Introduction à Python

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La console python

Une console (shell en Anglais) permet de saisir et d’exécuter des instructions les unes après les autres.

Il en existe de plusieurs sortes :

  • Python (command line) : une simple console, sans coloration syntaxique.
    Exemple sous Windows : python-exe
    python_command_line
  • IDLE (Python GUI) : un environnement de développement très simple, comprenant une console.python_idle

 

 

AVERTISSEMENT
Afin de bien saisir chacune des notions présentées ici, il est nécessaire d’ouvrir une console et de tester chaque instruction, en y apportant toutes les modifications nécessaires pour bien comprendre ce qui se passe !

Les chevrons >>> représentent l’invite (prompt) de la console = on peut saisir des commandes :

>>> 1+1
2

 

Syntaxe générale Python

Depuis une console, on peut se servir de Python comme d’une calculatrice :

Principaux opérateurs

Opérateurs de base

>>> 3 + 9*2 - (45/2)
-1.5
ATTENTION
Pas de multiplication implicite du type 2a !

Les nombres sont automatiquement typés :

>>> 5/3 # division de deux entiers ---> un flottant
1.6666666666666667

Division euclidienne

  • Quotient 
    >>> 34//5
6
  • Reste 
    >>> 34%5
4

Exponentiation

>>> 2**10
1024

Attention : il ne faut pas utiliser le symbole ^  (autre signification : ou exclusif sur les bits des entiers)

Priorités des opérateurs

  • la multiplication est prioritaire par rapport à l’addition : 
    >>> 1+3*5  # = 1+(3*5)
16

    la division est prioritaire par rapport à la multiplication :

    >>> 6/2*3  # = (6/2)*3
9
  • la puissance est prioritaire par rapport à la multiplication : 
    >>> 3*5**2  # = 3*(5**2)
75

 

Types de données

Types numériques

Il existe 3 principaux types de nombre dans Python :

  • le type int désigne une valeur entière relative (en anglais : integer) : aucune limite !
    exemples : 247 , -78 , 24178625489632322565874411001486

  • le type float désigne une valeur réelle (float  est un raccourci de floating point number : nombre à virgule flottante) : limité à …
    exemples : 1.58 , -56.14758476 , 12.0  (attention 12.0  sera enregistré en mémoire comme un flottant, et non comme un entier)

  • le type bool désigne une valeur booléenne (en anglais : boolean) : ne peut prendre que deux valeurs, vraie (True ) ou faux (False)

 

Chaînes de caractères

Les objets str  ou strings, permettent de manipuler les données textuelles.

Les chaînes de caractères peuvent être écrites de différentes manières :

  • Les apostrophes : 'on peut écrire des "guillemets"'
  • Les guillemets : "on peut écrire des 'apostrophes'" .
  • Apostrophes ou Guillemets triples : '''on peut écrire "ça" ou 'ça'''' , """on peut écrire "ça" ou 'ça'"""

     

Conteneurs

On appelle conteneur une structure de données destinée à contenir des éléments de types différents. On parle de types construits (listes, dictionnaires, …).

 

Nommage

Tout objet Python possèdent un (ou plusieurs) nom.

Python interprète comme un nom (de variable, de classe, de fonction, …) tout ce qui :

  • commence par une lettre ou le caractère _
  • ne contient que des lettres, des chiffres ou le caractère _

 

Ce qui commence par un chiffre sera interprété comme un nombre :

À l’inverse, pour représenter un nombre entier sous une forme non décimale, on peut utiliser les fonctions bin ou hex :

  • bin(123) renvoie '0b1111011' (une chaîne de caractères)
  • hex(123) renvoie '0x7b'
Activité : codage des nombres
Écrire une unique instruction pour afficher en hexadécimal le nombre écrit en binaire 0110111.
×

 

 

 

Variables

Le concept de variable est universel en programmation. Il s’agit de donner un nom à un emplacement dans la mémoire dans lequel est stockée une valeur.

