Быстрое преобразование неупорядоченных данных в упорядоченные

Для начала дисклеймер, речь НЕ про сортировку.

Допустим, есть набор чисел. Можно создать массив, перечислив в нем эти числа (например M[3]={123, 8, 5867} ), а затем получать их, просто обращаясь к массиву по индексу.

0 -> 123 
1 -> 8
2 -> 5867

Тривиально.

Возможно ли (фундаментально) обратное решение? Так же тривиально преобразовывать значение массива в индекс?

123  -> 0 
8    -> 1 
5867 -> 2

Понятно, что можно, например, отсортировать массив, а затем делать поиск по нему. Но это все таки некоторая процедура (и затраты времени), а хотелось бы решение, которое позволяло бы это делать, условно, за одну операцию.