SAT-Based Algorithms for Regular Graph Pattern Matching

要約

グラフ マッチングはパターン認識の基本的な問題であり、ソフトウェア分析や計算生物学などの多くの応用例があります。
グラフ マッチング問題のよく知られたタイプの 1 つはグラフ同型性です。これは、2 つのグラフが同一であるかどうかを判断することから構成されます。
その有用性にもかかわらず、グラフ同型性を使用してチェックできるプロパティはかなり制限されています。これは、グラフ同型性では 2 つのグラフ間の厳密な等価性チェックのみが可能であるためです。
たとえば、ターゲット グラフが任意の長さのシーケンスの後に任意のサイズのループが続いているかどうかなど、複雑な構造特性をチェックすることはできません。
我々は、宣言的仕様を通じてそのようなプロパティをチェックできるようにするグラフ同型性の一般化を提案します。
この仕様は、正規グラフ パターン (ReGaP) の形式で提供されます。これは、正規表現からインスピレーションを得た特殊なタイプのグラフであり、可変サイズのシーケンスやサブグラフなどの任意の構造を表すワイルドカード ノードを含めることができます。
我々は、ターゲットグラフが特定のReGaPに一致するかどうかをチェックするためのSATベースのアルゴリズムを提案します。
また、アルゴリズムのパフォーマンスを向上させるための前処理手法を提案し、CodeSearchNet データセットのベンチマークに対する広範な実験評価を通じて評価します。

要約(オリジナル)

Graph matching is a fundamental problem in pattern recognition, with many applications such as software analysis and computational biology. One well-known type of graph matching problem is graph isomorphism, which consists of deciding if two graphs are identical. Despite its usefulness, the properties that one may check using graph isomorphism are rather limited, since it only allows strict equality checks between two graphs. For example, it does not allow one to check complex structural properties such as if the target graph is an arbitrary length sequence followed by an arbitrary size loop. We propose a generalization of graph isomorphism that allows one to check such properties through a declarative specification. This specification is given in the form of a Regular Graph Pattern (ReGaP), a special type of graph, inspired by regular expressions, that may contain wildcard nodes that represent arbitrary structures such as variable-sized sequences or subgraphs. We propose a SAT-based algorithm for checking if a target graph matches a given ReGaP. We also propose a preprocessing technique for improving the performance of the algorithm and evaluate it through an extensive experimental evaluation on benchmarks from the CodeSearchNet dataset.

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