of short inter-occurrence times normalized by the minimum number of occurrences in the temporal database of items included in the pattern being determined.
第1の側面によれば、周期的近傍パターンを検出できる。 According to the first aspect, periodic neighborhood patterns can be detected.
本実施の形態は、時空間データベースに存在する周期的近傍パターン(以下、PNP: Periodic Neighborhood Patternと称する。)を検出するモデルである。PNPを検出するモデルを説明する前に、時空間データベースでPNPを見つけることを動機付けるアプリケーションについて説明する。 This embodiment is a model for detecting periodic neighborhood patterns (hereinafter referred to as PNPs: Periodic Neighborhood Patterns) that exist in spatiotemporal databases. Before describing the model for detecting PNPs, we will explain an application that motivates finding PNPs in spatiotemporal databases.
大気汚染は、日本に住む人々に見られる多くの心臓呼吸問題の主要な要因である。大気汚染に取り組むために、環境省は大気汚染物質広域監視システム(AEROS: Atmospheric Environmental Regional Observation System)を稼働させている。このシステムは、日本全土に位置する複数の大気汚染測定センサで構成される。これらのセンサによって生成されたデータは時空間データベースである。この時空間データベースから生成されたPNPは、人々が不健康なレベルの汚染に定期的に暴露されている場所または領域に関して有用な情報を提供する。この情報は、環境および公衆衛生政策を考案する際のエコロジストにとって非常に有用である可能性がある。一般に、IOTsのセンサ等によって生成されたデータは、時空間データベースとして自然に存在する。本実施の形態では、センサ(以下、アイテムと称する。)の空間的および時間的特性の両方を考慮して、そのようなデータベースにおける興味あるアイテムの組み合わせパターンを検出する。 Air pollution is a major factor in many cardiorespiratory problems experienced by people living in Japan. To address air pollution, the Ministry of the Environment has launched the Atmospheric Environmental Regional Observation System (AEROS). This system consists of multiple air pollution measurement sensors located throughout Japan. The data generated by these sensors is a spatiotemporal database. PNP generated from this spatiotemporal database provides useful information about locations or areas where people are regularly exposed to unhealthy levels of pollution. This information can be very useful to ecologists when devising environmental and public health policies. In general, data generated by sensors and other devices in IoT devices naturally exists as a spatiotemporal database. In this embodiment, both the spatial and temporal characteristics of the sensors (hereinafter referred to as items) are taken into account to detect combination patterns of interesting items in such a database.
図1は、周期的近傍パターン検出装置の構成例を示す図である。PNP検出装置1は、スーパーコンピュータ、サーバ、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートホン等である。PNP検出装置1は、プロセッサ10と、メインメモリ12と、外部インターフェース14と、ストレージ20と、それらを接続するバス16とを有する。外部インターフェース14は、PNP検出装置1に測定データを送信するIoTセンサ等の複数のアイテム32と、PNP検出装置1にPNPの検出を依頼する複数のクライアント端末30とが接続可能にされる。 Figure 1 shows an example configuration of a periodic neighborhood pattern detection device. The PNP detection device 1 is a supercomputer, server, personal computer, tablet terminal, smartphone, etc. The PNP detection device 1 has a processor 10, main memory 12, external interface 14, storage 20, and a bus 16 connecting these. The external interface 14 allows connection to multiple items 32, such as IoT sensors, that send measurement data to the PNP detection device 1, and multiple client terminals 30 that request PNP detection from the PNP detection device 1.
ストレージ20内には、PNP検出プログラム21と、時空間データベース22とが記憶される。時空間データベース22は、例えば、空間データベース(Spatial DB)23と、時間データベース(Temporal DB)25を有する。ストレージ内に、近傍データベース(Neighbors DB)24が記憶されてもよい。これらのデータベースについては後で詳述する。 Storage 20 stores a PNP detection program 21 and a spatiotemporal database 22. The spatiotemporal database 22 includes, for example, a spatial database (Spatial DB) 23 and a temporal database (Temporal DB) 25. A neighbors database (Neighbors DB) 24 may also be stored in the storage. These databases will be described in more detail later.
[PNP検出モデルの概略処理]
図2は、本実施の形態におけるPNP検出モデルの概略処理を示すフローチャート図である。PNP検出モデルは、PNP検出プログラム21を実行するプロセッサ10である。プロセッサ10は、PNP検出プログラム21を実行し、データベース26から時空間データベース22を生成する(S1~S3)。データベース26は、例えば、日本全土に位置する複数の大気汚染測定センサが測定したデータであり、測定データは、測定したセンサの位置情報と測定した時間情報を属性情報として有する。以下センサをアイテムと称する。
[Outline of PNP detection model]
2 is a flowchart showing the general processing of the PNP detection model in this embodiment. The PNP detection model is a processor 10 that executes a PNP detection program 21. The processor 10 executes the PNP detection program 21 and generates a spatiotemporal database 22 from a database 26 (S1 to S3). The database 26 contains, for example, data measured by multiple air pollution measurement sensors located throughout Japan, and the measurement data has attribute information such as the location information of the sensor that made the measurement and the time information of the measurement. Hereinafter, sensors will be referred to as items.
まず、プロセッサは、データベース26から時空間データベース22の一つである空間データベース(SD: Spatial Database)を生成する(S1)。空間データベースSDは、各アイテム(センサ)の位置情報を有する。空間データベースの具体例(Table_1)は後述する。更に、プロセッサは、あるアイテムijと位置(座標)が近接する近傍アイテムとの対応を有する近傍アイテムNijを抽出する。具体例(Table_2)は後述する。 First, the processor generates a spatial database (SD), which is one of the spatiotemporal databases 22, from the database 26 (S1). The spatial database SD contains position information for each item (sensor). A specific example of the spatial database (Table_1) will be described later. Furthermore, the processor extracts nearby items Nij that correspond to a certain item ij and a nearby item whose position (coordinates) is close to the item ij. A specific example (Table_2) will be described later.
次に、プロセッサは、データベース26から、タイムスタンプ毎に所定の値を検出したアイテムの全てを有するトランザクションを抽出し、時間データベース(TDB: Temporal Database)を生成する(S3)。ここで、危険な汚染値などの所定の値を検出したアイテムを、所定の状態になった又は所定の属性を持った特定アイテムと称する。時間データベースの具体例(Table_3)も後述する。 Next, the processor extracts from the database 26 all transactions that contain items for which a predetermined value has been detected for each timestamp, and generates a temporal database (TDB) (S3). Here, an item for which a predetermined value, such as a dangerous contamination value, has been detected is referred to as a specific item that has reached a predetermined state or has a predetermined attribute. A specific example of a temporal database (Table 3) will be described later.
そして、プロセッサは、時間データベースTDB内の特定アイテムから、次の条件を満たすアイテムの組合せであるパターンXを検出する。この検出されたパターンXが周期的近傍パターンである。条件は、以下の3つである。 The processor then detects pattern X, which is a combination of items that satisfies the following conditions, from specific items in the temporal database TDB. This detected pattern X is a periodic neighborhood pattern. The conditions are as follows:
条件(1)は、パターンの周期的サポート(periodic-support)が基準値minPS以上であることである。ここでsupportは頻度または相対的頻度を表す。条件(2)は、パターンの相対的周期的サポート(relative periodic - support)が基準値minRPS以上であることである。周期的サポートと相対的周期的サポートについては後で具体的に説明する。条件(3)は、パターン内のいずれかのアイテム対の最大距離が基準距離maxDist以下であることである。つまり、パターン内の全アイテムが互いに近傍に位置することである。 Condition (1) is that the periodic support of the pattern is greater than or equal to the reference value minPS. Here, support represents frequency or relative frequency. Condition (2) is that the relative periodic support of the pattern is greater than or equal to the reference value minRPS. Periodic support and relative periodic support will be explained in detail later. Condition (3) is that the maximum distance between any pair of items in the pattern is less than or equal to the reference distance maxDist. In other words, all items in the pattern are located near each other.
以下、図2内の用語について説明し、その後、本実施の形態の周期的近傍パターン検出モデルについて詳述する。 Below, we will explain the terms used in Figure 2, and then provide a detailed description of the periodic neighborhood pattern detection model used in this embodiment.
[空間データベースSD、近傍アイテムNij、時間データベースTDB]
次に、空間データベースSDと近傍アイテムNBと時間データベースTDBについて説明する。図5は、空間データベースSDと近傍アイテムNijの具体例と数式を示す図である。
[Spatial database SD, neighboring items Ni j , temporal database TDB]
Next, the spatial database SD, the neighborhood items NB, and the time database TDB will be explained. Figure 5 shows specific examples and formulas of the spatial database SD and the neighborhood items Ni j .
定義1:空間的データベース(A spatial database)
まず、以下のIを、アイテムの幾何学的または空間的な集合とする。
Definition 1: A spatial database
First, let I be a geometric or spatial collection of items.
