Informatique Chapitre 16: Introduction aux bases de données 11/02/2015

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1 Informatique Chapitre 16: Introduction aux bases de données 11/02/2015

2 1 Qu est ce qu une base de données 2 Le tiers applicatif 3 Le vocabulaire des bases de données 4 Algèbre relationnelle 5 Langage SQL Informatique Chapitre 16 2

3 Introduction Les bases de données sont des outils de plus en plus fréquemment utilisés. Elles permettent de stocker des données nombreuses dans un seul ensemble bien structuré,en général sur un serveur (ordinateur relié à un réseau, internet par exemple), persistant et en vue de son utilisation localement ou à distance. Le serveur reçoit des requêtes des utilisateurs (les clients) pour : Créer/modifier la base de données (seulement les administrateurs) Interroger la base de données (tous les utilisateurs autorisés) Informatique Chapitre 16 3

8 Architecture des bases de données Nous allons voir deux types d architecture. L architecture "Client-Serveur" L architecture "Trois-tiers" Informatique Chapitre 16 4

11 L architecture "Client-Serveur" Chaque utilisateur est directement connecté au serveur de la base de données. Chaque utilisateur peut effectuer simultanément des opérations (consultation, recherche, modification, création de données...) FIGURE: L architecture "Client-Serveur" Informatique Chapitre 16 5

12 L architecture "Client-Serveur" Cette architecture est légère mais suppose que les utilisateurs connaissent la structure de la base de données. Elle peut aussi conduire à des résultats différents pour la même recherche si un autre utilisateur a modifié des données. Elle est en réalité rarement utilisée car le principe même n est pas sécurisé pour l intégrité de la base de données. Informatique Chapitre 16 6

16 L architecture "Trois-tiers" Dans cette architecture, chaque utilisateur est directement connecté à une application qui fait le lien avec le serveur de la base de données. Cette application joue le rôle d interface entre l utilisateur (le client) et le serveur de base de données. Elle joue les rôles : de traducteur, de filtre et de "gendarme" pour controler les accès et les droits des clients. FIGURE: L architecture "Trois-tiers" Informatique Chapitre 16 7

19 L architecture "Trois-tiers" Les trois tiers sont : Le tiers utilisateur (client) Le tiers applicatif Le tiers base de données Informatique Chapitre 16 8

23 Le tiers applicatif L accès à une base de donnée (BD) s effectue à l aide d un système de gestion de BD : le SGBD, qui gère le stockage en plus de l accès ; Un SGBD permet d interagir avec une BD de façon performante et transparente : l utilisateur n a pas à se préoccuper de la façon dont sont stockées les informations, ni des algorithmes employés. Ces SGBD résolvent sur demande (anglais query) des requêtes utilisant des opérateurs d algèbre relationnelle. SQL (Structured Query Language) est le langage de requêtes informatique le plus répandu pour formuler des requêtes d algèbre relationnelle. MySQL, Oracle, Sqliteman sont des SGBD (à interface graphique ou non) très utilisés. Informatique Chapitre 16 9

28 Le tiers applicatif En plus de l algèbre relationnelle, SQL permet l expression de fonctions (comme par exemple le minimum, le maximum, le comptage... ) que n offre pas l algèbre relationnelle ; la notion de tri (compte tenu du fait que le support théorique est la notion d ensembles et donc a priori sans ordre) Le langage SQL est également utilisé pour ajouter ou supprimer du contenu dans la base de données. Informatique Chapitre 16 10

32 Le tiers applicatif On peut utiliser un logiciel spécifique comme sqliteman disponible sous différentes plateformes. FIGURE: Sqliteman Informatique Chapitre 16 11

33 Le tiers applicatif On peut aussi utiliser avec python la librairie sqlite3. FIGURE: Sqlite3 sous Pyzo Informatique Chapitre 16 12

