Modélisation et stockage des données géographiques. Christelle Pierkot

Transcription

1 Modélisation et stockage des données géographiques Christelle Pierkot

2 Rappels : L information géographique Information relative àun objet ou àun phénomène du monde réel On ne peut appréhender totalement tous les détails Que veut-on représenter? Comment va-t-on le représenter? Plusieurs composantes de la représentation Sémantique i.e. nature et attributs de l objet Géométrie i.e. forme et localisation de l objet

3 Cycle de vie des données géographiques Monde réel BD Abstraction du monde réel=> Quelle information veut on représenter? Acquisition des données=> Quels moyens vont permettre de fournir des données représentant cette information? Modélisation des données=> Comment représenter formellement l information acquise? Archivage des données=> Comment et sous quelle forme stocker les données? Utilisation des données

4 Index Modélisation et stockage des données géographiques Analyse des besoins : Inventaire des éléments nécessaires Monde réel Étape Conceptuelle : Représentation formelle du monde réel Modèle conceptuel Étape Logique : Préparation à l implémentation Modèle logique NomTable1 (attribut1,attribut2,...) NomTable2 (attribut1, clé étrangère, ) Étape Physique : Implémentation dans un système particulier Modèle physique Utilisation, maintenance BD

5 Modèle conceptuel But : décrire de façon formelle les données et les relations entre ces données, indépendamment des choix techniques d implémentation. C est une représentation formelle du monde réel Deux types de modèles conceptuels : Modèles statiques : Permettent de décrire la structure de données Modèles dynamiques : Permettent de décrire les opérations sur les données Formalismes de modélisation : Modèle Entité/ Relation Méthode MERISE Notation UML Spécifiques aux données géographiques : MADS, CONGOO, MODUL-R

6 Formalismes de modélisation : UML «UnifiedModelingLangage»i.e. Langage Unifiépour la Modélisation Langage de modélisation graphique objet Standard de l OMG (Object Management Group) Permet de modéliser la structure et le comportement d un système indépendamment de toute méthode et de tout langage de programmation

7 UML, notions d objets Un objet représente une entitéconcrète ou abstraite d un monde réel ou virtuel. Une forêt, Une route, Un cours d eau, Objet = Identité+ État + Comportement Identité: Référence unique et constante d un objet pendant toute sa durée de vie, indépendamment de la valeur de l objet. Deux objets distincts «routes»de type «nationale»possèdent deux identités différentes. État : Ensemble des propriétés qui caractérisent l objet La route est une nationale, possède un revêtement asphalte, àdeux voies et un seul sens de circulation. Comportement : Compétences, actions et réactions d un objet. La route est «praticable», «en travaux» Le comportement est liéàl état : Une route est praticable uniquement si le revêtement est en asphalte.

8 UML, les diagrammes de classe C est une description abstraite des liens potentiels entre les objets Pour un système donné, un ensemble de diagramme de classes est défini; chaque diagramme se focalise sur un seul aspect Une classe regroupe un ensemble d objets ayant les mêmes propriétés et les mêmes comportements La classe route regroupe les objets possédant un type, un revêtement, Ayant pour comportements «praticable», «en travaux» Un objet est une instance de classe La «RN120»est une instance de la classe «route» La classe décrit le domaine de définition d un ensemble d objets. Les généralités sont contenues dans la classe et les particularités dans les objets.

9 UML, les classes Représentations graphiques : Nom de classe attributs Nom de classe methodes() Exemple: Voit ure Couleur : Enum {Rouge, Bleu, Noire} Marque : Chaine de caractère Type : Chaine de caractère Puissance : Entier Nombre_Km : Entier Immatriculation : Chaine de caractère FixerPrix(Prix : Réel) EstLoué: Booleen() KmCompteur() : Entier

10 UML, les relations entre les classes Association Relation structurelle entre les classes Agrégation Association non symétrique dans laquelle une des extrémités joue un rôle prédominant sur l autre extrémité Composition Cas particulier d agrégation Généralisation / Spécialisation Relation de classification entre un élément général (super-classe) et un élément spécifique (sous-classe)

