Dépen ép d en a d n a c n es es fonctionnelles 1

Transcription

1 Dépendances fonctionnelles 1

2 DÉPENDANCES FONCTIONNELLES Un type important de contraintes intervenant au niveau d un schéma de relation est la dépendance fonctionnelle La détermination des dépendances fonctionnelles est une partie importante de la conception de base de données selon le modèle relationnel, et dans la normalisation et dé-normalisation de bases de données. 2

3 NOTION DE DÉPENDANCE FONCTIONNELLE (DF) DF Un attribut A 2 dépend fonctionnellement d'un attribut A 1 si à une valeur de A 1 correspond au plus une valeur de A 2 : (A 1 =déterminant ou A 1 détermine A 2 ) A A 1 2 A 1 Non A2 numen NomEnseignant codematière matière Un enseignant n intervient que dans une matière. Plusieurs enseignants peuvent intervenir dans une même matière. Les noms d enseignants et de matières ne sont pas les identifiants. On a les DF suivantes : numen NomEnseignant, codematière, matière, 3 codematière matière

4 NOTION DE DÉPENDANCE FONCTIONNELLE (DF) Exemple: A l ensemble de phrases suivantes: - Une voiture est identifiée par un numéro d immatriculation N_imm - Une voiture a une couleur - À une voiture correspond un type - À un type de voiture correspond une puissance On peut associer l ensemble de DF suivant: {N_imm ->Type, N_imm -> Couleur, Type -> Puissance} 4

5 NOTION DE DÉPENDANCE FONCTIONNELLE (DF) DF élémentaire (un unique déterminant) Une DF A, Aest élémentaire A si ni, ni ne sont des DF A A A numen A la DF suivante : numen, NomEnseignant codematière n aurait pas été élémentaire dans l exemple précédent En effet numen suffit pour déduire codematière Il n est PAS nécessaire d avoir numen ET enseignant pour déduire codematière NomEnseignant codematière matière... 5

6 NOTION DE DÉPENDANCE FONCTIONNELLE (DF) DF directe A Une DF 1 3 est directe A si n'existe pas de DF et A A. 2 3 A A 1 A 1 2 A2 A 3 N est pas une DF directe : numen matiére parce que numen codematière et matière codematière 6

7 Contraintes référentielles ou contraintes d inclusion 7

8 INTÉGRITÉ RÉFÉRENTIELLE C est une contrainte concernant deux relations (tables) Utilisée pour spécifier une relation entre les tuples dans deux relations. 8

9 CONTRAINTES RÉFÉRENTIELLES OU CONTRAINTES D INCLUSION Souvent nous voudrions assurer qu'une valeur apparaissant dans une relation pour un ensemble donné d'attributs apparaisse aussi pour un autre ensemble d'attributs dans une autre relation. Cela évoque l'intégrité référentielle. L'intégrité référentielle est habituellement imposée par la combinaison d'une clé primaire ou clé candidate, et d'une clé étrangère 9

10 CONTRAINTES RÉFÉRENTIELLES OU CONTRAINTES D INCLUSION Une base de données d'employés stocke le département dans lequel chaque employé travaille. Le champ "Dept.No" dans le tableau Employé est déclaré comme clé étrangère, et il réfère au champ "Dept.No" dans le tableau Département où c est une clé primaire. L'intégrité référentielle serait cassée par l'effacement d'un département du tableau Département si des employés listés dans le tableau Employé sont listés comme travaillant pour ce département. Employé Name Dept.no Qualified Julie 27 Yes Département Dept.no Building Name 27 H2 Finance 14 A4 Marketing 10

11 CONTRAINTES RÉFÉRENTIELLES OU CONTRAINTES D INCLUSION Le SGBD impose l'intégrité référentielle, Soit en effaçant aussi les rangées de la clé étrangère pour maintenir l'intégrité, (Dans l exemple précédent, en effaçant toutes les lignes de la relation employé avec Dept.no = 27) Soit en renvoyant une erreur et en n'effectuant pas l'effacement. 11