34 Le tiers applicatif Nous avons déjà parlé de Sqliteman Les requêtes sont formulées en SQL une fois la BD ouverte. Les résultats peuvent être exportés. On peut aussi travailler dans un programme python sous Pyzo en important la librairie sqlite3. Informatique Chapitre 16 13

35 Exemple d utilisation de sqlite3 Utilisation de sqlite3 import sqlite3 base = sqlite3.connect( mabd.db ) curseur = base.cursor() res=curseur.execute(""" SELECT nom FROM client """) for x in res: print x base.close() Informatique Chapitre 16 14

36 Utilisation de sqlite3 On importe sqlite3 On se connecte à la BD en mettant le nom du fichier contenant la BD La première chose à faire après s être connecté à une base est de créer un curseur. Il s agit d une sorte de zone tampon entre notre programme et la base : curseur = base.cursor() pour exécuter une requête on utilise curseur.execute("""la requete en SQL """) On ferme la base : base.close() Informatique Chapitre 16 15

42 Le vocabulaire des bases de données Base de données : ensemble structuré d informations. Une base est constituée d une ou plusieurs tables. Chaque table est constituée de champs. Tables : liste d enregistrements présentés sous forme de tableau. Champs : contient les informations sur chaque enregistrement d une table (Titre des colonnes du tableau). Exemple : la base de données communes-regions-departements, avec les tables communes, regions et departement et les champs associés. Informatique Chapitre 16 16

47 Le vocabulaire des bases de données La table est définie par son nom et sa relation : la relation est l ensemble des champs qui la constituent (Nom, Adresse, CP, Ville etc...). Amis Champs Nom Adresse CP Ville On dit que son schéma relationnel est : S=((Nom,texte),(Adresse,texte),(CP,entier),(Ville,texte)) Informatique Chapitre 16 17

48 Le vocabulaire des bases de données Chaque table va regrouper des contacts, n-uplets de valeurs. Ils ont appelés enregistrement. On peut représenter une table sous la forme d un tableau : les lignes représentent les enregistrements (Personnes du carnet d adresse...) et les colonnes représentent les informations sur chaque individu (Nom, Adresse,...) Amis Champs Nom Adresse CP Ville Enregistrement 1 Fifi rue du Truc Paris Enregistrement 2 Riri rue du Machin Marseille Enregistrement 3 Toto rue du Bidule Toulouse Chaque enregistrement est constitué de 4 attributs ayant chacun un domaine (type). Informatique Chapitre 16 18

49 Le vocabulaire des bases de données Requête : Interrogation(s) destinée(s) à extraire des informations d une base de données en fonction de critères de recherche. Exemple : Quel est le nom et le numéro de téléphone des clients habitant Paris et n ayant pas commandé depuis plus de 3 mois. Liaison, association : lien que l on peut créer entre champs de tables différentes. Informatique Chapitre 16 19

50 Le vocabulaire des bases de données Requête : Interrogation(s) destinée(s) à extraire des informations d une base de données en fonction de critères de recherche. Exemple : Quel est le nom et le numéro de téléphone des clients habitant Paris et n ayant pas commandé depuis plus de 3 mois. Liaison, association : lien que l on peut créer entre champs de tables différentes. Informatique Chapitre 16 19

51 Le vocabulaire des bases de données Clé : un ou plusieurs attributs donnant accès à un unique élément dans une table (par exemple : Nom, Prénom, Adresse...). On parle de clé composite s il y a plusieurs attributs nécessaires pour identifier un élément. Clé primaire : clé choisie parmi toutes les clés possibles. On fait en sorte qu elle soit la plus simple possible. Exemple : un numéro permet d identifier à coup sûr un seul étudiant alors qu un nom peut identifier plusieurs étudiants (cas d homonymes). Parfois identifiée avec le dessin d une petite clef dans une représentation graphique de bdd! Informatique Chapitre 16 20

