深入探究多级索引在数据库中的重要性与应用(多级索引数据库)

随着互联网的飞速发展，数据处理的需求愈加迫切。对于大型数据库应用而言，数据存储、检索和分析是最为常见的需求。为了提高数据库的性能和效率，数据库索引成为了不可或缺的技术。

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数据库索引是一种结构，它可以帮助数据库系统更快地查找数据。而多级索引是一种特殊的索引方式，它可以进一步提高数据库查询的效率。本文将，以期对数据库开发人员和管理员有所帮助。

一、 多级索引的概念

多级索引是指在一个单独的索引结构中使用了两个或更多层的索引结构，其目的是更快地定位和访问数据库中的数据。相较于单级索引，多级索引能够缩短访问数据的时间，从而更加高效地完成数据检索任务。

多级索引由多个结构组成，每个结构都有多个索引，每个索引都有指针指向另一个结构。通常情况下，多级索引可以分为B+树、B*树和哈希表等多种类型，其中B+树是最常用的多级索引类型之一。

在多级索引中，每个级别的索引都是以前一级别的索引为基础的。比如说，一个一级索引可以指向多个二级索引，每个二级索引又可以指向多个三级索引，以此类推。这样，多级索引在数据访问时可以快速定位到特定的数据行。

二、 多级索引在数据库中的应用

多级索引在数据库中的应用非常广泛，可以提高数据查询的效率、减少存储空间的占用、优化IO操作等。以下将详细介绍多级索引在数据库中的应用。

1. 加速数据的检索

在处理大量数据时，为了能快速地查找到所需要的数据，我们需要在数据库中建立索引。而单级索引只能提供最基本的查找功能，而多级索引可以帮助我们更快地查找数据，提高检索效率。

比如，在一个亿级别的数据表中查找一条数据需要进行很多次IO操作，而多级索引可以通过分层查找的方式把IO次数降到了更低，从而能够加快数据检索的速度。

2. 减少存储空间占用

当存储数据量大的时候，单级索引会占用大量的存储空间。而在多级索引中，每个级别的索引都是在上一个级别基础上建立的，可以减少存储空间占用。相较于单级索引，多级索引不仅能够降低数据索引的存储空间占用，还能提升索引的查询速度。

3. 优化IO操作

在数据库中，IO操作是比较耗时的。当数据量非常大时，需要进行的IO操作也会非常多。而多级索引通过分层查找的方式可以降低IO操作，只需要访问少量的叶子节点，从而大大缩短了检索时间。

三、 多级索引的实现方式

多级索引实现方式可以分为两种：基于内存的多级索引和基于磁盘的多级索引。

1. 基于内存的多级索引

基于内存的多级索引是将所有索引结构和数据均存储在内存中。由于内存访问速度快，所以基于内存的多级索引速度非常快，效率非常高，尤其适合于小型的数据。

2. 基于磁盘的多级索引

基于磁盘的多级索引是将索引结构和数据分别存储在内存和磁盘中，当需要查找索引时，会在磁盘上进行IO操作，获取相应的数据。由于磁盘访问速度要慢于内存访问速度，所以基于磁盘的多级索引速度相对较慢，但是可以用于存储大型的数据。

四、 多级索引的优化策略

虽然多级索引在提高数据访问效率方面有很好的表现，但它也存在一些问题，比如查询的效率会随着多级的增加而下降。为了解决这些问题，下面介绍几种优化多级索引效率的策略。

1. 数据的优化

在设计多级索引时，可以通过合理地选择索引类型、优化表结构以及数据的大小来优化多级索引的效率。在实际应用中，可以通过监控性能、调整系统参数等方式来进行优化。

2. 数据缓存的优化

多级索引的性能优化还可以通过数据缓存的优化来实现。在查询时，多级索引可以先从缓存中查找数据，如果缓存中存在，则直接返回查询结果，如果缓存中不存在，则需要访问磁盘，从而实现缓存的提高。

3. 索引类型的选择

不同类型的索引适用于不同的数据。在实际应用中，可以通过选择合适的索引类型来保证查询的效率。比如在查询范围大、有序的数据时，使用B+树索引可以有更好的效果。

五、

多级索引在数据库中是一种非常重要的技术，其优点在于可以提高数据查询的效率、减少存储空间的占用、优化IO操作等。在实际应用中，为了提高性能，我们可以通过多种优化策略来优化多级索引的效率。

当我们面对大量数据的处理时，多级索引能够帮助我们提高效率和减少存储占用，从而更加高效地管理和利用数据。因此，在数据库应用开发和管理中，多级索引是一个不可或缺的技术。