Pour affecter une valeur à une variable, on utilise le symbole d’affectation =  :

>>> a = 5
>>> txt = "Python"
>>> test = True

Le type d’une variable est donné lors de sa première affectation :

>>> a = 1.25   # a est de type float 
>>> b = 12     # b est de type int 
>>> c = 1/3    # c est de type float 
>>> d = 12/2   # d est de type int 
>>> e = 4 > 3  # e est de type bool

Il est possible de réaffecter les variables avec un autre type, mais c’est déconseillé !

Tous les détails dans le chapitre sur les variables.

 

Commentaires

Le symbole « dièse » #  permet de placer des commentaires dans le code ; tout ce qui se situe à droite d’un symbole # (jusqu’au changement de ligne) est ignoré par l’interpréteur.

Les commentaires sont souvent indispensables pour améliorer la lisibilité d’un code.

Remarque : il est interdit de mettre des espaces devant les instructions, sous peine de recevoir l’erreur : IndentationError: unexpected indent

 

Fonctions et méthodes

Une fonction est un groupe d’instructions, plus ou moins complexe, que l’on peut exécuter par un seul appel, en utilisant son nom.

Une fonction attend un ou plusieurs arguments (des paramètres utiles pour son exécution) et retourne parfois des résultats :

Appel d’une fonction qui se nomme ma_fct , qui accepte 2 arguments, et qui retourne un résultat (ici affecté à la variable a) :

a = ma_fct(arg1, arg2)

→ affecte à la variable a  la valeur retournée par la fonction ma_fct, à laquelle sont passés les arguments arg1  et arg2.

Exemples :

  • print("2+2 font", 2*2)  : affiche le texte "2+2 font 4" dans la console (et ne retourne rien)
  • x = bin(12)  : convertit le nombre 12 en code binaire naturel, et retourne la chaîne de caractères '0b1100' (ici affectée à la variable x).

 

En tant qu’utilisateur d’une fonction, il est inutile de savoir comment elle fait : il faut en revanche connaitre ce qu’elle fait et comment l’utiliser (son « mode d’emploi »).
Une fonction bien définie possède donc une documentation :.

Exemple de documentation de la fonction round :

Help on built-in function round in module builtins:

round(number, ndigits=None)
    Round a number to a given precision in decimal digits.

    The return value is an integer if ndigits is omitted or None.  Otherwise
    the return value has the same type as the number.  ndigits may be negative.

[, ndigits]  (entre crochets) signifie que l’argument ndigits  est facultatif.

 

Modules

Certaines fonctions mathématiques sont intégrées au noyau de Python, les build-in functions :

>>> abs(-9)   # valeur absolue
9
>>> pow(3,2)  # équivalent à 3**2
9

D’autres sont accessibles à travers des modules : des scripts, sortes de bibliothèques, contenant des objets évolués, des fonctions, des constantes, …

  • Certains modules font partie de la distribution Python :
    • math: outils mathématiques
    • random : fonctions de générations de nombres aléatoires
    • tkinter : interface graphique
    • …
  • D’autres sont accessibles depuis le dépôt pyPi (installation grâce au logiciel pip), des milliers de modules dans des catégories très diverses :
    • numpy, scipy : calcul scientifique
    • serial : communication série
    • pillow : manipulation d’images
    • …
  • Et on peut bien sûr créer ses propres modules.

 

Utiliser un module

Pour que l’interpréteur Python connaisse les noms des objets d’un module, il faut les importer :

Méthode 1 :
import nom_module

→ Importe le nom nom_module (le nom du module) : pour accéder à l’objet (constante, fonction, classe) nom_objet  du module nom_module, il faut faire :

nom_module.nom_objet
Méthode 2 :
from nom_module import nom_objet

→ Importe l’unique nom nom_objet depuis le module nom_module : pour accéder à l’objet nom_objet  du module nom_module, il suffit de faire :

nom_objet

Attention : avec un tel import, l’interpréteur ne connaitra pas le nom nom_module.

