Introduction à Python

Présentation des outils de programmation

Dans cette introduction à Python pour la programmation scientifique, nous utiliserons Python comme langage de programmation et les bibliothèques NumPy et matplotlib pour le calcul scientifique et la visualisation.

Les versions 2 et 3 du langage Python présentent des différences. Nous donnerons par défaut des programmes adaptés pour les versions 3 et ultérieures. Néanmoins, comme les versions 2.x de Python sont encore fréquemment utilisées dans le domaine de la programmation scientifique, nous signalerons quelques spécificités de la version 2.

Les programmes de base en Python (qui n’utilisent pas NumPy ou matplotlib) pourront être exécutés en ligne directement au sein de ce cours grâce à Online Python Tutor.

Pour exécuter les programmes de ce cours sur votre ordinateur, il vous faudra disposer de Python et des bibliothèques NumPy et matplotlib.

Vous pouvez en particulier installer le logiciel gratuit Anaconda développé par la société Continuum car il offre une installation aisée de l’ensemble de l’environnement de développement nécessaire à ce cours :

http://continuum.io/downloads

Pour ce cours, nous utiliserons la version Python 3.5. Anaconda comprend Spyder (Scientific PYthon Developpement EnviRonment) comme environnement de développement intégré.

Exécution d’un premier programme

Voici un premier exemple de programe :

x = -1
while x < 2:
    if x == 0:
        print("valeur nulle")
    else:
        print("valeur :", x)
    x = x + 1
print("Fin")

Exécuter

Note

Pour exécuter ce code pas à pas, utiliser le bouton “Forward”. La prochaine ligne à exécuter est indiquée par une flêche rouge. Une flêche verte signale la ligne qui vient d’être exécutée.

L’affichage après exécution est :

la valeur est -1
la valeur est nulle
la valeur est 1
Fin

Quelques bases rapides en Python

Utilisation en mode interactif

Note

Si vous n’utilisez pas Spyder mais IDLE, vous pouvez consulter cette introduction à IDLE.

Dans Spyder, on dispose d’une zone de fenêtre pour l’interpréteur de commandes IPython. Son invite de commande est différente de celle de l’interpréteur Python standard (qui est >>>). Elle se présente de la façon suivante :

In [1]:

Exemple de première utilisation de IPython :

In [1]: 3 * 4
Out[1]: 12

In [2]: 5 + 2
Out[2]: 7

Les parties qui débutent par In et Out correspondent aux entrées et sorties respectivement.

Premiers calculs

Testez les calculs suivants :

>>> 4 + 5
>>> 3 - 7            # les espaces sont optionnels
>>> 5 + 2 * 3        # la priorité des opérations mathématiques est-elle respectée ?
>>> (6 + 3) * 2

Pour calculer une puissance, on utilise **.

>>> 5**2

L’opérateur /

Warning

L’opérateur / ne donne pas les mêmes résultats suivant les versions de Python. En Python 2, il réalise par défaut une division euclidienne, aussi appelée division entière (c’est-à-dire une division dont le résultat est un entier). En Python 3, il réalise une division décimale standard comme on la trouve sur une calculatrice. Si on utilise Python 2.7 (ce qui est le cas dans Canopy), on peut obtenir le même comportement qu’en Python 3 grâce à l’instruction from __future__ import division. Dans un script, il faut la placer au tout début afin d’importer cette fonctionnalité du module __future__.

Exemple

In [1]: 7 / 2
Out[1]: 3.5

Pour réaliser une division entière, il faut utiliser // :

In [2]: 7 // 2
Out[2]: 3

L’opérateur %

On peut noter l’existence de l’opérateur % (appelé opérateur modulo). Cet opérateur fournit le reste de la division entière d’un nombre par un autre. Par exemple :

>>> 7 % 2
1
>>> 6 % 2
0

Affectation

>>> a = 2
>>> a
2
>>> b = a + 3
>>> b
5

La première ligne contient l’instruction a = 2. Pour comprendre cette instruction, il faut imaginer que les informations sont stockées dans des boîtes au sein de la mémoire de l’ordinateur. Pour manipuler les informations, on donne des noms à ces boîtes. Ici on crée une boîte appelée a et on lui affecte la valeur 2. Par la suite, on parlera de la variable a, puisque a peut contenir des valeurs variables. Autrement dit, l’instruction a = 2 est une instruction d’affection qui a pour effet de mettre la valeur 2 dans la variable a.