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Pandas介绍

首先，需要先安装numpy和pandas环境，参考：

。以下语句检查并确认安装成或游判功。

Pandas 有三种基本数据结构：Series、DataFrame 和 Index。

Pandas 的 Series 对象是一个带索引数据构成的一维数组。Series 对象将一组数据和一组索引绑定在一起，我们可以通过 values 属性和 index 属性获取数据。values 属性返回的结果与 NumPy 数组类似；index 属性返回的结果是一个类型为

pd.Index

的类数组对象。

可以像访问Numpy那样来访问Series（序号也是从0开始计数的）。

Pandas 的 Series 对象比Numpy更加灵活、通用。

两者的主要区别是：NumPy 数组通过

隐式定义

的整数索引获取数值，而 Pandas 的 Series 对象用一种

显式定义

的索引与数值关联。也就是说，Numpy的索引是系统自分配的无法更改，但是Series对象是可以手工指定的。

Series是

特殊的字典

，Series 对象其实是一种将类型键映射到一组类型值的数据结构，Pandas Series 的类型信息使得它在某些操作上比 Python 的字典更高效。用字典创建 Series 对象时，其索引默认

按照顺序排列

。

DataFrame类似于RDBMS中的Table。DataFrame就可以看作是一种既有灵活的行索引，又有灵活列名的二维数组。

DataFrame有2个常用属性，分别是

index 属性

和

columns 属性

。前者可以获取索引标签（行标签）；后者是是存放列标签的Index 对象。DataFrame 是特殊的字典，一列映射一个Series 的数据。

DataFrame可以通过以下几种方式来创建：（1）通过衫改单个 Series 对象创建。（2）通过字典列表创建。（3）通过 Series 对象字典创建。（4）通过NumPy 二维数组创建。（5）通过 NumPy 结构化数组创建。

可以将Index视为一个不可变数组或有序。当作为不可变数组时，一般数组的访问方式（例如切片等）对Index适用，与数组的更大区别是

Index对象不可更改

。当作为时，Index也可以做交集、并集等常规操作。

Series的访问既可以作为字典，也可以作为一维数组。数据访问的方法，可以参考Numpy的访问方式，这里不赘述。

如果Series的显式索引是整数，那么在访问时，很容易混淆。例如下边的例子：

从上边的例子总结得出，python的默认规则是：在单个访问时，使用的显式索引，而在切片时，使用的是隐式索引，很容易混淆！python提供了loc、iloc和ix三种索引器。

loc表示：表示取值和切片都是显式的。iloc 属性，表示取值和切片都是隐式索引。ix是loc和iloc的混合形式，应用于dataFrame（使用例子在3.3节）。

dataframe可以通过对列名进行字典形式（dictionary-style）的取值获取数据。可以把 DataFrame 看成是一个增强版的二维数组，用 values 属性按行查看数组数据。ix 索引器对于整数索引的处理和之前在 Series 对象中介绍的一样，都容易让人混淆。

对于一元运算（像函数与三角函数），这些通用函数将在输出结果中保留索引和列标签（很简单，所有元素做相应运算并返回）；而对于二元运算（如加法和乘法），Pandas 在传递通用函数时会自动

对齐索引

进行计算。

当在两个 Series 或 DataFrame 对象上进行二元计算时，Pandas 会在计算过程中对齐两个对象的索引。如果想给缺失数值指定一个默认值，需要使磨枣用add来替代+，并指定fill_value：

两个对象的行列索引可以是不同顺序的，结果的索引会自动按顺序排列。

DataFrame 和 Series 的运算规则，与NumPy 中二维数组与一维数组的运算规则是一样的。需要使用广播原则，那么默认地，会按行计算。如果想要按列运算，需要使用参数axis = 0 。

注意：DataFrame访问行可以使用loc，但是访问列，只能是df这种形式了。

缺失值有三种形式：null、NaN 或 NA。

处理缺失值，一般有两种方法：一种方法是通过一个覆盖全局的掩码表示缺失值，另一种方法是用一个标签值（sentinel value）表示缺失值。

掩码是利用一个跟原来一样大小的矩阵，用0或者1表示某个元素缺失。标签值是利用一个特殊字符例如NaN表示缺失。

Pandas 选择用标签方法表示缺失值，包括两种 Python 原有的缺失值：

浮点数据类型（包括整型）

的 NaN 值，以及 Python的 None

对象

。

使用None时，表示一个空的python对象，所以numpy的dtype=object，因为是对象所以在进行大批量计算时，效率会比标量低。使用np.nan时表示标量，效率会高很多。

