#acl Formateurs:read,write,revert All:read = Initiation à Python 3 = Le langage de programmation fixé comme référence pour cette formation est Python, en version 3. Ce premier TP a pour but de vous donner des bases de programmation suffisantes pour transcrire n’importe quel algorithme travaillant sur des types de données simples : nombres, chaînes de caractères et listes. Il ne s’agit pas d’être virtuose, mais simplement que le langage ne soit pas un obstacle à la mise en pratique. Si vous connaissez déjà bien Python, ne vous attardez pas trop. Le choix de l’environnement de développement (ici IDLE) n’est qu’une suggestion : faites comme à la maison. Si vous connaissez déjà un autre langage de programmation, c’est l’occasion d’en découvrir un nouveau, peut-être assez différent. Dans ces deux cas, ce sujet ne devrait pas trop poser de problème, et vous pourrez vous attaquer à un authentique TP de programmation tout de suite après. Et si c’est votre premier contact avec la programmation, pas d’inquiétude, on avancera pas à pas. <> == Lancer un interpréteur == {{{#!wiki tip Si ce n’est déjà fait, il faut bien sûr commencer par installer Python : * si vous travaillez sous Windows ou Mac, les fichiers nécessaires sont accessibles sur le site [[http://www.python.org/]] : choisir la dernière version stable (Python 3.?.?) ; * sous GNU/Linux, installez simplement les paquets python3 et idle3 en utilisant le gestionnaire de paquet de votre distribution. Avec un peu de chance, ces instructions sont inutiles dans la salle informatique du site de formation. :-) }}} Un programme Python est un simple fichier de texte qui contient les instructions à faire exécuter par la machine, ou plutôt l’interpréteur Python. Par exemple : {{{#!highlight python def discriminant(a,b,c): return b*b-4*a*c def nbracines(a,b,c): d = discriminant(a,b,c) if d>0: return 2 elif d<0: return 0 else: return 1 print("Le polynome 2X^2+3X-3 a", nbracines(2,3,-3), "racines réelles.") }}} On pourrait donc se contenter de taper ce code source dans un éditeur de texte (ce qui est différent d’un logiciel de traitement de texte), puis le faire exécuter par l’interpréteur. Mais l’interpréteur peut également être utilisé de manière interactive. C’est ce que nous ferons pour les premiers pas qui suivent. Lançons donc l’environnement graphique IDLE. On se retrouve devant une fenêtre comme celle-ci : {{attachment:IDLE.png}} L’invite {{{>>>}}} nous… invite à taper des instructions Python. Ce que nous allons nous empresser de faire. == Python comme calculatrice == Lorsque vous tapez une instruction, l’interpréteur affiche la valeur éventuellement produite. Par exemple : {{{#!highlight python >>> 42 42 }}} (j’ai tapé « {{{42}}} », puis fait « Entrée » et l’interpréteur a affiché {{{42}}}). On peut bien sûr former des expressions arithmétiques plus compliquées. Testez par exemple les expressions suivantes et essayez de deviner ce que ça calcule, si possible avant de le taper : {{{#!highlight python 21+21 32*(42+10) 2**3 2**4 2**5 2.5*2 2/3 1/1 2//3 13.0//6 13%6 1//1 }}} Si vous connaissez Python 2, certains des résultats précédents vous ont peut-être surpris. On les expliquera sur place. Et si vous avez le moindre doute sur ce qui vient de se passer, il faut le dire ! {{{#!wiki tip À tout moment, vous pouvez revenir sur une ligne précédente (en cliquant dessus ou en utilisant les flèches du clavier) et appuyer sur « Entrée » pour recopier automatiquement son contenu : pratique quand on a fait une erreur de frappe ou quand on tape des lignes un peu répétitives. }}} {{{#!wiki important À ce stade, que pouvez-vous dire de la manière dont Python 3 gère les nombres ? }}} === Python comme calculatrice scientifique === On n’est bien sûr pas limités aux opérations arithmétiques. Python est en fait un langage assez prisé dans le monde du calcul scientifique moderne, en particulier parce qu’il fournit des bibliothèques de calcul aux fonctionnalités avancées. Il n’en sera pas question ici, mais on peut déjà trouver pas mal de choses dans la bibliothèque standard. Essayez ce qui suit : {{{#!highlight python from math import * # On fait ici un peu de magie, qui sera expliquée plus tard sqrt(2) pi log(1) log(e) cos(pi/3) log(1024,2) }}} == Fonctions == La manière recommandée de travailler l’algorithmique en Python est d’identifier la notion d’algorithme avec celle de ''fonction'': un bout de programme qui porte un nom (disons `f`), attend un certain nombre d’arguments (disons `x1`, `x2`, …), et dont l’évaluation retourne un `résultat`. En Python, ça correspond à la construction `def`: {{{#!highlight python def f (x1, x2, ...): ... des instructions ... return resultat }}} définit une nouvelle fonction qui, partant des valeurs initiales de `x1, x2, ...