 

from nom_module import *

→ Importe tous les noms du module nom_module.

 

Exemples :

>>> import math
>>> math.sqrt(5)
2.23606797749979
>>> from math import sqrt
>>> sqrt(5)
2.23606797749979

 

Exemple avec le module math

>>> import math

Pour obtenir la racine carrée d’un nombre, on utilise la fonction sqrt() (square root) du module math de la manière suivante :

>>> math.sqrt(5)
2.23606797749979

 

Activité
Écrire une instruction permettant d’importer tous les noms du module math (de manière à ne plus devoir écrire math.  devant).

 

En utilisant l’instruction help(math) pour obtenir des informations sur le contenu du module math, calculer :

  • \(3.2^5\)
  • \(\sin⁡{\pi}\)
  • \(|-3,5|\)
  • \(1+\frac{1}{10^{16}}\)

 

Script Python

Dès lors qu’il y a plusieurs instructions à exécuter ou que l’on utilise des structures de contrôle ou que l’on définit des fonctions, il faut mettre le code dans un script, que l’on peut alors enregistrer dans un fichier à l’extension .py .

Les IDE possèdent tous une fenêtre pour saisir des scripts.

 

Structure de base d’un programme (ou module) Python

###########################################
# Constantes (variables globales)
###########################################


############################################
# Définition des fonctions
############################################


############################################ 
# Définition des classes
############################################ 


############################################ 
# Instructions à exécuter 
############################################ 

if __name__ == "__main__":
   instructions à ne pas exécuter lors d'une instruction import
   ...

 

Outils d’aide au codage

Coloration syntaxique

C’est le minimum ! Tous les éditeurs de script le proposent.

Analyse de code

Les meilleurs IDE proposent de l’analyse de code :

  • accès aux classes et aux fonctions par une arborescence,
  • recherche de dépendances (modules),
  • recherches d’erreurs de syntaxe,
  • autocomplétion,
  • …

Débogage

Les IDE évolués proposent des fonctionnalités de débogage :

  • exécution pas à pas
  • visualisation des variables
  • …

Pour des petits programmes et une interface très détaillée et pédagogique, utiliser Pythontutor.

 

Interactions avec l’utilisateur

Affichage

On affiche des résultats avec la fonction print() , en séparant les arguments par des virgules :

>>> a = 3
>>> print(2*a, a**3, a-5)
6 27 -2

>>> print("La valeur de a est :", a)
La valeur de a est : 3

>>> b = 10
>>> print("La somme des deux variables est :", a+b)
La somme des deux variables est : 13

On peut préciser deux arguments particuliers :

  • end pour définir ce qui va s’afficher à la fin de la chaîne :
>>> print(a, end =':')
>>> print(a)
3:3
  • et sep pour définir le séparateur entre les différents éléments de la chaîne :
>>> print(2*a, a**3, a-5, sep = '---')
6---27----2

Le caractère de retour à la ligne est "\n" :

>>> print("Il est grand temps de retourner\nà la ligne")
Il est grand temps de retourner
à la ligne
Activité
Faire afficher (respecter les espaces) :
Les premières puissances de 2 sont :
2 ; 4 ; 8 ; 16 ; 32 ; 64 ; 128

 

Saisie

Pour inviter l’utilisateur à saisir des données, on utilise la fonction input():

>>> x = input("Donner un entier : ")
Donner un entier : 17

>>> x
'17'

Remarque : x est une chaîne de caractères. L’instruction eval() permet alors d’évaluer (convertir en valeur)  x :

>>> eval(x)
17

 

Activité

Faire :

>>> a = input("Donner un nombre a =")
>>> b = input("Donner un nombre b =")
Écrire une instruction pour réaliser l'opération \(a+b\).
Correction

La fonction input revoie une chaîne de caractères (type str). Avant de faire une addition, il faut convertir ces chaînes en nombres, en utilisant la fonction eval par exemple :

>>> a = eval(a)
>>> b = eval(b)
>>> a+b

 

Variables

Affectation (ou assignation)

Il est possible de mémoriser une valeur dans une variable avec le symbole d’affectation qui se note = sous Python.

