Introduction aux bases de données

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1 UNIVERSITÉ DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBÉLIARD Introduction aux bases de données Frédéric Lassabe September 17, 2010 Université de Technologie de Belfort-Montbéliard

2 Sommaire 1 Du modèle conceptuel de données (MCD)... 2 Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD 3 Algèbre relationnelle 2/40

3 Introduction Base de données : Ensemble de données qui modélisent une partie du monde réel pour une application informatique. Système de Gestion de Base de Données (SGBD) : Présente les informations dans une forme exploitable Interface entre les utilisateurs et l information brute Outil qui permet d insérer, modifier, retirer et rechercher des données, le tout de façon efficace. Donne l illusion à chaque utilisateur d être le seul à utiliser les informations. 3/40

4 Introduction - suite Gain de place : Structure relationnelle Éviter les répétitions Vitesse : Indexation des données Moteur du SGBD optimisé pour la manipulation des données SGBD connus : Microsoft Access et SQL Server Oracle, MySQL (GNU Public License) PostgreSQL (licence BSD), SQLite (domaine public) 4/40

5 1 Du modèle conceptuel de données (MCD) /40

6 Définition Tout projet commence par le travail d analyse. Établir un dictionnaire des données : Quelle donnée? Quel type? (élémentaire, composé, calculé) Quelle nature? (alphabétique, numérique, alphanum.) Longueur? Caractéristiques spéciales? (identifiant, etc.) Le résultat est le modèle conceptuel de données (MCD) MCD décrit la future base de données : Entités Associations 6/40

7 Modèle entité-association Modèle défini dans le cadre de la méthode d analyse MERISE. Concepts : Entité et occurrence d entité Association et occurrence d association Propriété et valeur 7/40

8 Vocabulaire (1) Entité Représentation d un objet matériel ou immatériel Exemple : vin, étudiant, voiture, etc. Propriété Donnée élémentaire et indécomposable Définit une entité Exemple : âge, note, nom, adresse 1, etc. Propriété calculée : résulte d un calcul à partir d une ou plusieurs autres propriétés. Ne devrait pas apparaître dans le modèle. Donnée non stable : doit figurer dans le modèle. Exemple : montant sur une facture. 1 Pourrait être une entité décomposée en code postal, ville, etc. 8/40

9 Vocabulaire (2) Association Représentation d un lien entre entités Des propriétés peuvent être attachées à des associations Dimension Nombre d entités intervenant dans l association Association réflexive : 1 entité Association binaire : 2 entités Association n-aire : n entités, n > 2 Cardinalité Caractérise le lien entre une association et une entité Borne inférieure Borne supérieure Nombre de fois qu une entité participe aux occurrences d une relation. 9/40

10 Vocabulaire (3) Identifiant Une ou plusieurs propriétés d une entité telle qu à chaque valeur de l identifiant corresponde une seule occurrence de l entité. l identifiant d une association est au moins constitué de l union des identifiants des entités participantes. l identifiant est stable dans le temps. l identifiant est souvent numérique : plus court (entier long sur système 32 bits : 4 octets) opérations sur les entiers très rapides sur CPU. 10/40

11 Importante distinction Ne pas confondre : Entité Définition de la structure d un type de données. Exemple : entité étudiant, définie par les propriétés : nom prénom date de naissance... Occurrence de l entité étudiant (instance) Un élément concret de ce type Exemple : Charles Dupont, né le 06/06/1944 les propriétés prennent des valeurs. 11/40

12 Exemple de MCD a pour chef encadre 0,1 projet Employe num_employe nom prenom... 0,n 0,n est chef de coordonne 1,1 num_projet theme titre date_debut date_fin 1,n 0,n participe date_debut date_fin 1,n Tache nom_tache cout 1,1 constitue_de 12/40

13 Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD 1 Du modèle conceptuel de données (MCD)... 2 Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD 3 13/40

