Publication:
Optimizing skyline queries in large-scale uncertain graph using graph neural networks and reinforcement learning

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.department936f101d-4fc9-4f6f-ba63-dfaf1b5d0672
cris.virtualsource.orcid936f101d-4fc9-4f6f-ba63-dfaf1b5d0672
dc.contributor.authorKays, H M Ikram
dc.contributor.supervisorRaini Hassan
dc.contributor.supervisorDini Oktarina Dwi Handayani
dc.date.accessioned2026-01-20T04:41:29Z
dc.date.available2026-01-20T04:41:29Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractSkyline queries play a critical role in multi-criteria decision-making by identifying data points that are not dominated by others, thus offering optimal choices to users. These queries are particularly valuable in transportation management, logistics, route optimization, and decision support systems. However, existing skyline query processing algorithms exhibit limited effectiveness when applied to large-scale and uncertain graph datasets, due to their reliance on exhaustive dominance comparisons, and sensitivity to uncertainty, which collectively result in incompatibility when applied in real-world graph environments. To address these challenges, this research proposes a novel skyline query processing framework that integrates Graph Neural Networks (GNNs) with Reinforcement Learning (RL), enabling effective representation learning over uncertain graph structures and adaptive skyline selection, a solution to ensure compatibility, and also test the potential scalability of the framework. As part of the contribution, large-scale uncertain graph datasets are systematically constructed with controlled size, density, and uncertainty levels to enable rigorous evaluation and scalability analysis. The proposed method is evaluated using 10-fold cross-validation, and performance is measured using accuracy, precision, recall, F1-score, and ROC-AUC. Experimental results demonstrate that while baseline skyline algorithms achieve acceptable accuracy, they suffer from significantly lower precision and recall, leading to suboptimal identification of skyline points. In contrast, the proposed GNN-RL framework achieves an accuracy of 98.97% alongside recall and F1-score above 98%, demonstrating strong robustness in uncertain graph settings. Furthermore, scalability experiments across varying dataset sizes confirm the suitability of the proposed approach for large-scale skyline query processing. This research contributes both theoretically and practically to intelligent data analytics and supports the United Nations Sustainable Development Goal (SDG) No. 9 which promotes resilient infrastructure, sustainable industrialization, and innovation through the development of scalable and intelligent data-driven technologies.
dc.description.abstractarabicتلعب استعلامات الأفق (Skyline queries) دوراً حاسماً في اتخاذ القرارات متعددة المعايير من خلال تحديد نقاط البيانات التي لا تهيمن عليها نقاط أخرى، مما يوفر خيارات مثلى للمستخدمين. وتُعد هذه الاستعلامات ذات قيمة خاصة في إدارة النقل، والخدمات اللوجستية، وتحسين المسارات، وأنظمة دعم القرار. ومع ذلك، تُظهر خوارزميات معالجة استعلامات الأفق الحالية فعالية محدودة عند تطبيقها على مجموعات بيانات الرسوم البيانية الضخمة وغير المؤكدة، وذلك نظراً لاعتمادها على مقارنات الهيمنة الشاملة وحساسيتها تجاه عدم اليقين، مما يؤدي مجتمعاً إلى عدم التوافق عند تطبيقها في بيئات الرسوم البيانية الواقعية. ولمواجهة هذه التحديات، يقترح هذا البحث إطار عمل جديد لمعالجة استعلامات الأفق يدمج بين الشبكات العصبية للرسوم البيانية (GNNs) والتعلم المعزز (RL)، مما يتيح تعلم التمثيل الفعال عبر هياكل الرسوم البيانية غير المؤكدة والاختيار التكيفي لنقاط الأفق، وهو حل لضمان التوافق، واختبار قابلية التوسع المحتملة للإطار أيضاً. وكجزء من المساهمة، تم بناء مجموعات بيانات رسوم بيانية ضخمة وغير مؤكدة بشكل منهجي مع التحكم في الحجم، والكثافة، ومستويات عدم اليقين لتمكين التقييم الدقيق وتحليل قابلية التوسع. تم تقييم الطريقة المقترحة باستخدام التحقق المتبادل عشر مرات (10-fold cross-validation)، وتم قياس الأداء باستخدام الدقة، والإحكام، والاستدعاء، ودرجة F1، و ROC-AUC. وتظهر النتائج التجريبية أنه بينما تحقق خوارزميات الأفق الأساسية دقة مقبولة، إلا أنها تعاني من انخفاض كبير في الإحكام والاستدعاء، مما يؤدي إلى تحديد دون المستوى الأمثل لنقاط الأفق. وفي المقابل، يحقق إطار عمل GNN-RL المقترح دقة تبلغ 98.97% إلى جانب معدلات استدعاء ودرجة F1 تزيد عن 98%، مما يثبت متانة قوية في بيئات الرسوم البيانية غير المؤكدة. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد تجارب قابلية التوسع عبر أحجام بيانات متفاوتة ملاءمة النهج المقترح لمعالجة استعلامات الأفق واسعة النطاق. يساهم هذا البحث نظرياً وعملياً في تحليلات البيانات الذكية ويدعم الهدف رقم 9 من أهداف التنمية المستدامة للأمم المتحدة (SDG) الذي يعزز البنية التحتية المرنة، والتصنيع المستدام، والابتكار من خلال تطوير تقنيات ذكية وقابلة للتوسع تعتمد على البيانات.
dc.description.callnumberet QA 76.9 D3 K23O 2025
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.funder
dc.description.identifierThesis : Optimizing skyline queries in large-scale uncertain graph using graph neural networks and reinforcement learning / by H M Ikram Kays
dc.description.identityG2236373Hmikramkays
dc.description.kulliyahKulliyyah of Information and Communication Technology (KICT)
dc.description.nationality
dc.description.notesThesis (MCST)--International Islamic University Malaysia, 2025.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xvi, 169 leaves) ; color illustrations.
dc.description.programmeMaster of Computer Sciences and Information Technology
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/33776
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Information and Communication Technology, International Islamic University Malaysia, 2025
dc.rightsOWNED BY IIUM
dc.subjectSkyline Query Processing;Reinforcement Learning (RL);Graph Neural Networks (GNN)
dc.subject.lcshQuerying (Computer science)
dc.subject.lcshGraph algorithms
dc.titleOptimizing skyline queries in large-scale uncertain graph using graph neural networks and reinforcement learning
dc.typeMaster Thesesen_US
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G2236373Hmikramkays_SEC.pdf
Size:
24.41 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text.