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MapReduce 환경에서 재그룹핑을 이용한 Locality Sensitive Hashing 기반의 K-Nearest Neighbor 그래프 생성 알고리즘의 개선
이인회(Inhoe Lee),오혜성(Hyesung Oh),김형주(Hyoung-Joo Kim) 한국정보과학회 2015 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.21 No.11
k-Nearest Neighbor(k-NN)그래프는 모든 노드에 대한 k-NN 정보를 나타내는 데이터 구조로써, 협업 필터링, 유사도 탐색과 여러 정보검색 및 추천 시스템에서 k-NN그래프를 활용하고 있다. 이러한 장점에도 불구하고 brute-force방법의 k-NN그래프 생성 방법은 O(n²)의 시간복잡도를 갖기 때문에 빅데이터 셋에 대해서는 처리가 곤란하다. 따라서, 고차원, 희소 데이터에 효율적인 Locality Sensitive Hashing 기법을 (key, value)기반의 분산환경인 MapReduce환경에서 사용하여 k-NN그래프를 생성하는 알고리즘이 연구되고 있다. Locality Sensitive Hashing 기법을 사용하여 사용자를 이웃후보 그룹으로 만들고 후보내의 쌍에 대해서만 brute-force하게 유사도를 계산하는 two-stage 방법을 MapReduce환경에서 사용하였다. 특히, 그래프 생성과정 중 유사도 계산하는 부분이 가장 많은 시간이 소요되므로 후보 그룹을 어떻게 만드는 것인지가 중요하다. 기존의 방법은 사이즈가 큰 후보그룹을 방지하는데 한계점이 있다. 본 논문에서는 효율적인 k-NN 그래프 생성을 위하여 사이즈가 큰 후보그룹을 재구성하는 알고리즘을 제시하였다. 실험을 통해 본 논문에서 제안한 알고리즘이 그래프의 정확성, Scan Rate측면에서 좋은 성능을 보임을 확인하였다. The k nearest neighbor (k-NN) graph construction is an important operation with many web-related applications, including collaborative filtering, similarity search, and many others in data mining and machine learning. Despite its many elegant properties, the brute force k-NN graph construction method has a computational complexity of O(n²), which is prohibitive for large scale data sets. Thus, (Key, Value)-based distributed framework, MapReduce, is gaining increasingly widespread use in Locality Sensitive Hashing which is efficient for high-dimension and sparse data. Based on the two-stage strategy, we engage the locality sensitive hashing technique to divide users into small subsets, and then calculate similarity between pairs in the small subsets using a brute force method on MapReduce. Specifically, generating a candidate group stage is important since brute-force calculation is performed in the following step. However, existing methods do not prevent large candidate groups. In this paper, we proposed an efficient algorithm for approximate k-NN graph construction by regrouping candidate groups. Experimental results show that our approach is more effective than existing methods in terms of graph accuracy and scan rate.
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