Answering exact reverse k-nerarest neighbors queries in metric space

A complexidade dos dados armazenados em grandes bases de dados aumenta cada vez mais, criando a necessidade de novas operações de consulta. Uma classe de operações que tem apresentado interesse crescente são as chamadas Consultas por Similaridade, sendo as mais conhecidas as consultas por Abrangência (\'R IND. q\') e por k-Vizinhos mais Proximos (kNN), sendo que esta ultima obtem quais são os k elementos armazenados mais similares a um dado elemento de referência. Outra consulta que é interessante tanto para consultas diretas quanto como parte de operações de análises mais complexas e a operação de consulta aos k-Vizinhos mais Próximos Reversos (RkNN). Seu objetivo e obter todos os elementos armazenados que têm um dado elemento de referência como um dos seus k elementos mais similares. Devido a complexidade de execução da operação de RkNN, a grande maioria das soluções existentes restringem-se a dados representados em espaços multidimensionais euclidianos (nos quais estão denidas tambem operações cardinais e topológicas, além de se considerar a similaridade como sendo a distância Euclidiana entre dois elementos), ou então obtém apenas respostas aproximadas, sujeitas a existência de falsos negativos. Várias aplicações de análise de dados científicos, médicos, de engenharia, financeiros, etc. requerem soluções eficientes para o problema da operação de RkNN sobre dados representados em espaços métricos, onde os elementos não podem ser considerados estar em um espaço nem Euclidiano nem multidimensional. Num espaço métrico, além dos próprios elementos armazenados existe apenas uma função de comparação métrica entre pares de objetos. Neste trabalho, são propostas novas podas de espaço de busca e o algoritmo RkNN-MG que utiliza essas novas podas para solucionar o problema de consultas RkNN exatas em espaços métricos sem limitações. Toda a proposta supõe que o conjunto de dados esta em um espaço métrico imerso isometricamente em espaço euclidiano e utiliza propriedades da geometria métrica válida neste espaço para realizar podas eficientes por lei dos cossenos combinada com as podas tradicionais por desigualdade triangular. Os experimentos demonstram comparativamente que as novas podas são mais eficientes que as tradicionais podas por desigualdade triangular, tendo desempenhos equivalente quando comparadas em conjuntos de alta dimensionalidade ou com dimensão fractal alta. Assim, os resultados confirmam as novas podas propostas como soluções alternativas eficientes para o problema de consultas RkNNData stored in large databases present an ever increasing complexity, pressing for the development of new classes of query operators. One such class, which is enticing an increasing interest, is the so-called Similarity Queries, where the most common are the similarity range queries (\'R IND. q\') and the k-nearest neighbor queries (kNN). A k-nearest neighbor query aims at retrieving the k stored elements nearer (or more similar) to a given reference element. Another important similarity query is the reverse k-nearest neighbor (RkNN), useful both for queries posed directly by the analyst and for queries that are part of more complex analysis processes. The objective of a reverse k-nearest neighbor queries is obtaining the stored elements that has the query reference element as one of their k-nearest neighbors. As the RkNN operation is a rather expensive operation, from the computational standpoint, most existing solutions only solve the query when applied over Euclidean multidimensional spaces (as these spaces also define cardinal and topological operations besides the Euclidean distance between pairs of elements) or retrieve only approximate answers, where false negatives can occur. Several applications, like the analysis of scientific, medical, engineering or financial data, require efficient and exact answers for the RkNN queries over data which is frequently represented in metric spaces, that is where no other property besides the similarity measure exists. Therefore, for applications handling metrical data, the assumption of Euclidean metric or even multidimensional data cannot be used. In this work, we propose new pruning rules based on the law of cosines, and the RkNN-MG algorithm, which uses them to solve RkNN queries in a way that is exact, faster than the existing approaches, that is not limited for any value of k, and that can be applied both over static and over dynamic datasets. The new pruning rules assume that the data set is in a metric space that can be embedded into an Euclidean space and use metric geometry properties valid in this space to perform effective pruning based on the law of cosines combined with the traditional pruning based on the triangle inequality property. The experiments show that the new pruning rules are alkways more efficient than the traditional pruning rules based solely on the triangle inequality. The experiments show that for high high dimensionality datasets, or for metric datasets with high fractal dimensionality, the performance improvement is smaller than for for lower dimensioinality datasets, but it\'s never worse. Thus, the results confirm that the our pruning rules are efficient alternative to solve RkNN queries in genera