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Enregistrement W2996401364 · doi:10.1145/3434391

Scalable Pattern Matching in Metadata Graphs via Constraint Checking

2021· preprint· en· W2996401364 sur OpenAlexaff
Tahsin Reza, Hassan H. Halawa, Matei Ripeanu, Geoffrey Sanders, Roger Pearce

Notice bibliographique

RevueACM Transactions on Parallel Computing · 2021
Typepreprint
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueGraph Theory and Algorithms
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesLawrence Livermore National LaboratoryU.S. Department of Energy
Mots-clésComputer scienceScalabilityTheoretical computer scienceVertex (graph theory)Iterated functionGraphDatabaseMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Pattern matching is a fundamental tool for answering complex graph queries. Unfortunately, existing solutions have limited capabilities: They do not scale to process large graphs and/or support only a restricted set of search templates or usage scenarios. Moreover, the algorithms at the core of the existing techniques are not suitable for today’s graph processing infrastructures relying on horizontal scalability and shared-nothing clusters, as most of these algorithms are inherently sequential and difficult to parallelize. We present an algorithmic pipeline that bases pattern matching on constraint checking . The key intuition is that each vertex and edge participating in a match has to meet a set of constraints implicitly specified by the search template. These constraints can be verified independently and typically are less expensive to compute than searching the full template. The pipeline we propose generates these constraints and iterates over them to eliminate all the vertices and edges that do not participate in any match, thus reducing the background graph to a subgraph that is the union of all template matches—the complete set of all vertices and edges that participate in at least one match. Additional analysis can be performed on this annotated, reduced graph, such as full match enumeration, match counting, or computing vertex/edge centrality. Furthermore, a vertex-centric formulation for constraint checking algorithms exists, and this makes it possible to harness existing high-performance, vertex-centric graph processing frameworks. This technique (i) enables highly scalable pattern matching in metadata (labeled) graphs; (ii) supports arbitrary patterns with 100% precision; (iii) enables tradeoffs between precision and time-to-solution, while always selects all vertices and edges that participate in matches, thus offering 100% recall; and (iv) supports a set of popular data analytics scenarios. We implement our approach on top of HavoqGT, an open-source asynchronous graph processing framework, and demonstrate its advantages through strong and weak scaling experiments on massive scale real-world (up to 257 billion edges) and synthetic (up to 4.4 trillion edges) labeled graphs, respectively, and at scales (1,024 nodes / 36,864 cores), orders of magnitude larger than used in the past for similar problems. This article serves two purposes: First, it synthesises the knowledge accumulated during a long-term project [Reza et al. 2017, 2018; Tripoul et al. 2018]. Second, it presents new system features, usage scenarios, optimizations, and comparisons with related work that strengthen the confidence that pattern matching based on iterative pruning via constraint checking is an effective and scalable approach in practice. The new contributions include the following: (i) We demonstrate the ability of the constraint checking approach to efficiently support two additional search scenarios that often emerge in practice, interactive incremental search and exploratory search . (ii) We empirically compare our solution with two additional state-of-the-art systems, Arabsque [Teixeira et al. 2015] and TriAD [Gurajada et al. 2014]. (iii) We show the ability of our solution to accommodate a more diverse range of datasets with varying properties, e.g., scale, skewness, label distribution, and match frequency. (iv) We introduce or extend a number of system features (e.g., work aggregation, load balancing, and the ability to cap the generated traffic) and design optimizations and demonstrate their advantages with respect to improving performance and scalability. (v) We present bottleneck analysis and insights into artifacts that influence performance. (vi) We present a theoretical complexity argument that motivates the performance gains we observe.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,026
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,011
Score d'incertitude au seuil0,022

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,026
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,003
Bibliométrie0,0030,004
Études des sciences et des technologies0,0020,002
Communication savante0,0040,008
Science ouverte0,0040,004
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0060,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,028
Tête enseignante GPT0,267
Écart entre enseignants0,239 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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