>>> a = 2
>>> a + 3
5
>>> a - 4
-2
  1. L’instruction a = 2 crée une nouvelle variable appelée a et mémorise dans cette variable la valeur 2, on dit que la « variable a est initialisée à la valeur 2« .
  2. Les instructions a + 3 et a - 4 sont évaluées en remplaçant a par sa valeur. Les résultats sont affichés dans la console, mais ne sont mémorisés dans aucune variable.

 

>>> a = 8 
>>> b = a + 1
>>> b
9
>>> a = a + 4
>>> a
12
  1. L’instruction a = 8 ne crée pas de nouvelle variable car cette variable a est déjà créée, par contre elle modifie la valeur mémorisée.
  2. L’instruction b = a + 1 commence par évaluer l’expression à droite du symbole = (expression a + 1 qui s’évalue en 9) ; puis elle mémorise cette nouvelle valeur dans la variable de gauche, ici b .
  3. L’instruction a = a + 4 fonctionne de façon similaire : elle commence par évaluer ce qu’il y a à droite du symbole = (expression a+4 qui s’évalue en 12), puis elle mémorise cette valeur dans la variable de gauche, c’est à dire a . Ainsi, l’instruction a = a + 4 augmente de 4 la valeur mémorisée par a .

Remarque :

  • l’instruction = n’a pas grand chose à voir avec le symbole mathématique d’égalité. En particulier elle n’est pas symétrique : il doit y avoir à gauche un symbole où l’on peut mémoriser un résultat.

Par exemple, les instructions a = 2 ou a = a + 1 sont correctes, mais 2 = a ou a + 1 = a n’ont aucun sens pour Python.

 

Pour éviter la confusion, Python propose des raccourcis qui ont l’avantage d’éviter la confusion avec la manipulation d’équations en algèbre :

>>> x += 1 # remplace x par x+1
>>> x -= 3 # remplace x par x-3

>>> x **=2 # remplace x par x^2
>>> x *= 3 # remplace x par x*3

>>> x /= 2 # remplace x par x/2

 

Activité

Répondre aux questions suivantes sans utiliser la console :

Que vaut z après la suite d’instructions suivante ?
>>> z = 1
>>> z + 3
>>> t = 2
>>> z += 2
>>> z = t + z/2
>>> z
×

 

Par quoi faut-il remplacer le ? pour que la suite d’instructions suivante affiche 1.5 ?
>>> m = 5
>>> n = 3*m
>>> m += ?
>>> n / m
1.5
×

 

Affectations multiples

Autre raccourci intéressant : on peut assigner un même objet à plusieurs variables simultanément ; ces deux variables renvoient alors au même objet (on dit parfois que ce sont deux alias du même objet).

>>> x = y = 7
>>> id(x), id(y) # id(x) donne l’identifiant de x
(4343385712,  4343385712)

Remarque :

  • la fonction id(objet) renvoie l’identifiant de l’objet objet : ce numéro est unique et invariant pendant toute la durée de vie de l’objet.

Ici le fait que x et y aient le même identifiant signale qu’ils pointent vers le même emplacement mémoire : un même objet peut donc avoir plusieurs noms.

 

Activité
Effectuer les affectations suivantes :
>>> a = 128
>>> b = a * 2
>>> a = 0
>>> b

L’instruction b = a * 2 n’affecte pas à b le double de la valeur de a quelle que soit la valeur de a au long de la session Python.
En fait l’objet nommé b a juste mémorisé la valeur du double de a et n’a plus aucune relation avec l’objet nommé a ; pour s’en convaincre on peut demander à Python de donner l’identifiant de chaque objet :

Afficher les identifiants de a et b et vérifier qu’ils sont différents.
 