52 Le vocabulaire des bases de données Clé : un ou plusieurs attributs donnant accès à un unique élément dans une table (par exemple : Nom, Prénom, Adresse...). On parle de clé composite s il y a plusieurs attributs nécessaires pour identifier un élément. Clé primaire : clé choisie parmi toutes les clés possibles. On fait en sorte qu elle soit la plus simple possible. Exemple : un numéro permet d identifier à coup sûr un seul étudiant alors qu un nom peut identifier plusieurs étudiants (cas d homonymes). Parfois identifiée avec le dessin d une petite clef dans une représentation graphique de bdd! Informatique Chapitre 16 20

53 Le vocabulaire des bases de données Attributs d un champ : outre son nom, un champ peut avoir différentes caractéristiques : type : selon l information qu il doit contenir, un champ peut être de type numérique, texte, date, booléen (oui/non)... longueur : exprimée en nombre de caractères auto incrément : (pour les champs de type numérique seulement) la donnée est créée automatiquement à chaque saisie saisie requise (oui/non) : si oui, la saisie d une information dans le champ est obligatoire valeur par défaut : valeur affectée à un champ si rien n y est saisi. Informatique Chapitre 16 21

59 Définition de l algèbre relationnelle L algèbre relationnelle est une algèbre permettant de traiter les requêtes et de donner des moyens d optimiser celle-ci, quelle que soit leur formulation originelle. C est une formulation mathématique qui tire sa source de notions ensemblistes vues en maths. Il faut garder à l esprit que la transformation et l optimisation d une requête en langage d algèbre relationnelle sont effectuées par le tiers applicatif en général, et qu on n a aucune idée de ce qu est la requête finale effectivement envoyée par ce dernier! Informatique Chapitre 16 22

60 Notations ensemblistes : union, intersection, différence Exemple : livre 1 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 2 livre 2 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le père Goriot Honoré de Balzac 1 Informatique Chapitre 16 23

61 Notations ensemblistes : union, intersection, différence Exemple : livre 1 livre 2 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 2 Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le père Goriot Honoré de Balzac 1 Informatique Chapitre 16 24

62 Notations ensemblistes : union, intersection, différence livre 1 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 2 livre 2 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le père Goriot Honoré de Balzac 1 Informatique Chapitre 16 25

63 Notations ensemblistes : union, intersection, différence Exemple : livre 1 livre 2 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Informatique Chapitre 16 26

64 Notations ensemblistes : union, intersection, différence livre 1 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 2 livre 2 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le père Goriot Honoré de Balzac 1 Informatique Chapitre 16 27

65 Notations ensemblistes : union, intersection, différence Exemple : livre 1 livre 2 Titre Auteur Tome Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 2 Informatique Chapitre 16 28

66 Notations ensemblistes : union, intersection, différence Que donnerait livre 2 livre 1? livre 1 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 1 Le Comte de Monte-Cristo Alexandre Dumas 2 livre 2 Titre Auteur Tome Madame Bovary Gustave Flaubert 1 Le père Goriot Honoré de Balzac 1 Informatique Chapitre 16 29

67 L algèbre relationnelle : opérateurs spécifiques On en compte cinq principaux : la projection notée π ou ; la sélection (ou restriction) notée σ ; le produit cartésien ; deux opérateurs ensemblistes déjà vus : l union et l intersection. un opérateur de renommage noté ρ et efin trois opérateurs composés : la jointure ; la sélection (ou restriction) notée σ ; la division ; la différence. Informatique Chapitre 16 30

68 La projection π Elle consiste à éliminer les attributs non désirés et les doublons. Vins Cru Mill Région Qualité Volnay 1983 Bourgogne A Volnay 1979 Bourgogne B Chenas 1983 Beaujolais A Julienas 1986 Beaujolais C Π cru,région Π(Vins) Cru Région Volnay Bourgogne Chenas Beaujolais Julienas Beaujolais On parle de la projection d une relation sur les attributs. Informatique Chapitre 16 31

