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Conception d"une base de donn´ees

CyrilGruau?

17 octobre 2005 (corrig´e le 13 juillet 2006)

R´esum´e

Ce support de cours regroupe quelques notions concernant le mod´elisation conceptuelle de syst`eme

d"information par sch´ema entit´es-associations (via l"´etude des d´ependances fonctionnelles), la tra-

duction en sch´ema relationnel et la d´emarche inverse (r´etro-conception). Il pr´esente ´egalement les

extensions majeures du mod`ele conceptuel de donn´ees. Mots-clef:Merise, mod`ele conceptuel, entit´e, association, d´ependancefonctionnelle, graphe de couverture minimale, sch´ema relationnel, traduction, r´etro-conception, agr´egation, identifiant relatif, h´eritage Compl´ements apport´es `a l"´edition de novembre 2003:

- une r´e-´ecriture compl`ete des r`egles de normalisation .......................................... 10

- un nouveau paragraphe sur les d´ependances fonctionnelles .................................... 16

- une r´e-´ecriture compl`ete de la section sur les agr´egations ......................................30

- idem pour les identifiants relatifs ............................................................. 35

- et l"h´eritage .................................................................................. 38

- auxquels s"ajoutent de nouveaux exemples et donc de nombreuses figures illustratives ......... 42

Remerciements

L"auteur tient `a exprimer toute sa gratitude envers Fr´ed´eric Brouard pour son travail de correction

sur ce document, ses judicieux conseils et son soutien en toutes circonstances.?

Cyril.Gruau@ensmp.fr

TABLE DES MATI

`ERES2

Table des mati`eres

Introduction3

1 Mod`ele conceptuel de donn´ees (MCD)4

1.1 Sch´ema entit´es-associations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 4

1.1.1 Entit´es et associations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 4

1.1.2 Attributs et identifiants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 5

1.1.3 Cardinalit´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 6

1.1.4 Associations plurielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 7

1.1.5 Association r´eflexive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 7

1.1.6 Associations non binaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 8

1.2 R`egles de normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 10

1.2.1 Les bonnes mani`eres dans un sch´ema entit´es-associations . . .. . . . . . . . . . . 10

1.2.2 Les formes normales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

1.3 D´ependances fonctionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 16

1.3.1 D´efinitions et propri´et´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 16

1.3.2 Graphe de couverture minimale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 17

1.3.3 Traduction vers un sch´ema entit´es-associations . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 17

1.3.4 Gestion des dates et du caract`ere historique . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 18

1.3.5 D´ependances plurielles et r´eflexives . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 20

1.3.6 Associations sans attributs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 20

1.4 M´ethodologie de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 21

2 Mod`ele logique de donn´ees (MLD)22

2.1 Syst`emes logiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 22

2.2 Mod`ele logique relationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 22

2.2.1 Tables, lignes et colonnes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 22

2.2.2 Cl´es primaires et cl´es ´etrang`eres . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 22

2.2.3 Sch´ema relationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 23

2.3 Traduction d"un MCD en un MLDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 24

3 Mod`ele physique de donn´ees (MPD)27

3.1 Distinction entre MLD et MPD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 27

3.2 Optimisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 27

4 R´etro-conception28

4.1 Traduction inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 28

4.2 Cas particuliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 29

5 Compl´ements30

5.1 Agr´egation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30

5.1.1 Association de type 1: n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 30

5.1.2 Association de type n: m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32

5.1.3 Tables de codification ou tables de r´ef´erence . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 34

5.2 Identifiant relatif ou lien identifiant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 35

5.2.1 R´esolution d"un probl`eme sur le sch´ema relationnel . . . . . .. . . . . . . . . . . . 35

5.2.2 Mod`ele conceptuel correspondant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 36

5.2.3 Discussion autour de la num´erotation des exemplaires . . . . . . . .. . . . . . . . 37

5.3 H´eritage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 38

5.3.1 Sous-entit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 38

5.3.2 Utilisation de l"h´eritage pour s´eparer les informations compl´ementaires . . . . . . . 39

5.3.3 Sp´ecialisation des associations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 40

INTRODUCTION3

Conclusion41

R´ef´erences41

Table des figures42

Index43

Introduction

Quand nous construisons directement les tables d"une base de donn´ees dans un logiciel de gestion des

bases de donn´ees (Oracle, SQL Server, DB2, Access, MySQL, PostGre,...), nous sommes expos´es `a deux

types de probl`eme: - nous ne savons pas toujours dans quelle table placer certaines colonnes(par exemple, l"adresse de livraison se met dans la table des clients ou dans la table des commandes?);

- nous avons du mal `a pr´evoir les tables de jonction interm´ediaires(par exemple, la table des in-

terpr´etations qui est indispensable entre les tables des films et la table des acteurs). Il est donc n´ecessaire de recourir `a une ´etape pr´eliminaire deconception.

