Introduction aux bases de donn

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Introduction aux bases de données

• Grégory Beurier
• LIRMM Laboratoire d'Informatique de Robotique
  et de Microélectronique de Montpellier
• CNRS Université Montpellier II

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Définitions

• Une Base de Données (BD) est un ensemble
  structuré d'informations mémorisées sur un
  support permanent et mises à disposition d'un
  ensemble d'utilisateurs, informaticiens ou non.
• Un Système de Gestion de Base de Données (SGBD)
  est un logiciel général qui permet à
  l'utilisateur de manipuler les données dans des
  termes abstraits, sans tenir compte de la façon
  dont l'ordinateur les représente

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Objectifs

• Fidélité image fidèle de la réalité
• Unicité Pas de redondances dinformation
• Indépendance SGBD - modèle de stockage
• Concurrence Plusieurs accès simultanés
• Performance
• Confidentialité
• Intégrité fiabilité et cohérence
• Robustesse tolérance aux problèmes

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Historique

• Systèmes hiérarchiques et réseaux
• Systèmes relationnels
• Systèmes objets

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Les intervenants humains

• Utilisateurs naïfs
• Utilisateurs traditionnels
• Utilisateurs confirmés
• Concepteurs de BD
• Développeurs dapplications
• Administrateurs de BD
• Développeurs de BD

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Niveaux d'abstraction

• Niveau Conceptuel
• Niveau Logique
• Niveau Physique
• Niveau Externe

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Plan du cours

• Le modèle entité association
• Le modèle relationnel
• Les langages d'interrogation

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Le modèle entité association

• Défini dans la méthode MERISE
• Joue un rôle primordial en matière de
  modélisation conceptuelle de BD
• 2 concepts principaux
• Entité
• Association

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Concept d'entité

• Une entité est définie comme tout concept concret
  ou abstrait que l'on reconnaît comme
  individualisable
• Une entité possède une liste de propriétés
  appelées attributs
• Le regroupement d'entités de même nature ayant
  les mêmes propriétés structurelles constitue un
  niveau générique appelé classe d'entités ou type
  d'entités
• Exemples (classe d'entité entité, )
• Voiture 206, clio,
• Departement Informatique, Math, Physique,
  Chimie,

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Identifiant d'une entité

• Il faut prévoir un moyen de distinguer les
  entités identifiant
• A une valeur d'un identifiant correspond au plus
  une entité du type
• Cette propriété est un invariant de la base, et
  constitue une contrainte d'intégrité
• Exemples d'identifiants
• Pour une personne le numéro de sécurité sociale
• Pour une voiture le numéro d'immatriculation

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Représentation d'une classe d'entité

• Nom de la classe
• Identifiant
• Liste d'attributs

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Concept d'association (1)

• On admet que les entités sont en association les
  unes avec les autres
• Dans le modèle de base, une association est
  définie comme un groupe de deux ou plusieurs
  entités, chacune jouant un rôle dans ce groupe
• Une classe d'association est un regroupement
  d'associations de même sémantique

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Concept d'association (2)

• Une association peut avoir des attributs
• Exemples d'associations
• Une personne conduit une voiture
• Une personne travaille dans un département
• Un acteur joue dans un film

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Représentation d'une association (1)

• Le nom du rôle

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Représentation d'une association (2)

• L'association peut avoir un ou plusieurs attributs

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Identifiant d'une association

• Il faut prévoir un moyen de distinguer les
  associations d'une même classe l'identifiant
• Souvent on peut identifier une association à
  partir des entités qu'elle met en jeu
• Une personne possède une voiture
• Pas toujours
• Un acteur joue dans un film un même acteur peut
  jouer plusieurs rôles dans un même film
• On identifie l'association avec le l'acteur, le
  rôle et le film

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Cardinalité

• Permettent d'affiner la modélisation en en
  précisant le nombre d'association dans lesquelles
  une entité peut apparaître
• Cardinalité minimum
• Cardinalité maximum

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Notation des cardinalités

• Valeurs 0, 1, N
• On peut donc avoir (0,1) ou (1,1) ou (0,N) ou
  (1,N)

(min,max)
(min,max)
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Exemple de cardinalité (1)
(0,N)
(1,1)
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Exemple de cardinalité (2)
(0,N)
(0,N)
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Construction d'un schéma entité association

• A partir d'un texte écrit par un non spécialiste
• Recenser toutes les informations pertinentes pour
  le problème
• Recenser les classes d'entités
• Définir les attributs des classes d'entités
• Créer des classes d'associations pour relier les
  classes d'entités
• Définir les attributs des associations
• Ajouter les cardinalités

