基于粒子群优化的数据库信息远程共享仿真

包空军，张新敬

(1.郑州轻工业大学工程训练中心，河南 郑州 450000；2.郑州轻工业大学数学与信息科学学院，河南 郑州 450000)

1 引言

在计算机技术迅速发展的带动下，各类数据信息可以实现方便快捷的网上传输或共享等各类功能。但在部分共享机制的实时性差，且只能在用户使用数据时才会体现出个性化差异服务，也无法有效避免数据在共享过程中的泄露或被攻击等安全问题。

相关学者提出如下研究成果：文献[1]建立一种基于群集数据库的信息共享方案，主要功能是将虚拟化的单位数据信息扩展为集群形式，使网络中大多数的应用数据在不需要调试的情况下，就可以直接运行在集群形式的环境下，实现用户的数据库信息的相互共享。此方案实施方式较为简便，但不能保证共享信息的准确性和实时性，相对来说综合性能较差；文献[2]则是通过建立一种共享平台来实现数据库信息的远程共享。此平台框架主要提供数据共享、数据预报及制作等服务，基于数据库特性和中间件关键技术实现远程共享目的，利用预设制作系统中的资源共享技术，及WEBGIS共同组成数据展示平台，向用户提供线上数据远程共享服务。但在同一平台进行远程数据共享时，信息传输误差大，时效性较差；文献[3]提出构建一种基于多源数据分析的簇内数据库信息共享方案，通过数据特征集中展现和集中分布的方式达成目的，可自动选择多个客户进行多组数据重传输，降低簇内传输次数，进而实现信息远程分享。但因簇内传输次数越多，费用及各种开销较大，且容易忽略用户个性化需求。

为此，本文方法从网络环境入手，提出一种基于粒子群优化的数据库信息远程共享方法。对大量结构差异较大的数据库信息实现统一远距离数据传输及共享，并对传输速度、个性化服务及成本费用进行全面分析，完成高效共享。利用粒子群优化方法对数据库信息看做粒子进行初始化参数等操作处理，完成最优传输数据库。能够为实现远程共享技术提供有力支持。同时，还考虑到客户共享服务及计算机网络等硬件问题，构建了共享服务平台，一方面断绝客户在进行远程共享时出现信息泄露的情况，另一方面降低传输时间、提高时效性，使用户获得的信息是实时信息。仿真结果证明，通过基于粒子群优化的数据库信息远程共享研究，可以有效改善上述忽略个性化服务及准确性差等问题。

2 数据库信息远程共享整体构架

数据库信息远程共享的整体构架。主要包括数据采集模块、最优数据库选取模块、数据信息共享转换模块及用户共享平台模块。整体构架如图1所示。

图1 数据库信息远程共享结构

数据采集模块通过物联网大数据技术采集各类实时信息，并将全部记录与数据进行大面积覆盖。而建立整体构架主要起到将数据信息与物体间形成可靠紧密联系的作用，将实际物体作为共享源头来自主性传递信息，再根据数据传输标准转换录入数据库中，最终，形成数据与实物信息一一对应的关系。同时在进入数据库时设立访问权限[4]，确保数据安全，提高安全性能。

最优数据库选取模块可以说是整个远程共享传输过程的地基，只有对根源部位进行加固处理才能保证整个过程的完美实施，通过对信息目标函数求解并分析实时的量子信息状态，将粒子看做数据库信息进行最新状态更新，直至符合要求。

数据信息共享转换模块主要通过软件转换来对数据格式进行调试，能够保证数据信息的实时状态以及格式的统一性，以便确保传输的完美实现。

共享平台模块是整体构架中的核心部分，建立数据库信息远程共享平台，给用户提供方便快捷的功能如：信息查询、信息反馈及安全性能检测等。

3 基于粒子群优化的最佳数据库选取

为保证数据库信息远程共享的安全性能及效率问题，建立基于粒子群优化的目标函数[5]，对目标函数进行求解完成最优数据库信息输出。首先，将量子机制引入到量子力学势场(即无电流场)中，就会出现粒子一直向低势能方向运动的现象，所以根据此种特性，通过粒子群优化方法对数据库信息远程共享目标函数进行求解，以此获取最优共享数据库[6-7]。