` effectue les instructions requises, et renvoie la valeur de l’expression `resultat`. Si on n’utilise pas l’instruction `return` finale, ça fonctionne aussi sauf que rien n’est renvoyé (cas d’une procédure). {{{#!wiki tip Jusqu’ici nos programmes ne comportaient qu’une seule instruction, qu’on tapait directement dans l’interpréteur. Dès qu’on veut dépasser le stade de la calculatrice, il est bien plus pratique de taper du code dans une fenêtre d’édition, et de faire tourner ce code dans l’interpréteur. Avec IDLE, ça demande quelques étapes de préparation : * créer un nouveau fichier à travers le menu `File -> New File`, ce qui ouvre une nouvelle fenêtre d’édition * taper notre code dans la fenêtre d’édition, par exemple les fonctions `discriminant` et `nbracines` données au début de cette page * lancer le programme en appuyant sur la touche `F5` (c’est un raccourci pour le menu `Run -> Run Module`) * un dialogue nous indique que pour lancer un programme python, il faut d’abord le sauvegarder dans un fichier : faisons ça, par exemple sous le nom `test.py` dans notre dossier personnel ou sur le bureau (il faut terminer le nom par `.py` pour indiquer au système que c’est du python * l’interpréteur est alors redémarré et notre programme chargé : les fonctions définies dans le programme sont maintenant disponibles dans l’interpréteur * testez votre code en appelant par exemple `nbracines(1,0,-1)` ou `nbracines(1,2,1)` depuis l’interpréteur Notez que les fonctions `print()` et `input()` que vous connaissez peut-être deviennent inutiles avec ce type de fonctionnement : les entrées et l’affichage sont gérées par l’interpréteur, et on peut se concentrer sur le contenu algorithmique. }}} '''Exercez-vous:''' Écrivez une fonction {{{#!highlight python def moy(a,b): ... }}} qui renvoie la moyenne des arguments (en supposant qu’il s’agit de nombres). Vous pouvez vous contenter d’ajouter la définition de votre fonction au fichier déjà créé ci-dessus. Testez ensuite votre fon Si tout fonctionne comme prévu, vous pouvez arrêter de suivres ces notes, et commencez à [[Algorithmique élémentaire en Python|vous exercer sur des problèmes classiques]]: posez des questions ou revenez ici dès qu’il vous manque des éléments pour les traiter. == Chaînes de caractères == Bien sûr Python n’est pas limité au calcul numérique : le cœur de l’informatique moderne (disons à partir des années 70), ce sont les chaînes de caractères. En Python, une chaîne littérale est indifféremment entourée d’apostrophes droites « `'` » ou de guillemets droits « `"` ». Tentons un laconique : {{{#!highlight python 'Bonjour.' }}} Notez que les apostrophes restent présentes dans la sortie : l’interpréteur nous signale que nous avons bien construit une chaîne. Même chose avec : {{{#!highlight python "Bonjour." }}} L’opération de base sur les chaînes est la concaténation : {{{#!highlight python 'Bon' + "jour." }}} Oui, ça se note comme une somme. On peut aussi calculer la longueur d’une chaîne : {{{#!highlight python len('Bon' + "jour.") }}} Notez que Python 3 n’est pas inquiété par tous les caractères bizarres que vous pourrez entrer : {{{#!highlight python 'Considérons la fonction φ : x ↦ x³.' len('1 €') }}} (par contre, votre navigateur peut l’être). Ces deux dernières lignes en étonneront peut-être certains (qui savent que les caractère dits bizarres sont souvent codés sur plusieurs octets) : les caractères de Python 3 sont ceux de la norme Unicode. Pour afficher une chaîne, on utilise l’instruction `print` : {{{#!highlight python print('Bonjour.') }}} Cherchez