72 La selection σ Elle consiste à récupérer les enregistrements répondant à certaines conditions ou critères. Vins Cru Mill Région Qualité Volnay 1983 Bourgogne A Volnay 1979 Bourgogne B Chenas 1983 Beaujolais A Julienas 1986 Beaujolais C σ Mill>=1986 Vins Cru Mill Région Qualité Julienas 1986 Beaujolais C Informatique Chapitre 16 32

75 La jointure Elle consiste à composer des relations (tables) différentes ayant un domaine commun. Il faut préciser, car ce critère de fusion n est pas forcément évident. On parle de critère de jointure. On parle de jointure naturelle (NATURAL JOIN) si les attributs de chaque table ont le même nom, ou de théta-jointure sinon. Informatique Chapitre 16 33

76 La jointure Vins Cru Mill Qualité Volnay 1983 A Volnay 1979 B Chablis 1983 A Julienas 1986 C Reg Cru Région QualMoy Volnay Bourgogne A Chablis Bourgogne A Chablis Californie B donne VinsReg Cru Mill Qualité Région QualMoy Volnay 1983 A Bourgogne A Volnay 1979 B Bourgogne A Chablis 1983 A Bourgogne A Chablis 1983 A Californie B Informatique Chapitre 16 34

77 La jointure Vins Cru Mill Qualité Volnay 1983 A Volnay 1979 B Chablis 1983 A Julienas 1986 C Reg Cru Région QualMoy Volnay Bourgogne A Chablis Bourgogne A Chablis Californie B donne VinsReg Cru Mill Qualité Région QualMoy Volnay 1983 A Bourgogne A Volnay 1979 B Bourgogne A Chablis 1983 A Bourgogne A Chablis 1983 A Californie B Informatique Chapitre 16 34

78 Exercice stock Caisse Fruits Pommes Bananes Question A quoi correspond la selection suivante : σ Fruits Pommes+Bananes (stock) Que renvoie-t-elle sur cet exemple? Informatique Chapitre 16 35

79 La division cartésienne Permet de trouver tous les éléments ayant un attribut commun. sno pno s1 s1 s1 s1 s2 s2 s3 s4 s4 p1 p2 p3 p4 p1 p2 p2 p2 p4 pno p2 B1 A Que renvoie A/B1, A/B2 et A/B3? pno p2 p4 B2 pno p1 p2 p4 B3 Informatique Chapitre 16 36

80 La division sno s1 s2 s3 s4 A/B1 sno s1 s4 A/B2 sno s1 A/B3 Informatique Chapitre 16 37

81 Le produit cartésien élève Nom-élève Dupont Martin Bernard enseignant Nom-enseignant Durand Petit élève enseignant Nom-élève Nom-enseignant Dupont Durand Martin Durand Bernard Durand Dupont Petit Martin Petit Bernard Petit Informatique Chapitre 16 38

82 Une opération super pratique (mais plus complexe) : les agrégats L opération d agrégation consiste à effectuer des opérations sur des groupements d enregistrements (agrégat) possédant une propriété commune. Les cinq opérations au programme sont le minimum d un agrégat, le maximum, la somme, la moyenne et le comptage. relevé Classe Elève Note MPSI Dupont 17,5 PCSI Martin 7,75 MPSI Bernard 9,25 PCSI Robert 14,0 PCSI Dubois 11,5 Classeγmoyenne(Note)(relevé) Classe moyenne(note) MPSI 13,38 PCSI 11,08 Informatique Chapitre 16 39

83 Une opération super pratique (mais plus complexe) : les agrégats L opération d agrégation consiste à effectuer des opérations sur des groupements d enregistrements (agrégat) possédant une propriété commune. Les cinq opérations au programme sont le minimum d un agrégat, le maximum, la somme, la moyenne et le comptage. relevé Classe Elève Note MPSI Dupont 17,5 PCSI Martin 7,75 MPSI Bernard 9,25 PCSI Robert 14,0 PCSI Dubois 11,5 Classeγmoyenne(Note)(relevé) Classe moyenne(note) MPSI 13,38 PCSI 11,08 Informatique Chapitre 16 39

