Αλγόριθμοι συντομότερης διαδρομής σε οδικά δίκτυα και εφαρμογές του πραγματικού κόσμου

Εφεντάκης, Αλέξανδρος; Efentakis, Alexandros

dc.contributor.author	Εφεντάκης, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Efentakis, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2015-01-05T10:35:10Z
dc.date.available	2015-01-05T10:35:10Z
dc.date.issued	2015-01-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/39977
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.1432
dc.rights	Default License
dc.subject	isochrones	en
dc.subject	turning restrictions	en
dc.subject	shortest-path algorithms	en
dc.subject	k-NN queries	en
dc.subject	road networks	en
dc.subject	Οδικά δίκτυα	el
dc.subject	αλγόριθμοι συντομότερης διαδρομής	el
dc.subject	απαγορευμένες στροφές	el
dc.subject	ισοχρονικές καμπύλες	el
dc.subject	k-NN ερωτήματα	el
dc.title	Αλγόριθμοι συντομότερης διαδρομής σε οδικά δίκτυα και εφαρμογές του πραγματικού κόσμου	el
dc.title	Shortest-path algorithms on road networks and real-world applications	en
dc.contributor.department	Εργαστήριο Συστημάτων Βάσεων Γνώσεων και Δεδομένων	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Algorithms	en
heal.classification	Parallel algorithms	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85003487
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh98003394
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-12-19
heal.abstract	Κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες, οι αλγόριθμοι εύρεσης συντομότερης διαδρομής σε οδικά δίκτυα αποτέλεσαν μια ερευνητική περιοχή με έντονη δραστηριότητα που παρήγαγε σημαντικά ερευνητικά αποτελέσματα που χρησιμοποιούνται από χιλιάδες χρήστες σε όλο τον κόσμο. Δυστυχώς όμως, παρά την πληθώρα των επιμέρους μεθόδων και αλγόριθμων δεν υπάρχει μια μοναδική υπερ-μέθοδος που να μπορεί να επιλύσει κατά βέλτιστο τρόπο όλες τις δυνατές παραλλαγές ερωτημάτων για όλες τις πιθανές περιπτώσεις χρήσης. Για το σκοπό αυτό, η παρούσα διατριβή εστιάζει στη βελτίωση προηγούμενων μεθόδων που αφορούν ερωτήματα εύρεσης συντομότερης διαδρομής μεταξύ ενός ζεύγους σημείων και προτείνει νέους αλγόριθμους για πλήθος παραλλαγών του συγκεκριμένου προβλήματος, ειδικά στο πλαίσιο δυναμικών οδικών δικτύων με συχνές κυκλοφορικές ενημερώσεις. Τέτοιες σημαντικές παραλλαγές είναι: α) Το πρόβλημα “Ένας προς όλους” (εύρεση της απόστασης όλων των κόμβων του δικτύου από ένα συγκεκριμένο κόμβο) β) Το σχετιζόμενο πρόβλημα “Ένας-Προς-πολλούς” (στο οποίο θέλουμε να υπολογίσουμε την απόσταση μεταξύ ενός κόμβου - αφετηρία και ενός μεγάλου πλήθους άλλων στόχων). γ) Τα ερωτήματα “Εύρους” (εντοπίστε τους κόμβους που απέχουν λιγότερο από μια συγκεκριμένη απόσταση από τον κόμβο - αφετηρία), καθώς και δ) η εύρεση των k-πλησιέστερων γειτόνων (k-NN πρόβλημα) στο οποίο επιθυμούμε να εντοπίσουμε τους k-πλησιέστερους γειτονικούς κόμβους σε ένα κόμβο αφετηρία ανάμεσα από ένα πλήθος πιθανών στόχων. Για όλους τους παραπάνω διαφορετικούς ορισμούς ερωτημάτων συντομότερης διαδρομής σε οδικά δίκτυα, οι μέθοδοι και οι αλγόριθμοι που προτείνονται στην παρούσα διατριβή παρέχουν εξαιρετική απόδοση και πολύ σύντομους χρόνους προεπεξεργασίας που τις καθιστά κατάλληλες για αξιοποίηση σε πλήθος εφαρμογών και περιπτώσεων χρήσης. Ο δεύτερος κύριος στόχος της παρούσης διατριβής είναι να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ των διαφόρων τύπων ερωτημάτων συντομότερης διαδρομής σε οδικά δίκτυα και να προτείνει ένα ενιαίο πλαίσιο αλγόριθμων και δομών δεδομένων που να μπορεί να χειριστεί αποτελεσματικά όλες τις επιμέρους παραλλαγές των προβλημάτων συντομότερης διαδρομής, απαιτώντας ταυτόχρονα εξαιρετικά σύντομους χρόνους προεπεξεργασίας (λίγων δευτερολέπτων), ώστε να μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί και στην περίπτωση δυναμικών οδικών δικτύων με συχνές κυκλοφορικές ενημερώσεις. Μια τέτοια λύση θα είναι εξαιρετικά χρήσιμη για πολλά πρακτικά προβλήματα και θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πλήθος εφαρμογών του πραγματικού κόσμου. Συνεπώς, στην παρούσα εργασία αναπτύξαμε και μια υπηρεσία πραγματικού-χρόνου, που επιδεικνύει τις πρακτικά αποτελέσματα των προτεινόμενων μεθόδων, αξιοποιώντας δεδομένα κίνησης που προέρχονται από στόλους οχημάτων. Επιπλέον, η παρούσα εργασία επεκτάθηκε σημαντικά σε άλλους τομείς, όπως το Geomarketing, οι ενημερώσεις χαρτών, καθώς και ο πληθοπορισμός των συναισθημάτων των χρηστών ταξιδιωτικών ιστολογίων σε σχέση με το γεωγραφική τοποθεσία τους.	el
heal.abstract	During the last two decades, shortest-path algorithms in the context of road networks and mapping applications have been a very active area of research that has produced significant results used by thousands of users worldwide. Unfortunately, despite the plethora of efficient methods and algorithms, there has not been an one-size-fits-all solution that may universally handle all the different query variations and use-cases. To this end, this thesis focuses on advancing several aspects of the current state-of-the-art in this suggested area, by improving previous works regarding point-to-point queries and proposing novel algorithms addressing multiple shortest-path query variations, especially in the context of dynamic road-networks with frequent traffic updates. Those query variations include: (i) The single-source shortest-path problem (finding the shortest-path distances between a source vertex and all other graph vertices) (ii) The one-to-many variant (calculating distances between a source vertex and a set of target vertices). (iii) Range queries (find all vertices reachable from source vertex within a given timespan) and finally (iv) k-NN queries (finding the k-nearest objects to a given query location). For all those different query definitions on road networks, the methods and algorithms proposed in this dissertation provide excellent performance and very short preprocessing times, suitable for all types of practical use-cases and applications. The second main focus of this dissertation is to bridge the gap between the different solutions and types of shortest-path queries on road networks and propose a unified framework of algorithms and data structures that may efficiently handle all the different variations of shortest-path problems, while requiring very short preprocessing times of a few seconds, so that it may also be used in the case of dynamic road networks with frequent traffic updates. Such a solution will be extremely useful to many practical problems and may be used in several real-world applications. Consequently, within this work we have also developed a real-time service that demonstrates the practical applications of our novel results by utilizing traffic-data originating from vehicle fleets. Moreover, the results of our efforts have been significantly extended to multiple domains, from geomarketing applications and map-updates to crowdsourcing sentiments of users in relation to space.	en
heal.advisorName	Βασιλείου, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Βασιλείου, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Pfoser, Dieter	el
heal.committeeMemberName	Σελλής, Τιμολέων	el
heal.committeeMemberName	Κοντογιάννης, Κώστας	el
heal.committeeMemberName	Σταύρακας, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κοζύρης, Νεκτάριος	el
heal.committeeMemberName	Γουνόπουλος, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	146
heal.fullTextAvailability	true