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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Tipos de Índices
Cristina Dutra de Aguiar Ciferri
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Tipos de Índice
• Ordenados em um único nível – primário – agrupamento (cluster) – secundário
• Estruturas de dados de árvores – índices multiníveis – árvores-B, árvores-B+
implementam dinamicamente índices
multiníveis
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice Primário
• Características – ordenado – definido com base em um arquivo de dados
ordenado pela chave primária – possui um único nível – esparso
• total de entradas no índice = número de blocos do arquivo de dados
diminui o total de blocos e melhora o desempenho
na pesquisa
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice Primário
• Estrutura do registro (entrada)
...
chave de
busca
campo de
referência
chave primária do arquivo de dados
endereço de um bloco de disco
campos de tamanho fixo
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice Primário ordenado pela chave primária do arquivo de
dados
ordenado pela chave primária
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice Primário menor número de blocos • menos entradas • registros menores
pesquisa binária mais eficiente no
índice
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
• Número de registros (rd) = 30.000 • Tamanho do bloco (B) = 1.024 bytes • Tamanho dos registros (Rd) = 100 bytes • Fator de bloco de disco (bfrd) = ⎣B/Rd⎦ = 10
– número de registros por bloco • Número de blocos (bd) = ⎡rd/bfrd⎤ = 3.000
Arquivo de Dados
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Arquivo de Índice
• Número de registros (ri) = 3.000 – número de blocos do arquivo de dados
• Tamanho do bloco (B) = 1.024 bytes • Tamanho dos registros (Ri) = 15 bytes
– chave = 9 bytes – endereço = 6 bytes
• Fator de bloco de disco (bfri) = ⎣B/Ri⎦ = 68 • Número de blocos (bi) = ⎡ri/bfri⎤ = 45
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
• Sem o uso do índice – busca binária no arquivo de dados
• Com o uso do índice – busca binária no arquivo de índice + – leitura ao registro no arquivo de dados
Acessos a Disco
⎡log2bd⎤ = ⎡log23000⎤ = 12
⎡log2bi⎤ + 1 = ⎡log245⎤ + 1 = 6 + 1 = 7
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Inserção e Remoção • Inserção
– deslocamento dos registros nos arquivos de dados e de índice para ordenação
– alteração dos valores dos campos de referência no índice (registros âncoras)
• Remoção – lógica, ao invés de física
• registros marcados como removidos
necessidade de reorganização periódica com recriação do índice
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice de Agrupamento
• Características – ordenado – definido com base em um arquivo de dados
ordenado por um atributo não chave (atributo de agrupamento)
– possui um único nível – esparso
• total de entradas no índice = número de valores distintos do atributo de agrupamento
pode possuir valores duplicados
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice de Agrupamento
• Estrutura do registro (entrada)
...
chave de
busca
campo de
referência
valor distinto do atributo de agrupamento
endereço do bloco de disco que contém o primeiro
registro para o valor
campos de tamanho fixo
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice de Agrupamento ordenado pelo
atributo de agrupamento do
arquivo de dados
ordenado pelo atributo de agrupamento
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice de Agrupamento
pesquisa binária mais eficiente no
índice
menor número de blocos • menos entradas • registros menores
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Inserção e Remoção • Inserção
– deslocamento dos registros nos arquivos de dados e de índice para ordenação
– alteração dos valores dos campos de referência no índice (registros âncoras)
• Remoção – lógica, ao invés de física
• registros marcados como removidos
necessidade de reorganização periódica com recriação do índice
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
• Características – ordenado – definido sobre um atributo não ordenado do
arquivo de dados – possui um único nível
• Arquivo de dados – em geral, desordenado – porém, pode estar ordenado por outro atributo
que não o indexado com índice secundário
Índice Secundário
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice Secundário
• Estrutura do registro (entrada)
...