Effectuer à présent la suite des affectations suivantes :
>>> a = [1, 2, 3, 4]
>>> b = a
>>> a[1] = 0
Afficher les identifiants de a et b et conclure.

L’ordre d’exécution des instructions est fondamental ; les deux séquences suivantes, qui contiennent exactement les mêmes instructions, mais dans un ordre différent, ne produisent pas le même effet :

>>> a = 3
>>> b = a - 3
>>> a = a + 1
>>> b
0
 
>>> a = 3
>>> a = a + 1
>>> b = a - 3
>>> b
1

 

Affectations parallèles

On peut aussi effectuer des affectations parallèles à l’aide d’un seul opérateur = :

>>> x, y = 128, -128
>>> x + y
0
>>> a, b, c = 1, 2, 3
>>> a, b, c
(1,2,3)
Activité
Prédire (sans console !) le résultat des deux suites d’instructions suivantes :
>>> x = 19
>>> x += 2
>>> y = x*2
>>> x, y
 
>>> x = 19
>>> x, y = x + 2, x*2
>>> x, y
Vérifier avec la console Python.

 

Activité : permutation

L'objectif est d’échanger les contenus de deux variables x et y :

  • 1ère méthode : proposer une méthode qui utilise une variable auxiliaire tmp
Correction
>>> tmp = x
>>> x = y
>>> y = tmp
  • 2ème méthode : on exécute la séquence d’instructions suivantes :
>>> x = x + y
>>> y = x - y
>>> x = x - y
Quels sont les contenus des variables x et y en fin de séquence ?
  • 3ème méthode (la meilleure !) : utiliser une affectation parallèle.
Correction
>>> x, y = y, x

 

Activité
Affecter à x , y et z les valeurs respectives suivantes : 3, 1000000 et 3.14156.
 
À l’aide de la fonction print() et de x , y , z uniquement, afficher successivement :
310000003.14156
3
1000000
3.14156
x = 3; y = 1000000; z = 3.14156
Correction

 

 

Suppression d’une variable

Pour supprimer une variable nommée a on utilise :

>>> del a

Après cela, l’espace mémoire qu’utilisait a est disponible, et le nom a n’est plus connu de l’interpréteur Python.

NameError: name 'a' is not defined

 

Booléens

En l’honneur du logicien George Boole (1815–1864) les deux valeurs logiques Vrai et Faux s’appellent des booléens. Pour Python, le type bool (booléen) constitue un type de valeurs, au même titre que int ou float : les deux seules valeurs possibles pour le type bool sont True et False .

Il est possible de manipuler des booléens avec les opérations logiques and , or et not :

>>> True or True
True

>>> True and False
False

>>> not False
True

Un test est une instruction dont la valeur de retour est un booléen. Voici les comparaisons usuelles entre réels :

>>> 3 < 4 # inférieur strict
True

>>> 3 <= 4 # inférieur ou égal
True

>>> 4 > 4 # supérieur strict
False

>>> 4 >= 4 # supérieur ou égal
True

>>> 3 == 4 # test d’égalité
False

>>> 3 != 4 # différent
True

>>> 3 < 4 < 5 # 3 < 4 et 4 < 5
True

Remarque : le test d’égalité se note == : à ne pas confondre avec l’instruction d’affectation qui se note = .

 

Il est aussi possible de mémoriser un booléen dans une variable.

>>> a = 3 < 2
>>> a
False
>>> a and True
False
>>> a or True
True
Activité
Testez avec la console si \(\sqrt{3}^2=3\). Interpréter le résultat.
Correction
>>> math.sqrt(3)**2
2.9999999999999996

 

Il est possible d’utiliser ces opérateurs pour faire des comparaisons entre des valeurs de type autre que int ou float . Par exemple, il existe un type str qui permet de coder des chaînes de caractère (str = string en anglais). Dans ce cas on compare suivant l’ordre lexicographique (l’ordre des mots du dictionnaire) :

>>> "girafe" < "hippopotame"
True

>>> "lutin" > "ogre"
False

 

 

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