以下のPijを、アイテムの集合Iの要素であるアイテムijの座標の集合とする。 Let Pi j be the set of coordinates of item i j , which is an element of set I of items.
この空間データベースSDは、以下のとおりアイテムとそれ関連する空間的情報(アイテムij, 座標Pij)の集合である。 This spatial database SD is a collection of items and their associated spatial information (item i j , coordinate Pi j ) as follows:
上記の空間データベースSDの考え方は、我々に、点、線、ポリゴンのような幾何学的形態のアイテムでも良いと理解させる。 The above concept of a spatial database SD allows us to understand that items can also be of geometric form, such as points, lines, and polygons.
S ={abcdefg}は、センサ(アイテム)の集合であり、センサは地球表面の大気汚染を測定する。これらアイテムの空間データベースはTable_1に示される。 S = {abcdefg} is a set of sensors (items) that measure air pollution on the Earth's surface. The spatial database of these items is shown in Table_1.
定義2:近傍距離関数(A neighborhood distance function)
距離関数Dist()が与えられたとき、以下が満たされる場合、集合Iの要素の2つのアイテムip、iqは互いに近傍と言える。
Definition 2: A neighborhood distance function
Given a distance function Dist(), two items i p and i q of elements of set I are said to be neighbors of each other if the following is satisfied:
この場合、maxDistはユーザが特定した最長距離の閾値である。Dist()は交換可能な性質を有する距離関数である。この性質を有する距離関数の例は、ユークリッド距離やゲオディック距離関数である。NijをIの要素のアイテムijの全ての近傍アイテムの集合とする。 where maxDist is a user-specified maximum distance threshold. Dist() is a distance function with the commutative property. Examples of distance functions with this property are the Euclidean distance and the Geodic distance functions. Let Ni j be the set of all neighbors of item i j of an element of I.
ユークリッド距離が前述の距離関数であるとすると、アイテムaとcとの間の距離、即ちDist(a,c)=1.414である。もしユーザ特定の閾値がmaxDist = 1.5とすると、Dist(a,c)=< maxDistであるので、アイテムa, cは互いに近傍である。同様に、アイテムdとeはアイテムaと近傍である。したがって、Na ={cde}となる。Table_1内の各アイテムの近傍アイテムのリストが、図5中Table_2に示される。 If Euclidean distance is the distance function mentioned above, then the distance between items a and c, i.e., Dist(a,c) = 1.414. If the user-specified threshold is maxDist = 1.5, then items a and c are neighbors of each other because Dist(a,c) = < maxDist. Similarly, items d and e are neighbors of item a. Therefore, Na = {cde}. A list of neighboring items for each item in Table_1 is shown in Table_2 in Figure 5.
定義3:近傍パターン(Neighborhood pattern)
アイテム集合Iの部分集合Xをパターンとする。集合Xがk個のアイテムを含む場合、kパターンと称される。空間データベースSD内のパターンXは、Xに含まれるアイテムの一対の間の最大距離がユーザ特定の閾値maxDist以下の場合、近傍パターン(Neighborhood pattern)と称される。即ち、以下が満たされる場合Xは近傍パターンである。
Definition 3: Neighborhood pattern
Let X be a subset of an item set I. If X contains k items, it is called a k-pattern. A pattern X in the spatial database SD is called a neighborhood pattern if the maximum distance between any pair of items in X is less than or equal to a user-specified threshold, maxDist. That is, X is a neighborhood pattern if the following is true:
アイテムa、cの集合、つまりacは、パターンであり、このパターンは2個のアイテムを含む。よって、これは2パターンである。パターンacは、距離がmaxDist以下であるので、近傍パターンと称される。逆に、acの真部分集合であるabcは、3対のアイテム間距離(ab間距離、ac間距離、bc間距離)の最大値がmaxDistより長いので、近傍パターンではない。 The set of items a and c, i.e., ac, is a pattern, and this pattern contains two items. Therefore, it is a two-pattern pattern. Pattern ac is called a neighborhood pattern because its distance is less than or equal to maxDist. Conversely, abc, a proper subset of ac, is not a neighborhood pattern because the maximum value of the distances between the three pairs of items (distance between ab, distance between ac, distance between bc) is greater than maxDist.
定義4:時間データベース(A temporal database)
図6は、Table_3の時間データベースTDBの具体例を示す図である。時間データベースTDBは、トランザクションID ttidと、タイムスタンプtsと、アイテムのパターンYを有するトランザクションの集合である。トランザクションttidは以下のとおりである。
Definition 4: A temporal database
6 is a diagram showing a specific example of the time database TDB of Table_3. The time database TDB is a set of transactions having a transaction ID t tid , a timestamp ts, and an item pattern Y. The transactions t tid are as follows:
そして、時間データベースTDBは以下のとおりタイムスタンプtsの順のトランザクションの集合である。つまり、以下のとおりである。 The time database TDB is a set of transactions ordered by timestamp ts, as follows:
Table_1のセンサ(アイテム)により生成される仮想的に時間データベースがTable_3に示される。このテーブルの最初のトランザクションは、局a, c, dが各タイムスタンプで大気汚染の危険な量を記録したという情報を提供する。同様の情報がTable_3の残りのトランザクションにも生成される。時間データベースのサイズは、m = |TDB| = 14である。 A hypothetical temporal database generated by the sensors (items) in Table_1 is shown in Table_3. The first transaction in this table provides information that stations a, c, and d recorded dangerous amounts of air pollution at each timestamp. Similar information is generated for the remaining transactions in Table_3. The size of the temporal database is m = |TDB| = 14.
定義5:パターンXのサポート(The support of pattern X)
もしパターンXが以下のとおりパターンYに含まれる(X=Yを含む部分集合)の場合、パターンXがトランザクションttidで起こると言われる。このトランザクションのタイムスタンプはtsX
tidとする。
Definition 5: The support of pattern X
A pattern X is said to occur in transaction t tid if X is contained in pattern Y such that (X=subset containing Y), and the timestamp of this transaction is ts X tid .
以下のTSXを、パターンXがデータベース内に発生(出現)した全てのタイムスタンプの集合と称する。 Let TS X below be referred to as the set of all timestamps at which pattern X occurs (appears) in the database.
TDB内のパターンXのサポートを、sup(X)と表し、TDB内のパターンXを含むトランザクションの数を表す。即ち、以下のとおりである。
sup(X) = |TSX|
Xのサポートは、データサイズの百分率でも表される。つまり、sup(X) = |TSX|*100/|TDB|である。
The support of pattern X in the TDB is denoted as sup(X), which represents the number of transactions that contain pattern X in the TDB. That is,
sup(X) = |TS X |
The support of X is also expressed as a percentage of the data size, i.e., sup(X) = |TS X |*100/|TDB|.
Table_3では、近傍パターンacは、タイムスタンプが1、3、4、12、13、15、16のトランザクション内に現れる。したがって、以下のとおりである。
TSac = {1、3、4、12、13、15、16}
acのサポートは、sup(ac) =|TSX|=7
Table_3において、TSa、TSc、TSac、sup(a)、sup(c)、sup(ac)は以下のとおりである。
In Table_3, the neighborhood pattern ac appears in transactions with timestamps 1, 3, 4, 12, 13, 15, and 16. Therefore,
TS ac = {1, 3, 4, 12, 13, 15, 16}
The support of ac is sup(ac) = |TS X | = 7
In Table_3, TSa, TSc, TSac, sup(a), sup(c), and sup(ac) are as follows:
定義6:パターンXの周期的発生(出現)(A periodic occurrence of X)
以下は、TSX内のいずれか2つの連続するタイムスタンプと称する。
Definition 6: A periodic occurrence of pattern X
Hereinafter, this will be referred to as any two consecutive timestamps in TS X.
