Что такое индексация в информатике

5.5. Индексация

Характерным моментом в процессе переработки информации в ЭВМ является цикличность вычислительных процессов, при которых одни и те же операции могут выполняться над различными операндами, расположенными упорядоченно в памяти (т.е. над элементами некоторых информационных массивов). На рис. 5.19 в качестве простого примера показан одномерный массив данных, в котором подлежащие обработке операнды ₀, ₁ … _k-1 расположены последовательно, со сдвигом на q ячеек. Для обработки элементов такого массива необходимо, чтобы исполнительные адреса команд, вызывающих эти элементы, изменялись при каждой итерации цикла. Как уже отмечалось, для этой цели можно использовать механизм косвенной адресации, что, однако, требует относительно больших временных затрат.

Для предотвращения подобных потерь времени в современных ЭВМ используется механизм автоматического изменения исполнительных адресов соответствующих команд согласно расположению в ОП обрабатываемых операндов. Такой процесс называется модификацией исполнительных адресов команд (в некоторых источниках – модификацией адресных частей команд). Кроме того, этот механизм позволяет на аппаратном уровне реализовать команды управления вычислительным циклом, т.е. обеспечить необходимое количество итераций цикла с последующим выходом из него. Упрощенный алгоритм функционирования этого механизма поясняется схемой на рис. 5.19.

Контроль окончания циклических вычислений производится двумя способами:

По числу итераций цикла, т.е. по содержимому некоторого счетчика, изменяемому на 1 при каждой новой итерации цикла.

Путем задания некоторого предела для изменения модифицируемого исполнительного адреса.

Автоматическая модификация команд и управление вычислительными циклами в современных ЭВМ обеспечиваются механизмом индексации. Это понятие включает в себя специальный способ кодирования команд, командные и аппаратные средства задания и выполнения модификации исполнительного адреса и управления вычислительными циклами. Перечисленные средства в целом называются также индексной арифметикой.

Как способ модификации исполнительного адреса команды индексация является развитием механизма относительной адресации (базирования), с которым она часто используется совместно.

Д ля выполнения индексации в ЭВМ вводят индексные регистры, в качестве которых могут использоваться либо регистры внутренней памяти процессора, либо внешние по отношению к нему специальные быстродействующие регистры. В некоторых ЭВМ предусмотрена возможность, при определенных условиях, в качестве индексных регистров использовать ячейки ОП. В общем случае при использовании механизма индексации в АК команды выделяют три поля: B – номер базового регистра, D – смещение, X – номер индексного регистра.

Исполнительный адрес при индексации формируется путем сложения смещения (D), содержимого индексного регистра (I), а при наличии базирования – и базового адреса (АБ). Именно этот характерный

случай показан на рис. 5.20.

В ряде случаев базовые и индексные регистры назначаются программистом из некоторого общего массива регистровой памяти. Операция получения АИ выполняется либо в АЛУ процессора, либо в специальном сумматоре блока индексной арифметики, что повышает быстродействие ЭВМ, но и увеличивает объем оборудования.

Индексация служит не только для организации циклов, но в сочетании с базированием является средством описания элементов информационных массивов, размещенных в ОП. Индексация вообще позволяет достаточно легко модифицировать исполнительные адреса, оставляя неизменным код самой команды, хранящейся в ОП.

Для управления индексацией используются команды, задающие операции над содержимым индексных регистров – команды индексной арифметики. Основные виды индексных операций следующие:

засылка в соответствующий индексный регистр начального значения ин­декса;

проверка окончания циклических вычислений.

Очень коротко рассмотрим последние два типа команд.

Изменение индекса состоит в сложении (вычитании) значения индекса с фиксированным приращением, производимым каждый раз при повторении цикла. Команда изменения индекса указывает номер индексного регистра, а также значение и знак (либо адрес) приращения. Если приращение всегда фиксировано и равно, например, 1 или L (длина слова в байтах), то используются команды с подразумеваемым операндом.

