Module 1 : Les base de données relationnelles
Section 1 : Conception
d’une base de données
Riadh ZAAFRANI
Octobre 2020
1ère année MP2L
1
Objectifs du cours
Ce cours va vous permettre de maîtriser le
processus de conception d'une base de
données relationnelle :
Connaître
les
concepts
du modèle
Entité/relation,
Maîtriser la démarche de construction du
modèle Entité/relation.
Connaître les erreurs à ne pas commettre.
2
1
Plan
Modélisation conceptuelle
Les entités
Les associations
Les cardinalités
Modèle Entité-Relation enrichi
Modèle conceptuel UML
Les erreurs à ne pas commettre
3
Modélisation conceptuelle
Avant de s'attaquer à tout problème,
il est
toujours nécessaire de réfléchir profondément
aux tenants et aboutissants de ce que l'on veut
réaliser.
La phase de conception nécessite souvent de
choix qui auront parfois des
nombreux
répercussions importantes par
la suite. La
conception de bases de données ne fait pas
exception à la règle.
4
2
Modélisation conceptuelle
Les théoriciens de l'information ont donc
proposé des méthodes permettant de
sa pensée et présenter de
structurer
manière abstraite le travail que l'on souhaite
réaliser.
Ces méthodes ont donné naissance à une
un métier,
l'analyse,
et
discipline,
l'analyste.
5
Modélisation conceptuelle
L'analyse est
la discipline qui étudie et
présente de manière abstraite le travail à
effectuer.
La phase d'analyse est
très importante
puisque c'est elle qui sera validée par les
utilisateurs avant
la mise en œuvre du
système concret.
6
3
Modéliser les données
Il existe de nombreuses méthodes d'analyse
la plus utilisée en
(AXIAL, OMT etc...),
France étant la méthode Merise.
Merise sépare les données et les traitements
à effectuer avec le système d'information en
différents modèles conceptuels et physiques.
Celui qui nous intéresse particulièrement ici
est le MCD ou le modèle Entité-Relation (ER)
.
7
Modèle Entité-Relation (ER)
Le schéma conceptuel d’une base de
données décrit ses principaux objets,
leurs caractéristiques et leurs relations, à
l’aide d’un formalisme appelé modèle de
données.
Nous
utiliserons
le modèle Entité-
Relation(ER), en raison de sa large
diffusion.
8
4
Plan
Modélisation conceptuelle
Les entités
Les associations
Les cardinalités
Modèle Entité-Relation enrichi
Modèle conceptuel UML
Les erreurs à ne pas commettre
9
Les entités
Une entité est définie comme un objet pouvant être
identifié distinctement.
Cet objet peut représenter un individu (un client), un
(un compte
(un livre) ou abstrait
objet concret
bancaire) ayant une existence propre ou des
évènements (une commande).
Un ensemble d'entités contient des entités similaires,
mais distinguables deux à deux.
Exemples : des personnes, des voitures dans un
parking, une bibliothèque de livres...
10
5
Les entités
Les entités sont décrites par des attributs,
caractéristiques ou propriétés.
Chaque attribut associe à une entité une
réels,
valeur dans un domaine (entiers,
chaînes de caractères ...)
11
Les entités
Exemples :
L'ensemble d'entités personne a les attributs : nom,
prénom, age, adresse …
nom associe à l’entité personne une chaîne de
caractères.
Age associe à l’entité personne un entier court.
livres a les attributs : numéro du livre (entier à 4
chiffres ) auteur(chaîne de 20 caractères) titre (chaîne
de 50 caractères) éditeur (chaînes de 25 caractères)
12
6
Les entités
On
appelle
un
déclaration
ensemble constitué des attributs d'une
entité :
d'entité,
Pour le livre :
Livre(numéro_du_livre, auteur, titre, éditeur)
13
Les entités
Il ne faut pas confondre la déclaration d'entité avec
l'instance de l'ensemble des entités à un instant donné :
livres = {
(2004," François le Berre"," les bases de données
bretonnes", "les éditions du far"),
(1515," François 1er"," la bataille de Marignan","
historia"),
(12 693," gilles desrocques"," les bases du paramoteur","
cavole"),
(309," gilles desrocques"," introduction a l'ULM"," cavole")
…}
14
7
Les entités
Différentes
entités
valeurs
identiques. Toutefois, elles doivent avoir une valeur au
moins distincte.
certaines
Advertisement
peuvent
avoir
On appelle une surclé un ensemble d'attributs (parfois
réduit à un seul) caractérisant l'entité :
Si l'ensemble d'entités E a les attributs A1, A2, ... Ap,
si e a les valeurs d'attributs (a1,a2, ..., ap),
et f a les valeurs d'attributs (a'1,a'2, ..., a'p),
alors si e est différent de f, l'un des ai au moins est différent
de l'un des a'i.