これらtsx
kとtsx
jの間の時間差はパターンXの発生間時間(an inter-arrival time of X)と称し、iatXと表示する。即ち、以下のとおりである。
iatX = tsx
k-tsx
j
以下をTDB内のパターンXの全ての発生間時間の集合とする。
The time difference between ts x k and ts x j is called an inter-arrival time of X, and is denoted as iat X. That is, it is as follows.
iat X = ts x k - ts x j
Let the following be the set of all inter-occurrence times of pattern X in the TDB:
パターンXの発生間時間は、ユーザが特定する最大発生間時間(maxIAT)以下の場合、周期的と称する。即ち、以下のとおりである。 Pattern X is said to be periodic if its inter-occurrence time is less than or equal to a user-specified maximum inter-occurrence time (maxIAT). That is,
具体例で説明する。図7は、発生間時間の具体例を示す図である。空間パターンacは、タイムスタンプtsが1と3のトランザクション連続して出現した。これら2つのタイムスタンプ間の時間差はacの発生間時間となる。つまり、
iatac
1 = 3 - 1 = 2
iatac
2 = 4 - 3 = 1
iatac
3 = 12 - 4 = 8
iatac
4 = 13 - 12 = 1
iatac
5 = 15 - 13 = 2
iatac
6 = 16 - 15 = 1
したがって、Table_3内のacの全ての発生間時間の集合は、次の通りである。
IATac = {2, 1, 8, 1, 2, 1}
上記において、ユーザ特定のmaxITA = 2の場合は、iatac
1 , iatac
2 , iatac
4, iatac
5 , iatac
6が、データ内のacの周期的な発生(出現)と考えられる。一方、iatac
3がユーザ特定maxITA以下でないので、iatac
3がデータ内のacの周期的な発生(出現)とは考えられない。
This will be explained using a specific example. Figure 7 shows a specific example of inter-occurrence time. In the spatial pattern ac, transactions with timestamps ts of 1 and 3 appeared consecutively. The time difference between these two timestamps is the inter-occurrence time of ac. In other words,
iat ac 1 = 3 - 1 = 2
iat ac 2 = 4 - 3 = 1
iat ac 3 = 12 - 4 = 8
iat ac 4 = 13 - 12 = 1
iat ac 5 = 15 - 13 = 2
iat ac 6 = 16 - 15 = 1
Therefore, the set of all inter-occurrence times of ac in Table_3 is:
IAT ac = {2, 1, 8, 1, 2, 1}
In the above, when the user-specific maxITA = 2, iat ac 1 , iat ac 2 , iat ac 4 , iat ac 5 , iat ac 6 are considered to be periodic occurrences (appearances) of ac in the data. On the other hand, since iat ac 3 is not equal to or less than the user-specific maxITA, iat ac 3 is not considered to be a periodic occurrence (appearance) of ac in the data.
定義7:パターンXの周期的サポート(Periodic-support of pattern X)
以下のIIATXをmaxIAT以下の値を有する全発生間時間(短い発生間時間)の集合とする。
Definition 7: Periodic-support of pattern X
Let IIAT X be the set of all inter-occurrence times (short inter-occurrence times) with a value less than or equal to maxIAT.
上記は、iatX k=<maxIATを満たすIATXの要素iatX kが存在する場合、短い発生間時間IIATXの要素iatXであるという意味である。 The above means that if there exists an element iat X k of IAT X that satisfies iat X k =<maxIAT, then it is an element iat X of IIAT X with a short inter-occurrence time.
そして、パターンXの周期的サポートを以下のPS(X)と表記する。 The periodic support of pattern X is denoted as PS(X) below.
ここで、|TDB|- 1は、時間データベースTDB内に含まれる或るパターンの発生間時間の最大数である。例えば、図7に示す例では、IIATac= {2,1,1,2,1}であるので、|IIATac|=5、|TDB|=13であり、以下の通りPS(ac)=5又は5/13=0.385(38.5%)となる。 where |TDB| - 1 is the maximum number of inter-occurrence times of a certain pattern contained in the time database TDB. For example, in the example shown in Figure 7, IIAT ac = {2, 1, 1, 2, 1}, so |IIAT ac | = 5 and |TDB| = 13, and PS(ac) = 5 or 5/13 = 0.385 (38.5%) as follows.
パターンXの周期的サポートは、正規化されてない場合、現実世界のアプリケーション内では特定が困難である。周期的サポートを正規化すると(データベースサイズ―1)で除算される。つまり、正規化された周期的サポートは、時間データベースの全トランザクションの発生間時間数(|TDB|-1)に対するパターンXの短い発生間時間の数|IIATX|の比率である。しかし、パターンXのサポート(発生数)sup(X)が時間データベースサイズ|TDB|より数倍少ない場合、正規化された周期的サポートは有用ではない。つまり、ヌル不変特徴(null invariance property)を満たさないと見られる。そこで、発明者は、パターンXの周期的サポート、|IIATX|、を、アイテムの発生間時間の数で正規化し、この測定を次の通り相対的周期的サポートと呼ぶ。 The periodic support of pattern X is difficult to determine in real-world applications unless it is normalized. Normalized periodic support is divided by (database size - 1). That is, normalized periodic support is the ratio of the number of short inter-occurrence times |IIAT X | of pattern X to the number of inter-occurrence times of all transactions in the temporal database (|TDB| - 1). However, if the support (number of occurrences) sup(X) of pattern X is several times smaller than the temporal database size |TDB|, the normalized periodic support is not useful. In other words, it does not satisfy the null invariance property. Therefore, we normalize the periodic support of pattern X, |IIAT X |, by the number of inter-occurrence times of the items and call this measure relative periodic support as follows:
定義8:パターンXの相対的周期的サポート (Relative Periodic-support of pattern X, RPS(X))
パターンXの相対的周期的サポートRPS(X)は以下のとおりである。
Definition 8: Relative Periodic-support of pattern X (RPS(X))
The relative cyclic support RPS(X) of pattern X is:
ここで分母はパターンX内の最小頻度のアイテムの合計発生間時間の数を示す。パターンXがアイテムa、cのパターンの場合、分母はアイテムa、cの発生回数が少ない(最小頻度)アイテムの発生間時間の数となる。 Here, the denominator represents the total number of inter-occurrence times for the least frequently occurring item in pattern X. If pattern X is a pattern of items a and c, the denominator is the number of inter-occurrence times for items a and c, which occur the least frequently (least frequently).
図7の具体例の場合、パターンa、cのRPS(ac)は以下の通りである。 For the specific example in Figure 7, the RPS(ac) for patterns a and c are as follows:
相対的周期的サポートの尺度(measure)は、パターンの周期的サポートをアイテムの数で正規化するので、そのような尺度は、ユーザに高い頻度(frequent)とまれ(rare)に発生するアイテムを効果的に検出するよう支援する。更に、この尺度はヌル不変特性を満たす。この性質は、対象のパターンを有していないトランザクションであるヌルトランザクションが、データベース内のパターンの興味性を変更することはない。例えば、RPS(ac)は、誰かが悪意でパターンacを含まない数百万のフェイクトランザクションを加えても同じに保たれる。 Since the relative periodic support measure normalizes the periodic support of a pattern by the number of items, such a measure can help users effectively detect frequently and rarely occurring items. Furthermore, this measure satisfies the null invariant property. This property means that null transactions, which are transactions that do not contain the target pattern, do not change the interestingness of the pattern in the database. For example, RPS(ac) will remain the same even if someone maliciously adds millions of fake transactions that do not contain the pattern ac.
定義9:周期的近傍パターンX(Periodic neighborhood pattern X、PNP)
近傍パターンXは、以下を満たす場合に周期的近傍パターンと呼ばれる。
PS(X) >= minPS及びRPS(X) >= minRPS
ここでminPS及びminRPSはユーザが特定した最小周期的サポート及び最小相対的周期的サポートである。周期的サポートPS(X)では、minPSの制約が、データ内のノイジーなパターン(又は周期的発生数が非常に少ないパターン)を除外するために利用できる。
Definition 9: Periodic neighborhood pattern X (PNP)
A neighborhood pattern X is called a periodic neighborhood pattern if it satisfies the following:
PS(X) >= minPS and RPS(X) >= minRPS
where minPS and minRPS are the user-specified minimum periodic support and minimum relative periodic support. For periodic support PS(X), the minPS constraint can be used to filter out noisy patterns (or patterns with very few periodic occurrences) in the data.
具体例で説明すると、ユーザ特定のminPS がminPS = 2.8% (つまり、パターンは時間データベース内に周期的に少なくとも2回発生しなければならない)、minRPS = 60%(つまり、パターン内の最小頻度の発生のアイテムの発生回数の少なくとも60%は、そのパターンが発生しなければならない)とした場合、パターンacは、PS(ac) >= minPS及びRPS(ac) >= minRPSを満たすので、周期的近傍パターンと呼ばれる。このパターンacは、センサa、cの近くで生活する人々が定期的に高濃度の大気汚染に晒されているという有用な情報を提供する。このように、係る情報は、環境保護者やポリシー策定者などのユーザに大気汚染を減らす適切なポリシーを策定するために非常に有用と見られ得る。 To illustrate this concrete example, if a user-specified minPS is minPS = 2.8% (i.e., the pattern must occur periodically at least twice within the temporal database) and minRPS = 60% (i.e., the pattern must occur at least 60% of the times the least frequently occurring item in the pattern occurs), then pattern ac is called a periodic neighborhood pattern because PS(ac) >= minPS and RPS(ac) >= minRPS. This pattern ac provides useful information that people living near sensors a and c are periodically exposed to high levels of air pollution. As such, such information may be very useful to users, such as environmentalists and policy makers, for formulating appropriate policies to reduce air pollution.
