Le modèle relationnel¶

La théorie et la pratique des bases de données relationnelles est un domaine de recherche toujours actif, mais qui s'est fortement développé et complexifié depuis ses débuts dans les années 1970.

Modèle de données

Un modèle de données est une représentation (mathématique ou informatique) de concepts que l'on souhaite étudier. Un modèle permet d'énoncer des propriétés de ces données en termes logiques, mais aussi de programmer des processus réels complexes sous forme d'opérations élémentaires sur les données.

Il existe différents modèles de bases de données :

les bases de données relationnelles utilisant des tableaux de données organisées en lignes et colonnes auxquelles on accède grâce au langage de requête structuré SQL, qui permet de manipuler une base de données de façon interactive,
les bases de données non relationnelles dites noSQL qui peuvent stocker des données de formes diverses comme des graphes, des documents…

Nous nous intéresserons cette année uniquement au modèle relationnel.

Dans ce modèle, un objet modélisé (on parle d'entité) est représenté par un n-uplet de valeurs et les collections d'objets (les tables de données) par des ensembles de n-uplets appelés relations.

Modèle de données vs. structure de données

Il faut bien distinguer le modèle de données de la structure de données, qui se placent à différents niveaux d'abstraction.

Le modèle indique quelles caractéristiques d'une entité réelle on souhaite manipuler dans un programme ainsi que les relations entre les entités.

Une structure de données indique comment les données vont être organisées en machine (dans un langage de programmation). On peut, pour un même modèle de données, choisir plusieurs structures de données différentes.

Présentation¶

Les principes de base

Les principes de base du modèle relationnel sont les suivants :

séparer les données dans plusieurs tables :
- chaque table contient des données relatives à un même sujet,
- éviter la redondance des données,
- ne pas stocker des données qui peuvent être calculées (exemple : une ligne Total),
- chaque champ ne contient qu'une seule information,
mettre les tables en relation par l'utilisation de clés :
- clés primaires : leurs valeurs (souvent des entiers) permettent d'identifier une donnée de manière unique,
- clés étrangères : référencent une clé primaire d'une autre table.

Éléments de vocabulaire

un enregistrement est composé de plusieurs informations distinctes appartenant à un même objet ou une même entité. Cela correspond à une ligne du tableau.
un attribut est une information élémentaire appartenant à un enregistrement. Les attributs sont visibles sur les intitulés de colonne. Un attribut atomique est un attribut ne contenant qu'une seule information.
Chaque attribut possède un type (Int, String, Date, etc.) et un domaine (il s'agit de l'ensemble, fini ou infini, de valeurs admissibles). Par exemple, année_publication serait du type Int et ses valeurs permises (son domaine) seraient par exemple comprises entre 1800 et 2023.

Modéliser des données

La modélisation des données se décompose en plusieurs étapes:

déterminer les entités (objets, actions, personnes, etc.) que l'on souhaite manipuler;
modéliser les ensembles d'entités comme des relations en donnant leur schéma, en s'attachant en particulier à choisir le bon domaine pour chaque attribut;
définir les contraintes de la base de données, c'est-à-dire l'ensemble des propriétés logiques que nos données doivent vérifier à tout moment (voir la partie contraintes d'intégrité.)

Un exemple pratique¶

Voici une table de données sur plusieurs livres :

titre	nom_auteur	prenom_auteur	date_nai_auteur	langue	année_publication	thèmes
1984	Orwell	George	1903	anglais	1949	Totalitarisme, science-fiction, anticipation, Dystopie
Dune	Herbert	Frank	1920	anglais	1965	science-fiction, anticipation
Fondation	Asimov	Isaac	1920	anglais	1951	science-fiction, Economie
Le meilleur des mondes	Huxley	Aldous	1894	anglais	1931	Totalitarisme, science fiction, dystopie
Fahrenheit 451	Bradbury	Ray	1920	anglais	1953	science-fiction, Dystopie
Ubik	K. Dick	Philip	1928	anglais	1969	science-fiction, anticipation
Chroniques martiennes	Bradbury	Rey	1920	anglais	1950	science-fiction, anticipation
La nuit des temps	Barjavel	René	1911	français	1968	science-fiction, tragédie
Blade runner	K Dick	Philip	1928	anglais	1968	Intelligence artificielle, science fiction
Les robots	Asimov	Isaac	1920	anglais	1950	science fiction, Intelligence artificielle
La planète des singes	Boulle	Pierre	1912	français	1963	science fiction, Dystopie
Ravage	Barjavel	René	1911	français	1943	Science-Fiction, anticipation
Le maître du haut chateau	K.Dick	Philip	1928	anglais	1962	Dystopie, Uchronie
Le monde des A	Van Vogt	Alfred Elton	1912	anglais	1945	science fiction, IA
La fin de l'éternité	Asimov	Isaac	1920	anglais	1955	science-fiction, voyage dans le temps
De la Terre à la Lune	Verne	Jules	1828	français	1865	Science-Fiction, aventure