Les techniques pr´esent´ees ici font partie de la m´ethodologie Merise (M´ethode d"´Etude et de R´ealisation

Informatique pour les Syst`emes d"Entreprise) ´elabor´ee en France en 1978 [Tardieuet al.], qui permet no-

tamment de concevoir un syst`eme d"information d"une fa¸con standardis´ee et m´ethodique.

Le but de ce support de cours est d"introduire le sch´ema entit´es-associations (section 1), le sch´ema

relationnel (sections 2 et 3) et d"expliquer la traduction entre les deux (sections 2.3 et 4). La construction

du sch´ema entit´es-associations peut se faire en ´etudiant les d´ependances fonctionnelles (section 1.3) et

en tenant compte d"un certain nombre d"extensions conceptuelles incontournables (section 5).

Ne sont malheureusement pas abord´es ici: les contraintes, les traitements, le langage relationnel et la

gestion de projet. Pour toutes ces notions importantes, car li´ees `a la conception de syst`emes d"information,

le lecteur est dirig´e vers [Akoka et Comyn-Wattiau, Matheron, Nanciet al.]. La mod´elisation objet ne

fait pas non plus partie des outils expos´es dans ce document. 1 MOD `ELE CONCEPTUEL DE DONN´EES (MCD)4

1 Mod`ele conceptuel de donn´ees (MCD)

Avant de r´efl´echir au sch´ema relationnel d"une application, il estbon de mod´eliser la probl´ematique

`a traiter d"un point de vue conceptuel et ind´ependamment du logiciel utilis´e.

1.1 Sch´ema entit´es-associations

La mod´elisation conceptuelle que nous proposons dans ce document pourun univers dont on veut sto-

cker les donn´ees, conduit `a l"´elaboration d"un type de sch´ema tr`es r´epandu, le sch´ema entit´es-associations.

1.1.1 Entit´es et associations

Uneentit´e est une population d"individus homog`enes. Par exemple, les produits ou les articles vendus

par une entreprise peuvent ˆetre regroup´es dans une mˆeme entit´earticles(figure 1), car d"un article

`a l"autre, les informations ne changent pas de nature (`a chaque fois,il s"agit de la d´esignation, du prix

unitaire, etc.).clients - numéro client - nom client - prénom - adresse client - ...articles - numéro article - désignation - prix unitaire de vente - ...fournisseurs - n° fournisseur - nom contact - n° téléphone contact - ...Fig.1 -Entit´es

Par contre, les articles et les clients ne peuvent pas ˆetre regroup´es: leurs informations ne sont pas

homog`enes (un article ne poss`ede pas d"adresse et un client ne poss`ede pas de prix unitaire). Il faut donc

leur r´eserver deux entit´es distinctes: l"entit´earticleset l"entit´eclients.

Uneassociation est une liaison qui a une signification pr´ecise entre plusieurs entit´es. Dans notre

exemple, l"associationcommanderest une liaison ´evidente entre les entit´esarticlesetclients, tandis

que l"associationlivrer´etablit le lien s´emantique entre les entit´esarticlesetfournisseurs.commander

- quantité commandée - date de commandeclients - numéro client - nom client - prénom - adresse client - ...articles - numéro article - désignation - prix unitaire de vente - ...fournisseurs - n° fournisseur - nom contact - n° téléphone contact - ...livrer - quantité livrée - date livraison - nom livreurFig.2 -Associations

Remarquons que dans ce sch´ema, les entit´esclientsetfournisseursne sont pas li´ees directement,

mais indirectement, via l"entit´earticles, ce qui est assez naturel. 1 MOD `ELE CONCEPTUEL DE DONN´EES (MCD)5

1.1.2 Attributs et identifiants

Unattribut est une propri´et´e d"une entit´e ou d"une association.

Toujours dans notre exemple (figure 3), leprix unitaireest un attribut de l"entit´earticles, lenom

de famille est un attribut de l"entit´eclients, laquantit´e command´eeest un attribut de l"association

commanderet ladate de livraisonest un attribut de l"associationlivrer.commander - quantité commandée - date de commandeclients - numéro client - nom client - prénom - adresse client - ...articles - numéro article - désignation - prix unitaire de vente - ...fournisseurs - n° fournisseur - nom contact - n° téléphone contact - ...livrer - quantité livrée - date livraison - nom livreurFig.3 -Attributs

Une entit´e et ses attributs ne doivent traiter que d"un seul sujet afin d"assurer une certaine coh´erence

au mod`ele. Dans notre exemple, il est donc pr´ef´erable de ne pas mettre les informations relatives aux

fournisseurs dans l"entit´e des articles mais plutˆot dans une entit´efournisseurss´epar´ees (et li´ee `a l"entit´e

articlesvia l"associationlivrer).