11 UML, relation de type association Association binaire : relie deux classes Voit ure Personne Association n-aire : relie plusieurs classes Voiture Loueur Conduc teur Nommage : pour faciliter la compréhension du modèle Voiture est conduit par > Personne

12 UML, relation de type association Rôles : Exprime comment une classe voit une autre classe au travers d une association Cardinalité: Montre combien d objets de la classe considérée peuvent être liés àun objet de l autre classe Multiplicités conventionnelles : 1 : un et un seul Exemple : L homme possède un et un seul nez : zéro ou un Exemple : Un ordinateur portable contient 0 ou 1 casque M.. N : de M àn (M et N sont des entiers dont on connaît exactement la valeur) Exemple : Le carton contient de 50 à60 exemplaires * ou 0.. * : de zéro àplusieurs (* est un entier > 0 dont on ne connaît pas exactement la valeur) Exemple : Un film est vu par 0 ou plusieurs spectateurs 1.. * : de 1 àplusieurs Exemple : Un livre est écrit par un ou plusieurs auteurs

13 UML, relation de type association Association réflexive: Relie une classe àelle même. Les rôles prennent toute leur importance car ils permettent de distinguer les instances qui participent à la relation Personne parents enfants * 2 Classes-associations: Sert àajouter des attributs et des opérations dans l association Exemple : Une commande est passée àune date donnée et concerne une quantité de produit fixé Client 1..* 1..* Produit Commande date quantité Navigabilité: Pour restreindre la navigation à un seul sens Loueur 1 loue 1..* Voiture

14 UML, relation de type agrégation Représentation graphique: Agrégat une agrégation Elément Agrégé Elle ne concerne qu un seul rôle d une association Aucune contrainte particulière sur les cardinalités Notion de «faire partie»de quelque chose Exemple: Des images peuvent faire partie d une ou plusieurs pages web PageWeb 1..* 0..* Images

15 UML, relation de type composition Représentation graphique: Composite 0..1 une composition Composant Cas particulier de l agrégation. La destruction du composite implique automatiquement la destructions de tous ses composants La cardinalitédu côtéde l agrégat ne peut prendre que les valeurs 0 ou 1 Exemple: Un homme possède deux mains. Les mains n appartiennent qu à un seul homme et n ont pas d existence propre sans cet homme Homme possède 1 2 Main

16 UML, relation de type généralisation-spécialisation Représentation graphique: Généralisation SuperClasse SousClasse Spécialisation Le parcours du lien de la super-classeàla sous-classe correspond àune spécialisation Le parcours du lien de la sous-classe àla super-classecorrespond àune généralisation La sous-classe hérite de tous les attributs et méthodes de la super-classe La sous-classe peut contenir des informations spécifiques

17 UML, relation de type généralisation-spécialisation Une super-classequi sert uniquement de spécification aux sous-classes est définie en tant que classe abstraite(représentation en italique). Une sous classe peut avoir plusieurs super-classe(héritage multiple) Une super-classepeut avoir plusieurs sous-classes et être spécialisée selon plusieurs critères. Vehicule Classe abstraite Spécialisation selon la motorisation Spécialisation selon le milieu A voile A moteur Terrestre Marit ime Héritage multiple Scooter

18 UML, conclusions sur les relations Comment savoir quelle relation utiliser? L association lorsque la relation entre les deux classes est simple. Exemple : une voiture «est conduite par»une personne. L agrégation ou la composition lorsque la relation entre les deux classes se réfère àun composite et àun composant L agrégation lorsque le composant àune existence propre. Exemple : une voiture existe même si elle ne possède pas de propriétaire La composition lorsque le composant ne peut exister sans le composite. Exemple: une main n existe pas sans un homme. La généralisation / spécialisation lorsqu une classe est une sous classe d une autre. Exemple: Une voiture EST un véhicule particulier

