Bases de données relationnelles et SQL

Organisation du cours et Notions de Bases de Données

Ce cours, de l'UFR SMBH de l'UNIVERSITÉ SORBONNE PARIS NORD (2025/2026), couvre deux parties principales en informatique : Bases de données et Introduction à Python.

• Partie I : Bases de données

  • 3 CM, 2 TPs

  • Intervenants : Mme Ait Mohamed, M.Varzinczak, Mme Dandan

  • Focus sur : Introduction, Modèle relationnel, Langage SQL

  • Deux séances de TP (6h) sont dédiées à l'écriture de requêtes SQL (exploitation de MySQL).

  • Référence : Cours de bases de données – Modèles et langages, Philippe Rigaux.

• Partie II : Introduction à Python

  • 2 CM, 2 TPs

  • Intervenants : M. Varzinczak, Mme Ait Mohamed, Mme Dandan, M. Ladam

L'organisation des modules est conforme aux compétences requises pour la certification PIX (https://pix.org).

1. Notions de base

1.1. Données

• Une Donnée est une valeur numérisée qui décrit un fait, une mesure.

• Elle peut être sous diverses formes : chaîne de caractères (ex: "Dupont"), nombre (ex: 25), date (ex: "12/07/1998").

• Une base de données est structurée. Sans structure, c'est une collection ou un tas de documents.

1.2. Base de Données

• Une base de données est un ensemble d’informations structurées mémorisées sur un support persistant.

• Exemple de fichier CSV (Comma Separated Values) :

  "Dupont" ; "Nicolas" ; "hôpital d’Avicenne" ; 10/01/2022
  "Martin" ; "Marie" ; "hôpital d’Avicenne" ; 15/06/2019

  Ce type de fichier EST une base de données si elle respecte les critères de structuration et persistance, mais elle peut manquer de fonctionnalités avancées.

• Difficultés sans SGBD :

  • Impossible de construire des applications directement sur des fichiers.

  • Problèmes de productivité, fiabilité, efficacité.

1.3. Les SGBD (Systèmes de Gestion de Bases de Données)

• Un SGBD est un système informatique qui assure la gestion de l'ensemble des informations stockées dans une base de données.

• Fonctions fondamentales d'une base de données gérée par un SGBD :

  • Stocker l'information de façon fiable (restituer l'information entrée).

  • Traiter de grands volumes de données (massification).

  • Traiter rapidement les données (optimisation).

  • Sécuriser les accès (gérer les autorisations).

  • Contrôler la qualité des données (cohérence).

  • Partager les données (entre applications).

  • Rendre accessible les données en réseau (gérer la concurrence).

1.4. Langages – SQL (Structured Query Language)

• SQL est le langage le plus répandu pour manipuler les données dans un SGBD.

• Il permet : interrogation, mise à jour, gestion des droits d'accès.

2. Le modèle relationnel

• L'expression "modèle relationnel" provient de la notion de relation.

• C'est le modèle théorique dominant pour la représentation logique des bases de données, introduit par Codd en 1970.

• Il inclut des concepts pour la description de données (DD) et la manipulation de données (MD).

2.1. Relation, Nuplets et Attributs

• Une relation (binaire) sur un ensemble est un sous-ensemble du produit cartésien .

• Une relation de degré sur les domaines est un sous-ensemble fini du produit cartésien .

• Une relation peut être représentée comme une table avec des colonnes et des lignes.

• Un nuplet est un élément d'une relation de dimension n (). Dans une table, un nuplet est une ligne.

• Exemple : La relation Région(Département, Code) avec le nuplet (Seine-Saint-Denis, 93).

• Conséquences de la définition mathématique d'une relation (ensemble) :

  • L'ordre des nuplets est indifférent.

  • Pas de doublons (en théorie).

  • Pas de "cellule vide" (valeurs toujours connues, atomiques).

• Les valeurs des attributs sont élémentaires et atomiques (non-décomposables).

2.3. Schéma d’une relation

• Décrit une relation par :

  • Le nom de la relation (ex: R).

  • Un nom distinct pour chaque dimension (attribut, noté ).

  • Le domaine de valeur (type) de chaque dimension (noté ).

• Forme : ou simplement .

• Exemple : Région(nom: string, code: string).

2.5. Clé

1. Clé primaire

• Une clé d'une relation R est un sous-ensemble minimal des attributs qui identifie uniquement chaque nuplet.

• On choisit une clé comme clé primaire ; les autres sont des clés secondaires.

• Caractéristiques d'une bonne clé primaire :

  • Désigne sans ambiguïté une et une seule entité.

  • Sa valeur est connue pour toute entité.

  • Ne doit jamais être modifiée.

  • Doit avoir la plus petite taille de stockage possible.

• Un attribut non-descriptif ("Id") est souvent le meilleur choix pour une clé primaire.

• Tous les attributs doivent dépendre directement de la clé.

2. Clé étrangère

• Une clé étrangère est un attribut (ou un ensemble d'attributs) d'une table qui fait référence à la clé primaire d'une autre table.