Ensuite, chaque individu d"une entit´e doit ˆetre identifiablede mani`ere unique. C"est pourquoi toutes

les entit´es doivent poss´eder un attributsansdoublon (c"est-`a-dire ne prenant pas deux fois la mˆeme

valeur). Il s"agit de l"identifiant que l"on souligne sur le sch´ema, par convention. Le num´ero de client

constitue un identifiant classique pour l"entit´eclients(figure 4).commander - quantité commandée - date de commandeclients - numéro client - nom client - prénom - adresse client - ...articles - numéro article - désignation - prix unitaire de vente - ...fournisseurs - n° fournisseur - nom contact - n° téléphone contact - ...livrer - quantité livrée - date livraison - nom livreurFig.4 -Identifiants

Remarques:

- une entit´e poss`ede au moins un attribut (son identifiant); - au contraire, une association peut ˆetre d´epourvue d"attribut. 1 MOD `ELE CONCEPTUEL DE DONN´EES (MCD)6

1.1.3 Cardinalit´es

Lacardinalit´e d"un lien entre une entit´e et une association pr´ecise le minimum et le maximum de fois

qu"un individu de l"entit´e peut ˆetre concern´e par l"association.

Exemple: un client a au moins command´e un article et peut commandernarticles (n´etant ind´etermin´e),

tandis qu"un article peut avoir ´et´e command´e entre 0 etnfois (mˆeme si ce n"est pas le mˆemenque

pr´ec´edemment). On obtient alors le sch´ema entit´es-associations complet1(figure 5).commander

- quantité commandée - date de commande1,nclients - numéro client - nom client - prénom - adresse client - ...articles - numéro article - désignation - prix unitaire de vente - ...0,nfournisseurs - n° fournisseur - nom contact - n° téléphone contact - ...livrer - quantité livrée - date livraison - nom livreur1,n1,n

Fig.5 -Cardinalit´es

Une cardinalit´e minimale de 1 doit se justifier par le fait que les individus de l"entit´e en question ont

besoin de l"association pour exister (un client n"existe pas avant d"avoir command´e quoique ce soit, donc

la cardinalit´e minimale de l"entit´eclientsdans l"associationcommanderest 1). Dans tous les autres cas,

la cardinalit´e minimale vaut 0 (c"est le cas pour une liste pr´e-´etablie d"articles par exemple).

Ceci dit, la discussion autour d"une cardinalit´e minimale 0 ou 1 n"est vraiment int´eressante que lorsque

la cardinalit´e maximale est 1. Nous verrons en effet lors de la traductionvers un sch´ema relationnel (sec-

tion 2.3), que lorsque la cardinalit´e maximale estn, nous ne pouvons pas faire la diff´erence entre une

cardinalit´e minimale de 0 et une cardinalit´e minimale de 1.

Notons que sur notre exemple, un article peut ˆetre command´e par plusieurs clients. Cela provient du

fait que tous les crayons rouges ne sont pas num´erot´es individuellement, mais portent un num´ero d"articlecollectif. En toute rigueur, notre entit´earticlesaurait du s"appelertypes d"article. Ainsi, un crayon

rouge peut ˆetre command´e par plusieurs clients, ce n"est simplement pas le mˆeme crayon `a chaque fois.

Il s"agit d"un choix de mod´elisation, le lecteur peut tr`es l´egitimement faire le choix inverse qui consiste `a

num´eroter individuellement chaque crayon rouge.

La seule difficult´e pour ´etablir correctement les cardinalit´es est de se poser les questions dans le bon

sens. Autour de l"associationcommander, par exemple:

- cˆot´eclients, la question est??un client peut commander combien d"articles???et la r´eponse est

??entre 1 et plusieurs??;

- cˆot´earticles, la question est??un article peut ˆetre command´e par combien de client???et cette

fois-ci, la r´eponse est??entre 0 et plusieurs??.1. Le lecteur avis´e aura not´e que le sch´ema de la figure 5 comporte des erreursde conception. Ces erreurs seront corrig´ees

dans la section 1.2 d´edi´ee `a la normalisation des sch´emas entit´es-associations. 1 MOD `ELE CONCEPTUEL DE DONN´EES (MCD)7

1.1.4 Associations plurielles

Deux mˆemes entit´es peuvent ˆetre plusieurs fois en association (c"est le cas sur la figure 6).personnes

- n° personnel - nom - prénom - ...logements - n° logement - adresse - ...posséder - date d'acquisition - prix achatrésider principalement- date d'entrée - montant du loyerrésider secondairement- date d'entrée - montant du loyer0,n 0,1

0,n1,1

0,n 0,n

Fig.6 -Associations plurielles

Dans cet exemple issu d"une agence immobili`ere, une personne peut ˆetre propri´etaire, r´esider princi-

palement ou r´esider secondairement dans un logement g´er´e par l"agence. Les logements qui ne sont pas

g´er´es par l"agence ne figurent pas dans l"entit´es des logements, cequi explique certaines cardinalit´es 0 du

sch´ema. Nous supposons ´egalement qu"un logement n"est d´etenu que par une seule personne et que ce

propri´etaire figure obligatoirement dans l"entit´e des personnes.

