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논문 상세정보

n-gram/2L: 공간 및 시간 효율적인 2단계 n-gram 역색인 구조

n-Gram/2L: A Space and Time Efficient Two-Level n-Gram Inverted Index Structure

초록

n-gram 기반 역색인 구조는 언어 중립적이고 에러 허용적인 장점들로 인해 일부 아시아권 언어에 대한 정보 검색이나 단백질과 DNA의 sequence의 근사 문자열 매칭에 유용하게 사용되고 있다. 그러나, n-gram 기반의 역색인 구조는 색인의 크기가 크고 질의 처리 시간이 오래 걸린다는 단점들을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 n-gram 기반 역색인의 장점을 그대로 유지하면서 색인의 크기를 줄이고 질의 처리 성능을 향상시킨 2단계 n-gram 역색인(간단히 n-gram/2L 역색인이라 부른다)을 제안한다. n-gram/2L 역색인은 n-gram 기반 역색인에 존재하던 위치 정보의 중복을 제거한다. 이를 위해 문서로부터 길이 m의 m-subsequence들을 추출하고, 그 m-subsequence들로부터 n-gram을 추출하여 2단계로 역색인을 구성한다. 이러한 2단계 구성 방법은 이론적으로 의미 있는 다치 종속성이 존재하는 릴레이션을 정규화하여 중복을 제거하는 것과 동일하며, 이를 본문에서 정형적으로 증명한다. n-gram/2L 역색인은 데이타의 크기가 커질 수록 n-gram 역색인에 비해 색인 크기가 줄어들며 질의 처리 성능이 향상되고, 질의 문자열의 길이가 길어져도 질의 처리 시간이 거의 증가하지 않는 좋은 특성을 가진다. 1GByte 크기의 데이타에 대한 실험을 통하여, n-gram/2L 역색인은 n-gram 기반 역색인에 비해 최대 1.9${\~}$2.7배 더 작은 크기를 가지면서, 동시에 질의 처리 성능은 3${\~}$18 범위의 길이를 가지는 질의들에 대해 최대 13.1배 향상됨을 보였다.

Abstract

The n-gram inverted index has two major advantages: language-neutral and error-tolerant. Due to these advantages, it has been widely used in information retrieval or in similar sequence matching for DNA and Protein databases. Nevertheless, the n-gram inverted index also has drawbacks: the size tends to be very large, and the performance of queries tends to be bad. In this paper, we propose the two-level n-gram inverted index (simply, the n-gram/2L index) that significantly reduces the size and improves the query performance while preserving the advantages of the n-gram inverted index. The proposed index eliminates the redundancy of the position information that exists in the n-gram inverted index. The proposed index is constructed in two steps: 1) extracting subsequences of length m from documents and 2) extracting n-grams from those subsequences. We formally prove that this two-step construction is identical to the relational normalization process that removes the redundancy caused by a non-trivial multivalued dependency. The n-gram/2L index has excellent properties: 1) it significantly reduces the size and improves the Performance compared with the n-gram inverted index with these improvements becoming more marked as the database size gets larger; 2) the query processing time increases only very slightly as the query length gets longer. Experimental results using databases of 1 GBytes show that the size of the n-gram/2L index is reduced by up to 1.9${\~}$2.7 times and, at the same time, the query performance is improved by up to 13.1 times compared with those of the n-gram inverted index.

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