Exercice 1

Combien notre table possède t-elle d'enregistrements ?
Quels sont tous les attributs de la table ?
Citez un attribut atomique et un attribut non atomique.
Pour chaque attribut, précisez le type et le domaine.

Exercice 2

Quels éléments de la table sont en contradiction avec les principes du modèle relationnel énoncés ci-dessus ?

Redistribuer les données dans 4 tables différentes, en donnant leur schéma relationnel.

On peut modéliser une base de données sous la forme d'un diagramme ou d'un schéma relationnel (voir le bloc de correction ci-dessus).
Dans le cadre du programme de terminale, vous devez surtout retenir la façon dont on crée un schéma relationnel.

Les contraintes d'intégrité¶

La cohérence des données au sein d'une base de données est assurée par des contraintes d'intégrité.

Ces dernières sont des invariants, c'est-à-dire des propriétés logiques que les données doivent vérifier à tout moment.

Contraintes d'intégrité

Voici les différentes contraintes d'intégrité à distinguer :

Les contraintes d'entité qui garantissent que chaque entité d'une relation est unique. Une clé primaire est un attribut ou un ensemble d'attributs qui identifie chaque entité de la relation de manière unique et garantit la contrainte d'entité. Par exemple, dans une table "Employés", la contrainte d'entité pourrait s'appliquer à la colonne "ID_Employé", assurant ainsi l'unicité de chaque identifiant d'employé.
Les contraintes de référence qui créent des associations entre deux relations. Elle permettent de garantir qu'une entité d'une relation B mentionne une entité existante dans une relation A. Les contraintes de référence sont utilisées pour maintenir la cohérence entre les tables en utilisant une clé étrangère, c'est-à-dire un attribut ou ensemble d'attributs d'une table qui est une clé primaire dans une autre table. Par exemple, imaginons une table "Commandes" avec une clé étrangère "ID_Client" faisant référence à la clé primaire "ID_Client" dans la table "Clients"
Les contraintes de domaines qui restreignent les valeurs d'un attribut à celles du domaine et évitent que l'on puisse donner à un attribut une valeur illégale. Par exemple, une colonne "Âge" dans une table "Clients" pourrait avoir une contrainte de domaine limitant les valeurs à des entiers positifs compris entre 18 et 100.
Les contraintes utilisateurs permettent de définir toutes autres règles personnalisées pour assurer l'intégrité des données en fonction des besoins spécifiques d'une application. Par exemple, une contrainte utilisateur pourrait être définie pour s'assurer que le stock d'un produit ne devienne jamais négatif dans une table "Produits". Ces contraintes permettent de s'assurer que les données sont « conformes » aux entités du monde réel qu'elles représentent.

Toutes ces contraintes garantissent la cohérence, la fiabilité et la validité des données stockées dans la base de données.

Exercices¶

Voici quelques exercices supplémentaires pour vous entraîner là-dessus :

Exercice 3

On souhaite modéliser un annuaire téléphonique simple dans lequel chaque personne (identifiée par son nom et son prénom) est associée à son numéro de téléphone. Proposer une modélisation relationnelle de cet annuaire.

Exercice 4

Donner la modélisation relationnelle d'un bulletin scolaire.Cette dernière doit permettre de mentionner :

des élèves, possédants un numéro d'étudiant alphanumérique unique,
un ensemble de matières fixées, mais qui ne sont pas données,
au plus une note sur 20, par matière et par élève.

On prendra soin de préciser toutes les contraintes utilisateurs qui ne peuvent êtres inscrites dans les schémas des relations.

Exercice 5

Proposer une modélisation pour un réseau de bus. Cette dernière doit être suffisamment riche pour permettre de générer, pour chaque arrêt de bus du réseau, une fiche horaire avec tous les horaires de passage de toutes les lignes de bus qui desservent l'arrêt.

Indication : ici, plus qu'une simple traduction du français vers le modèle relationnel, on essayera de déterminer dans un premier temps quelles informations sont pertinentes et comment les représenter. On pourra ensuite procéder à la modélisation sous forme de relations.