12 CONTRAINTES RÉFÉRENTIELLES OU CONTRAINTES D INCLUSION Un exemple d'une base de donnée qui n'a pas imposé d'intégrité référentielle : il y a une valeur clé étrangère (artiste_id) dans le tableau de CD qui référence un artiste non-existant artiste_id Tableau d artiste artiste_nom 1 Prodigy 2 Red Hot Chilli Peppers 3 RadioHead Tableau de CD artiste_id CD_id CD-nom En d'autres mots, il y a une valeur clé étrangère sans valeur clé primaire. 3 1 Bends 4 2 Blue lines 3 3 OK 12 computer

13 CONTRAINTES RÉFÉRENTIELLES OU CONTRAINTES D INCLUSION Ce qu'il s'est passé : Il y avait un artiste appelé «Massive attack», avec une artist_id de "4", qui a été effacé du tableau Artiste. Cependant, l'album «Blue Lines» référait à cet artiste. Avec l'intégrité référentielle imposée, ceci n'aurait pas été possible. artiste_id Tableau d artiste artiste_nom 1 Prodigy 2 Red Hot Chilli Peppers 3 RadioHead Tableau de CD Artiste_id CD_id CD-nom 3 1 Bends 4 2 Blue lines 3 3 OK 13 computer

14 Normalisation 14

15 SOMMAIRE La normalisation Buts de la normalisation Formes normales Première forme normale Deuxième forme normale Troisième forme normale Forme normale de Boyce-Codd Algorithme de Normalisation Algorithme de Normalisation Exemple Entre Fonctionnel et Opérationnel Dénormalisation

16 LA NORMALISATION La conception d un MCD représente la vision de la réalité de l analyste. Le formalisme obtenu, établi avec une méthode, ne garantit pas justesse et optimisation. La justesse dépend de la compétence et de l expérience de l analyste. L optimisation est obtenue par les mécanismes de la normalisation.

17 NORMALISATION C est vérifier que la structure devant recevoir des données est organisée pour éviter: des redondances d informations et des anomalies de conception (sources inévitables d incohérence à court ou long terme).

18 NORMALISATION Définition: Le processus de restructurer le modèle de données logiques pour : Eliminer les redondances, Organiser les données efficacement, Réduire le potentiel d'anomalies pendant les opérations sur les données.

19 ARTICLE refart designart descriart marqueart 1,n Commandes 1,n qute Fournisseur Fno nom adresse LA NORMALISATION Les besoins de normalisation : 3 problèmes de cohérence lors de mises à jours de la BD: anomalie d'insertion (si on rajoute une commande il faut que l'article existe) anomalie de suppression (si on enlève un fournisseur il faut enlever toutes les commandes de ce fournisseur) anomalie de modification (si on modifie le numéro d'un article il faut modifier toutes les commandes avec ce numéro d'article Article Refart Designart Descriart marqueart Commandes Refart Fno qute Fournissuer Fno Nom adresse

20 LA NORMALISATION La théorie de la normalisation repose sur l'analyse de dépendances entre attributs qui sont à l'origine de phénomènes de redondance. La normalisation consiste en des méthodes de décomposition des relations. Dans certains situations, pour des raisons d'efficacité, on dénormalise.

21 NORMALISATION Les classifications formelles utilisées pour décrire le niveau de normalisation d'une base de données relationnelle sont appelées les formes normales (FN) Il existe huit formes normales. Les quatre premières sont les plus pratiques et sont à connaître.

22 NORMALISATION Chaque nouvelle forme normale marque une étape supplémentaire de progression vers des relations présentant de moins en moins de redondance Le but.. Le but.. est d'obtenir une représentation des données présentant un minimum de redondance à l'intérieur de chaque relation et un maximum d'indépendance entre les différentes relations

23 FORMES NORMALES Première forme normale Deuxième forme normale Troisième forme normale Forme normale de Boyce-Codd Quatrième forme normale Cinquième forme normale Forme normale de domaine/clé Sixième forme normale

24 Edgar Codd est à l origine de la définition des formes normales 1FN, 2FN, 3FN, BCFN. Les quatrième et cinquième formes normales (4FN et 5FN) concernent spécifiquement la représentation des relations n-n et 1-n entre les attributs. La sixième forme normale (6FN) inclut des considérations pertinentes pour les bases de données temporelles.