19 UML, les mécanismes spécifiques Packages Permettent de structurer les modèles en regroupant les classes fortement couplées Utiles quand le nombre de classe devient élevé Stéréotypes Permet de créer des éléments nouveaux Syntaxe «nom_stéréotype» Étiquettes Permettent d étendre les attributs de méta-classe C est une paire (nom, valeur) Notes Commentaires attachés aux éléments de modélisation Contraintes Expression qui précise le rôle ou la portée d un élément de modélisation En langage naturel ou grâce àocl Peut être défini dans une note ou directement sur la relation <<abstract>> Une classe Une classe {auteur = pierkot} Personne Travaille pour > {ou} Possède > Nom Package Une note Entreprise

20 UML, les contraintes Les contraintessont des prédicats, pouvant porter sur plusieurs éléments du modèle statique, qui doivent être vérifiés àtout instant. Les contraintes permettent de rendre compte de détails àun niveau de granularitétrès fin dans un diagramme de classe. Elles peuvent exprimer des conditions ou des restrictions. En UML, les contraintes sont exprimées sous forme textuelle, entre accolades et de préférence en OCL (Object Constraint Language). Peut être défini dans une note ou directement sur la relation subordonné contrainte entre 2 associations Chemin * 1..* {ordered} Arête Personne Personne * 1..* chef diriger membrede * * {subset} 1 préside * Société Comité contrainte sur extrémité d'association contrainte { actif = passif } sur classe employeur actif : Real {value 0} passif : Real { Personne.employeur = contrainte Personne.chef.employeur } sur attribut contrainte sur 2 associations

21 UML, conclusions sur les diagrammes de classes Démarche àadopter pour créer un diagramme de classe Identifier les classes Identifier les attributs de chaque classe Identifier les relations entre les classes Évaluer la multiplicité des relations Déterminer les éventuelles contraintes sur les attributs et/ou les associations

22 UML, les diagrammes d objet Instances de diagramme de classe Montrent l état du système àun instant donné S utilisent pour montrer un contexte Représentations : nom de l'objet nom de l'objet : Classe : Classe Exemple : Mr Dupont conduit > conduit > Clio : Voiture Couleur = Rouge Marque = Renault Mme Dupont : Personne conduit > Golf : Voiture

23 UML, relations entre diagrammes de classe et diagrammes d objet Un objet est une instancede classe Les relations relient les classes Les liensrelient les objets Un lien entre deux objets implique une relation entre les classes des deux objets Un lien est une instance de relation (association, agrégation ou composition) Voit ure Une relation Personne «instance de» «instance de» «instance de» Clio : Voiture Couleur = Rouge Marque = Renault Un lien Mr Dupont : Personne

24 TD UML

25 Index Modélisation et stockage des données géographiques Analyse des besoins : Inventaire des éléments nécessaires Monde réel Étape Conceptuelle : Représentation formelle du monde réel Modèle conceptuel Étape Logique : Préparation à l implémentation Modèle logique NomTable1 (attribut1,attribut2,...) NomTable2 (attribut1, clé étrangère, ) Étape Physique : Implémentation dans un système particulier Modèle physique Utilisation, maintenance BD

26 Modèle logique But : Décrire la structure de données utilisée sans faire référence à un langage de programmation. C est une représentation du système tel qu il sera implémentédans un ordinateur Transformation du modèle conceptuel dans le formalisme spécifique au SGBD Dépend du type de modèle de données utilisédans le SGBD. Formalismes de modélisation Modèle relationnel Modèle objet-relationnel Modèle objet

27 Modèle logique : Le modèle relationnel Défini par Edgar F. Codden 1970 Modèle logique basé sur l algèbre relationnelle Schéma informatique des données. Modèle d organisation sous forme de tables (tableaux à deux dimensions). Simplicité de la structure de données Manipulation des données selon le concept mathématique de relation de la théorie des ensembles Simplicité des opérateurs Toute opération relationnelle sur une table (union, intersection, différence ) génère une autre table