Affichage - la fonction print()

Pour afficher, on utilise la fonction print().

>>> print("bonjour")
bonjour
>>> a = 5
>>> print(a)
  5

Il est possible de réaliser plusieurs affichages à la suite. Pour cela, on sépare les éléments par des virgules.

>>> a = 5
>>> print("a vaut", a)
a vaut 5

Warning

En Python 2, on ne mettait pas de parenthèses.

  • Python 2 : print “a vaut”, a
  • Python 3 : print(“a vaut”, a)

Pour ne pas aller à la ligne et continuer sur la même ligne lors du prochain print :

  • Python 2 : print “a vaut”, a,
  • Python 3 : print(“a vaut”, a, end=” ”)

Il est possible avec Python 2.7 d’utiliser la syntaxe de Python 3 pour la fonction print grâce à l’instruction from __future__ import print_function.

La fonction range()

Si vous avez besoin de créer sur une liste d’entiers, vous pouvez utiliser la fonction range(). Elle génère une suite arithmétique. En Python 3, il est toutefois nécessaire de convertir son résultat en liste grâce à la fonction list(). Par exemple :

>>> list(range(10))
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

Le nombre de fin qui lui est passé n’est jamais dans la liste générée. Par exemple, range(10) génère 10 valeurs, exactement les indices des éléments d’une séquence de longueur 10. Il est possible de faire commencer l’intervalle à un autre nombre, ou de spécifier un incrément différent (même négatif) :

>>> list(range(5, 10))
[5, 6, 7, 8, 9]
>>> list(range(0, 10, 3))
[0, 3, 6, 9]
>>> list(range(-10, -100, -30))
[-10, -40, -70]

De manière générale, on a :

range(valeur_initiale, borne_de_fin, pas)

Le pas peut être positif ou négatif. La valeur de la borne de fin (maximale ou minimale) n’est jamais atteinte.

Exercice

Créer une liste contenant les entiers pairs allant de 10 à 20.

Accès aux éléments d’une liste

>>> a = list(range(1,10,2))
>>> a
  [1, 3, 5, 7, 9]
>>> a[0]
  1
>>> a[2]
  5

Pour accéder à un élément d’une liste, on indique entre crochets [] l’indice de l’élément.

Warning

en Python, l’indice du premier élément d’une liste est 0 (ceci est à distinguer d’autres langages).

La fonction len()

La fonction len() renvoie le nombre d’éléments. Par exemple :

>>> a = list(range(7,10))
>>> a
[7, 8, 9]
>>> len(a)
3

Lecture d’informations au clavier - la fonction input()

x = int(input("Donnez un entier : "))

Par défaut, la fonction input() renvoie une chaîne de caractères. Il faut donc utiliser la fonction int() qui permet d’obtenir un entier.

Autre exemple de programme

n = 3
print("Je vais vous demander", n, "nombres")
for i in range(n):
    x = int(input("Donnez un nombre : "))
    if x > 0:
        print(x, "est positif")
    else:
        print(x, "est négatif ou nul")
print("Fin")

Exécuter

Pour faire une répétition : l’instruction for

for i in range(n):
    bloc d'instructions

Pour faire un test : l’instruction if

if x > 0:
    print(x, "est positif")
else:
    print(x, "est négatif ou nul")

Les différentes sortes d’instruction

  • les instructions simples
  • les instructions composées comme if ou for
  • les blocs d’instructions

Règles générales d’écriture

Les identificateurs

Un identificateur est une suite de caractères servant à désigner les différentes entitées manipulées par un programme : variables, fonctions, classes...

En Python, un identificateur est formé de lettres ou de chiffres. Il ne contient pas d’espace. Le premier caractère doit obligatoirement être une lettre. Il peut contenir le caractère “_” (underscore, en français “souligné”). Il est sensible à la casse (distinction entre majuscule et minuscule).

Les mots-clés

Les mots réservés par le langage Python (if, for, etc.) ne peuvent pas être utilisés comme identificateurs.

Les commentaires

Les commentaires usuels:

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Les commentaires en fin de ligne:

a = 2 # Ceci est un commentaire