14 Introduction Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD SGBD relationnels organisent les données en tables sont basés sur la théorie des ensembles (algèbre relationnelle) Concepts clés : Domaine Attribut Relation 14/40

15 Attribut et domaine Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Attribut Donnée élémentaire du système d information Domaine de définition Domaine Ensemble des valeurs admissibles pour un attribut Souvent limité à la définition d un type de données (entier, etc.) 15/40

16 Produit cartésien Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Le produit cartésien des domaines D 1, D 2,..., D N est l ensemble des n-uplets (v 1, v 2,..., v N )/v i D i Exemple : D 1 = {R, G, B} D 2 = {V, F } Le produit cartésien est : D 1 D 2 R V R F G V G F B V B F 16/40

17 Relation et schéma de relation Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Définition : sous-ensemble du produit cartésien d une liste de domaines Colonnes sont les attributs (domaines). Lignes sont les occurrences. Exemple : relation étudiant Nom Prénom Numéro étudiant Dupont Robert Dubois Roger Onyme Anne Table: Exemple de la relation Étudiant. 17/40

18 Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Correspondance SGBDR et modèle relationnel SGBDR Modèle relationnel TABLE RELATION COLONNE ou CHAMP ATTRIBUT LIGNE TUPLE ou OCCURRENCE TYPE DOMAINE INDEX PRIMAIRE CLE PRIMAIRE Table: Correspondance vocabulaire des SGBDR et du modèle relationnel. NB. : les SGBDR emploient des termes variables. 18/40

19 Clé Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Groupe d attributs minimum qui détermine un tuple unique dans une relation Exemples : {CRU,MILLESIME} dans VINS NSS 2 dans une table Personne Contrainte de clé Toute relation doit posséder au moins une clé documentée (les attributs ne faisant pas partie de la clé peuvent, éventuellement, ne pas contenir d information) Clés étrangères Groupe d attributs formant la clé d une autre relation 2 Numéro de sécurité sociale 19/40

20 Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Contraintes d intégrité structurelles Intégrité de domaine Vérifier qu une occurrence appartient au domaine Intégrité de relation Identification de la clé Intégrité de référence Découle d un lien entre schémas de relation Représentation graphique Exemple : Produits Ref. produit Nom du produit Num. fournisseur Code categorie Qte par unite Prix unitaire... appartenir Categories Code categorie Nom de categorie Description Illustration 20/40

21 Passage d un MCD au MLD Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Entités Chaque entité devient une table Chaque propriété devient une colonne de la table L identifiant d une entité devient la clé primaire de la table. Associations Dépend des cardinalités Soit une table Soit un champ d une table entité 21/40

22 Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Association binaire 1,1 - (0 ou 1),n Clé primaire de l entité côté (0 ou 1),n devient clé externe de l entité côté 1,1 de la relation. Entite 1 Entite 2 E1 identifiant E1 ppte 1 E1 ppte ,1 Association 1,n E2 identifiant E2 ppte 1 E2 ppte2... TABLE1 E1_ID E2_ID E1_PPTE1... TABLE2 E2_ID E2_PPTE /40

23 Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Association binaire (0 ou 1),n - (0 ou 1),n non porteuse de données Création d une table dynamique Même nom que l association Deux clés étrangères (les clés primaires des entités impliquées dans l association. Concaténation des deux clés : clé primaire de la table de l association. Entite 1 Entite 2 E1 identifiant E1 ppte 1 E1 ppte ,n Association 1,n E2 identifiant E2 ppte 1 E2 ppte2... TABLE1 E1_ID E2_ID E1_PPTE1... TABLE3 E1_ID E2_ID TABLE2 E2_ID E2_PPTE /40

24 Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Association binaire (0 ou 1),n - (0 ou 1),n porteuse de données Idem que précédemment, mais on intègre la donnée à la nouvelle table. Entite 1 Entite 2 E1 identifiant E1 ppte 1 E1 ppte ,n Association A1 ppte 1 1,n E2 identifiant E2 ppte 1 E2 ppte2... TABLE1 E1_ID E2_ID E1_PPTE1... TABLE3 E1_ID E2_ID A1_PPTE1 TABLE2 E2_ID E2_PPTE /40