Для проверки окончания цикла используют или обычную команду перехода по условию, налагаемому в этом случае на какую-либо переменную, изменяющуюся в процессе вычислений, или специальные команды «УП по счетчику» (УПС) и «УП по индексу» (УПИ).

Условный переход по счетчику (УПС)

Счетчиком служит обычно один из индексных регистров, в который перед началом цикла загружается число итераций цикла. Возможная структура команды показана на рис. 5.21, а.

В данном случае счетчик организован на индексном регистре R₁. Пусть для адресации сегмента кодов команд используется базирование, тогда адрес АИ = (В) + D является адресом начала цикла. Команда УПС уменьшает содержимое регистра R₁ на 1 при каждой итерации цикла. В случае неравенства содержимого счетчика нулю ((R₁)  0) осуществляется переход на АИ, т.е. в начало цикла. Если (R₁) = 0, то осуществляется переход к команде, следующей по порядку за командой УПС, т.е. выход из цикла.

Условный переход по индексу (УПИ)

Возможная структура команды показана на рис 5.21, б. Пусть R₁ – номер индексного регистра, а R₂ – номер регистра, хранящего приращение. Регистр, в котором хранится предельное значение индекса, имеет подразумеваемый адрес и, следовательно, должен быть фиксированным для данного процессора. Пусть это будет регистр, следующий по порядку за регистром, хранящим приращение, т.е. R₃. Команда УПИ складывает содержимое регистров R₁ и R₂, помещает результат сложения в R₁ и сравнивает его с содержимым R₃. Если результат сложения меньше или равен содержимому R₃, то управление передается по адресу АИ = (В) + D, т.е. происходит повторение цикла. В противном случае выполняется переход к команде, следующей по порядку за командой УПИ, т.е. выход из цикла.

Специальные команды индексной арифметики имеют, как правило, аппаратную реализацию, что позволяет свести к минимуму временные затраты на модификацию исполнительных адресов команд и операндов, связанных с управлением вычислительными циклами.

Рассмотренный выше механизм индексации можно назвать классическим. В современных ЭВМ используются различные его модификации, причем во многих случаях он не присутствует в чистом виде, а реализуется через другие механизмы организации вычислительного процесса. Кроме того, следует иметь в виду, что назначение полей адресного кода (B, D, X) зависит от архитектуры ЭВМ, разрядности машинного слова, системы команд, терминологии, используемой конкретным производителем ЭВМ в технической документации.

Индексы (Indices) в C# 8

Всем привет. Начиная с этой статьи начинаю цикл статей про нововведения в C# 8 версии.

Сейчас мы рассмотрим работу с индексами ( Indices ). Забегая вперед, скажу, что теперь мы, C# разработчики, можем работать с индексами как в Python .

Пусть в нашей программе есть массив целых чисел numbers :

Перед нами стоит задача получить последний элемент массива.

Мы с вами знаем, что доступ к элементам массива осуществляется по индексу. Следует помнить, что индексация начинается с нуля – первый элемент массива имеет индекс 0 , а последний – n — 1 , где n – размер массива:

Наглядный вид массива

Если мы заранее знаем количество элементов в массиве, то можно чуть упростить себе жизнь �� Для нашего примера, мы знаем, что в массиве 6 элементов, следовательно, чтобы получить последний элемент, нужно обратиться к элементу с индексом 5 , то есть написать следующим образом:

Это конечно же временное решение. Не всегда мы заранее знаем количество элементов в массиве. Например, есть некоторый метод Test , внутри которого для получения результата нужно получить последний элемент переданного массива:

В метод могли передать массив из любого количества элементов, следовательно, нам нужен универсальный механизм/алгоритм для получения последнего элемента для любого массива.

Как мы до этого уже говорили, можно рассчитать последний элемент с помощью длины массива, так как последний элемент имеет индекс – n — 1 , где n – размер/длина массива. Для того, чтобы получить размерность массива, нужно воспользоваться функцией Length :

Какие есть в этом коде минусы:

Можно забыть отнять единицу и получить ошибку во время выполнения работы. Поверьте, начинающие программисты очень часто забывают про это.