PS(X) >= minPSは、データベースの全トランザクションの発生間時間数(|TDB|-1)に対するパターンXのmaxIAT以下の短い発生間時間の数|IIATX|の比率であり、データベース内の非常に発生頻度が低いノイズを除外するものである。一方、RPS(X) >= minRPSは、パターン内の最小頻度アイテムのサポートに対する短い発生間時間の数|IIATX|の比率であり、データベース内の高頻度(frequent)及びレア(rare)なアイテムを含むパターンを検出する。 PS(X) ≥ minPS is the ratio of the number of short inter-occurrence times |IIAT X | of pattern X less than maxIAT to the number of inter-occurrence times of all transactions in the database (|TDB| - 1), which filters out noise that occurs very rarely in the database. On the other hand, RPS(X) ≥ minRPS is the ratio of the number of short inter-occurrence times |IIAT X | to the support of the minimum frequent item in the pattern, which detects patterns that contain frequent and rare items in the database.
アイテムの集合I、空間データベースSD、時間データベースTDB、最大発生間時間maxIAT、最小周期的サポートminPS、最小相対的周期的サポートminRPS及び最大距離maxDistが与えられたとき、以下の3つの制約を満たす時間データベースTDB内の全てのパターンを検出することで、周期的近傍パターンPNPを検出できる。
(i)パターン内の全アイテム間距離がmaxDist以下である。
(ii)パターンの周期的サポートPSがminPS以上である。
(iii)パターンの相対的周期的サポートRPSがminRPS以上である。
Given a set of items I, a spatial database SD, a temporal database TDB, a maximum inter-occurrence time maxIAT, a minimum periodic support minPS, a minimum relative periodic support minRPS, and a maximum distance maxDist, a periodic neighborhood pattern PNP can be detected by finding all patterns in the temporal database TDB that satisfy the following three constraints:
(i) The distance between all items in the pattern is less than or equal to maxDist.
(ii) The periodic support PS of the pattern is greater than or equal to minPS.
(iii) The relative periodic support RPS of the pattern is greater than or equal to minRPS.
本実施の形態のモデルにより生成されるPNPsは、ヌル不変特徴(null invariance property)と変換可能なアンチ単調特徴(convertible anti-monotonic property)を満たす。これら2つの特徴については以下の非特許文献に記載されている。
Pei, J., Han, J.: Can we push more constraints into frequent pattern mining? In:
SIGKDD. pp. 350{354 (2000)
Tan, P.N., Kumar, V., Srivastava, J.: Selecting the right interestingness measure for association patterns. In: SIGKDD. pp. 32{41 (2002)
尚、パターンの発生間時間は、最大タイムスタンプtsmaxと最小タイムスタンプtsminとの差tsmax - tsminに対するパーセンテージであっても良い。
The PNPs generated by the model of this embodiment satisfy the null invariance property and the convertible anti-monotonic property, which are described in the following non-patent literature:
Pei, J., Han, J.: Can we push more constraints into frequent pattern mining? In:
SIGKDD. pp. 350-354 (2000)
Tan, PN, Kumar, V., Srivastava, J.: Selecting the right interestingness measure for association patterns. In: SIGKDD. pp. 32{41 (2002)
The time between occurrences of a pattern may be expressed as a percentage of the difference ts max - ts min between the maximum timestamp ts max and the minimum timestamp ts min .
上記で種々の用語について説明したところで、次に、本実施の形態の周期的近傍パターン検出モデルについて詳述する。既に、図2で周期的近傍パターン検出モデルの概略は説明済みである。図1のプロセッサ10が周期的近傍パターン(PNP)マイニング(検出)プログラム21を実行することで、時空間データベース22内の周期的近傍パターンを検出する。PNP検出プログラムを実行するプロセッサが、周期的近傍パターン検出モデルである。 Now that various terms have been explained above, the periodic neighborhood pattern detection model of this embodiment will be described in detail. An overview of the periodic neighborhood pattern detection model has already been explained in Figure 2. The processor 10 in Figure 1 executes a periodic neighborhood pattern (PNP) mining (detection) program 21 to detect periodic neighborhood patterns in a spatiotemporal database 22. The processor that executes the PNP detection program is the periodic neighborhood pattern detection model.
図3は、図2の処理S4の処理のフローチャートを示す図である。PNP検出モデルであるプロセッサが、
(1)時間データベースTDBを走査し、TDB内の全アイテムをアイテムのサポートsup(item)の降順でソートし、
(2)アイテムの周期的サポートPS(item)がPS(item)<minPSのアイテムを時間データベース内のアイテムから削除し、
(3)残りのアイテムの組み合わせパターンの列挙ツリーを生成する(S10)。
3 is a flowchart showing the process of step S4 in FIG. 2. The processor of the PNP detection model
(1) Scan the temporal database TDB and sort all items in TDB in descending order of item support sup(item);
(2) Delete items whose periodic support PS(item) is PS(item) < minPS from the items in the time database;
(3) An enumeration tree of combination patterns of the remaining items is generated (S10).
図8は、図7の時間データベースTDB内の全アイテムa,b,c,d,e,f,gの組み合わせをアイテム数の降順にソートした例を示す図である。時間データベースTDB内には所定濃度以上の大気汚染を測定したセンサ(アイテム)のパターンが各トランザクションに含まれる。図8には、このパターンに含まれるアイテムa,b,c,d,e,f,gの集合Iの要素(アイテム)の全組み合わせを要素数の降順でソートしたものが示される。この場合、パターン数は、2n-1(nはアイテムの数)と多くなる。そのため、PNPを検出する処理S4の判定対象パターンが多くなり、PNP検出処理の効率が低下する。 FIG. 8 shows an example of all combinations of items a, b, c, d, e, f, and g in the temporal database TDB shown in FIG. 7 sorted in descending order of the number of items. Each transaction in the temporal database TDB contains a pattern of sensors (items) that measured air pollution at a predetermined concentration or higher. FIG. 8 shows all combinations of elements (items) in set I (items a, b, c, d, e, f, and g) included in this pattern, sorted in descending order of the number of elements. In this case, the number of patterns is as large as 2 n -1 (n is the number of items). Therefore, the number of patterns to be judged in the PNP detection process S4 increases, reducing the efficiency of the PNP detection process.
図9は、図3の処理S10の具体例を示す図である。プロセッサは、(1)時間データベースTDBを走査し、TDB内の全アイテムをアイテムのサポートsup(item)の降順でソートし、アイテムのサポートsup(item)と周期的サポートPS(item)の管理テーブル40を生成する(S10(1))。管理テーブル40には、時間データベースTDB内のアイテムIが、サポートsup(item)、Sup、の降順にソートされている。 Figure 9 shows a specific example of process S10 in Figure 3. The processor (1) scans the time database TDB, sorts all items in the TDB in descending order of item support sup(item), and generates a management table 40 of item support sup(item) and periodic support PS(item) (S10(1)). In the management table 40, items I in the time database TDB are sorted in descending order of support sup(item) and Sup.
そこで、プロセッサは、(2)アイテムの周期的サポートPS(item)がPS(item)<minPSitemのアイテムを時間データベース内のアイテムから削除する(S10(2))。もしminPSitem = 2と設定されると、アイテムf, gが削除される。周期的サポートPS(item)が少ないアイテムは、前述の制約(ii)を満たさずPNPと判定されない。したがって、この時点でこれらのアイテムを削除することで、判定対象パターンを大きく減らすことができる。例えば、minPSitem =< minPS(X)(非正規化)に設定される。 Therefore, the processor (2) deletes items whose cyclic support PS(item) is PS(item) < minPS( item ) from the items in the temporal database (S10(2)). If minPS( item) = 2 is set, items f and g are deleted. Items with low cyclic support PS(item) do not satisfy the above-mentioned constraint (ii) and are not judged as PNP. Therefore, deleting these items at this point can significantly reduce the number of patterns to be judged. For example, minPS( item) = < minPS(X) (denormalized) is set.
この事前判定PS(item)<minPSitemは、事前判定をアイテム数n回だけ行うだけで、判定対象パターンの数を2n-1から2m-1(mは削除後のアイテム数)に大きく減らすことができ、PNP判定処理の効率を上げることができる。図8の例では、アイテム数が6から4に減るため、判定対象パターンの数は26-1=64から24-1=16に減る。 This pre-determination PS(item)<minPS item can significantly reduce the number of patterns to be determined from 2n -1 to 2m -1 (where m is the number of items after deletion) by performing the pre-determination only n times (the number of items), thereby improving the efficiency of the PNP determination process.In the example of Figure 8, the number of items is reduced from 6 to 4, so the number of patterns to be determined is reduced from 26-1 =64 to 24-1 =16.
次に、プロセッサは、各トランザクションのパターンを、残ったアイテムを昇順でソートした時間データベースTDB_1を仮想的に生成する。さらに、プロセッサは、この仮想的な時間データベースTDB_1内の昇順にソートされたアイテムを有するパターンの列挙ツリーを生成する(S10(3))。 Next, the processor generates a virtual time database TDB_1 for each transaction pattern, with the remaining items sorted in ascending order . Furthermore, the processor generates an enumeration tree of patterns with the items sorted in ascending order in this virtual time database TDB_1 (S10(3)).