L'ensemble A1, A2, ... Ap est une surclé pour l’entité.
15
Les entités
Lorsque l'ensemble des Ai est minimal on
dira que la surclé est une clé.
Une clé ou un identifiant est un ensemble
minimal
de
déterminer une et une seule entité à
l’intérieur de l’ensemble.
permettant
d'attributs
Deux entités différentes doivent avoir des
clés différentes.
16
8
Les entités
Exemple :
un numéro de sécurité sociale caractérise une
personne : c'est une clé
un
nom,
adresse
prénom et
caractérisent une personne, c'est une autre clé.
une
un
On voit que deux clés d'une même entité
peuvent avoir un nombre d'attributs différent.
17
Les entités
La clé est
représentée en souligné dans le
modèle (ER).
nom de l'entité
Clé
liste des propriétés
Représentation d'une entité
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9
Plan
Modélisation conceptuelle
Les entités
Les associations
Les cardinalités
Modèle Entité-Relation enrichi
Modèle conceptuel UML
Les erreurs à ne pas commettre
19
Les associations
On appelle relation ou association une liste
ordonnée d'ensemble d'entités : A = (E1,E2, ... Ek).
Où k est Le nombre d’entités impliquées dans une
relation. k est appelé dimension ou degré de la
relation.
La relation peut être :
dimension 1 : dans ce cas, elle ne concerne qu’une
entité type dont elle relie deux éléments. Elle est dite
réflexive. Par exemple, la relation a_pour_père relie
deux éléments de l’entité type PERSONNE ;
20
10
Les associations
dimension 2 : c’est le cas le plus fréquent,
on dit que l'association est binaire ;
dimension 3 : par exemple, une location de
voiture représente une relation entre un
véhicule, une personne et une date. Cette
relation est ternaire dans la mesure où elle
ne peut être décomposée en deux ou trois
relations binaires équivalentes.
21
Les associations
De façon générale, une relation peut être
caractérisée par n dimensions.
Les associations sont caractérisées, comme
les entités, par un nom et éventuellement
des attributs.
L'identifiant d'une association est constitué
de la réunion des identifiants des entités qui
participent à l'association.
22
11
Les associations
Le
schéma
peut-être
conceptuel
représenté
graphiquement pour en faciliter la lecture et
la
compréhension. Habituellement, on représente les
entités dans des rectangles et les relations dans
des ellipses. Les attributs identifiants des entités
sont soulignés.
Personne
Service
travaille dans un
23
Attributs associés à une association
Lorsque l'on a déterminé un couple d'entités
(certaines valeurse1,e2) et que l'on souhaite
associer à ce couple, on associe un attribut à cette
association (comme pour une entité).
Exemple 1 :
Un employé peut passer 25% de son temps dans
un service et 75% de son temps dans un autre.
L'association "travaille dans" qui relie une personne
à un service portera la propriété "volume de
temps passé".
24
12
Attributs associés à une association
Exemple 2 : lorsqu'une personne emprunte un livre on
d'emprunt.
souhaite
EmpruntéPar(personne, livre, dateEmprunt).
conserver
date
la
Cette date n'aurait aucun sens dans l'entité personne,
ni dans l'entité livre, puisqu'il peut y avoir différentes
dates d'emprunts pour une même personne de même
que le livre peut-être emprunté à différentes dates.
En définitive, un attribut d'association, ne peut être
connu que lorsque l'on connaît chacune des entités
associées.
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Plan
Modélisation conceptuelle
Les entités
Les associations
Les cardinalités
Modèle Entité-Relation enrichi
Modèle conceptuel UML
Les erreurs à ne pas commettre
26
13
Les cardinalités
Une cardinalité est un couple de valeurs indiquant les
nombres minimum et maximum d'éléments associés.
C'est-à-dire les nombre maximum et minimum de liens
réels que peut recevoir une instance d’entité pour une
association donnée.
Les cardinalités maximales sont nécessaires pour la
création de la base de données. Ces cardinalités
traduisent les règles de gestion ou les contraintes propres
aux entités et relations.