在粒子群优化方法中，根据薛定谔方程公式对随时间变化的量子状态的方差进行分析表述[8]，其方程如下

(1)

式中，x代表在[0，1]区间内呈均匀状态分布的随机函数，h表示普朗克常数值，mp表示粒子的常规质量，G表示势能量函数，∇2表示普拉斯公式中的算数分子，F表示波频函数，在上述方程过程中，F(x，t)是未知的，它的平方值就是粒子出现的概率及密度函数的体现。在此之上，势能分布方程G(x)可表示为

G(x)=εδ(x)

(2)

式中，ε0，δ(x)表示狄拉克函数δ(·)，根据上述两个公式求解可得公式F(x)，其表达含义如下

(3)

(4)

在势阱中分布的粒子满足薛定谔方程原理，在粒子的运动过程中通常下一时刻的运动位置都是未知的，需要通过计算获得该位置[9]。本文令e-2|x|/l=α，α为[0，1]，实现在范围内满足正态函数的随机分布，就会获得以下关系式

(5)

其中，将l重新定义为l=2β|x-xk|，xk则表示数据库信息进行远程共享时，为达成目的的多目标优化函数。即为xk=minK，这样就会有以下关系式

(6)

式中，β表示长期控制参数，Δx表示粒子运动距离。粒子位置的重新变更公式如下

xi(t+1)=xi(t)±Δxi(t)

(7)

同时，为了增强共享多样性及寻优性能，假设粒子群组就为量子机制系统，把所有搜索范围当做势能场[10]，这时，期望粒子运动到最优位置的概率就会大大增加。

如果将粒子群全部收敛至局部内吸引粒子pij旁，就会出现粒子群收敛效果。其中，pij就为第i维吸引粒子在第j个粒子上的表现，有

(8)

上述公式是以全局为基准进行粒子寻优，以此进行推断可得局部粒子寻优的更新公式为

(9)

通过上述分析可知，充分利用与粒子相关的全部信息的寻优方法，较适用于局部内使用。

采用粒子群优化方法对粒子进行寻找最优目标时，就可将数据库信息看做粒子，对其参数采取初始化数据等措施，并分组进行粒子运动的位置更新，对两组粒子的最优目标函数进行更进。每隔n代，就会出现最优粒子替换较差粒子，直到符合最终条件为止，输出最优粒子，即为最优数据库输出方案。

4 数据库信息格式共享转换机制

数据格式的互相转换机制是现阶段使用最为广泛的一种解决信息远程共享的方案，也是在进行数据远程共享时必不可少的预处理步骤。其主要是通过把其它格式的数据经过专门的转换软件进行转换，变成在共享时可以使用的数据格式[11]。为了增强数据库信息的通用性，除了数据库内部的传输格式外，还会带有文本形式的交换格式，如现有的Arc/InfoE00格式、MID/MIF格式、Map GIS等数据格式文件，通过交换格式可以实现不同数据库之间的互相共享及转换。

在进行数据的格式转换时还必须保证以下几点要求才能合理彻底地实现数据库信息的远程共享，并保证其共享质量及其它指标的合理实现[12]。

1)由于不同的传输空间的实体描述方法不同及数据模型都各有不同，所以在只考虑格式转换不考虑其它因素的情况下，容易丢失源数据因而造成不能准确表达相应信息的状况，这时就需要对数据格式进行实时更新。

2)数据转换的过程较为复杂，所以在进行远程共享之前就要把数据传输的文件更换为可识别格式数据，之后再进行内部交换，此时如果数据需要进行不间断更新，为了保证数据之间格式的一致性，就需要对数据进行频繁转换以便实现远程共享。

