Indexstrukturen

Indexstrukturen sind Datenstrukturen und Algorithmen, die den Zugriff auf Daten beschleunigen, indem sie Suchschlüssel mit Speicherorten oder Datensätzen verknüpfen. Sie ermöglichen schnelle Abfragen, ohne alle Einträge durchsuchen zu müssen, und können sowohl im Arbeitsspeicher als auch on-disk implementiert werden. Eine Indexstruktur wird in der Regel aktualisiert, wenn Daten hinzugefügt, geändert oder gelöscht werden.

Baumorientierte Indexstrukturen wie B-Bäume und B+-Bäume werden häufig in relationalen Datenbanken eingesetzt. Sie speichern Schlüsselwerte in Knoten mit Zeigern zu Kindknoten. Die Suchkosten wachsen logarithmisch mit der Anzahl der Einträge; typische Implementierungen verteilen die Datensätze überwiegend in den Blättern, während innere Knoten Suchpfade steuern. Der B+-Baum bevorzugt Persistenz, da alle Datensätze in Blattknoten liegen und Blattknoten über Verknüpfungen vernetzt sind, was Sequenzzugriffe erleichtert.

Invertierte Indizes sind zentral für Volltextsuche. Sie ordnen jedem Suchbegriff eine Liste von Dokumenten zu, in denen der Begriff vorkommt, oft mit Positions- oder Häufigkeitsinformationen. Sie ermöglichen schnelle Schnittabfragen und Ranking über Metriken wie TF-IDF.

Weitere Indexstrukturen umfassen Trie-Strukturen (Präfixbäume) für lexikalische Suchvorgänge und Autovervollständigung, R-Tree- und R*-Tree-Strukturen für räumliche Daten sowie Bitmap-Indizes für geringe Kardinalität. Hash-Indizes liefern schnelle Gleichheitsabfragen, bieten aber meist begrenzte Bereichsabfragen.

Operations- und Wartungsaspekte: Suchen, Einfügen, Löschen und Aktualisieren beeinflussen die Struktur. Bei Baumindizes werden Knoten gesplittet, Fusionen durchgeführt und Balancing sichergestellt; Transaktionen, Sperren und Parallelzugriffe erfordern Konsistenz- und Concurrency-Kontrollen. Caching und Speicherverwaltung beeinflussen Leistungskennzahlen.

Anwendungsbereiche umfassen relationale Datenbanken, Suchmaschinen, geografische Informationssysteme und Protokollanalyse, wobei die Wahl der Indexstruktur von Abfrageprofil, Datentyp, Kardinalität und Speicherkosten abhängt.