Python索引文件 快速查找筛选排序和操作大量数据

Python索引文件

在Python中，如果有大量数据需要进行快速查找、筛选、排序和操作，一个方法是使用索引文件。索引文件是一种数据结构，可以提高大规模数据处理的效率，通常用于数据库、搜索引擎等等领域。

创建索引文件

创建索引文件需要用到Python内置的os、struct、collections等模块。下面是一个创建索引文件的示例：

import os
import struct
from collections import defaultdict, namedtuple

OFFSET_STRUCT = struct.Struct("i") # 定义索引结构，i表示整数类型，占4个字节

def create_index_file(data_file_path, index_file_path):
    with open(data_file_path, "rb") as data_file, open(index_file_path, "wb") as index_file:
        index = defaultdict(list)
        record = namedtuple("Record", ["offset", "size"]) #定义记录类型，包含偏移和大小信息
        
        while True:
            offset = data_file.tell() #获取数据文件当前位置，即下一条记录的起始位置
            record_data = data_file.read(1024) # 每次读取一定大小的数据
            
            if not record_data:
                break
                
            size = len(record_data)
            index[record_data[:4]].append(record(offset, size)) #根据前四个字节为索引添加记录
            
        # 将索引写入到文件中
        for key in sorted(index.keys()):
            index_data = b"" # 存储索引数据
            for record in index[key]:
                index_data += OFFSET_STRUCT.pack(record.offset) # 记录偏移位置
            index_file.write(OFFSET_STRUCT.pack(len(index_data))) # 写入索引数据长度
            index_file.write(index_data) # 写入索引数据

使用索引文件进行快速查找

索引文件最常用的功能就是根据关键字进行快速查找。下面是一个使用索引文件进行查找的示例：

def search_index_file(key, index_file_path, data_file_path):
    with open(index_file_path, "rb") as index_file, open(data_file_path, "rb") as data_file:
        index_offset = 0 # 索引偏移初始化为0
        record_offsets = [] # 存储符合关键字的记录偏移位置
        
        while True:
            index_data_len = OFFSET_STRUCT.unpack(index_file.read(OFFSET_STRUCT.size))[0] # 读取索引数据长度
            index_data = index_file.read(index_data_len) # 读取索引数据
            
            if not index_data:
                break
                
            for offset in struct.iter_unpack("i", index_data): # 解包索引数据
                data_file.seek(offset[0]) # 将数据文件读取指针移动到相应的偏移位置
                record_data = data_file.read(1024) # 读取记录数据
                
                if record_data[:4] == key:
                    record_offsets.append(offset[0])
            
            index_offset += OFFSET_STRUCT.size + index_data_len
            
        return record_offsets

索引文件的应用

除了快速查找之外，索引文件还可以用于对数据进行筛选、排序和操作。下面是一个使用索引文件对记录进行排序的示例：

def sort_index_file(index_file_path, data_file_path):
    with open(index_file_path, "rb+") as index_file, open(data_file_path, "rb+") as data_file:
        offset_list = [] # 存储每个记录的偏移位置的列表
        
        while True:
            index_data_len = OFFSET_STRUCT.unpack(index_file.read(OFFSET_STRUCT.size))[0] # 读取索引数据长度
            index_data = index_file.read(index_data_len) # 读取索引数据
            if not index_data:
                break
                
            for packed_offset in struct.iter_unpack("i", index_data): # 解包索引数据
                offset_list.append(packed_offset[0]) # 保存偏移位置

        offset_list.sort() # 对偏移位置进行排序
        
        # 用排序后的偏移位置重新写入索引文件
        for i in range(0, len(offset_list), 100): # 每次写入100个记录的位置
            chunk = offset_list[i:i+100]
            index_data = OFFSET_STRUCT.pack(len(chunk))
            for offset in chunk:
                index_data += OFFSET_STRUCT.pack(offset)
            index_file.write(index_data)

以上仅仅是索引文件的应用之一。在实际开发中，根据需求不同，索引文件还有很多其他的用途。