la différence avec : {{{#!highlight python 'Bonjour.' }}} {{{{#!wiki important La question de l’affichage revient souvent dans les formations, mais elle n’a en fait pas beaucoup d’intérêt : ce qui nous intéresse ici, c’est comment '''calculer''' un résultat, d’une manière correcte et modulaire ; c’est-à-dire qu’on veut pouvoir '''utiliser''' ce résultat dans un calcul ultérieur. Afficher un résultat d’une manière agréable et lisible, c’est le travail d’une interface utilisateur : ce n’est qu’une utilisation possible parmi d’autres. Et surtout ça ne concerne ''a priori'' que le résultat final. En pratique, afficher quelque chose de manière prématurée est une source d’erreurs : on aura l’occasion d’en rediscuter plus bas. }}}} == Variables et types == Un élément essentiel de l’écriture d’algorithmes est la possibilité de stocker des informations intermédiaires dans des ''variables'' : cette notion est omniprésente en programmation. En Python, le nom d’une variable est nécessairement constitué de caractères alphanumériques, plus éventuellement le caractère « souligné » `"_"`. Le premier caractère doit être une lettre. Des exemples : {{{ x x1 ma_variable_preferee }}} L’affectation d’une valeur à une variable est notée par le signe d’égalité « `=` », un choix mathématiquement regrettable mais assez répandu. Essayons : {{{#!highlight python x = 32 y = 52 somme = x+y produit = x*y }}} On peut afficher une valeur numérique de la même manière qu’une chaîne : {{{#!highlight python print(somme) print(produit) }}} Et on peut afficher plusieurs choses sur la même ligne : {{{#!highlight python print('x :',x,'y :',y,'Somme :',somme,'Produit :',produit) }}} Continuons : {{{#!highlight python x = -1 print('x :',x,'y :',y,'Somme :',somme,'Produit :',produit) }}} {{{#!wiki important Quelles remarques pouvez-vous déjà faire sur l’utilisation des variables en Python ? Pouvez-vous expliquer ce qui se passe ? }}} Continuons : {{{#!highlight python x = 'Ceci est une chaîne !' print('x :',x,'y :',y,'Somme :',somme,'Produit :',produit) }}} Le résultat vous surprend peut-être : la variable `x` était d’abord un nombre, voilà que c’est une chaîne. Pourtant, pas de message d’erreur ! On pourrait croire que Python ignore l’information de type. C’est plus subtil. En Python, toute ``valeur`` a un type bien déterminé. D’ailleurs, l’interpréteur peut nous le donner : {{{#!highlight python type(1) type(0.5) type('a') type('un mot') type('€uro') }}} Par contre les variables ne sont pas typées a priori : une variable n’est qu’un `nom` auquel on peut associer temporairement une valeur, de type quelconque. {{{#!highlight python x=1 type(x) x='a' type(x) }}} En particulier, en Python, ''on ne déclare pas les variables''. De plus, les opérations sont surchargées : on a vu que le `+` est défini entre deux nombres ou entre deux chaînes, et que le type de retour pouvait être adapté. Tentons : {{{#!highlight python print('Le résultat est '+42) }}} Que se passe-t-il ? Ce cas n’est pas visiblement pas prévu. Il est facile de convertir un nombre en la chaîne qui le représente, et réciproquement : {{{#!highlight python str(42) int('100') float('1') }}} On peut aussi forcer la conversion entre types de nombres de la même manière : {{{#!highlight python float(1) int(100.0**100) }}} {{{{#!wiki important Si `x` est de type `float`, `int(x)` renvoie l’entier le plus proche. Attention, pour les négatifs, ce n’est pas la partie entière: celle-ci s’obtient par la fonction `float` du module `math` (disponible après l’invocation `from math import *`). }}}} Plus étonnant peut-être : {{{#!highlight python 100**100 100**100-100**99 100.0**100 100.0**100-100**99 2**2**2 2**2**2**2 2**2**2**2**2 # C’est peut-être un peu risqué ! 