Les cardinalités minimales sont nécessaires pour
exprimer les contraintes d'intégrité.
27
Les cardinalités
Par exemple une personne peut avoir entre 0 et 30
enfants, un livre peut avoir entre 1 et 10 auteurs
etc.
A un instant donné, un livre peut être emprunté 0
ou 1 fois.
Lorsque l’on ne souhaite pas préciser on met 0,n
28
14
Relation entre cardinalité et type
de l'association
Type
E1
Advertisement
E2
exemple
1 :1
(0,1) ou (1,1)
(0,1) ou (1,1)
aPourConjoint
1 :n
(0,n) ou (1,n)
(0,1) ou (1,1)
edite
n :1
(0,1) ou (1,1)
(0,n) ou (1,n)
EditéPar
m :n
(0,m) ou (1,m)
(0,n) ou (1,n)
ecritPar
29
Exemple de schéma
Personne
Service
1-N
travaille dans un
1-N
Volume
De ce schéma on en déduit que "une personne peut
travailler dans plusieurs services".
On constate de plus que "dans chaque service il y a au
moins 1 personne mais qu'il peut y en avoir plusieurs".
Enfin, une mesure du "volume de travail" est stockée
pour chaque personne travaillant dans un service donné.
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15
Plan
Modélisation conceptuelle
Les entités
Les associations
Les cardinalités
Modèle Entité-Relation enrichi
Modèle conceptuel UML
Les erreurs à ne pas commettre
31
Modèle Entité-Relation étendu ou
enrichi (EER)
Dans un modèle ER de base, on n’utilise
que les cardinalités maximales.
Celui-ci peut–être utilement étendu en y
cardinalité
concepts
intégrant
minimale et de généralisation d’entités.
les
de
Muni de ces extensions, il est généralement
appelé modèle ER étendu ou enrichi.
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16
Modèle Entité-Relation étendu ou
enrichi (EER)
La généralisation d’entités permet de décrire un
même ensemble d’entités à différents niveaux
d’abstraction.
Ainsi, un même ensemble de personnes travaillant
dans une entreprise peut-être divisé selon la
qualification, le sexe, etc. Cette précision permet
par exemple d’enrichir le schéma conceptuel en
représentant, pour chaque relation, l’ensemble des
entités réellement impliquées dans la relation.
33
Modèle Entité-Relation étendu ou
enrichi (EER)
On distingue deux catégories d’entités : les
entités faibles et les entités régulières.
Une entité est dite faible si son existence
dépend de l’existence d’une autre entité.
Par
exemple,
une
n’existe
entité
que
LIGNE DE
l’entité
si
COMMANDE
COMMANDE correspondante est présente.
34
17
Modèle Entité-Relation étendu ou
enrichi (EER)
Cette dépendance d’existence se traduit souvent –
mais ce n’est pas une règle de conception – par
une dépendance au niveau de l’identification de
cette entité.
Autrement dit,
l’entité faible aura un identifiant
composé de l’identifiant de l’entité dont elle dépend
et d’un autre attribut.
Les entités qui ne sont pas faibles sont dites
régulières. Graphiquement, on peut encadrer les
entités faibles d’un double rectangle.
35
Modèle Entité-Relation étendu ou
enrichi (EER)
A
toute
situation
peuvent
correspondre plusieurs schémas différents, avec
leurs avantages et leurs inconvénients.
à modéliser,
Il est
souvent peu aisé de dégager une
modélisation largement supérieure aux autres.
Se pose alors le problème d’évaluation des
différentes modélisations.
En d’autres termes, cela revient à mesurer
la
qualité d’une modélisation ER ou EER.
36
18
Modèle Entité-Relation étendu ou
enrichi (EER)
Pour ce faire, on peut combiner
les critères
suivants :
l’expressivité : Elle traduit la richesse sémantique
du schéma. Elle peut être caractérisée par
exemple par
le nombre de concepts et/ou de
contraintes exprimés dans le schéma ;
la minimalité : Elle tend à privilégier les schémas
redondances
nombre
de
un
introduisant
minimales ;
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Modèle Entité-Relation étendu ou
enrichi (EER)
la
: Elle
consiste
lisibilité
la
représentation graphique proprement dite, par
exemple en préférant un schéma où un minimum
d’arcs se croisent ;
évaluer
à
la simplicité : Elle privilégie les
schémas
contenant un nombre de concepts minimum. On
le
peut, par exemple,
nombre d’entités et d’associations présentes sur
un schéma.
la mesurer en calculant
38
19
La démarche de conception
La démarche d’un schéma conceptuel peut-être
conduite de la façon suivante :
1) Déterminer la liste des entités
2) Pour chaque entité :
Etablir la liste de ses attributs
Parmi ceux-ci ; déterminer un identifiant.