84 SQL : Interrogation de base de données SELECT est la principale commande du langage SQL. Elle permet d interroger la base de données, sur une ou plusieurs tables. Une commande SQL se compose de clauses. Dans la commande SELECT, la clause FROM permet d indiquer les tables concernées. Le résultat de la requête est limité aux colonnes indiquées par la clause SELECT, et aux lignes qui respectent la condition exprimée par la clause WHERE. La commande SELECT permet de réaliser les opérations d algèbre relationnelle suivantes : sélection, projection, produit cartésien, jointure. Le résultat d une commande SELECT se présente sous la forme d un tableau. Informatique Chapitre 16 40

89 SQL : Interrogation de base de données Syntaxe générale SELECT champs FROM tables WHERE condition-de-recherche GROUP BY champs HAVING critère-du-groupe ORDER BY champs ; Informatique Chapitre 16 41

90 SQL : Interrogation de base de données La clause FROM est obligatoire, les clauses WHERE, GROUP BY, HAVING, ORDER BY sont facultatives. Les champs d une liste sont séparés par une virgule (commande SELECT, clauses GROUP BY et ORDER BY). La notation " table.champ " (par exemple : employe.profession) peut être utilisée pour faire référence à un champ dont le nom existe dans plus d une table. La commande se termine par un point-virgule, comme toutes les commandes SQL. Informatique Chapitre 16 42

93 SQL : Interrogation de base de données Clause SELECT Cette clause permet d indiquer les colonnes qui doivent apparaître dans le résultat. Ces colonnes peuvent être : des champs de tables (les tables impliquées doivent apparaître dans la clause FROM) des fonctions mathématiques d agrégation (somme, moyenne, maximal, minimal, compte) appliquées à l ensemble des valeurs de la colonne des expressions mathématiques construites à partir de champs, de fonctions d agrégation, et d opérateurs mathématiques Informatique Chapitre 16 43

97 SQL : Interrogation de base de données Exemple de clauses SELECT SELECT nom, prenom FROM clients ; nom et prénom des clients SELECT MAX(prixHT) FROM produits ; prix HT du produit le plus cher SELECT COUNT(*) FROM produits ; nombre de produits SELECT prixht, prixht x 1.2 FROM produits ; prix des produits, HT et TTC (avec TVA de 20%) Informatique Chapitre 16 44

102 SQL : Interrogation de base de données Fonctions d agrégation : Ces fonctions permettent d agréger un ensemble de lignes pour les regrouper sur une seule ligne. Sur cette ligne, le résultat d une fonction d agrégation est calculé à partir des données de l ensemble des lignes de l agrégat. Exemple avec la table bulletin : Matière Note Mathématiques 15 Physique 14 SI 16 Informatique Chapitre 16 45

103 SQL : Interrogation de base de données Fonction Signification Exemple Résultat SUM () somme SELECT SUM(note) FROM bulletin ; AVG () moyenne SELECT AVG(note) FROM bulletin ; MAX () maximum SELECT MAX(note) FROM bulletin ; MIN () minimum SELECT MIN(note) FROM bulletin ; COUNT() nombre de lignes de l agrégat SELECT COUNT(*) FROM bulletin ; Informatique Chapitre 16 46

104 SQL : Interrogation de base de données Opérateurs mathématiques utilisables avec SELECT + Addition Soustraction Multiplication / Division Informatique Chapitre 16 47

105 SQL : Interrogation de base de données Le mot-clé DISTINCT Permet d éviter d obtenir 2 (ou plus) lignes identiques dans le résultat de la requête. Exemple : SELECT DISTINCT ville FROM clients ; affiche la colonne ville de la table clients. Une ville n apparaîtra qu une seule fois. Le mot-clé AS Permet de nommer une colonne. Exemple : SELECT COUNT(*) AS nombreclients FROM clients ; nombreclients pourrait être utilisé pour compléter la requête. Informatique Chapitre 16 48