chave de
busca
campo de
referência
valor do atributo indexado
endereço de um bloco de disco ou endereço
de um registro
campos de tamanho fixo
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Índice Secundário
• Vantagens – propicia uma ordenação lógica do arquivo de
dados – facilita as operações de inserção e remoção
em arquivos de dados desordenados • Pode ser definido sobre atributo
– chave (sem valores repetidos) – não chave (com valores repetidos)
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Índice Secundário: Chave
• Denso – possui uma entrada para cada registro no
arquivo de dados – não pode usar registros âncoras – chave de busca
• valores distintos do atributo indexado
arquivo de dados não
ordenado pela chave
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
ordenado pela chave do
arquivo de dados
não ordenado pelo atributo
indexado
campo de referência: endereço do bloco
Índice Secundário: Chave
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
• Número de registros (rd) = 30.000 • Tamanho do bloco (B) = 1.024 bytes • Tamanho dos registros (Rd) = 100 bytes • Fator de bloco de disco (bfrd) = ⎣B/Rd⎦ = 10 • Número de blocos (bd) = ⎡rd/bfrd⎤ = 3.000
Arquivo de Dados
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Arquivo de Índice
• Número de registros (ri) = 30.000 – número de registros do arquivo de dados
• Tamanho do bloco (B) = 1.024 bytes • Tamanho dos registros (Ri) = 15 bytes
– chave = 9 bytes – endereço = 6 bytes
• Fator de bloco de disco (bfri) = ⎣B/Ri⎦ = 68 • Número de blocos (bi) = ⎡ri/bfri⎤ = 442
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• Sem o uso do índice – busca linear no arquivo de dados (custo médio)
• Com o uso do índice – busca binária no arquivo de índice + – leitura do registro no arquivo de dados
Acessos a Disco
bd/2 = 3.000/2 = 1500
⎡log2bi⎤ + 1 = ⎡log2442⎤ + 1 = 9 + 1 = 10
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Índice Secundário: Não Chave
• Atributo não chave – pode possuir valores duplicados no arquivo
de dados • Técnica de implementação mais usada
– utilizar um nível adicional de indireção • endereços dos registros do arquivo de dados
que satisfazem à chave de busca são armazenados no nível adicional
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índice
nível adicional
não ordenado pelo atributo
indexado
Índice Secundário: Não Chave
campo de referência: endereço do registro
• ordenado pelo atributo não chave do arquivo de dados • possui uma entrada para cada valor distinto
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Número de Índices
• Um arquivo pode possuir – no máximo um índice primário ou
um índice de agrupamento • existe somente um campo ordenado
– vários índices secundários • Arquivo totalmente invertido
– possui um índice secundário para cada um de seus campos
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Tipos de Campos e de Índices
• Campo de indexação: chave – ordenada (arquivo de dados): índice primário – desordenada (arquivo de dados): índice
secundário • Campo de indexação: não chave
– ordenada (arquivo de dados): índice de agrupamento
– desordenada (arquivo de dados): índice secundário
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Índice Multiníveis
• Objetivo – reduzir a parte do índice que a pesquisa
seguirá • fo: fan-out (bfr) • b: número de blocos
• Custo – (logfob) < (log2b), se fo > 2
busca com índice multinível
busca com índice de um nível
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Arquivos de Índice
• Primeiro nível – ordenado – armazena uma
entrada para cada valor distinto de chave de busca
⇒ índice – primário – de agrupamento – secundário
• Segundo nível – ordenado – armazena uma
entrada para cada bloco do índice de primeiro nível
– usa registros âncoras – estatísticas
• r2 = ⎡r1/fo⎤ registros • fo2 = fo1
⇒ índice primário
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Arquivos de Índice
• Demais níveis (Terceiro, Quarto, ...) – possuem as mesmas características que o
segundo nível • Observação
– um novo nível somente é necessário se o nível anterior necessita de mais do que um bloco de disco
número de níveis = ⎡(logfo(r1))⎤
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Índice de Dois Níveis - ISAM -
segundo nível
primeiro nível - esparso -
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
• Número de registros (rd) = 30.000 • Tamanho do bloco (B) = 1.024 bytes • Tamanho dos registros (Rd) = 100 bytes • Fator de bloco de disco (bfrd) = ⎣B/Rd⎦ = 10 • Número de blocos (bd) = ⎡rd/bfrd⎤ = 3.000
Arquivo de Dados
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Arquivos de Índice
• Primeiro nível – número de registros (ri1) = 30.000
• número de registros do arquivo de dados
– tamanho do bloco (B) = 1.024 bytes – tamanho dos registros (Ri1) = 15 bytes
• chave = 9 bytes • endereço = 6 bytes
– fator de bloco de disco (bfri1) = foi1 = ⎣B/Ri1⎦ = 68 – número de blocos (bi1) = ⎡r/bfr⎤ = 442
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Arquivos de Índice
• Número de níveis – ⎡(logfo(ri1))⎤ = ⎡(log68(30.000))⎤ = 3
• Número de blocos – segundo nível
• bi2 = ⎡bi1/fo⎤ = ⎡442/68⎤ = 7 blocos – terceiro nível
• bi3 = ⎡bi2/fo⎤ = ⎡7/68⎤ = 1 bloco
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Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
• Sem o uso do índice – busca binária no arquivo de dados
• Com o uso do índice multinível – acesso a um bloco de cada nível + – leitura do registro no arquivo de dados
Acessos a Disco
⎡log2bd⎤ = ⎡log23000⎤ = 12
3 + 1 = 4
![Page 36: Tipos de Índices - USPwiki.icmc.usp.br/images/f/f7/SCC0542012015tiposIndices.pdf · - ISAM - segundo nível primeiro nível - esparso - Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040800/5e372ff0e47b7202ee5ea399/html5/thumbnails/36.jpg)
Profa. Dra. Cristina Dutra de Aguiar Ciferri Estruturas de Indexação de Dados
Inserção e Remoção • Problemas
– deslocamento dos registros nos arquivos de dados e de índice para ordenação
– alteração dos valores dos campos de referência nos arquivos de índice
• Solução amplamente usada em SGBDs – utilizar árvores B ou B+ – conteúdo coberto na disciplina de Algoritmos e
Estruturas de Dados II