3) Déterminer les relations entre les entités.
La démarche de conception
4) Pour chaque relation :
Dresser la liste des attributs propres à la
Advertisement
relation.
Vérifier la dimension (binaire, ternaire, etc.).
Définir les cardinalités (1-1, 1-N, ou M-N).
5) Vérifier le schéma obtenu, notamment :
Supprimer les transitivités.
S’assurer que le schéma est connexe.
S’assurer qu’il répond aux demandes.
6) Valider avec les utilisateurs.
39
40
20
La démarche de conception
Pour vérifier un schéma connexe, nous vérifions
qu’il existe un chemin de tout point (entité ou
relation) à tout autre dans le schéma.
En effet, le schéma ER est supposé traduire une
seule réalité, même complexe. Les différents
éléments du schéma ER doivent « se retrouver »
autour d’entités et de relations fondamentales
représentant
aux
données
différents traitements.
nécessaires
les
41
42
Plan
Modélisation conceptuelle
Les entités
Les associations
Les cardinalités
Modèle Entité-Relation enrichi
Modèle conceptuel UML
Les erreurs à ne pas commettre
21
Classes et attributs
Classe : Groupe d’entités du monde réel
ayant les mêmes caractéristiques et le
même comportement
ex. ETUDIANT
Attribut : Propriété de la classe
ex. Nom et Prénom de l’étudiant e
Représentation graphique :
Types des attributs
Type d’attribut :
Nombre entier (Entier)
Nombre réel (Réel)
Chaîne de caractères (Chaîne)
Date (Date)
43
44
22
Instances
Objets(individus) de la classe ETUDIANT =
les étudiants :
Problème : Comment distinguer les Dupont ?
45
Identifiant (1/2)
Solution : Ajouter un attribut numéro d’étudiant !
46
23
Identifiant (2/2)
Le numéro d’étudiant est un attribut
identifiant.
Un identifiant caractérise de façon unique les
instances d’une classe.
Convention graphique :
NB: Ne pas confondre avec les attributs de
classe UML dont c’est la notation usuelle
47
Associations
Association : liaison perçue entre des classes
ex. Les étudiants passent des épreuves.
Les classes ETUDIANT et EPREUVE peuvent être
qualifiées de participantes à l’association PASSER.
Degré ou arité d’une association : nombre de
classes participantes.
En général : associations binaires (de degré 2).
48
24
Associations récursives
Une classe peut être associée à elle-même, chaque
instance pouvant jouer plusieurs rôles dans
l’association.
ex. Employés et supérieurs hiérarchiques
Rôle : fonction de chaque
classe participante (+).
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Multiplicité (ou cardinalité)
Définition : Indicateur qui montre combien
d’instances de la classe considérée peuvent être
liées à une instance de l’autre classe participant à
l’association
– 1
– 0..1
– 0.. ou
– 1..*
– M..N
Un et un seul
Zéro ou un
Zéro ou plus
Un ou plus
De M à N (M, N entiers)
ex. 4..10 (de 4 à 10)
50
25
Classes-associations
Il est possible de caractériser une association par
des attributs.
ex. Un étudiant e qui passe une épreuve obtient une
note.
NB : Une classe-association demeure une association.
51
Plan
Modélisation conceptuelle
Les entités
Les associations
Les cardinalités
Modèle Entité-Relation enrichi
Modèle conceptuel UML
Les erreurs à ne pas commettre
52
26
Les erreurs à ne pas commettre
*) Surestimer la dimension d’une relation :
Considérons par exemple la relation entre trois
entités : FOURNISSEUR, CLIENT et PRODUIT.
PRODUIT
Commande
CLIENT
Code_produit
Désignation
Prix
1-N
Quantité
Dernière_date
1-P
FOURNISSEUR
Code_fournisseur
nom
adresse
1-M
Code_client
Nom
Adresse
53
Les erreurs à ne pas commettre
Cette relation caractérise le fait qu’un client donné
commande un produit donné à un fournisseur donné.
Cette relation peut être caractérisée notamment par la
quantité commandée.
Si cette relation est ternaire, la quantité commandée
peut être la quantité totale commandée de ce produit
par ce client à ce fournisseur.
