Aperçu sur la modélisation et la conception des bases de données

Aperçu
sur
la modélisation
et
la conception
des
bases de données
relationnelles
par
l'exemple
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
1
Plan
●
Cas d'étude
●
Base de données relationnelle
●
Modèles
●
Le modèle logique
●
L'approche intuitive
●
L'approche systématique
●
Le modèle relationnel
●
conclusion
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
2
Cas d'étude
« Nous voulons construire un centre de données d'un
observatoire géophysique constitué de n stations,
chacune d'elle étant équipée d'un certain nombre
d'instruments de mesure. Ces instruments sont
caractérisés par leur réponse instrumentale qui évolue
suite aux interventions de maintenance. Les mesures
correspondent à des séries temporelles de valeurs
numériques suivant une fréquence
d'échantillonnage. »
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
3
Cas d'étude
Station de mesure 1 (3 instruments)
Centre de données
Station de mesure 2 (3 instruments)
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
4
Base de données relationnelle
●
Base = ensemble de tables
●
Table = ensemble d'attributs + une clé
●
La table, une relation
idStation Nom Pays
longitude Latitude ...
1
Villefranche
France
...
2
Tarbe
3
Toulouse
Clé
Enregistrement
...
Attribut = nom d'une données élémentaires
Attribut
Les clés étrangères pour les relations inter-tables
●
id I n s t r u m e Nn to m idStation Nom Pays
longitude Latitude ...
1
Villefranche
France
...
1
2
Tarbe
3
Toulouse
P a y s lo n g i t u Ld a t i tu dI de S ta t i o n
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1
m a gétniq u e F r a n c e.. .
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3
s i s m oèt mr e
1
COMPIL 2010
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pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
...
5
Modèles
Monde
Etude
Définitions et usages
1. représentation
Modèles
2. référence
1.Représentation
Organisation de la connaissance
du monde.
Représentation de notre point de
vue du monde.
2. Référence
Base de données
3. un prototype, concret ou
conceptuel, qui servira de « modèle
» à une construction réelle
3. prototype
COMPIL 2010
Applications
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
6
Modèles
●
Modèle logique
Modèle logique
●
Entité, Association, cardinalité, attribut
●
Modèle Entité - Association
●
Modèle Conceptuel de Données (MCD)
(merise)
Modèle relationnel
●
Modèle relationnel
●
Tables, Clés primaires, secondaires, étrangères,
index
●
Entity-Relationship Model (ER)
●
Enhanced Entity-Relationship Model (EER)
(spécialisation, contraintes, union - workbench)
Modèle physique
COMPIL 2010
●
Modèle physique
●
Instructions SQL (create)
●
Implémentation dans un moteur relationnel
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
7
Deux approches pour le modèle logique
●
L'approche intuitive ou informelle
●
●
●
du haut vers le bas (du conceptuel vers les
données)
empirique
L'approche systématique ou formelle
●
●
du bas vers de haut (des données vers le
conceptuel)
Méthodologie par les règles d'intégrité
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
8
Le Modèle Conceptuel: les entités
Station
Instrument
Réponse
Intervention
Mesure
COMPIL 2010
Série temporelle
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
9
Le Modèle Conceptuel: les associations
Station
équipe
Instrument
caractérise
maintient
Réponse
est mesurée par
Intervention
Mesure
COMPIL 2010
Fait partie de
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
Série temporelle
10
Le Modèle Conceptuel: les cardinalités
0,n
1,1
équipe
Station
Instrument
0,n
0,n
0,n
caractérise
maintient
1,1
Réponse
est mesurée par
1,1
Intervention
1,1
Mesure
COMPIL 2010
1,1
Fait partie de
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
Série temporelle
11
Le Modèle Conceptuel: les attributs
n°station
0,n
nom
1,1
équipe
Station
nom
Instrument
0,n
0,n
localisation
localisation
0,n
caractérise
maintient
1,1
n°intervention
date
fréquence
1,1
Réponse
n°réponse
est mesurée par
gain
Intervention
n°instrument
unité
label
1,1
Mesure
date
COMPIL 2010
1,1
Série temporelle
Fait partie de
mesure
n°série
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
début
fin
12
Deux approches pour le modèle logique
●
L'approche intuitive ou informelle
●
●
●
du haut vers le bas (du conceptuel vers les
données)
empirique
L'approche systématique ou formelle
●
●
du bas vers de haut (des données vers le
conceptuel)
Méthodologie par les règles d'intégrité
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
13
L'approche systématique
●
●
●
La méthodologie par les règles d'intégrité
fonctionnelle (CIF Contraintes Int. Fonc.)