1.1.5 Association r´eflexive

Il est permis `a une association d"ˆetre branch´ee plusieurs fois`a la mˆeme entit´e, comme par exemple

l"association binairer´eflexive de la figure 7. diriger - date début employés - n° employé - nom - fonction - adresse - ...0,n0,1

Fig.7 -Association r´eflexive

Dans cet exemple, tout employ´e est dirig´e par un autre employ´e(sauf le directeur g´en´eral) et un

employ´e peut diriger plusieurs autres employ´es, ce qui explique les cardinalit´es sur le sch´ema.

1 MOD `ELE CONCEPTUEL DE DONN´EES (MCD)8

1.1.6 Associations non binaires

Lorsqu"autour d"une entit´e, toutes les associations ont pour cardinalit´es maximales 1 au centre etn

`a l"ext´erieur, cette entit´e est candidate pour ˆetre remplac´ee par une association branch´ee `a toutes les

entit´es voisines avec des cardinalit´es identiques0,n.

La deuxi`eme condition qu"il faut imp´erativement satisfaire est la r`egle de normalisation des attributs

des associations (section suivante). Cette r`egle conduit parfois `al"apparition d"associations qui ´etablissent

un lien s´emantique entre 3 entit´es ou plus.

Sur l"exemple de la figure 8 issu d"un cin´ema, l"entit´eprojectionsest uniquement entour´ee d"asso-

ciations dont les cardinalit´es maximales sont 1 cˆot´eprojectionsetnde l"autre cˆot´e. De plus, la donn´ee

d"un cr´eneau, d"un film et d"une salle suffit `a d´eterminer une projection unique2. On peut donc la rem-

placer par une associationprojeterbranch´ee aux trois entit´essalles,cr´eneaux horairesetfilms.

On parle alors d"associationternaire.

Fig.8 -Entit´e rempla¸cable par une association ternaire2. sans la date dans l"entit´ecr´eneaux horaires, la donn´ee d"un cr´eneau, d"un film et d"une salle aurait d´etermin´e plusieurs

projections et l"association ternaire n"aurait pas pu se faire 1 MOD `ELE CONCEPTUEL DE DONN´EES (MCD)9

La difficult´e de concevoir une association ternaire (ou plus) directement est d"´etablir les bonnes car-

dinalit´es. Il est donc conseill´e d"en passer par un sch´ema entit´es-associations dans lequel on ne trouve

que des associations binaires, puis de rep´erer les entit´es rempla¸cables par des associations, comme sur la

figure 8 `a gauche.

Cette r`egle de conduite permet d"´eviter d"introduire une association ternaire abusive, par exemple

entre les avions, les pilotes et les vols (figure 9), car le concepteur peut s"apercevoir que l"une des cardi-

nalit´es maximales ne convient pas.vols - numéro vol - heure de départ prévue - heure d'arrivée prévueavions - numéro avion - date mise en service - modèle - propriétairecorrespondredéparts - numéro départ - date - heure de départ effectivepilotes - numéro pilote - nom - gradeutiliser assurer0,n1,1

0,n1,n1,10,n

Fig.9 -Contre-exemple: l"entit´ed´epartsn"est pas rempla¸cable par une association ternaire

Par ailleurs, une association peut ˆetre branch´ee `a plus de trois entit´es, comme sur la figure 10. L`a-

encore, le conseil pour ˆetre sˆur de la l´egitimit´e de cette association 4-aire, est de v´erifier les cardinalit´es

sur un sch´ema interm´ediaire faisant apparaˆıtre `a la place, uneentit´eoccupationset quatre associations

binaires.occuper - motif 0,n salles - n° salle - capacitéjours dans la semaine- n° jour - jour

0,n0,n

semaines dans l'année- n° semaine - date de débutcréneaux horaires dans la journée- n° créneau - heure de début0,n Fig.10 -Exemple d"entit´e quaternaire ou 4-aire 1 MOD `ELE CONCEPTUEL DE DONN´EES (MCD)10

1.2 R`egles de normalisation

Un bon sch´ema entit´es-associations doit r´epondre `a 9 r`egles de normalisation, que le concepteur doit

connaˆıtre par coeur.quotesdbs_dbs11.pdfusesText_17

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