図10は、時間データベースTDB_1のアイテムのパターン(判定対象パターン)の列挙ツリーの例を示す図である。判定対象パターンの列挙ツリーは、ルートノードにアイテムがないヌルノードを、その子ノードに1つのアイテムのパターンのノードe,b,c,d,aを、さらにその子ノードに2つのアイテムのパターンのノードeb,ec,ed,ea,bc,bd,ba,cd,ca,daを、さらにその子ノードに3つのアイテムのパターンのノードebc…を、さらにその子ノードに4つのアイテムのパターンのノードebca,…を、その子ノードに5つのアイテムのパターンのノードebcdaをそれぞれ有する。前述したとおり、管理テーブル40のアイテムIの昇順で判定対象パターンの列挙ツリーが生成される。 10 is a diagram showing an example of an enumeration tree of item patterns (patterns to be determined) in the temporal database TDB_1. The enumeration tree of patterns to be determined has a null node with no items as its root node, and its child nodes are nodes e, b, c, d, and a, which are patterns of one item. Its child nodes are nodes eb, ec, ed, ea, bc, bd, ba, cd, ca, and da, which are patterns of two items. Its child nodes are nodes ebc..., which are patterns of three items. Its child nodes are nodes ebca,..., which are patterns of four items. Its child nodes are nodes ebcda,..., which are patterns of five items. As described above, the enumeration tree of patterns to be determined is generated in ascending order of items I in the management table 40.
PNP検出モデルは、列挙ツリーのノードを深さ方向優先でスキャンし、各ノードのアイテムのパターンがPNPの3つの制約を満たすか否か判定する(図3のS11)。深さ方向優先のスキャン順は、ヌルノード、e, eb, ebc, ebcd, ebcda, ebca…である。つまり、プロセッサは、sup(item)が少ないアイテムが組み合わされたパターンを優先してPNP判定を行う。 The PNP detection model scans the nodes of the enumeration tree depth-first and determines whether the item pattern at each node satisfies the three PNP constraints (S11 in Figure 3). The depth-first scan order is null node, e, eb, ebc, ebcd, ebcda, ebca... In other words, the processor prioritizes patterns that combine items with fewer sup(item)s to determine PNP.
PNP検出モデルは、判定対象のノードのパターンXについて、(i)近傍パターンか否かの判定(S13)と、(ii)周期的サポートPS(X)が基準値minPS以上か否かの判定及び(iii)相対的周期的サポートRPS(X)が基準値minRPS以上か否かの判定(S14)を行う。これら3つの判断がいずれも真の場合(S13, S14のYES)、PNP検出モデルは、判定対象のノードのパターンXをPNPと判定する(S15)。これら3つの判断のいずれかが偽の場合(S13のNO、S14のNO)、PNP検出モデルは、判定対象のノードのパターンXをPNPと判定しない。 The PNP detection model determines whether pattern X of the node being evaluated is (i) a neighborhood pattern (S13), (ii) whether the periodic support PS(X) is greater than or equal to the reference value minPS, and (iii) whether the relative periodic support RPS(X) is greater than or equal to the reference value minRPS (S14). If all three of these determinations are true (YES in S13 and S14), the PNP detection model determines that pattern X of the node being evaluated is PNP (S15). If any of these three determinations is false (NO in S13, NO in S14), the PNP detection model does not determine that pattern X of the node being evaluated is PNP.
PNP検出モデルは、次の判定対象のノードのパターンXを以下の通り抽出する。
(1)S13、S14の両方がYESの場合、深さ方向優先のアルゴリズムに基づく次のノードのパターンXを抽出する。
(2)S13、S14のいずれかがNOの場合、深さ方向優先のアルゴリズムに基づく次のノードに進むことを停止し、判定済みノードの親ノードの次のノードのパターンXを抽出する。深さ方向優先のサーチを停止できる理由は次の通りである。判定S13については、判定対象パターンのアイテムが増加する場合、最大アイテム間距離が短くなることはない。判定S14についても、判定対象パターンのアイテムが増加する場合、PS(X)とRPS(X)の分子の短い発生間時間の数|IIATX|が増加することはない。また、PS(X)の分母(|TDB|-1)と、RPS(X)の分母(eを含むパターンの場合sup(e))はいずれも一定である。サーチを停止できる上記の特性は、変換可能な抗単調特性(convertible ant-monotonic property)と言われる。
The PNP detection model extracts the pattern X of the next node to be determined as follows:
(1) If both S13 and S14 are YES, extract the pattern X of the next node based on the depth-first algorithm.
(2) If either S13 or S14 is NO, the depth-first algorithm stops advancing to the next node, and pattern X of the node next to the parent node of the node that has already been evaluated is extracted. The reason why the depth-first search can be stopped is as follows: For the evaluation S13, the maximum inter-item distance does not decrease as the number of items in the pattern to be evaluated increases. For the evaluation S14, the number of short inter-occurrence times |IIAT X | in the numerators of PS(X) and RPS(X) does not increase as the number of items in the pattern to be evaluated increases. Furthermore, the denominator of PS(X) (|TDB| -1) and the denominator of RPS(X) (sup(e) for patterns containing e) are both constant. The above property that allows the search to be stopped is called the convertible ant-monotonic property.
上記(2)によれば、列挙ツリー内の全ノードのパターンをPNPか否か判定する必要がないので、PNP検出処理を効率的に行うことができる。さらに、(2)によればPNP検出処理のサーチを早く終わらせることができる。その理由は次の通りである。 According to (2) above, there is no need to determine whether the patterns of all nodes in the enumeration tree are PNP or not, so the PNP detection process can be carried out efficiently. Furthermore, according to (2), the search for the PNP detection process can be completed quickly. The reasons for this are as follows:
例えば、アイテムeのノードをルートノードするツリー内のパターンの場合、周期的サポートPS(X)と相対的周期的サポートRPS(X)は以下の通りである。
PS(X) = |IIATX| or |IIATX|/(|TDB|-1)
RPS(X)=|IIATX|/(sup(e)-1)
前述したとおり両者の分母は一定である。また、深さ方向優先アルゴリズムでは、sup(item)が少ないアイテムを優先してパターンのアイテムが増えていく。従って、分子の|IIATX|は、アイテムの増加に応じて減少し、且つ最初の減少速度が最速である。その結果、あるアイテムをルートノードとするサブツリー内のサーチが早く停止する。
For example, for a pattern in a tree whose root node is the node of item e, the cyclic support PS(X) and relative cyclic support RPS(X) are as follows:
PS(X) = |IIAT X | or |IIAT X |/(|TDB|-1)
RPS(X) = |IIAT X |/(sup(e)-1)
As mentioned above, the denominators of both are constant. Also, in a depth-first algorithm, items with fewer sup(item) are prioritized as the number of pattern items increases. Therefore, the numerator |IIAT X | decreases as the number of items increases, and the initial rate of decrease is the fastest. As a result, the search within a subtree with a certain item as the root node stops early.
図4は、図3の処理S14の処理のフローチャートを示す図である。PNP検出モデルであるプロセッサは、時間データベースTDB内のパターンXが含まれる連続するトランザクションtidのタイムスタンプts間の時間iat(発生間時間iat)の集合IATXを生成する(S21)。次に、プロセッサは、発生間時間集合IATXの要素iatのうち、maxIAT以下の発生間時間iatX Xだけの集合IITAX(短い発生間時間の集合)を生成する。 4 is a flowchart of the process S14 in FIG. 3. The processor, which is a PNP detection model, generates a set IAT X of times i at between timestamps ts of consecutive transactions tid that include pattern X in the time database TDB (inter-occurrence times i at) (S21). Next, the processor generates a set IITA X (a set of short inter-occurrence times) of only the inter-occurrence times i at X X that are less than maxIAT among the elements i at of the inter-occurrence time set IATX.
図7に、パターンacが含まれるトランザクションの発生間時間集合IATacと、短い発生間時間集合IIATacの具体例が示されている。この場合maxIAT = 2に設定されている。 7 shows a specific example of an inter-occurrence time set IAT ac of a transaction including pattern ac and a short inter-occurrence time set IIAT ac . In this case, maxIAT=2 is set.
そこで、プロセッサは、短い発生間時間集合IITAXの数|IITAX|の、時間データベースTDB内の発生間時間itaの最大数(|TDB|-1)に対する、比率を、パターンXの周期的サポートPS(X)として算出する(S23)。または、PS(X)= |IITAX|でもよい。さらに、プロセッサは、短い発生間時間集合IITAXの数|IITAX|の、パターンXの全アイテムの発生回数の最小値(min(全sup(item))に対する、比率を、パターンXの相対的周期的サポートRPS(X)として算出する(S24)。 Therefore, the processor calculates the ratio of the number |IITA X | of short inter-occurrence time sets IITA X to the maximum number of inter-occurrence times ita in the temporal database TDB (|TDB|-1) as the cyclic support PS(X) of pattern X (S23). Alternatively, PS(X) = |IITA X | may be used. Furthermore, the processor calculates the ratio of the number |IITA X | of short inter-occurrence time sets IITA X to the minimum number of occurrences of all items in pattern X (min(all sup(item))) as the relative cyclic support RPS(X) of pattern X (S24).