2**2**2**2**2**2 # À tous les coups ça plante… }}} {{{#!wiki tip Si le programme a l’air bloqué, vous pouvez interrompre l’exécution avec la combinaison de touches « `Ctrl+C` ». }}} Une utilisation standard : {{{#!highlight python entree = input('Entrez un nombre entier N : ') N = int(entree) print('N² = '+str(N*N)) }}} La fonction `input` affiche son argument, puis récupère ce qui est entré par l’utilisateur : c’est une chaîne, qu’il faut convertir si on veut l’utiliser comme un nombre. {{{{#!wiki important Là encore : demander une valeur à l’utilisateur, c’est l’affaire d’une interface, ça n’a rien avoir avec l’algorithme sous-jacent. Et il y a bien d’autres manières d’obtenir des valeurs d’entrée sur lesquelles faire travailler nos algorithmes. Quand on débute, cet aspect interactif est parfois amusant, mais il est bien plus important de savoir comment utiliser une valeur d’entrée de manière '''générique'''. }}}} == Booléens == Un dernier type de base, que nous n’avons pas encore croisé : les booléens. C’est le type à deux valeurs : vrai et faux. {{{#!highlight python True False type(True) }}} On fabrique des booléens avec des tests : {{{#!highlight python 1 > 0 1 < 0 1 >= 1 1 <= 0 1 != 0 1 == 0 # Attention, on double le signe = pour le distinguer de l’affectation 'a' == 'b' 'a' + 'a' == 'aa' }}} Et on peut les composer via les opérations booléennes `and`, `or`, `not` : {{{#!highlight python 'toto' == '' or len('toto') > 2 }}} == Algorithmique de base == Jusque là, on a parlé des opérations de base du calcul. Reste à introduire l’algorithmique à proprement parler. Le branchement conditionnel prend la forme `if `''condition''`: `''instruction''. Vous pouvez deviner ce que fait : {{{#!highlight python if x<0: x=-x }}} Si le branchement comprend une alternative, on utilise `else` : {{{#!highlight python if x<0: y=0 else: y=x }}} Si plusieurs instructions doivent suivre, on les met ligne par ligne '''''en respectant l’indentation''''' : {{{#!highlight python a, b, c = 1, -2, 1 # On utilise un raccourci pour l’affectation simultanée de plusieurs variables b = -b / 2 delta = b * b - a * c if delta > 0: n = 2 x1 = (b - sqrt(delta)) / a x2 = (b + sqrt(delta)) / a else: if delta == 0: n = 1 x = b/a else: n = 0 }}} Cette convention trouble souvent les programmeurs de langages comme C ou Java. Elle a pourtant le mérite d’être concise, lisible et d’éviter la frappe de délimiteurs. La structure `else: if:` imbriquée, peut-être abrégée en `elif`, ce qui économise un niveau d’indentation : {{{#!highlight python if delta > 0: n = 2 x1 = (b - sqrt(delta)) / a x2 = (b + sqrt(delta)) / a elif delta == 0: n = 1 x = b/a else: n = 0 }}} La boucle ''tant que'' s’écrit naturellement sur le même modèle `while `''condition'': {{{#!highlight python n = 0 while n<10: print(n) n = n+1 }}} {{{{#!wiki tip Une source très courante d’erreurs en Python est le non respect des contraintes d’indentation. Précisons donc. L’indentation est la nature et le nombre des caractères ''blancs'' (espaces et tabulations) situés avant le premier caractère d’une ligne de texte. Au lieu d’avoir des caractères de délimitation (comme `{` et `}` en `C` ou `Java`), Python définit un bloc d’instructions comme une suite de lignes avec la même indentation. Les sous-blocs d’une instruction structurée (branche, boucle, etc.) doivent avoir une indentation compatible et supérieure à celle de l’instruction. Comparez: {{{ n=0 i=0 while i<10: n = n + i i = i + 1 print(n) }}} avec {{{ n=0 i=0 while i<10: n = n + i i = i + 1 print(n) }}} }}}} == Quelques subtilités == Essayez la chose suivante : {{{#!highlight python def incremente(a): a = a+1 print('Nouvelle valeur de a : '+str(a)) a = 1 incremente(a) print(a) }}} {{{#!wiki important Que se passe-t-il ? Que pouvez-vous dire sur la ''portée'' des variables en Python ? Quelles autres expériences proposez-vous pour mieux comprendre ? Un excellent outil pour étudier le fonctionnement de vos programmes est [[http://pythontutor.com/|Python Tutor]]: celui-ci vous fournit en direct une représentation de la mémoire à chaque étape d’exécution. }}} == Listes, chaînes, n-uplets == On a déjà décrit le cœur algorithmique, les opérations sur les types de base et le mécanisme d’affectation des variables. Légitimement, on pourrait s’arrêter là : on a déjà un modèle de calcul complet. Mais Python, comme tout langage contemporain, nous permet de composer ces types de base en introduisant des types dits séquentiels : listes et n-uplets. Ceux-ci rassemblent un nombre quelconque de valeurs au sein d’un même objet composé. On forme un n-uplet avec des