• Elle établit un lien entre deux tables, garantissant l'intégrité référentielle.

• Exemple : Dans Manuscrit (id_manuscrit, auteur, titre, #id_expert, nom, commentaire), #id_expert est une clé étrangère qui référence id_expert de la table Expert (id_expert, nom, adresse).

2.6. Les contraintes

• Les contraintes garantissent l'intégrité de la base de données.

• Exemples de règles garanties par le SGBD :

  • La valeur d’un attribut doit être unique (contrainte d'unicité).

  • Un attribut doit toujours avoir une valeur (NOT NULL).

  • Clé primaire (unicité et identification).

  • Intégrité référentielle (validité des références d'une table à une autre).

3. SQL – Structured Query Language

SQL est le langage standard pour gérer les bases de données relationnelles.

3.1. Langages d'interrogation

• Deux approches complémentaires :

  • Langage déclaratif : Spécifie le résultat souhaité, sans détailler les opérations. (Ex: logique mathématique)

  • Langage procédural/algébrique : Définit les opérations pour obtenir le résultat. (Ex: algèbre relationnelle)

• SQL combine ces deux approches.

• SQL est utilisé pour : interrogation (SELECT), mises à jour (INSERT, UPDATE, DELETE), définition des tables (CREATE TABLE), contraintes, droits d'accès.

3.2. Création d'une base de données

• Commande : CREATE DATABASE nom_base_de_données;

3.3. Requêtes SQL

Syntaxe de base d'une requête :

SELECT [DISTINCT] t.a1, t.a2, ...
FROM T AS t
WHERE <condition>

• FROM : Définit la table source et sa portée (variable libre).

• WHERE : Exprime les conditions sur la variable libre.

• SELECT : Construit le nuplet-résultat.

• DISTINCT : Élimine les doublons dans le résultat (car les requêtes SQL peuvent produire des doublons, contrairement à la théorie des relations).

Opérateurs logiques dans WHERE

• AND : Les deux conditions doivent être vraies.

  WHERE <condition1> AND <condition2>

• OR : Au moins une condition doit être vraie.

  WHERE <condition1> OR <condition2>

• BETWEEN : Sélectionne un intervalle de données.

  WHERE colonne BETWEEN 'valeur1' AND 'valeur2'

  Exemple : Étudiants inscrits entre '2024-09-01' et '2024-10-01'.

  SELECT * FROM Etudiant WHERE dateInscription BETWEEN '2024-09-01' AND '2024-10-01';

Fonctions d'agrégation et GROUP BY

• GROUP BY : Groupera plusieurs résultats pour appliquer une fonction d'agrégation.

  SELECT t.a1, fonction(t.a2)
  FROM Table AS t
  GROUP BY t.a1;

• Quelques fonctions statistiques : AVG() (moyenne), COUNT(), MAX(), MIN(), SUM().

• Exemple : Coût total d'achats par client.

  SELECT nom, SUM(tarif) FROM Client GROUP BY nom;

Filtrage avec HAVING

• HAVING : Filtre des groupes après l'agrégation (similaire à WHERE, mais pour les fonctions agrégées).

  SELECT t.a1, fonction(t.a2)
  FROM T AS t
  GROUP BY t.a1
  HAVING fonction(t.a2) opérateur 'valeur';

• Exemple : Clients ayant commandé plus de 40€.

  SELECT nom, SUM(tarif) FROM Client GROUP BY nom HAVING SUM(tarif) > 40;

Tri des résultats avec ORDER BY

• ORDER BY : Trie les lignes dans le résultat d'une requête SQL. Par défaut, l'ordre est ascendant (ASC).

  SELECT t.a1, t.a2, ...
  FROM T AS t
  ORDER BY t.a1 [ASC|DESC];

• Exemple : Étudiants par ordre alphabétique du nom de famille.

  SELECT * FROM Etudiant ORDER BY nom;

Opérations ensemblistes

• UNION : Concatène les résultats de 2 requêtes ou plus. Les colonnes doivent être compatibles.

  SELECT ... FROM T1
  UNION
  SELECT ... FROM S1;

• INTERSECT : Retourne l'intersection des résultats de 2 requêtes (données similaires).

  SELECT ... FROM T1
  INTERSECT
  SELECT ... FROM S1;

Jointure naturelle

• Combinaison de lignes de deux tables ou plus basées sur une colonne relationnelle commune.

• Exemple : Logements où l'on peut faire du ski.

  SELECT nom FROM Logement AS l, Activité AS a
  WHERE l.code = a.codeLogement AND a.codeActivité = 'Ski';

  Ou avec la syntaxe moderne (depuis 1992) :

  SELECT nom FROM Logement AS l JOIN Activité AS a ON (l.code = a.codeLogement) AND a.codeActivité = 'Ski';

Quantificateurs EXISTS et NOT EXISTS

• EXISTS : Vrai si la sous-requête renvoie au moins une ligne.