図7に、パターンXの周期的サポートPS(X)と相対的周期的サポートRPS(X)の数式とパターンacのPS(ac), RPS(ac)の具体例が示されている。前述したとおり、周期的サポートPS(X)は、時間データベースTDBの全トランザクション数に対する短い発生間時間集合IITAXの要素数の比率である。一方、相対的周期的サポートRPS(X)は、パターンXのアイテムのうち最小発生回数に対する短い発生間時間集合の要素数の比率である。 Figure 7 shows the formulas for the periodic support PS(X) and relative periodic support RPS(X) of pattern X, as well as specific examples of PS(ac) and RPS(ac) of pattern ac. As mentioned above, periodic support PS(X) is the ratio of the number of elements in the short inter-occurrence time set IITA X to the total number of transactions in the temporal database TDB. On the other hand, relative periodic support RPS(X) is the ratio of the number of elements in the short inter-occurrence time set to the minimum number of occurrences of items in pattern X.
そして、プロセッサは、周期的サポートPS(X)が基準値minPS以上か否かと、相対的周期的サポートRPS(X)が基準値minRPS以上か否かとを判定する(S25)。図7の例では、minPS=2及びminRPS=60%に設定された場合、周期的サポートPS(ac) = 5、相対的周期的サポートRPS(ac)=71.4%であるので、プロセッサは、パターンacは2つの判定を満たすと判断する。その結果、プロセッサは、パターンacを周期的近傍パターンとして検出する。 The processor then determines whether the periodic support PS(X) is greater than or equal to the reference value minPS and whether the relative periodic support RPS(X) is greater than or equal to the reference value minRPS (S25). In the example of Figure 7, when minPS = 2 and minRPS = 60%, the periodic support PS(ac) = 5 and the relative periodic support RPS(ac) = 71.4%, so the processor determines that pattern ac satisfies both conditions. As a result, the processor detects pattern ac as a periodic neighborhood pattern.
[PS(X) >= minPS、RPS(X) >= minRPS]
図11は実世界のアプリケーションにより生成されるデータの分布と3つのクラスの例を示す図である。縦軸がアイテムのサポートを、横軸がサポートに基づいてソートされたアイテムの数である。
[PS(X) >= minPS, RPS(X) >= minRPS]
Figure 11 shows an example of the distribution of data generated by a real-world application and three classes. The vertical axis shows the support of an item, and the horizontal axis shows the number of items sorted based on the support.
実世界のアプリケーションにより生成されるデータは、図11に示す通り、アイテムのサポートが指数関数の分布を有する。このように、実世界のデータベース内の複数のアイテムは、概略的に3つのクラスに、即ち、頻度の高いアイテム(frequent items)、まれなアイテム(rare items)、非常にまれなノイズ的なアイテム(infrequent/noisy itmes)に、カテゴライズされうる。図11は、イメージ的な又は仮想的なアプリケーションのアイテムの分布と分類を示す。頻度の高い、まれな、そして非常にまれなノイズ的なアイテムの分類は、ユーザやアプリケーションに依存して主観的である。 Data generated by real-world applications has an exponential distribution of item support, as shown in Figure 11. Thus, items in a real-world database can be roughly categorized into three classes: frequent items, rare items, and infrequent/noisy items. Figure 11 shows the distribution and classification of items in a fictitious or imaginary application. The classification of frequent, rare, and infrequent/noisy items is subjective, depending on the user and the application.
多くの実世界のアプリケーションでは、ユーザは頻度の高いアイテム及びまれなアイテムに関する知識を見出すことに興味を持つ。しかし、まれなアイテムに関する知識を見出すことは、それらがデータベース内で単にわずかな回数しか発生しないので、非常に難しい。相対的周期的サポートの目的は、頻度の高いアイテム及びまれなアイテムに関する知識を検出することである。 In many real-world applications, users are interested in finding knowledge about frequent and rare items. However, finding knowledge about rare items is very difficult because they occur only a small number of times in the database. The goal of relative periodicity support is to discover knowledge about frequent and rare items.
周期的サポートの尺度は、それがアイテムのサポートを考慮せずにパターンの興味を決定するので、絶対的である。この尺度では、より高い周期的サポートは相対的に低い周期的サポートを持つパターンより興味があることを述べている。このように、この尺度は、頻度が高いアイテムを好む。周期的パターンがしばしば低い周期的サポート値を有するので、この周期的サポートの尺度はしばしば、まれなアイテムを含む周期的パターンを刈り取る(除外する)ことがある。 The cyclical support measure is absolute because it determines the interest of a pattern without considering the support of the items. This measure states that patterns with higher cyclical support are more interesting than patterns with relatively low cyclical support. Thus, this measure favors items that occur frequently. Because cyclical patterns often have low cyclical support values, this cyclical support measure often prunes (excludes) cyclical patterns that contain rare items.
例1:
図6、7の時間データベースTDBでは、アイテムaは頻度の高いアイテムであり、一方、アイテムcはまれなアイテムである。パターンacの周期的サポートPS(ac)は、5/19=26%である。周期的サポートは、周期的サポートPS(ac)が50%未満であるのでパターンacは興味のないパターンであることを示す。周期的サポートはパターン内のアイテムのサポート数を考慮しないので、周期的サポートの尺度は問題がある。
Example 1:
In the temporal database TDB shown in Figures 6 and 7, item a is a frequent item, while item c is a rare item. The periodic support PS(ac) of pattern ac is 5/19 = 26%. The periodic support indicates that pattern ac is an uninteresting pattern because its periodic support PS(ac) is less than 50%. The periodic support measure is problematic because it does not consider the number of items supported within the pattern.
本実施の形態の相対的周期的サポートの尺度は、パターン内のアイテムのサポート数を考慮して、パターンの興味性を決定する。もしパターンが頻度の高いアイテムのみ含む場合、相対的周期的サポートの尺度は、そのパターンが高い周期的サポートを持つことを確実にする。パターンがまれなアイテムを含む場合、相対的周期的サポートの尺度は、そのパターンが比較的低い周期的サポートを持ちうることを確実にする。 The relative periodic support measure in this embodiment determines the interestingness of a pattern by taking into account the support count of items in the pattern. If a pattern contains only frequent items, the relative periodic support measure ensures that the pattern has high periodic support. If a pattern contains rare items, the relative periodic support measure ensures that the pattern may have relatively low periodic support.
図6の時間データベースTable_3において、トップ2の高頻度アイテムa, dはサポートsup(a)=11, sup(d)=9である。もしminRPS=60%とすると、パターンadは以下の場合周期的近傍パターンPNPになりうる。
PS(ad)/(sup(d)-1) >= 60/100
よって、周期的サポートPS(ad)は、以下となる。
PS(ad) >= 60*(sup(d)-1)/100 = (60*8)/100 = 4.8
一方、アイテムeは低頻度sup(e) = 4である。パターンaeは以下の場合PNPになりうる。
PS(ae)/(sup(e)-1) >= 60/100
よって、周期的サポートPS(ae)は、以下となる。
PS(ae) >= 60*(sup(e)-1)/100 = (60*3)/100 = 2
従って、相対的周期的サポートの尺度は、高い頻度のアイテムを含むパターンがデータ内により周期的に発生しなければならず、一方、まれなアイテムを含むパターンがデータ内により少なく周期的に発生しうることを確実にする。
In the temporal database Table_3 in Figure 6, the top two most frequent items a and d have support sup(a) = 11 and sup(d) = 9. If minRPS = 60%, then pattern a can be a periodic neighborhood pattern PNP if:
PS(ad)/(sup(d)-1) >= 60/100
Therefore, the periodic support PS(ad) is:
PS(ad) >= 60*(sup(d)-1)/100 = (60*8)/100 = 4.8
On the other hand, item e has low frequency sup(e) = 4. Pattern ae can be PNP if:
PS(ae)/(sup(e)-1) >= 60/100
Therefore, the periodic support PS(ae) is:
PS(ae) >= 60*(sup(e)-1)/100 = (60*3)/100 = 2
Thus, the measure of relative periodic support ensures that patterns containing frequent items should occur more periodically in the data, while patterns containing rare items may occur less periodically in the data.