Construction du dictionnaire des données
élémentaires
Recherche des dépendances fonctionnelles via
une matrice (construction, simplification, DFs
composées)
●
MCD
●
puis traduction en MRD selon les cardinalités
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
14
Les données élémentaires
« Nous voulons construire un centre de données d'un observatoire
géophysique constitué de n stations, chacune d'elle étant équipée d'un
certain nombre d'instruments de mesure. Ces instruments sont caractérisés
par leur réponse instrumentale qui évolue suite aux interventions de
maintenance. Les mesures correspondent à des séries temporelles de
valeurs numériques suivant une fréquence d'échantillonnage. »
Les données élémentaires extraites:
●
N° Station, nom station, localisation station
●
N° instrument, nom instrument, localisation instrument
●
N° réponse instrumentale, n° intervention, date intervention, label
●
Mesure, date mesure, n° série temporelle, début série, fin série
●
Fréquence, gain, unité, début réponse, fin réponse
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
15
Matrice des dépendances fonctionnelles
n
°
s
t
a
t
i
o
n
n° station
nom station
local. Station
n° instrument
nom instrum.
local. Instr.
n° réponse
n° intervention
date intervention
label intervention
mesure
date mesure
n° série
début série
fin série
fréquence
gain
unité
début réponse
fin réponse
COMPIL 2010
n
o
m
s
t
a
t
i
o
n
l
o
c
a
l
.
S
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I
I
I
I
I
I
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q
u
e
n
c
e
g
a
i
n
Pour chaque
donnée en
colonne, on pose la
question
– Pour une valeur
de cette donnée,
existe-t-il une
seule valeur de la
donnée située en
ligne?
• Si la réponse
est OUI, on inscrit
1 dans l
’intersection
• Si la réponse
est NON, on
n’inscrit rien
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
16
Simplification 1
n° station
nom station
local. Station
n° instrument
nom instrum.
local. Instr.
n° réponse
n° intervention
date intervention
label intervention
mesure
date mesure
n° série
début série
fin série
fréquence
gain
unité
début réponse
fin réponse
COMPIL 2010
n
°
n
°
n
°
n
°
s
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n
°
s
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i
e
Suppression des colonnes vides car aucune DF
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
17
Simplification 2
n° station
nom station
local. Station
n° instrument
nom instrum.
local. Instr.
n° réponse
n° intervention
date intervention
label intervention
mesure
date mesure
n° série
début série
fin série
fréquence
gain
unité
début réponse
fin réponse
COMPIL 2010
n
°
n
°
n
°
n
°
s
t
a
t
i
o
n
i
n
s
t
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n
I
I
m
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s
u
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e
n
°
s
é
r
i
e
Exemples:
I
I
I
I
Elimination des DF transitives:
I
I
I
I
I
I
I
DF (N° série -> n° station) éliminée
Car DF(n° série -> n°instrument)
Et DF(n° instrument -> n° station)
DF (N° série -> n° instrument) éliminée
Car DF(n° série -> n° reponse)
Et DF(n° reponse -> n° instrument)
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
18
Simplification 2
n° station
nom station
local. Station
n° instrument
nom instrum.
local. Instr.
n° réponse
n° intervention
date intervention
label intervention
mesure
date mesure
n° série
début série
fin série
fréquence
gain
unité
début réponse
fin réponse
COMPIL 2010
n
°
n
°
n
°
n
°
s
t
a
t
i
o
n
i
n
s
t
r
u
m
e
n
t
r
é
p
o
n
s
e
i
n
t
e
r
v
e
n
t
i
o
n
I
m
e
s
u
r
e
n
°
s
é
r
i
e
Exemples:
DF (N° série -> n° station) éliminée
Car DF(n° série -> n°instrument)
Et DF(n° instrument -> n° station)
I
I
I
Elimination des DF transitives:
I
I
I
I
I
I
DF (N° série -> n° instrument) éliminée
Car DF(n° série -> n° reponse)
Et DF(n° reponse -> n° instrument)
I
I
I
I
I
I
I
I
I
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
19
Le Modèle Conceptuel Résultant
...
...
n°instrument
Nom
Localisation
n°station
Nom
Localisation
...
n°intervention
Date
Label
...
n°réponse
Fréquence
Gain
Unité
Début
Fin
Chaque colonne
donne une entité
...
...
Mesure
Date
COMPIL 2010
n°série
Début
Fin
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
20
Le Modèle Conceptuel Résultant
Instrument
Station
n°instrument
Nom
Localisation
n°station
Nom
Localisation
Intervention
n°intervention
Date
Label
Réponse
n°réponse
Fréquence
Gain
Unit
Début
Fin
Chaque entité
est nommée
Mesure
Série temporelle
Mesure
Date
COMPIL 2010
n°série
Début
Fin
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
21
Le Modèle Conceptuel Résultant
Station
n°station
Nom
Localisation
Instrument
équipe
n°instrument
Nom
Localisation
caractérise
Intervention
n°intervention
Date
Label
maintient
Réponse
Création des associations à partir des
dépendances fonctionnelles.