  SELECT l.nom FROM Logement AS l WHERE EXISTS (SELECT '' FROM Activité AS a WHERE l.code = a.codeLogement AND a.codeActivité = 'Ski');

• NOT EXISTS : Vrai si la sous-requête ne renvoie aucune ligne. Utile pour exprimer le quantificateur universel ( "pour tous").

  SELECT DISTINCT l.nom FROM Logement AS l WHERE NOT EXISTS (SELECT '' FROM Activité AS a WHERE l.code = a.codeLogement AND a.codeActivité = 'Ski');

• Application de NOT EXISTS pour le quantificateur universel :

  Voyageurs qui ont visité tous les logements (i.e., il n'existe pas de logement qu'ils n'ont pas visité).

  SELECT DISTINCT v.prénom, v.nom FROM Voyageur AS v
  WHERE NOT EXISTS (SELECT '' FROM Logement AS l
  WHERE NOT EXISTS (SELECT '' FROM Séjour AS s
  WHERE l.code = s.codeLogement AND v.idVoyageur = s.idVoyageur));

3.4. Requêtes SQL de modification de tables

Requête INSERT INTO

• Ajoute une ou plusieurs lignes dans une table.

• Deux syntaxes principales :

  • En spécifiant toutes les colonnes : INSERT INTO table VALUES ('valeur 1', 'valeur 2', ...);

  • En spécifiant les colonnes souhaitées : INSERT INTO table (col1, col2, ...) VALUES ('valeur 1', 'valeur 2', ...);

• Insertion de plusieurs lignes :

  INSERT INTO Habitant(Id, prénom, nom, ville, âge) VALUES
  (01, 'Neil', 'Armstrong', 'Saint-Didier-des-Bois', 42),
  (02, 'Buzz', 'Aldrine', 'Marigny-le-Châtel', 40);

Requête UPDATE

• Modifie des lignes existantes. Souvent utilisée avec WHERE.

• Syntaxe :

  UPDATE table
  SET nom_colonne_1 = 'nouvelle valeur', nom_colonne_2 = 'autre valeur'
  WHERE condition;

• Exemple : Modifier la ville d'un habitant.

  UPDATE Habitant SET ville = 'Saint-Eustache-la-Forêt' WHERE Id = 01;

Requête DELETE FROM

• Supprime des lignes d'une table. Utilisée avec WHERE pour cibler les suppressions.

• Syntaxe :

  DELETE FROM table WHERE condition;

• Exemple : Supprimer un habitant.

  DELETE FROM Habitant WHERE Id = 03;

3.5. Requêtes SQL de définition de tables (DDL)

Requête CREATE TABLE

• Crée une nouvelle table, définit ses colonnes et types de données.

• Syntaxe :

  CREATE TABLE nom_de_la_table (
      colonne1 type_donnees,
      colonne2 type_donnees,
      ...
  );

• Options de colonne :

  • NOT NULL : Empêche les valeurs nulles.

  • DEFAULT valeur : Attribue une valeur par défaut.

  • PRIMARY KEY (colonne) : Définit la clé primaire.

  • FOREIGN KEY (colonne) REFERENCES AutreTable(AutreColonne) : Définit une clé étrangère.

• Exemple complet :

  CREATE TABLE Habitant (
      Id INTEGER NOT NULL,
      prénom VARCHAR(30),
      nom VARCHAR(30) DEFAULT 'Inconnue',
      ville VARCHAR(100),
      âge INTEGER,
      PRIMARY KEY (Id)
  );

• Exemple avec clé étrangère :

  CREATE TABLE Manuscrit (
      id_manuscrit INTEGER NOT NULL,
      auteur VARCHAR(30),
      titre VARCHAR(100) DEFAULT 'Inconnue',
      id_expert INTEGER NOT NULL,
      nom VARCHAR(30),
      commentaire VARCHAR(100),
      PRIMARY KEY (id_manuscrit),
      FOREIGN KEY (id_expert) REFERENCES Expert(id_expert)
  );

Requête ALTER TABLE

• Modifie la structure d'une table existante (ajouter/supprimer/modifier une colonne).

• Syntaxe de base : ALTER TABLE nom_table instructions;

• Exemples :

  • Ajouter une colonne : ALTER TABLE nom_table ADD nom_colonne type_donnees;

  • Supprimer une colonne : ALTER TABLE nom_table DROP COLUMN nom_colonne;

  • Renommer une colonne (MySQL) : ALTER TABLE nom_table CHANGE ancien_nom nouveau_nom type_donnees;

Requête DROP TABLE

• Supprime définitivement une table. Supprime également les index, contraintes et permissions associées.

• Syntaxe : DROP TABLE nom_table;

Références bibliographiques

• Philippe Rigaux, Cours de bases de données – Modèles et langages.

• CJ Date, A Guide to the SQL Standard.

• CJ Date, Introduction aux bases de données. 8ème édition.

• K Kline et al., SQL in a Nutshell: A Desktop Quick Reference. 4ème édition.

• J Patrick, SQL Fundamentals. 3ème édition.

• J Melton et AR Simon, Understanding the New SQL: A Complete Guide.

• W Shields, SQL QuickStart Guide.