25 LA NORMALISATION La théorie de la normalisation est basée sur les "dépendances fonctionnelles" (DF). C.A.D. Dépendance entre les informations Par exemple, le salaire dépend de la qualification

26 Les dépendances fonctionnelles traduisent des contraintes sur les données Par exemple, on décide que deux individus différents peuvent avoir même nom et prénom mais jamais le même numéro de sécurité sociale. Ces contraintes sont représentatives d'une perception de la réalité et imposent des limites à la base

27 DÉPENDANCE FONCTIONNELLE Rappel: Définition : dépendance fonctionnelle On dit qu'un attribut B dépend fonctionnellement d'un attribut A si, étant donné une valeur de A, il lui correspond une unique valeur de B. Notation : A --> B Exemple : La dépendance fonctionnelle SS NOM signifie qu'à un numéro est associé un nom seulement. Remarquons qu'une dépendance fonctionnelle n'est généralement pas symétrique, c'est-à-dire que SS NOM n'interdit pas que deux personnes distinctes (correspondant à deux SS différents) portent le même nom.

28 NORMALISATION : 1FN 1FN (rubrique élémentaire) : Un MLD est dit en première forme normale, si toutes les entités sont composées d attributs élémentaires ou atomiques (hors clefs concaténées). IP Role Conséquences : client serveur client et serveur un attribut représente une donnée élémentaire du monde réel ; Un attribut ne peut désigner, ni une donnée composée d'entités de natures différentes, ni une liste de données de même nature.

29 NORMALISATION : 1FN Exemples : l entité ARTICLE peut être considérée comme n étant pas en 1FN à cause de l attribut descriart qui contient une description (avec plusieurs composants) de l article. D après l analyse de l existant, il ne s agit pas d un attribut ayant à subir des traitements, donc, il a été décidé de la maintenir en un seul attribut. Article Refart Designart Descriart marqueart Commandes Refart Fno qute Fournissuer Fno Nom adresse

30 NORMALISATION : 1FN Si on veut avoir les notes d'un étudiant : N o m N o te N o te N o te E in s te in N U L L F re u d N o m N o te s E in s te in 8,1 2.5 F re u d 2.5, 0, 1 8 Nom Note Einstein 8 Eintein 12.5 Freud 2.5 Freud 0 Freud 18 N est pas en 1FN. Pour y remédier, on peut soit créer un attribut par note si le nombre maximal de notes est connu et si le nombre moyen de notes par personne est proche de ce maximum, Soit fabrique autant de tuples que de couples (nom, note)

31 NORMALISATION : 1FN (a) A une relation emboitée. (b) En conséquence, ce n'est pas en 1FN. (c) Pour normaliser la relation, on enlève les attributs emboités, et on les met dans une nouvelle relation (EMP_PROJ2) avec la clé primaire.

32 NORMALISATION : 2FN 2FN (dépendance fonctionnelle élémentaire) : Un MLD est dit en deuxième forme normale, si: - il remplit les conditions de la 1FN et si, - tout attribut n'appartenant pas à une clé ne dépend pas d'une partie de cette clé. A,B -> C B->C A B C

33 NORMALISATION : 2FN La 2FN est basée sur le concept de dépendance fonctionnelle totale Définition de la dépendance fonctionnelle totale x y: si la suppression d'un attribut A de x signifie que la dépendance n'existe plus

34 NORMALISATION : 2FN Exemple: Considérons une table «Membres du Departement" dont les attributs sont : ID departement, ID employe, Date de naissance employe; et supposons qu un employé travaille dans un ou plusieurs départements. La combinaison de ID departement et de ID employe identifie de manière unique un enregistrement de la table. Est-ce que cette table est en 2FN? Comme Date de naissance employe ne dépend que d un seul de ces attributs l ID employe la table n est pas 2NF.

35 NORMALISATION : 2FN Autre exemple : Considérons la relation PLAGE de schéma suivant : PLAGE (NOMP, REGION, TYPE, POLLUTION) où la clé est (NOMP, REGION). Supposons que la pollution est bien dépendante de la plage (identifiée par (NOMP, REGION)) mais que le type est, quant à lui, dépendant de la région seule. Que pouvons nous faire?: La deuxième forme normale nous impose de distinguer deux relations R1 et R2 de schémas respectifs : R1 (NOMP, REGION, POLLUTION) ; R2 (REGION, TYPE).