Recherche de DF composée éventuelle
(alternative n x n avec Intervention x
Instrument)
Mesure
Mesure
Valeur
COMPIL 2010
Fait partie de
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
n°réponse
Fréquence
Gain
Unité
Début
Fin
est mesurée selon
Série temporelle
n°série
Début
Fin
22
Le Modèle Conceptuel Résultant
Station
n°station
Nom
Localisation
0,n
1,1
équipe
0,n
Instrument
n°instrument
Nom
Localisation
0,n
caractérise
Intervention
n°intervention
Date
Label
1,1
maintient
Réponse
1,1
n°reponse
Fréquence
Gain
Unité
Début
Fin
0,n
est mesurée selon
Mesure
Mesure
Valeur
COMPIL 2010
1,1
1,1
Fait partie de
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
0,n
Série temporelle
n°série
Début
Fin
23
Comparatif des 2 méthodes
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
24
Transformation en modèle relationnel
●
●
●
●
●
Le Modèle Conceptuel des Données (MCD) permet de représenter
visuellement les relations entre les données
Le Modèle Relationnel des Données (MRD) permet d'implémenter la base
de données
Transformation MCD -> MRD:
●
Entité -> table
●
Association -> clé étrangère (cardinalité 1 x n), table (cardinalité n x n)
Normalisation du modèle relationnel (à la recherche des CIFs) -> réduire les
redondances en se basant sur les DFs (mises en jour, volume, requêtes)
●
FN1: Tout attribut contient une valeur atomique
●
FN2: tout attribut n'appartenant pas à une clé ne dépend pas d'une partie d'une clé
●
FN3: tout attribut n'appartenant pas à une clé ne dépend pas d'un autre attribut non clé
●
FN Boyce-Codd: une clé entière détermine un attribut
Le modèle physique est une altération du modèle relationnel normalisé pour
respecter des contraintes de performance par exemple.
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
25
Le modèle relationnel
Station
n°station
Nom
Localisation
0,n
1,1
équipe
0,n
Instrument
n°instrument
Nom
Localisation
0,n
caractérise
Intervention
n°intervention
Date
Label
1,1
maintient
Réponse
1,1
n°reponse
Fréquence
Gain
Unité
Début
Fin
0,n
est mesurée selon
Mesure
Mesure
Valeur
COMPIL 2010
1,1
1,1
Fait partie de
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
0,n
Série temporelle
n°série
Début
Fin
26
Le modèle relationnel
Instrument
n°instrument
Nom
Localisation
n°station
Station
n°station
Nom
Localisation
Intervention
n°intervention
Date
Label
n°instrument
Réponse
n°réponse
Fréquence
Gain
Unit
Début
Fin
n°instrument
Mesure
Série temporelle
Mesure
Date
n°série
COMPIL 2010
n°série
Début
Fin
n°réponse
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
27
Le modèle relationnel (alternative nxn)
Station
n°station
Nom
Localisation
0,n
1,1
équipe
0,n
Instrument
n°instrument
Nom
Localisation
0,n
caractérise
Intervention
n°intervention
Date
Label
0,n
maintient
Réponse
1,1
n°reponse
Fréquence
Gain
Unité
Début
Fin
0,n
est mesurée selon
Mesure
Mesure
Valeur
COMPIL 2010
1,1
1,1
Fait partie de
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
0,n
Série temporelle
n°série
Début
Fin
28
Le modèle relationnel (alternative nxn)
Instrument
n°instrument
Nom
Localisation
n°station
Station
n°station
Nom
Localisation
Intervention
n°intervention
Date
Label
n°instrument
Intervention-instrument
n°intervention
n°instrument
n°réponse
Fréquence
Gain
Unit
Début
Fin
n°instrument
Mesure
Série temporelle
Mesure
Date
n°série
COMPIL 2010
Réponse
n°série
Début
Fin
n°réponse
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
29
conclusion
●
●
●
●
●
●
●
Etude d'un cas concret
La revue des modèles, PB de la représentation des
connaissances (différence Merise, workbench)
Le comparatif d'une méthode empirique et d'une méthodologie
par les Contraintes d'Intégrité Fonctionnelles (CIF)
La méthodologie CIF peut paraître plus fastidieuse mais on
respecte a priori les Formes Normales
Implication sur les applications, les requêtes, l'exploitation des
données
du traditionnel fort utile
aujourd'hui de nouvelles approches: modélisation objet, bds
sémantiques, semi-structurées...
COMPIL 2010
pascal.dayre@(irit.fr|enseeiht.fr)
30