进行数据转换机制的好处在于，在实施远程共享前利用此机制对数据先采取一个预处理措施，以保证后续工作的有效实施。从而保证数据信息的完整性及共享效率，避免在共享时产生不必要的因素影响进度。

5 数据库信息共享平台实现

为了打造更好的用户体验，将针对若干组数据库信息远程共享模式，通过上述方法寻优得到最佳共享方式。并以物联网为环境基础，构建远程共享平台。并根据不同用户需求设立不同共享机制，引入兴趣约束，分析用户兴趣差异，为其提供个性化服务，保证实现最优共享方案。

现在我国信息共享平台的基本情况是：大对数是面向互联网平台的个性化网站，不能保证用户的信息安全及传输效率等问题。所以建立对应的数据库信息远程共享平台是很有必要的，让其在不同数据库下都能实现信息交换、流程控制和数据储存等功能。平台主要通过规范化、标准化的管理机制，能够有效消除由数据数量较大、数据库信息差异性较大及共享时间较长等因素引起的共享结果不理想。

通过数据库信息远程共享平台，实现数据的高度共享和协同办公，保证数据共享的简便性、可靠性、安全性、高效性及透明性。

由图2可知，此数据库信息远程共享平台主要由5大层次结构设计而成。主要有用户交互层：其工作解决集成服务器与转换机制之间的连接口与数据接口的问题。流程整合层：其主要实现不同数据系统之间的信息转换问题。应用整合层：其主要将不同用户的数据信息特征联系在一起，进行协同工作，并提供相关服务包括：监控、规划及设计等管理。应用接口层：其则是为用户提供在信息界面上的统一入口，为用户提供直观便捷的服务，信息系统基础设施：将内部与外部的数据组成统一的整体，从而实现不同数据之间的共享机转换。

图2 数据库信息远程共享与交换平台模型

6 仿真研究

从数据库信息远程共享的信息丢失率和共享效率两个方面入手分析，测试不同方法下其各类性能。其中共享效率结果如图3所示。

图3 不同方法信息共享完整性对比结果

从图3可以看出，利用本文方法的数据库信息共享效率曲线，明显高于其它三种方法。说明基于粒子群优化算法能够充分反应数据信息粒子的时间效益，得到信息粒子的最优运动位置，从而保障了信息精确性和安全性。

从图4的仿真结果可以分析得出，本文方法的信息共享丢失率曲线明显低于其它三种方法，相对于文献的方法，利用本文所提方法对数据库信息进行远程共享，可以依据电子力学势场特性，并有效地求解出最优目标，从而满足了远程共享机制对其整合质量的需求。在进行共享时的准确率及综合效果都是较好的，在很大程度上保证了用户的信息安全及共享质量。

图4 不同方法信息共享丢失率对比结果

仿真结果证明基于本文方法的远程共享整体质量较高，极大地保障了数据库信息的可靠性和完整性。

由表1可以看出，基于本文方法的数据库信息远程共享的各个指标性能都是极为优异的，其中在实施远程共享时最为重要的就是传输效率及信息泄露可能性。

表1 不同远程共享方法实验效果对比

本文方法很好的做到了在保证信息高效传输的同时，又提过共享平台完美地确保了用户的信息安全问题。在最大程度上保证用户权益改善现阶段出现的问题。

7 结论

本文提出一种基于粒子群优化的数据库信息远程共享方法，针对远程共享时常出现的问题进行研究。通过粒子群优化求解目标法得出最优传输数据库，在此基础上构建数据远程共享平台，实现用户的在线共享及传输等多种功能服务，保证共享效率及安全性。经过优化后的共享数据库不仅能保证共享信息的实效性，还能引入兴趣度约束，提高用户体验。

本文提出的方法通过各种技术集成才能真正实现远程数据共享的高速和透明性，其中数据格式的转换技术就起到很好的辅助作用，帮助简化用户操作流程，提高共享效率，深化共享应用的深度及广度。且具有简单性、开放性、规范性、灵活性、可扩充性等各类优点，可以有效实现不同领域中数据库信息的远程共享。