28 Le modèle relationnel : Définitions Table ou relation: Ensemble de données relatives àun même conceptreprésentées dans un tableau à deux dimensions. Champ ou attribut: Ensemble des propriétésde la table. Il pend ses valeurs dans un domaine Il peut apparaître dans plusieurs relations N-Upletsou enregistrements: Ensemble des valeursd attributs pour une même référence. N représente le degré de la relation, c est-à-dire le nombre d attributs de la relation. Schéma relationnel d une table: Structured une table définie par ses attributs et leurs domaines : Nom_Table(att1:D1, att2 : D2, ) Souvent noté sans les domaines : Nom(att1, att2, ) Exemple: Livre(titre, auteur, éditeur, ISBN) L ordre des lignes et des colonnes n a pas d importance

29 Le modèle relationnel : Définitions Clé primaire: Identifiant unique d une table. Elle est constituée d un attribut ou d une combinaison d attributs dont les valeurs sont stables et uniques Elle permet d identifier sans ambiguïtéun enregistrement et un seulparmi tous les N-Uplets de la relation Elle est conventionnellement soulignée dans le schéma relationnel Cléétrangère: Référenceàune autre table Elle est constituée d un attribut représentant la clé primaire d une autre table Elle permet d établir une liaison avec les autres tables Plusieurs clés étrangères peuvent co-existerdans une relation, chacune référençant une table distincte Elles sont généralement marquées d un signe distinctif (souvent un #)

30 Le modèle relationnel : Exemple Relation Livre Schéma : Livre(ISBN, Titre, Auteur, Éditeur, #Loueur) Représentation : Champs ou Attributs Titre Auteur Éditeur ISBN #Loueur Le souffle des dieux Bernard Werber Albin Michel Dupont_003 N-Uplets ou Enregistrement Pars vite et reviens tard Fred Vargas Viviane Hamy

31 Le modèle relationnel : Contraintes d intégrité Contrainte de domaine : Elle restreint les valeurs possibles d un attribut à un ensemble de valeurs prédéfinies Contrainte de non nullité: Elle empêche un attribut d avoir une valeur indéfinie. Utilisée pour la clé primaire Contrainte de cléprimaire : Elle implique la non duplication des lignes Chaque objet du monde réel ne peut être enregistréqu une seule fois Contrainte d intégrité référentielle : Elle spécifie les liens qui doivent exister entre deux tables Toute valeur de la cléétrangère réfère àune valeur identique de la cléprimaire de la table associée

32 Le modèle relationnel : Schéma relationnel d une base de données Il est constituéde : Toutes les tables constituant la base de données Toutes les relations entre les tables Toutes les cardinalités entre les relations Exemple:

33 Passage du modèle conceptuel au modèle logique Dépend du formalisme utilisé pour le modèle conceptuel et du formalisme utilisé pour le modèle logique Transformation grâce à des règles Dans ce cours, passage d un modèle conceptuel défini en UML àun modèle logique défini par un modèle relationnel Modèle conceptuel de données UML Règles de transformation Modèle logique de données Modèle relationnel

34 Transformation UML->Modèle relationnel Règles de transformation Nom de la classe UML => Nom de la relation (table) Attributs de la classe UML => Champs de la table Relation entre classes => Création d un nouveau champ ou d une nouvelle table selon la multiplicité Comment définir la clé primaire? Il existe un attribut de la classe qui est unique et pérenne et qui ne prend jamais la même valeur pour des objets différents, alors il peut servir de clé primaire. Exemple : ISBN pour un livre ou numéro sécurité sociale pour une personne Il n existe pas d attribut dans la classe pouvant remplir ces conditions, il faut alors générer un identifiant.

35 Transformation UML->Modèle relationnel Convertir les relations (association, agrégation ou composition) Liens 1-1entre deux classes A et B : Création d un attributreprésentant l identitéde la classe B (resp. A) dans la table définie par A (resp. B) i.e. création d une clé étrangère référençant B (resp. A) dans la table définie par A (resp. B) Lien 1-nou 1-*entre A et B : Création d un attributreprésentant l identitéde la classe A dans la table définie par B i.e. création d une cléétrangère référençant A dans la table définie par B. (idem si 1 remplacépar (0..1) Lien n-mou *-*entre A et B : Création d une tablesupplémentaire composédes deux attributs représentant l identitédes deux classes. La cléprimaire de la nouvelle table est composée des deux attributs.