36 NORMALISATION : 2FN Etant données les dépendances fonctionnelles dans (a) nous pouvons mettre la relation en 2FN

37 NORMALISATION : 3FN Définition : troisième forme normale: Une relation est en troisième forme normale si : - elle est en deuxième forme normale ; - tout attribut n'appartenant pas à une clé ne dépend pas d'un attribut non clé. - cad toute DF dont la partie droite n est pas une clé doit avoir une partie gauche qui est une clé : B, C OK A, B, C

38 NORMALISATION : 3FN Exemple : Considérons une table "Departements" dont les attributs sont ID departement, Nom departement, ID manager, Date embauche manager et supposons que chaque manager peut gérer un ou plusieurs départements. ID departement est une clé candidate. Bien que Date embauche manager est fonctionnellement dépendante de {ID departement}, elle est aussi fonctionnellement dépendante de l attribut ID manager. ID departement Date embauche manager ID manager Date embauche manager Ceci signifie que la table n est pas 3FN. Departements (ID department, Nom departement, ID manager Information Manager (ID manager, date embauche manager)

39 NORMALISATION : 3FN Autre exemple: Considérons maintenant la relation PLAGE de schéma PLAGE (NP, REGION, TYPE, POLLUTION) où la clé est NP. Supposons maintenant comme dans l'exemple précédent que le type est dépendant de la région. La troisième forme normale nous impose de distinguer deux relations R1 et R2 de schémas respectifs : R1 (NP, REGION, POLLUTION) ; R2 (REGION, TYPE).

40 NORMALISATION : 3FN Autre Exemple : Enseignant (Nom, Bureau, Batiment, Discipline, telephone) Avec des contraintes d intégrité : Un bâtiment héberge des enseignants d'une même discipline; un bureau donné possède un numéro de d'appel unique. Avec les DF: Batiment Discipline Batiment, Bureau Telephone Telephone Bureau, Batiment Note: la deuxième contrainte définit une relation 1-1, donc une DF reflexive.

41 ENSEIGNANT (NOM, BUREAU, BATIMENT, DISCIPLINE, TELEPHONE) La dépendance Batiment->Discipline ne concerne pas la clé. La relation Enseignant n'est pas 3FN. On sort donc l attribut Discipline de la relation Enseignant (dépendant d un attribut non-clé) et on créé une nouvelle relation Affectation: Affectation(Batiment,Discipline) Les dépendances Batiment, Bureau->Telephone Telephone->Bureau, Batiment ne concernent pas la clé. On créé la nouvelle relation: Annuaire(Bureau, Batiment, telephone) La relation Enseignant d origine peut être renommée Siège, avec les attributs restant: Siege(Nom,Bureau,Batiment)

42 NORMALISATION : BOYCE-CODD La FNBC était proposée comme une forme plus simple de 3FN, mais elle est finalement plus stricte que la 3FN.

43 NORMALISATION : BCFN Définition : Boyce-Codd forme normale: Une relation est en BCFN si : - elle est en 3rd forme normale ; - aucun attribut ne dépend d'un attribut non clé. C.a.d. toute DF a pour partie gauche (origine de la flèche) un clé candidate ou primaire entière. A, B, C

44 NORMALISATION : EEMPLE FNBC Considérons la relation suivante: Cours (Matiere, Classe, Professeur) complétée par les règles de gestion suivantes: un professeur n'enseigne qu'une seule matière, un classe n'a qu'un seul enseignant par matière desquelles on déduit les DF suivantes: Matière, Classe Professeur Professeur Matière Cette relation est en 3NF, néanmoins il est impossible d'enregistrer un professeur sans classe affectée (puisque classe est une partie de la clé primaire de la table Cours), et la disparition d'une classe peut entraîner la disparition de professeur. Ceci est du au fait qu'une DF n'ait pas comme origine une clé de la relation.

45 NORMALISATION : EEMPLE FNBC On pourrait alors décomposer la table Cours en 2 tables: Spécialité (Professeur, Matière) Enseignant (Classe, Professeur) Mais la première DF serait alors perdue

46 NORMALISATION : 2 IÈME EEMPLE FNBC Considérons la relation suivante: Fournisseur (nom, adresse, produit, prix) avec les DF suivantes : DF1: nom adresse DF2: nom, produit prix Alors la clé de la relation Fournisseur est [nom, produit]. Cette relation n'est pas en FNBC, car dans la DF1, la partie gauche "nom" n'est pas une clé entière.