Код становится менее читаемым.

Решение

В C# 8 версии добавили дополнительную функциональность для работы с индексами. Я напомню, что была индексация слева направо, начинающаяся с 0 . Теперь добавили новую индексацию справа налево (начинается с конца массива), начинающаяся с 1 . Для лучшего понимания рассмотрим таблицу:

Индекс (информационные технологии)

Для объектов данных хранящихся в массиве, отдельные объекты выбираются индексом, который обычно является неотрицательным скалярным целым числом.

Есть три способа, как элементы массива могут быть проиндексированы [1] :

0 («индекс с началом с нуля») первый элемент массива имеет индекс 0; 1 («индекс с началом с единицы») первый элемент массива имеет индекс 1; n («индекс началом с n») базисный индекс массива может быть свободно выбран. Обычно языки программирования, позволяющие «индекс началом с n», разрешают также в качестве индекса массива выбирать отрицательные значения, а также и другие скалярные типы данных, как перечисления или символы.

Массив может иметь несколько измерений, таким образом обычная практика обращаться к массиву, используя несколько индексов. Например к двумерному массиву с тремя строками и четырьмя столбцами можно было бы обратиться к элементу в 2-ом ряду и 4-ой столбце с помощью выражения: [1,3] (в языке в котором приоритет у строки) и [3,1] (в языке в котором приоритет у столбца) в случае индексом с началом с нуля. Таким образом два индекса используются для двумерных массивов, три для трехмерного массива, и n для n-мерного массива.

За деталями поддержки различных особенностей в языках программирования см. Сравнение языков программирования (массивы).

Поисковой индекс: поддержка быстрого поиска

Индекс для поиска или Поисковой индекс — вспомогательная для поиска в некотором хранилище структура данных, обеспечивающая сублинейное время поиска в этом хранилище.

Объяснение на примере

Предположим, что контейнер данных содержит N объектов данных. Прямой подход — использовать индекс объекта как его идентификатор, то есть, компания могла бы просить, чтобы его клиенты всегда упомянули свой номер счета и что число непосредственно идентифицирует запись клиента, хотя практически у номера счета должны быть дополнительные цифры, для защиты от опечаток. Это первой форма использования: целое число, которое идентифицирует элемент множества.

Однако, использование таких чисел не может быть удобным, так же, как «wikipedia.org» предпочтительнее чем тридцатидвухбитное число 3494942722 представленное в форме IP как 208.80.152.2. Наивный алгоритм был бы такой: подготовить список имен и при поиске некоторого конкретного имени, каждое имя из списка по очереди проверять, с начала до конца. В случае успешного поиска проверяется в среднем половина из них, в худшем случае проверяются все элементы, в итоге выдавая результат «не найдено»; Время работы алгоритма O(N), оно же линейное время. Так как хранилища данных нередко содержат миллионы объектов и так как поиск — достаточно частая операция, желательно изменить его работу к лучшему.

Для этого и применяют поисковой индекс: любую структуру данных, которая улучшает работу поиска.

Аспекты применения

Индекс — любая структура данных, которая улучшает работу поиска. Есть много различных структур данных, используемых с этой целью, и фактически существенная часть предмета информатики посвящена проектированию и анализу структур данных поискового индекса. Есть сложность в выборе компромиссов при выборе дизайна поискового индекса, рассматривая такие параметры как быстродействие при поиске, размер индекса, и скорость обновления индекса. Многие дизайны индекса показывают логарифмическое (O (log(N)) время работа поиска, а в некоторых приложениях даже возможно достигнуть равномерного-O (1) быстродействия.

Все базы данных содержат технологии индексации для обеспечения быстрого поиска в данных. См. Индекс (базы данных).

Еще одно специфичное, но часто встречающееся приложение — в области информационного поиска, где полнотекстовое индексирование позволяет быстро идентифицировать документы, основываясь на их текстовом содержании.