108 SQL : Interrogation de base de données Clause FROM Table(s) sur laquelle (lesquelles) s applique(nt) les autres clauses. Dans le cas de plusieurs tables, elles sont séparées par une virgule. Exemple : SELECT * FROM étudiants, matières ; Informatique Chapitre 16 49

109 SQL : Interrogation de base de données Clause WHERE Le résultat d une commande SELECT comportant une clause WHERE est limité aux lignes pour lesquelles la condition de recherche est vérifiée. Informatique Chapitre 16 50

110 SQL : Interrogation de base de données Condition simple opérande1 opérateur opérande2 Un opérande peut être une valeur constante, un champ, une expression, une sous-requête. L opérateur peut être un opérateur de comparaison parmi : = Egal à > Plus grand que < Plus petit que >= Plus grand ou égal à <= Plus petit ou égal à <> Différent de Informatique Chapitre 16 51

111 SQL : Interrogation de base de données Ces opérateurs peuvent s appliquer à tout type de données : numérique, texte, date. Pour des données de type texte, la comparaison se fait à partir de l ordre alphanumérique, en utilisant le codage utilisé par le SGBD pour le texte. Un texte doit être encadré d apostrophes ( ), par exemple : nom = Martin Exemples : prix > 500 prix * quantite > 500 prix > (SELECT AVG(prix) FROM produits) prix supérieur à la moyenne des prix Informatique Chapitre 16 52

114 SQL : Interrogation de base de données Définition d une jointure La jointure est une opération qui revient à effectuer un produit cartésien des enregistrements de deux tables suivi d un filtrage qui consiste à ne conserver dans le produit cartésien que les enregistrements pour lesquels les valeurs de certains champs dans l une et l autre des deux tables initiales satisfont le critère de jointure choisi. Le critère le plus simple est l égalité de deux champs pris dans l une et l autre table. Le résultat de l opération est une nouvelle table. Cette définition fait appel à des notions théorique d algèbre relationnelle... Informatique Chapitre 16 53

115 SQL : Interrogation de base de données Une jointure est le plus souvent définie avec une condition d égalité entre deux champs de deux tables différentes. Exemple : SELECT * FROM clients, commandes WHERE clients.codeclient = commandes.codeclient ; sélectionne tous les clients ayant passé une commande et retourne la colonne clients et la colonne commande qui sont dans deux tables différentes. On a joint les deux colonnes qui étaient dans deux tables différentes! Informatique Chapitre 16 54

116 SQL : Interrogation de base de données Une jointure est le plus souvent définie avec une condition d égalité entre deux champs de deux tables différentes. Exemple : SELECT * FROM clients, commandes WHERE clients.codeclient = commandes.codeclient ; sélectionne tous les clients ayant passé une commande et retourne la colonne clients et la colonne commande qui sont dans deux tables différentes. On a joint les deux colonnes qui étaient dans deux tables différentes! Informatique Chapitre 16 54

117 SQL : Interrogation de base de données Conditions combinées Combinaison de plusieurs conditions simples avec les opérateurs AND, OR, NOT Exemples : sexe = masculin AND age > 20 NOT (sexe = masculin AND age > 20) age < 20 OR age > 50 (sexe = masculin AND age > 20) OR (sexe = féminin AND age > 18) Informatique Chapitre 16 55

118 SQL : Interrogation de base de données Autre opérateurs : BETWEEN, IN, LIKE, IS NULL, IS NOT NULL Opérateur Exemples Remarques BETWEEN age BETWEEN 20 AND 50 IN ville IN ( bordeaux, lyon, lille ) LIKE telephone LIKE 05% Comme un schéma décrit avec des caractères joker : telephone LIKE Entre une plage de valeurs Dans un ensemble de valeurs Comme un schéma décrit avec des caractères joker : telephone LIKE % pour un ensemble quelconque de caractères, _ pour un caractère quelconque Informatique Chapitre 16 56

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