25 Association binaire 0,1-1,n Les SGBD relationnels (SGBDR) Conversion MCD vers MLD Deux solutions potentielles : Considérer la cardinalité 0,1 comme une 1,1. Clé primaire de la table côté 1,n importée en clé étrangère dans la table côté 0,1. Différence : cette clé est facultative. Considérer la cardinalité 0,1 comme une 0,n Création d une table dynamique Clé primaire de l association devient la clé primaire de la table côté cardinalité 0,1 uniquement! 25/40

26 Algèbre relationnelle 1 Du modèle conceptuel de données (MCD) Algèbre relationnelle 26/40

27 Algèbre relationnelle Comment interroger le contenu de la base? Rôles du SGBDR Stocker l information Métadonnées : domaines, etc. Proposer des interfaces pour accéder aux données Algèbre relationnelle Ensemble d opérations formelles Permet d exprimer formellement toute requête Fondements théoriques du langage SQL 27/40

28 Opérations ensemblistes Algèbre relationnelle Pour des relations de même schéma UNION notée INTERSECTION notée DIFFÉRENCE notée ou 28/40

29 Projection Algèbre relationnelle Élimination des attributs non désirés et suppression des t-uples en double. Notée π A1,A 2,...,A n (R) π nom,prenom : Nom Prénom UV Onyme Anne OI40 Onyme Anne OM57 Lovelace Ada LO52 Lovelace Ada LO53 Onyme Lovelace Anne Ada 29/40

30 Restriction Algèbre relationnelle Sélection des t-uples de R satifaisant un critère Q Notée σ Q (R) Q est le critère de qualification de la forme : A i Σ Valeur avec A i {=, <, >,, } Il est possible de réaliser des ou (union) et des et (intersection) de critères simples 30/40

31 Restriction : exemple Algèbre relationnelle Nom Prénom UV Onyme Anne OI40 Onyme Anne OM57 Lovelace Ada LO52 Lovelace Ada LO53 σ nom=onyme Onyme Anne OI40 Onyme Anne OM57 31/40

32 Produit cartésien Algèbre relationnelle Soient R 1 et R 2 deux relations. Le produit cartésien R 3 = R 1 R 2 est une relation qui a pour ensemble d attributs l union de ceux de R 1 et de ceux de R 2 et pour t-uples toutes les combinaisons possibles des lignes de R 1 et de R 2. 32/40

33 Exemple de produit cartésien Algèbre relationnelle R = R S = A B C S = D E A B C D E /40

34 Jointure Algèbre relationnelle Soient R(A 1, A 2,..., A n ) et S(B 1, B 2,..., B m ) deux relations et Q un critère impliquant les deux attributs A i et B j La jointure de R et de S suivant le critère Q est l ensemble des éléments du produit cartésien R S satisfaisant le critère Q Notée : R Q S 34/40

35 Exemple de jointure Algèbre relationnelle R = A B C R B<D S = S = D E A B C D E /40

36 Jointures particulières Algèbre relationnelle Équi-jointure Basée sur l égalité des attributs La jointure des relations R et S par rapport aux colonnes C et D se note R C,D S Jointure naturelle Équi-jointure où le critère est l égalité entre colonnes de même nom, suivie de la projection qui ne conserve qu une colonne par nom. 36/40

37 Exemple d équi-jointure Algèbre relationnelle R = R C,D S = A B C S = D E A B C D E /40

38 Exemple de jointure naturelle Algèbre relationnelle R = A B C R S = S = C E A B C E /40

39 Algèbre relationnelle 39/40

40 Algèbre relationnelle 40/40

41 Algèbre relationnelle 41/40

42 Algèbre relationnelle 42/40