对于缺失值，pandas提供了几个有用的API方法，分别是：isnull()，notnull()，dropna()，fillna()。其中，对于dataframe，dropna()方法默认会将包含NaN的整行都drop掉，如果想按照整列drop，增加axis=1参数。

pandas的MultiIndex提供了多级索引的功能，用元组表示是多级索引的基础。

下面例子，使用元组索引生成Series。筛选2023的索引，非常繁琐。

Pandas 的 MultiIndex 类型提供多种实现方法，下边例子使用元组表示实现。

unstack() 方法可以快速将一个多级索引的 Series 转化为普通索引的DataFrame。stack() 方法实现相反的效果。

总结一下，创建多级索引的方法包括：

(1)通过一个有不同等级的若干简单数组组成的列表来构建 MultiIndex：pd.MultiIndex.from_arrays。

(2) 多个索引值的元组构成的列表创建 MultiIndex：pd.MultiIndex.from_tuples。

(3)用两个索引的笛卡尔积创建MultiIndex：pd.MultiIndex.from_product。

(4)直接提供 levels和labels创建 MultiIndex（lablels是指每个级别的整数指定每个位置）：

上边的例子中，不管是Series还是DataFrame都是按照行来进行多级索引，其实，也可以按列索引，而且非常简单，下边是一个例子（几个学生在2023和2023两次考试的不同科目成绩）：

需要对多级索引做显示切片操作时，可以使用pd.IndexSlice对象来切，不同级别的维度，拿逗号分割，例如下边例子中的df_sd_003.loc,idx_sd>。其他切片和取值操作与Numpy很类似。

如果 MultiIndex 不是有序的索引，那么大多数切片操作都会失败。

如果Series或者DataFrame的索引是未排序的，可以简单地通过sort_index方法来快速排序。

层级数据维度转换的另一种方法是行列标签转换，可以通过reset_index 方法实现

通过pd.concat()实现pandas对象合并，pd.cancat的所有参数（下面列举的是这些参数的默认值）：

pd.concat() 可以简单地合并一维的 Series 或 DataFrame 对象，与

np.concatenate() 合并数组一样。

DataFrame 的合并默认都是逐行进行的（axis=0）；pd.concat在合并时会保留索引，即使索引是重复的！如果设置 verify_integrity=True，那么生成重复索引时，会触发异常！有时索引无关紧要，那么合并时就可以忽略它们，可以通过设置 ignore_index 参数来实现。默认的合并方式是对所有输入列进行并并（join=’outer’），当然也可以用 join=’inner’ 实现对输入列的交并。下面是一个实现合并的例子：

Pandas 的基本特性之一就是高性能的内存式数据连接（join）与合并（merge）操作。

pd.merge() 实现的功能基于关系代数（relational algebra）的一部分。 pd.merge() 函数实现了三种数据连接的类型：一对一、多对一和多对多。pd.merge()会自动识别2个dataframe共有的列，并以这个列进行关联。

上边的例子中，关联的两个dataframe具有相同名称的列，pandas会直接按同名列合并，由于两个输入要合并的列通常都不是同名的，因此 pd.merge() 提供了一些参数处理这个问题。

Oracle PL/SQL (4) – 索引表INDEX BY BINARY_INTEGER 的使用

Oracle PL/SQL语言中索引表相当于JAVA中的数组，可以保存多个数据，并通过下标来访问。不同的是，索引表的下标可以是整数也可以是负数或字符串，索引表无需初始化，可以直接为指定索引赋值，开辟的索引表的索引不一定必须连续。

1、索引表的定义语法

例如：

IS TABLE OF 相当于是数组,这里定义了一个数组类型info_index ;

VARCHAR2(20) 定义数组里面只能放字符串

INDEX BY BINARY_INTEGER 定义数组下标是整数

输出结果：

AAA

BBB

2、定义type型的索引表

使用IS TABLE OF获取同一事罩洞故下所有定拿闷御损单的定损单号、定损金额。

输出结果：

定损单号：claim01定损总金额：73446

定损单号：claim01_01定损总金额：128327

3、定义rowtype 型的索引表

例如：使用IS TABLE OF获取所有公司信息。

输出结果：

公司code：公司名称：总公司 公司等级：1

公司code：205 公司名称：深圳分公司 公司等级：2

公司code：333 公司名称：测试分公司 公司等级：2

4、使用记录类型操作索引表

输出结果：

事故号:定损总金额：111 任务分配时间：

使用记录类型操作索引表，输出某个下标的结果

输出结果：

公司code：10001 公司名称：总公司 公司等级：1

使用记录类型操作索引表，输出所有下标结果

输出结果：

公司code：10001 公司消岩名称：总公司 公司等级：1

公司code：333 公司名称：测试分公司 公司等级：2

5、多级索引表

输出结果：

显示二维索引表的所有元素：

nvl(1,1)=10

nvl(1,2)=5

nvl(2,1)=100

nvl(2,2)=50

pivot_table多层索引问题

pivot_table可以实现Excel数据透视表的功能，但是经过pivot_table函数处理后的dataframe的列是多层索亏棚引，需要转化成单层索引，具体步骤如下：

df_1为数据源，包含5列，amount列为数值列，用于聚合；

创建数据透视表，index=，columns=，哗空竖NA值用0填乱大充，结果如下：

关于多级索引 数据库的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。

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