15) Индексирование в базах данных

INDEXING – это метод структуры данных, который позволяет вам быстро извлекать записи из файла базы данных. Индекс – это небольшая таблица, имеющая всего два столбца. Первый столбец содержит копию первичного или потенциального ключа таблицы. Его второй столбец содержит набор указателей для хранения адреса дискового блока, где хранится это конкретное значение ключа.

• Принимает ключ поиска в качестве ввода
• Эффективно возвращает коллекцию совпадающих записей.

Из этого руководства по индексированию СУБД вы узнаете:

Типы индексации

Индексация базы данных определяется на основе ее атрибутов индексации. Два основных типа методов индексации:

• Первичная индексация
• Вторичная индексация

Первичная индексация

Первичный индекс – это упорядоченный файл с фиксированной длиной и двумя полями. Первое поле – это тот же первичный ключ, а второе поле указывает на этот конкретный блок данных. В первичном индексе всегда существует отношение один к одному между записями в таблице индекса.

Первичная индексация также делится на два типа.

• Плотный индекс
• Разреженный индекс

Плотный индекс

В плотном индексе запись создается для каждого поискового ключа, оцененного в базе данных. Это помогает быстрее выполнять поиск, но требует больше места для хранения записей индекса. В этом индексировании записи метода содержат значение ключа поиска и указывают на реальную запись на диске.

Разреженный индекс

Это индексная запись, которая отображается только для некоторых значений в файле. Разреженный индекс поможет вам решить проблемы плотного индексирования. В этом методе методики индексирования диапазон столбцов индекса хранит один и тот же адрес блока данных, и когда данные должны быть извлечены, адрес блока будет выбран.

Однако разреженный индекс хранит записи индекса только для некоторых значений ключа поиска. Ему требуется меньше места, меньше затрат на обслуживание для вставки и удаления, но он медленнее по сравнению с плотным индексом для поиска записей.

Пример разреженного индекса

Вторичный индекс

Вторичный индекс может быть создан с помощью поля, которое имеет уникальное значение для каждой записи, и это должен быть ключ-кандидат. Он также известен как некластеризованный индекс.

Этот двухуровневый метод индексации базы данных используется для уменьшения размера отображения первого уровня. Для первого уровня из-за этого выбирается большой диапазон чисел; размер отображения всегда остается небольшим.

Пример вторичной индексации

В базе данных банковского счета данные хранятся последовательно с помощью acc_no; Вы можете найти все счета в конкретном отделении банка ABC.

Здесь вы можете иметь вторичный индекс для каждого поискового ключа. Индексная запись – это точка записи в корзину, которая содержит указатели на все записи с определенным значением ключа поиска.

Индекс кластеризации

В кластеризованном индексе сами записи хранятся в индексе, а не в указателях. Иногда индекс создается для столбцов не первичного ключа, которые могут быть не уникальными для каждой записи. В такой ситуации вы можете сгруппировать два или более столбцов, чтобы получить уникальные значения и создать индекс, который называется кластеризованным индексом. Это также поможет вам быстрее идентифицировать запись.

Пример:

Давайте предположим, что компания набрала много сотрудников в различных отделах. В этом случае кластерная индексация должна быть создана для всех сотрудников, принадлежащих к одному отделу.

Он рассматривается в одном кластере, а индексные точки указывают на кластер в целом. Здесь Department _no – неуникальный ключ.

Что такое многоуровневый индекс?

Многоуровневое индексирование создается, когда первичный индекс не помещается в памяти. В этом методе индексации вы можете сократить число обращений к диску, чтобы сократить любую запись и сохранить ее на диске в виде последовательного файла, а также создать разреженную базу для этого файла.

B-Tree Index

Индекс B-дерева – это широко используемые структуры данных для индексации. Это метод многоуровневого индексного формата, который сбалансирован бинарными деревьями поиска. Все конечные узлы дерева B обозначают фактические указатели данных.

Более того, все конечные узлы связаны между собой списком ссылок, что позволяет дереву B поддерживать как произвольный, так и последовательный доступ.