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Exemple de problème modélisation d'une
bibliothèque universitaire

• La bibliothèque possède une collection de
  livres. Pour chaque livre on connaît le titre, le
  ou les auteurs, la maison d'édition, l'année.
  Pour chaque auteur on connaît le nom et le
  prénom, ainsi que la nationalité. (On note aussi
  la langue dans lequel le livre est écrit). La
  bibliothèque possède plusieurs exemplaires d'un
  même livre, et on connaît la date d'achat. Les
  étudiants peuvent emprunter plusieurs livres à la
  fois. On note la date d'emprunt. Pour chaque
  étudiant, on connaît le nom, le prénom, le numéro
  de carte d'étudiant ainsi que l'adresse. On
  associe aussi une catégorie à chaque livre.

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Schéma E/A de la bibliothèque universitaire
1,N
1,1
EXISTE
1,1
1,N
DATE_EMPRUNT
1,N
1,N
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Le modèle relationnel

• Proposé par Boyce CODD en 1970
• Concept clé la RELATION
• Normalisation
• Beaucoup de SGBD commerciaux
• Langage d'interrogation SQL

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Concepts de base (1)

• Un ATTRIBUT est une colonne d'une relation,
  caractérisée par un nom
• Gérard
• Labrador
• Bureau Louis XV
• Un DOMAINE est un ensemble de valeurs,
  caractérisé par un nom
• Ensemble d'entiers
• Ensemble de chaînes de caractères
• rouge, vert, bleu

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Concepts de base (2)

• Une RELATION est un sous ensemble du produit
  cartésien d'une liste de domaine, caractérisée
  par un nom
• Arité nombre de domaines
• Cardinal nombre de tuples
• Le SCHEMA D'UNE RELATION est le nom de la
  relation suivie de la liste de ses attributs
• Par exemple LIVRE(N_LIVRE, TITRE, LANGUE)
• Le SCHEMA D'UNE BASE DE DONNEES est l'ensemble
  des schémas des relations de la base et les
  contraintes associées
• Une relation est appelée TABLE dans les SGBD

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Les contraintes

• CLE PRIMAIRE ensemble d'attributs identifiant
  la relation
• Correspond à la notion d'identifiant du modèle
  E/A
• Plusieurs notations
• LIVRE(N_LIVRE, TITRE, LANGUE)
• LIVRE(N_LIVRE, TITRE, LANGUE, clé N_LIVRE)
• CLE ETRANGERE spécifie que la valeur de
  l'attribut doit exister dans l'extension d'une
  autre relation
• Permet de représenter une association du modèle
  E/A quand la cardinalité maximale est 1
• Plusieurs notations
• EXEMPLAIRE(N_EXEMPLAIRE, DATE_ACHAT, N_ETUDIANT)
• EXEMPLAIRE(N_EXEMPLAIRE, DATE_ACHAT, N_ETUDIANT,
  clé N_EXEMPLAIRE, clé étrangère N_ETUDIANT)

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Valeurs nulles

• Valeur particulière, notée NULL
• Signifie pas de valeur
• (Différente de 0)
• Contrainte NOT NULL

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Construction d'un schéma relationnel à partir
d'un schéma E/A

• Chaque classe d'entité devient une relation
• La clé la chaque relation est définie à partir de
  l'identifiant de la classe d'entité
• Chaque classe d'association devient
• Si la cardinalité maximum est à 1 une clé
  étrangère
• Si la cardinalité maximum est à N une relation
• La clé de la relation est définie à partir de
  l'identifiant de la classe d'association

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Construction du schéma relationnel de la
bibliothèque
LIVRE(N_LIVRE, TITRE, LANGUE) EXEMPLAIRE(N_EXEMPLA
IRE, DATE_ACHAT, N_ETUDIANT, N_LIVRE) AUTEUR(N_AUT
EUR, NOM_AUT, PRENOM_AUT, NATIONALITE) ETUDIANT(N_
ETUDIANT, NOM_ETU, PRENOM_ETU, ADRESSE) ECRIT(N_AU
TEUR, N_LIVRE)
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Les langages d'interrogation

• Langage d'interrogation "théorique" algèbre
  relationnelle
• Utilise les opérateurs ensemblistes
• Langage d'interrogation réels
• SQL (Simple Query Language)
• Langage standard pour le modèle relationnel
• Supporté par la majorité des SGBD
• QBE (Query By Example)
• Langage graphique, simple pour l'utilisateur
• Utilisé par Access (SGBD Microsoft étudié en TP)

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Union

• Opération ensembliste notée ?
• Deux relations avec le même schéma
• Résultat les tuples des deux relations (sans
  les doublons)