例2:
アイテムがn回発生する場合、n-1個の発生間時間が存在する。図6、7の時間データベースTDBでは、アイテムaは11回発生する。これにより、アイテムaは10個の発生間時間を持つ。同様に、TDB内で、アイテムcは8回発生し、7個の発生間時間を持つ。両アイテムaとcがTDB内で発生する最大回数は、minimum(11,8)=8である。これにより、パターンacに存在しうる発生間時間の最大数は、8-1=7である。相対的周期的サポートの尺度では、アイテムcの7回の発生間時間のうち、アイテムaが定期的にアイテムcと共に5回の発生間時間を持つ。発生間時間が全て短い発生間時間とすると、パターンacの相対的周期的サポートは5/7=71.4%であり、発生間時間の71.4%である。よって、アイテムaがアイテムcと共に時間データベース内で定期的に発生したことを意味する。従って、パターンacはユーザにとって興味があるパターンである。
Example 2:
If an item occurs n times, there are n-1 inter-occurrence times. In the temporal database TDB shown in Figures 6 and 7, item a occurs 11 times. This means that item a has 10 inter-occurrence times. Similarly, item c occurs 8 times in the TDB, resulting in 7 inter-occurrence times. The maximum number of times that both items a and c can occur in the TDB is minimum(11,8) = 8. This means that the maximum number of inter-occurrence times that can exist in pattern ac is 8 - 1 = 7. In terms of relative periodic support, out of the 7 inter-occurrence times for item c, item a periodically occurs with item c for 5 inter-occurrence times. If all inter-occurrence times are short inter-occurrence times, the relative periodic support for pattern ac is 5/7 = 71.4%, which is 71.4% of the inter-occurrence times. This means that item a periodically occurs with item c in the temporal database. Therefore, pattern ac is a pattern of interest to the user.
周期的サポートの尺度は、時間データベース内の全てのトランザクションを考慮してパターンの興味の有無を判定する。一方、相対的周期的サポートの尺度は、パターンのアイテムのどれかを含むトランザクションだけを考慮してパターンの興味の有無を判定する。相対的周期的サポートは、パターンのアイテムを含まないトランザクション(ヌルトランザクション)を考慮しない。それゆえ、ヌル不変性の性質と呼ばれ、実世界のアプリケーションに非常に有用である。 The cyclical support measure considers all transactions in a temporal database to determine whether a pattern is interesting. On the other hand, the relative cyclical support measure considers only transactions that contain any of the pattern's items to determine whether a pattern is interesting. Relative cyclical support does not consider transactions that do not contain any of the pattern's items (null transactions). This is why it is called the null-invariant property, and it is very useful in real-world applications.
図3の処理S14では、PNP検出モデルであるプロセッサは、PS(X)>=minPSと、RPS(X)>=minPS(X)とを判定する。前者は、パターンXの短い発生間時間の数または割合がminPS以上であることを意味し、短い発生間時間の数が少ないノイズのようなパターンを排除する。一方、後者は、最小頻度のアイテムの発生回数に対する、パターンXの短い発生間時間の数の比率である。RPS(X)の分母のパターンXの最小頻度のアイテムの発生回数は、パターンXの短い発生間時間の回数の可能な最大値に対応する。そのため、RPS(X)は、パターンXの短い発生間時間の回数の可能な最大値に対して、実際の発生間時間の回数がどのくらいの割合かを示す。 In step S14 of Figure 3, the processor, which is a PNP detection model, determines whether PS(X) >= minPS and RPS(X) >= minPS(X). The former means that the number or percentage of short inter-occurrence times of pattern X is greater than or equal to minPS, eliminating noise-like patterns with a small number of short inter-occurrence times. On the other hand, the latter is the ratio of the number of short inter-occurrence times of pattern X to the number of occurrences of the least frequent item. The number of occurrences of the least frequent item of pattern X, which is the denominator of RPS(X), corresponds to the maximum possible number of short inter-occurrence times of pattern X. Therefore, RPS(X) indicates the ratio of the actual number of inter-occurrence times to the maximum possible number of short inter-occurrence times of pattern X.
パターンXには、PS(X)>=minPSを満たさないが、RPS(X)>=minPS(X)を満たすパターンXが存在する。このパターンは、非常に頻度が低くノイズのようなアイテムを有する。従って、RPS(X)>=minPS(X)を満たしたとしても、このパターンXは興味のないパターンである。PS(X)>=minPSと、RPS(X)>=minPS(X)の両方を満たすパターンが興味あるパターンである。RPS(X)>=minPS(X)は、低い周期的サポートを持ち頻繁に発生するアイテムを含む興味のないパターンを除外するために利用される。 For pattern X, there exists a pattern X that does not satisfy PS(X) >= minPS, but does satisfy RPS(X) >= minPS(X). This pattern contains very infrequent, noise-like items. Therefore, even if RPS(X) >= minPS(X), this pattern X is uninteresting. A pattern that satisfies both PS(X) >= minPS and RPS(X) >= minPS(X) is an interesting pattern. RPS(X) >= minPS(X) is used to filter out uninteresting patterns that contain frequently occurring items with low periodic support.
[時空間データベースの他の例]
上記の実施の形態では、大気汚染の危険な値を測定したセンサの時空間データベースを例にして説明した。それ以外の例としては、定期的に降雨量が低く干ばつ状態の領域を特定するセンサの時空間データベースでもよい。花粉量を検出するセンサの時空間データベース、外出者数を検出するセンサの時空間データベース等にもPNP検出モデルを適用できる。
[Other examples of spatiotemporal databases]
In the above embodiment, a spatiotemporal database of a sensor that measures dangerous values of air pollution has been described as an example. Another example is a spatiotemporal database of a sensor that periodically identifies areas with low rainfall and drought conditions. The PNP detection model can also be applied to a spatiotemporal database of a sensor that detects pollen levels, a sensor that detects the number of people outside, and so on.
以上説明したとおり、本実施の形態によれば、PNP検出モデルは、パターン内の全アイテム対の最大距離が基準距離以上、パターンの周期的サポートが基準周期的サポート値以上、パターンの相対的周期的サポートが基準相対的周期的サポート値以上の全てを満たすパターンを、時空間データベース内の興味ある周期的近傍パターン(PNP)として検出する。これにより、近傍に位置し周期的に高い頻度で特定状態になるアイテムの組合せを検出できる。 As explained above, according to this embodiment, the PNP detection model detects as interesting periodic neighborhood patterns (PNPs) in the spatio-temporal database patterns that satisfy all of the following: the maximum distance between all item pairs in the pattern is equal to or greater than a reference distance, the periodic support of the pattern is equal to or greater than a reference periodic support value, and the relative periodic support of the pattern is equal to or greater than a reference relative periodic support value. This makes it possible to detect combinations of items that are located nearby and periodically enter a specific state with a high frequency.
SD: 空間データベース
Dist:近傍距離関数
X:パターン、近傍パターン
TDB:時間データベース
|TDB|:時間データベース内のトランザクション数
TSX:パターンXのタイムスタンプの集合
iat、IAT:発生間時間
sup(X):パターンXのサポート(頻度)
IATX:パターンXの発生間時間iatの集合
|IATX|:パターンXの発生間時間iatの集合の発生間時間の数
|IIATX|:パターンXのmaxIAT以下の発生間時間iat(短い発生間時間)の集合の短い発生間時間の数
PS(X):パターンXの周期的サポート、|IIATX|又は|IIATX|/(|TDB|-1)
RPS(X):パターンXの相対的周期的サポート、|IIATX|/(X内のアイテムの最小sup(item))
PNP:周期的近傍パターン
SD: Spatial Database
Dist: Neighborhood distance function
X: Pattern, Neighborhood Pattern
TDB: Time database | TDB |: Number of transactions in the time database
TS X : A set of timestamps for pattern X
iat, IAT: Inter-occurrence time
sup(X): Support (frequency) of pattern X
IAT X : Set of inter-occurrence times iat of pattern X | IAT X |: Number of inter-occurrence times in the set of inter-occurrence times iat of pattern X | IIAT X |: Number of short inter-occurrence times in the set of inter-occurrence times iat (short inter-occurrence times) less than maxIAT of pattern X
PS(X): Periodic support of pattern X, |IIAT X | or |IIAT X |/(|TDB|-1)
RPS(X): Relative cyclic support of pattern X, |IIAT X |/(min sup(item) of items in X)
PNP: Periodic Neighborhood Pattern
Claims (5)
前記プロセッサがアクセスするメモリとを有し、
前記プロセッサが、
それぞれ座標情報を有する複数のアイテムから、タイムスタンプ毎に所定の属性を有した前記アイテムである特定アイテムを含むパターンを抽出し、前記タイムスタンプと前記特定アイテムを含むパターンとを関連付けた時間データベースを生成し、
前記時間データベース内の複数の特定アイテムの全ての組み合わせを含む複数の判定対象パターンから、
(1)前記判定対象パターン内の特定アイテム間の最大距離が基準距離以下の近傍パターンであることと、
(2)前記判定対象パターンの周期的サポートが基準周期的サポート以上であることと、
(3)前記判定対象パターンの相対的周期的サポートが基準相対的周期的サポート以上であることと
を満たす周期的近傍パターンを検出する、処理を実行し、
前記周期的サポートは、前記判定対象パターンが前記時間データベース内で発生した隣接するタイムスタンプ間の発生間時間のうち、基準発生間時間以下の発生間時間の数または前記時間データベースの隣接するタイムスタンプ間の発生時間の数で正規化した前記基準発生間時間以下の発生間時間の数であり、
前記相対的周期的サポートは、前記判定対象パターンに含まれる特定アイテムのうち、前記時間データベース内で発生した回数が最小である特定アイテムの発生間時間の数で正規化した前記基準発生間時間以下の発生間時間の数である、周期的近傍パターン検出装置。 a processor;
a memory accessed by the processor;
the processor:
extracting patterns including specific items, which are items having predetermined attributes for each timestamp, from a plurality of items each having coordinate information, and generating a time database in which the timestamps are associated with patterns including the specific items;
From a plurality of patterns to be determined including all combinations of a plurality of specific items in the time database,
(1) The pattern to be judged is a neighboring pattern in which the maximum distance between specific items in the pattern to be judged is equal to or less than a reference distance;
(2) the periodic support of the pattern to be determined is equal to or greater than a reference periodic support ;
(3) the relative periodic support of the pattern to be judged is equal to or greater than a reference relative periodic support;
and performing a process to detect periodic neighborhood patterns that satisfy
the periodic support is the number of inter-occurrence times between adjacent timestamps at which the pattern to be determined occurs in the temporal database that are equal to or less than a reference inter-occurrence time, or the number of inter-occurrence times that are equal to or less than the reference inter-occurrence time normalized by the number of occurrence times between adjacent timestamps in the temporal database;
A periodic neighborhood pattern detection device, wherein the relative periodic support is the number of inter- occurrence times less than the reference inter-occurrence time normalized by the number of inter-occurrence times of a specific item that has occurred the smallest number of times in the temporal database among the specific items included in the pattern to be determined.
