[發(fā)明專利]一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110475590.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN112988802B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范淑煥;侯孟書;楊鍵;詹思瑜;周世杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F16/2453
• 分類號(hào): G06F16/2453;G06F16/242;G06F16/22;G06F16/28;G06N3/04;G06N3/08;G06N20/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：通過樹卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取邏輯計(jì)劃樹及優(yōu)化器狀態(tài)信息特征；

步驟1具體包括以下子步驟：

步驟101：使用樹卷積對(duì)編碼后的邏輯計(jì)劃樹進(jìn)行狀態(tài)特征的提取；

步驟102：將可用規(guī)則集合標(biāo)識(shí)Flag轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制對(duì)應(yīng)的向量；將規(guī)則應(yīng)用步驟Step采用onehot編碼為一維向量；

步驟103：將Flag編碼過后的向量與Step編碼過后的向量進(jìn)行拼接并封裝成為元組形式，得到一個(gè)單節(jié)點(diǎn)樹形編碼，編碼樹將與邏輯計(jì)劃編碼樹一同通過樹卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，提取出數(shù)據(jù)庫狀態(tài)的特征信息；

步驟2：利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型獲得匹配的優(yōu)化規(guī)則應(yīng)用順序；

步驟2具體包括以下子步驟：

步驟201：將邏輯計(jì)劃樹及相關(guān)信息編碼作為狀態(tài)信息輸入；

步驟202：采用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法識(shí)別狀態(tài)信息特征，計(jì)算每一步應(yīng)執(zhí)行的優(yōu)化規(guī)則序號(hào)作為輸出；

步驟203：以數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行延時(shí)作為獎(jiǎng)勵(lì)反饋，重構(gòu)邏輯優(yōu)化規(guī)則原有應(yīng)用方法；

步驟3：優(yōu)化器選擇適合當(dāng)前查詢的優(yōu)化規(guī)則。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化方法，其特征在于，對(duì)于樹卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樹中的任意節(jié)點(diǎn)，要求其左右孩子都為空或都不為空；在對(duì)邏輯計(jì)劃樹這棵左深樹編碼過程中，如果存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在左子樹的情況下右孩子節(jié)點(diǎn)為空，則統(tǒng)一按照擴(kuò)展邏輯計(jì)劃編號(hào)21進(jìn)行編碼，表示該節(jié)點(diǎn)右子樹上沒有邏輯算子。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化規(guī)則可以被多次選中，增加整個(gè)邏輯優(yōu)化對(duì)于不同查詢語句的靈活性；對(duì)于新添加的規(guī)則，只需要放入規(guī)則集即可加入模型訓(xùn)練的過程，增加了邏輯優(yōu)化的可擴(kuò)展性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化方法，其特征在于，所述相關(guān)信息編碼包括可用規(guī)則集合標(biāo)識(shí)Flag和規(guī)則應(yīng)用步驟Step。

5.一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括規(guī)則應(yīng)用與信息采集模塊、機(jī)器學(xué)習(xí)模塊和數(shù)據(jù)交換模塊；所述規(guī)則應(yīng)用與信息采集模塊和機(jī)器學(xué)習(xí)模塊通過數(shù)據(jù)交換模塊連接，通過本地 RPC 請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與規(guī)則應(yīng)用與信息采集模塊和機(jī)器學(xué)習(xí)模塊的數(shù)據(jù)交互；

所述規(guī)則應(yīng)用與信息采集模塊用于采集查詢優(yōu)化器在邏輯優(yōu)化階段每個(gè)規(guī)則應(yīng)用步驟的狀態(tài)信息，將這些狀態(tài)信息發(fā)送到機(jī)器學(xué)習(xí)模塊獲得下一步應(yīng)用的規(guī)則，并在數(shù)據(jù)庫中應(yīng)用規(guī)則以完成對(duì)計(jì)劃樹的邏輯優(yōu)化；在查詢執(zhí)行結(jié)束時(shí)，將執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行是否成功的信息采集發(fā)送到機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，由機(jī)器學(xué)習(xí)模塊轉(zhuǎn)化為獎(jiǎng)勵(lì)信息存儲(chǔ)并用于之后的訓(xùn)練過程；

所述機(jī)器學(xué)習(xí)模塊接收數(shù)據(jù)庫端發(fā)送來的邏輯計(jì)劃樹、規(guī)則應(yīng)用步驟狀態(tài)信息，并將這些信息編碼成為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，通過神經(jīng)網(wǎng)路模型的計(jì)算最終輸出下一步建議數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的規(guī)則編號(hào)，然后在下一次獲得狀態(tài)信息的時(shí)候?qū)⑸弦徊降莫?jiǎng)勵(lì)轉(zhuǎn)化，并和上一步的操作一起作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行存儲(chǔ)，經(jīng)過一段時(shí)間后隨機(jī)抽取部分經(jīng)驗(yàn)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

所述數(shù)據(jù)交換模塊用于規(guī)則應(yīng)用與信息采集模塊和機(jī)器學(xué)習(xí)模塊的數(shù)據(jù)傳輸，采用RPC本地調(diào)用實(shí)現(xiàn)；使數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化器得以和強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)從SQL輸入到按照合理的規(guī)則應(yīng)用順序進(jìn)行優(yōu)化。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述規(guī)則應(yīng)用與信息采集模塊通過修改數(shù)據(jù)內(nèi)核代碼將該模塊內(nèi)嵌在數(shù)據(jù)庫查詢引擎中，使數(shù)據(jù)庫在查詢正常執(zhí)行的同時(shí)能夠外接機(jī)器學(xué)習(xí)模塊。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器學(xué)習(xí)模塊采用DQN算法搭建了強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型，以邏輯計(jì)劃樹、可用規(guī)則集合標(biāo)識(shí)Flag和規(guī)則應(yīng)用步驟Step作為當(dāng)前狀態(tài)s傳入強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型，通過當(dāng)前狀態(tài)s計(jì)算執(zhí)行動(dòng)作a，以a作為規(guī)則序號(hào)返回給數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫獲得規(guī)則序號(hào)后，從規(guī)則集中取出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化規(guī)則應(yīng)用到邏輯計(jì)劃樹上。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器學(xué)習(xí)模塊對(duì)數(shù)據(jù)庫收集到的相關(guān)狀態(tài)信息編碼之前，首先需要對(duì)邏輯計(jì)劃樹進(jìn)行反序列化操作，將對(duì)節(jié)點(diǎn)的編碼操作結(jié)合到遍歷字符串的轉(zhuǎn)化過程中，只需要對(duì)邏輯計(jì)劃樹進(jìn)行一次遍歷即可獲得編碼后的狀態(tài)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。