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Intersection

• Opération ensembliste notée ?
• Deux relations A et B avec le même schéma
• Résultat les tuples qui sont dans A et dans B

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Différence

• Opération ensembliste notée -
• Deux relations A et B avec le même schéma
• Résultat les tuples de A qui ne sont pas dans B

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Projection

• Opération unaire, notée ?
• Elimination des attributs non désirés
• Exemple ? ETUDIANT, NUM_ETUDIANT, NOM_ETU
• Résultat R(NUM_ETUDIANT, NOM_ETU)

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Sélection

• Opération unaire notée ?
• Elimination des tuples non désirés
• Exemple ?ETUDIANT, ADRESSE"MONTPELLIER"
• Résultat tous les étudiants de Montpellier

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Produit cartésien

• Opération binaire notée ?
• Composition de deux relations sur un domaine
  commun
• Exemple AUTEUR ? LIVRE
• Résultat R(NUM_AUTEUR, NOM_AUT, PRENOM_AUT,
  NATIONALITE, NUM_ETU, NOM_ETU, PRENOM_ETU,
  ADRESSE) contenant tous les auteurs et tous les
  livres

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Jointure

• Opération binaire notée ?predicat
• Composition de deux relations sur un domaine
  commun, avec un prédicat de jointure
• Exemple
• LIVRE ?LIVRE.NUM_LIVREEXEMPLAIRE.NUM_LIVRE
  EXEMPLAIRE
• Résultat R(même schéma que le produit
  cartésien) contenant tous les tuples satisfaisant
  le prédicat

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Exemple de requête en langage algébrique

• Trouver les titres des livres écrits par
  "Gardarin"
• R1 SELECTION(AUTEUR, NOM_AUT"Gardarin")
• R2 JOINTURE(ECRIT, R1, ECRIT.NUM_AUTEURR1.NUM_A
  UTEUR)
• R3 JOINTURE(R2, LIVRE, R2.NUM_LIVRELIVRE.NUM_LI
  VRE)
• R PROJECTION(R3, TITRE)
• On peut aussi utiliser une notation graphique

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Définition du schéma avec SQL

• CREATE TABLE permet de créer des tables
• On peut aussi définir des contraintes (PRIMARY
  KEY, FOREIGN KEY, NOT NULL, UNIQUE,)
• On peut aussi créer des tables par recopie (en
  utilisant d'autres tables)
• D'autres fonctionalités
• Effacer, modifier des tables
• Ajouter des contraintes
• Definir des index

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Requête SQL

• Forme générale d'une requête SELECTFROMWHERE
• SELECT attributs de la relation du résultat
• FROM tables utilisées par la requête
• WHERE (optionnelle) conditions
• Permet de sélectionner des valeurs
• Permet de faire des jointures
• Une requête peut contenir aussi
• Des requêtes imbriquées
• Des regroupements
• Des fonctions d'agrégation
• Des opérateurs ensemblistes

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Exemple de requête SQL (1)

• Retrouver les titres des livres écrits par
  Gardarin

SELECT L.TITRE FROM LIVRE L, ECRIT E, AUTEUR
A, WHERE A.NOM_AUT "Gardarin"
AND L.NUM_LIVRE E.NUM_LIVRE AND E.NUM_AUTEUR
A.NUM_AUTEUR
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Exemple de requête SQL (2)

• Requêtes imbriquées (titres des livres écrits par
  Gardarin)

SELECT L.TITRE FROM LIVRE L WHERE L.NUM_LIVRE
IN (SELECT E.NUM_LIVRE FROM ECRIT E, AUTEUR A
WHERE E.NUM_AUTEUR A.NUM_AUTEUR
AND A.NOM_AUT "Gardarin")
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Exemple de requête SQL (3)

• Fonction de comptage (Le nombre d'exemplaire de
  la bibliothèque)

SELECT COUNT() FROM EXEMPLAIRE
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Exemple de requête SQL (4)

• Fonction de groupement et de comptage (le nombre
  d'exemplaire de chaque livre)

SELECT L.TITRE, COUNT(NUM_EXEMPLAIRE) FROM LIVRE
L, EXEMPLAIRE E WHERE L.NUM_LIVRE
E.NUM_LIVRE GROUP_BY L.TITRE
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Microsoft Access

• SGBD Microsoft
• Simple d'utilisation, suffisant pour une
  utilisation mono-poste avec des données de taille
  raisonnable
• Interface graphique
• Création du schéma
• Création de formulaire
• Création de requêtes (QBE)
• Création d'état (impression)
• Possibilité de programmer en VBA (Visual Basic
  for Application)

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QBE

• Tous les étudiants de Montpellier