parenthèses : {{{#!highlight python z = (1,2,3) }}} une liste avec des crochets : {{{#!highlight python l = ['a','b','c'] }}} On obtient des objets de types `tuple` et `list` respectivement. En fait, les parenthèses ne sont pas nécessaires autour d’un n-uplet : c’est la virgule qui sert de constructeur. {{{#!highlight python zz = 1,2,3 z == zz }}} La longueur se calcule comme pour les chaînes: {{{#!highlight python len(z) }}} On peut fabriquer des séquences vides: {{{#!highlight python () [] }}} et des singletons: {{{#!highlight python 1, [1] }}} (notez la virgule nécessaire pour le 1-uplet). On accède aux éléments d’une séquence avec les crochets : {{{#!highlight python print(z[1]) print(l[0]) print(l[1]) print(l[2]) print(l[3]) }}} Que remarquez-vous ? Et au fait, que se passe-t-il avec {{{#!highlight python print(l[-1]) }}} ? Les séquences sont la solution idéale pour renvoyer un nombre variable de résultats: {{{#!highlight python def discriminant(a,b,c): return b * b - a * c def resout1(a,b): # résout l'équation ax+b=0 si a est non nul return -b/a def resout (a,b,c): # renvoie la liste des solutions de l'équation ax²+bx+c=0 si a ou b est non nul b = -b / 2 if a == 0: return [resout1(b,c)] delta = discriminant(a,b,c) if delta > 0: x = (b - sqrt(delta)) / a y = (b + sqrt(delta)) / a return [x,y] elif delta == 0: return [b/a] else: return[] def nbsol(a,b,c): return len(resout(a,b,c)) }}} On peut concaténer les séquences avec le `+`, comme dans : {{{#!highlight python l = l + ['d'] }}} On peut également fabriquer une sous-séquence, en donnant un intervalle plutôt qu’un numéro de case: {{{#!highlight python l[1:3] "bonjour"[2:5] (1,2,3)[2:2] }}} Notez que `machin[a:b]`, est la sous-séquence de `machin`, de la position `a` incluse à la position `b` non incluse. On peut aussi utiliser des positions négatives, et si on oublie une borne, ça va jusqu’au bout. Ainsi on peut définir: {{{#!highlight python def découpe(sequence): n = len(sequence)//2 début = sequence[:n] fin = sequence[n:] return début,fin }}} qui découpe une séquence en deux morceaux de longueur à peu près égales. La différence entre les deux types `list` et `tuple`, c’est qu’on peut changer les éléments d’une liste, mais pas ceux d’un n-uplet : {{{#!highlight python l[0] = 'A' z[0] = '0' # ça plante }}} On dit que les éléments d’une liste sont ''mutables''. En fait, les chaînes de caractères sont en partie de la même nature que les n-uplets : ce sont des suites… de caractères. Et on ne peut pas les changer. {{{#!highlight python s = 'Bonjour.' s[0] s[0]='b' # ça plante }}} {{{{#!wiki caution La valeur d’une liste, c’est l’adresse en mémoire du tableau qui contient ces valeurs! Ainsi, si on écrit {{{#!highlight python l = list("bonjour") m = l }}} non seulement les valeurs de `m` sont les mêmes que celles de `l`, mais quand on fait {{{#!highlight python m[0] = "B" }}} on a aussi `l[0] == "B"`. La représentation des listes [[https://pythontutor.com/|Python Tutor]] est particulièrement éclairante. Testez-y le programme suivant: {{{#!highlight python def zero_partout(l): for i in range(len(l)): l[i] = 0 return l une_liste = [1, 2, 3] une_autre_liste = zero_partout(une_liste) }}} et essayez d’expliquer la valeur de `une_liste` à la fin du programme. Le programme de seconde n’insiste pas sur la notion de liste: on pourra se contenter de les voir comme une manière pratique de manipuler un ensemble de valeurs, et non pas comme des objets qu’on a envie de générer ou modifier de manière algorithmique. En particulier, à ce niveau, on peut passer sous silence le concept même d’affectation d’une nouvelle valeur à un élément de liste. Une autre manière de modifier une liste ''en place'', c’est d’utiliser les méthodes `append`, `pop`, ''etc.'' Par exemple : {{{#!highlight python def mon_range(n): l = [] i = 0 while i0] }}} est la liste des cubes des entiers de `0` à `9` qui ne sont pas des multiples de 3. == Fin == Si vous êtes arrivés jusque là, vous avez toutes les briques pour traiter l’algorithmique courante (et même plus) en Python 3. :) Reste à pratiquer, avec les [[Algorithmique élémentaire en Python|exercices]] que vous n’auriez pas encore traités.