36 Transformation UML->Modèle relationnel : Cas de l héritage 1. Chaque classe possède sa propre table Les sous classes ont la même cléprimaire que la super classe Éventuellement, un attribut type est ajouté à la super classe Exemple: Compte(Id_Compte, solde, type) avec type = {courant, épargne} Courant(#Id_Compte, decouvert_autorisé) Épargne(#Id_Compte, taux) Compte_Courant Decouvert_Autorisé Compte Id_Compte Solde Compte_Epargne Taux 2. On ne représente que les sous classes Les attributs de la super classe descendent dans chaque sous-classe Exemple : Courant(Id_Compte, solde, decouvert_autorisé) Epargne(Id_Compte, solde, taux) 3. Une seule classe regroupe tout Problème de gestion des valeurs nulles pour les attributs exclusifs à l une ou l autre des sous classes Exemple : Compte(Id_Compte, solde, decouvert_autorisé, taux)

37 Transformation UML->Modèle relationnel : Exemple, classe et attributs Classe produit Réf-produit Libellé-p Prix-vente-p fournisseur Code-fournisseur Adresse Téléphone Schémas Relationnels Produit (Réf-produit, Libellé-p, Prix-vente-p) Fournisseur (Code-fournisseur, Adresse, Téléphone)

38 Transformation UML->Modèle relationnel : Exemple relation 1-* ou 1-n Diagramme de Classe : produit Réf-produit Libellé-p Prix-vente-p * < fournir 1 fournisseur Code-fournisseur Adresse Téléphone Schémas Relationnels : Produit (Réf-produit, Libellé-p, Prix-vente-p, #Code-fournisseur) Fournisseur (Code-fournisseur, Adresse, Téléphone)

39 Transformation UML->Modèle relationnel : Exemple relation *-* ou n-m ou n-* Diagramme de Classe : produit Réf-produit Libellé-p Prix-vente-p * * < fournir fournisseur Code-fournisseur Adresse Téléphone Schémas Relationnels Produit (Réf-produit, Libellé-p, Prix-vente-p) Fournisseur (Code-fournisseur, Adresse, Téléphone) Fournir (Réf-produit, Code-fournisseur)

40 Transformation UML->Modèle relationnel : Exemple complet Schéma UML: Livre Titre Auteur Éditeur ISBN Tables correspondantes : Schémas correspondants: * 1 tbl_livre tbl_adhérent Titre Id_Adhérent Auteur Nom Éditeur Prénom ISBN Date de naissance #Id_Adherent Adresse Adhérent 1..* 1..* <emprunte Habite > Téléphone Nom Prénom Date de naissance Adresse Téléphone tbl_lien_adhérent_commune Id_Commune Id_Adhérent tbllivre(isbn,titre, auteur, éditeur, #Id_Adherent) tbl_adherent(id_adherent, nom, prénom, date_naissance, adresse, téléphone) tbl_commune(id_commune, CP, nom) tbl_lien_adherent_commune(id_adherent, Id_Commune) Commune CP Nom tbl_commune Id_Commune CP Nom

41 Modèle relationnel : conclusions Pour bien modéliser les données, on fait une analyse en UML qu on traduit ensuite en modèle relationnel Règles de passage du modèle UML en Modèle relationnel : UML Modèle relationnel Classe Attribut Relation Instance Relation ou Table Attribut ou Champ Clé étrangère N-Uplet ou Enregistrement Avantages du modèle relationnel Simplicitépour l'utilisateur dans la conception, la définition, l'installation de la base de données Simplicitéde la structure des données Simplicitédes opérateurs : Mise àdisposition d'un langage de manipulation des données simple, d'apprentissage facile Indépendance des applications vis à vis de l'implantation physique des données

42 TD Modèle relationnel