前記時間データベース内の特定アイテムから前記複数の判定対象パターンを有する列挙ツリーを生成し、前記列挙ツリーはヌルのルートノードと前記特定アイテムの数が深さ方向に増加する複数の子ノードを有し、
前記列挙ツリーの複数の子ノードの判定対象パターンを、前記ルートノードから深さ方向優先アルゴリズムで検索して前記周期的近傍パターンか否か判定し、
一旦判定対象パターンが前記周期的近傍パターンではないと判定された場合は、当該子ノードの次の子ノードへの検索を中止し、当該子ノードの親ノードの次のノードの判定対象パターンを前記周期的近傍パターンか否か判定する、請求項1に記載の周期的近傍パターン検出装置。 The process of detecting the periodic neighborhood pattern includes:
generating an enumeration tree having the plurality of patterns to be determined from the specific items in the time database, the enumeration tree having a null root node and a plurality of child nodes in which the number of the specific items increases in a depth direction;
searching for patterns to be determined in a plurality of child nodes of the enumeration tree from the root node using a depth-first algorithm to determine whether or not the patterns are periodic neighborhood patterns;
2. The periodic neighborhood pattern detection device according to claim 1, wherein once it is determined that the pattern to be determined is not the periodic neighborhood pattern, the search for the next child node of the child node is stopped, and a determination is made as to whether the pattern to be determined of the next node of the parent node of the child node is the periodic neighborhood pattern.
前記時間データベース内の特定アイテムから、前記特定アイテムの前記周期的サポートが第2の基準周期的サポート未満の特定アイテムを除去して縮小化時間データベースを生成し、
前記縮小化時間データベース内の残された特定アイテムの前記時間データベース内のサポートの昇順でソートされた順番で、前記残された特定アイテムを有する複数の判定対象パターンを有する列挙ツリーを生成する、請求項2に記載の周期的近傍パターン検出装置。 The processor further includes, in the process of detecting the periodic neighborhood pattern,
generating a reduced time database by removing from the specific items in the time database those specific items whose cyclic support is less than a second reference cyclic support ;
3. The apparatus for detecting periodic neighborhood patterns according to claim 2, wherein an enumeration tree is generated having a plurality of patterns to be determined having the specific items remaining in the reduced temporal database in an order sorted in ascending order of support in the temporal database for the specific items remaining in the reduced temporal database.
前記時間データベース内の複数の特定アイテムの全ての組み合わせを含む複数の判定対象パターンから、
(1)前記判定対象パターン内の特定アイテム間の最大距離が基準距離以下の近傍パターンであることと、
(2)前記判定対象パターンの周期的サポートが基準周期的サポート以上であることと、
(3)前記判定対象パターンの相対的周期的サポートが基準相対的周期的サポート以上であることと
を満たす周期的近傍パターンを検出する、処理をコンピュータに実行させ、
前記周期的サポートは、前記判定対象パターンが前記時間データベース内で発生した隣接するタイムスタンプ間の発生間時間のうち、基準発生間時間以下の発生間時間の数または前記時間データベースの隣接するタイムスタンプ間の発生時間の数で正規化した前記基準発生間時間以下の発生間時間の数であり、
前記相対的周期的サポートは、前記判定対象パターンに含まれる特定アイテムのうち、前記時間データベース内で発生した回数が最小である特定アイテムの発生間時間の数で正規化した前記基準発生間時間以下の発生間時間の数である、周期的近傍パターン検出プログラム。 extracting patterns including specific items, which are items having predetermined attributes for each timestamp, from a plurality of items each having coordinate information, and generating a time database in which the timestamps are associated with patterns including the specific items;
From a plurality of patterns to be determined including all combinations of a plurality of specific items in the time database,
(1) The pattern to be judged is a neighboring pattern in which the maximum distance between specific items in the pattern to be judged is equal to or less than a reference distance;
(2) the periodic support of the pattern to be determined is equal to or greater than a reference periodic support ;
(3) the relative periodic support of the pattern to be judged is equal to or greater than a reference relative periodic support;
detecting a periodic neighborhood pattern satisfying
the periodic support is the number of inter-occurrence times between adjacent timestamps at which the pattern to be determined occurs in the temporal database that are equal to or less than a reference inter-occurrence time, or the number of inter-occurrence times that are equal to or less than the reference inter-occurrence time normalized by the number of occurrence times between adjacent timestamps in the temporal database;
A periodic neighborhood pattern detection program, wherein the relative periodic support is the number of inter- occurrence times that are less than the reference inter-occurrence time, normalized by the number of inter-occurrence times of a specific item that has occurred the smallest number of times in the time database among the specific items included in the pattern to be determined.
前記時間データベース内の複数の特定アイテムの全ての組み合わせを含む複数の判定対象パターンから、
(1)前記判定対象パターン内の特定アイテム間の最大距離が基準距離以下の近傍パターンであることと、
(2)前記判定対象パターンの周期的サポートが基準周期的サポート以上であることと、
(3)前記判定対象パターンの相対的周期的サポートが基準相対的周期的サポート以上であることと
を満たす周期的近傍パターンを検出する、処理をコンピュータに実行させ、
前記周期的サポートは、前記判定対象パターンが前記時間データベース内で発生した隣接するタイムスタンプ間の発生間時間のうち、基準発生間時間以下の発生間時間の数または前記時間データベースの隣接するタイムスタンプ間の発生時間の数で正規化した前記基準発生間時間以下の発生間時間の数であり、
前記相対的周期的サポートは、前記判定対象パターンに含まれる特定アイテムのうち、前記時間データベース内で発生した回数が最小である特定アイテムの発生間時間の数で正規化した前記基準発生間時間以下の発生間時間の数である、周期的近傍パターン検出方法。 extracting patterns including specific items, which are items having predetermined attributes for each timestamp, from a plurality of items each having coordinate information, and generating a time database in which the timestamps are associated with patterns including the specific items;
From a plurality of patterns to be determined including all combinations of a plurality of specific items in the time database,
(1) The pattern to be judged is a neighboring pattern in which the maximum distance between specific items in the pattern to be judged is equal to or less than a reference distance;
(2) the periodic support of the pattern to be determined is equal to or greater than a reference periodic support ;
(3) the relative periodic support of the pattern to be judged is equal to or greater than a reference relative periodic support;
detecting a periodic neighborhood pattern satisfying
the periodic support is the number of inter-occurrence times between adjacent timestamps at which the pattern to be determined occurs in the temporal database that are equal to or less than a reference inter-occurrence time, or the number of inter-occurrence times that are equal to or less than the reference inter-occurrence time normalized by the number of occurrence times between adjacent timestamps in the temporal database;
A periodic neighborhood pattern detection method, wherein the relative periodic support is the number of inter- occurrence times less than the reference inter-occurrence time normalized by the number of inter-occurrence times of a specific item that has occurred the smallest number of times in the temporal database among the specific items included in the pattern to be determined.
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