Elle peut être au contraire la dernière quantité
commandée de ce produit par ce client à ce
fournisseur.
54
27
Les erreurs à ne pas commettre
Si on souhaite enregistrer toutes les commandes
de ce produit par ce client à ce fournisseur, alors la
relation
quatrième
dimension étant la date de la commande.
quaternaire,
devient
la
Si on ne souhaite qu’une information synthétique,
la relation est alors ternaire, la date de la dernière
commande pouvant être une caractéristique de la
relation et non une dimension.
Advertisement
55
Les erreurs à ne pas commettre
PRODUIT
Code_produit
Désignation
Prix
CLIENT
Code_client
Nom
Adresse
1-N
Commande
1-M
Quantité
FOURNISSEUR
1-P
Code_fournisseur
nom
adresse
1-Q
DATE
Date
56
28
Les erreurs à ne pas commettre
Notons que le problème de définition de la
dimension de la relation se pose très fréquemment
avec la notion de temps. Le problème sous-jacent
est celui de l’archivage des données détaillées.
Quand la date est
participant à la relation, elle permet
intégral de tous les évènements ou transactions.
intégrée comme une entité,
l’archivage
Dans le cas contraire,
les informations sont
agrégées dans la relation et la date peut-être un
attribut ;
57
Les erreurs à ne pas commettre
*) Attribuer à une relation les
entités
attributs
participantes, ou inversement :
des
Dans de nombreux cas,
la
pièce
il n’est
pas évident de déterminer
le
propriétaire d’un attribut. Dans
l’exemple ci-dessous, l’attribut prix
de
être
caractéristique de l’entité PIECE si
cette dernière provient toujours du
même fournisseur. Dans le cas
une
contraire,
le
relation
caractéristique
Provenance.
prix
de
peut
est
la
PIECE
PIECE
…
prix
Provenanace
Provenanace
prix
FOURNISSEUR
FOURNISSEUR
58
29
Les erreurs à ne pas commettre
*) Exprimer
des
relations
redondantes,
c'est-à-dire
déductibles par transitivité :
Lorsqu’un schéma ER contient un cycle de relations (deux, trois
ou plus) – en d’autres termes, le graphe présente une boucle- il
est nécessaire de s’interroger sur l’éventuelle redondance ainsi
exprimée.
Employé
1
Travaille
N
PROJET
1
1
Rattaché_à
Géré_par
N
N
DEPARTEMENT
59
Les erreurs à ne pas commettre
Dans l’exemple précédent, la relation Rattaché_à exprime
la composition des relations Travaille et Géré_par. Ainsi un
employé est rattaché au département qui gère le projet pour
lequel il travaille.
Si la relation Rattaché_à ne porte pas d’attribut spécifique,
si elle a la même durée de vie que les autres relations et si
les trois relations sont de cardinalité 1-N, alors elle est
redondante, n’exprimant que la transitivité des deux
autres. Dans ce cas, elle doit être supprimée.
En revanche, si une des conditions citées n’est pas vérifiée,
la relation Rattaché_à doit être maintenue ;
60
30
Les erreurs à ne pas commettre
*) Se tromper de niveau de discours :
Le schéma ER doit représenter fidèlement le monde
réel.
Ainsi, les entités doivent représenter des ensembles
d’objets ou de concepts.
A titre d’exemple, si
l’on informatise la gestion d’un
ensemble de magasins, MAGASIN est une entité,
c'est-à-dire un ensemble d’entités magasin ayant des
caractéristiques du même type (code, nom, adresse,
gérant, etc.).
61
Les erreurs à ne pas commettre
En revanche, si l’on conçoit la gestion d’un
l’univers du
magasin,
discours et ne recouvre pas un ensemble
d’entités.
le magasin est
Il ne figure donc pas de façon explicite dans
le schéma ;
62
31
Les erreurs à ne pas commettre
*) Introduire des attributs calculés :
Sauf exception, un schéma conceptuel ne doit pas
contenir d’information redondante, tels des attributs
la valeur est calculable à partir d’autres
dont
attributs. Par exemple,
total d’une
commande, dont les différents éléments (ligne de
commande, montant hors taxe,
taux des taxes)
sont présents dans le schéma, ne doit pas figurer
sous forme d’attribut
le montant
63
Les erreurs à ne pas commettre
Au niveau du schéma physique, les valeurs
stockées
pourront
les
pour
être
redondantes
délibérément
améliorer
performances de la base de données.
64
32