Apprendre à programmer avec Python

Supposons que nous voulions modifier légèrement notre précédent exercice sur la suite de Fibonacci, de manière à obtenir l'affichage d'un plus grand nombre de termes. A priori, il suffit de modifier la condition de bouclage, dans la deuxième ligne. Avec « while c< 49: » , nous devrions obtenir quarante-huit termes. Modifions donc légèrement l'exercice, de manière à afficher aussi le type de la variable principale :

>>> a, b, c = 1, 1, 1
>>> while c<49:
        print c, " : ", b, type(b)
        a, b, c = b, a+b, c+1
...
...
... (affichage des 43 premiers termes)
...
44 : 1134903170 <type 'int'>
45 : 1836311903 <type 'int'>
46 : 2971215073 <type 'long'>
47 : 4807526976 <type 'long'>
48 : 7778742049 <type 'long'>

Que pouvons-nous constater ?

Si nous n'avions pas utilisé la fonction type(), qui nous permet de vérifier à chaque itération le type de la variable b, nous n'aurions rien remarqué du tout : la suite des nombres de Fibonacci s'affiche sans problème (et nous pourrions encore l'allonger de nombreux termes supplémentaires).

Il semble donc que Python soit capable de traiter des nombres entiers de taille illimitée.

L'exercice que nous venons de réaliser indique cependant qu'il se passe « quelque chose » lorsque ces nombres deviennent très grands. Au début du programme, les variables a, b et c sont définies implicitement comme étant du type integer. C'est ce qui se passe toujours avec Python lorsqu'on affecte une valeur entière à une variable, à condition que cette valeur ne soit pas trop grande. Dans la mémoire de l'ordinateur, ce type de donnée est en effet encodé sous la forme d'un bloc de 4 octets (ou 32 bits). Or la gamme de valeurs décimales qu'il est possible d'encoder sur 4 octets seulement s'étend de -2147483648 à + 2147483647 (Voir cours d'informatique générale).

Les calculs effectués avec ce type de variable sont toujours très rapides, parce que le processeur de l'ordinateur est capable de traiter directement par lui-même de tels nombres entiers à 32 bits. En revanche, lorsqu'il est question de traiter des nombres entiers plus grands, ou encore des nombres réels (nombres « à virgule flottante »), les logiciels que sont les interpréteurs et compilateurs doivent effectuer un gros travail de codage/décodage, afin de ne présenter en définitive au processeur que des opérations binaires sur des nombres entiers de 32 bits au maximum.

Vous savez déjà que le type des variables Python est défini de manière dynamique.

Puisqu'il s'agit du type le plus performant (aussi bien en termes de vitesse de calcul qu'en termes d'occupation de place dans la mémoire), Python utilise le type integer par défaut, chaque fois que cela est possible, c'est-à-dire tant que les valeurs traitées sont des entiers compris entre les limites déjà mentionnées plus haut (environ 2 milliards, en positif ou en négatif).

Lorsque les valeurs traitées sont des nombres entiers se situant au-delà de ces limites, leur encodage dans la mémoire de l'ordinateur devient plus complexe. Les variables auxquelles on affecte de tels nombres sont alors automatiquement définies comme appartenant au type « entier long » (lequel est désigné par long dans la terminologie Python).

Ce type long permet l'encodage de valeurs entières avec une précision quasi infinie : une valeur définie sous cette forme peut en effet posséder un nombre de chiffres significatifs quelconque, ce nombre n'étant limité que par la taille de la mémoire disponible sur l'ordinateur utilisé !

Exemple :

>>> a, b, c = 3, 2, 1
>>> while c < 15:
        print c, ": ", b
        a, b, c = b, a*b, c+1
1 : 2
2 : 6
3 : 12
4 : 72
5 : 864
6 : 62208
7 : 53747712
8 : 3343537668096
9 : 179707499645975396352
10 : 600858794305667322270155425185792
11 : 107978831564966913814384922944738457859243070439030784
12 : 64880030544660752790736837369104977695001034284228042891827649456186234
582611607420928
13 : 70056698901118320029237641399576216921624545057972697917383692313271754
88362123506443467340026896520469610300883250624900843742470237847552
14 : 45452807645626579985636294048249351205168239870722946151401655655658398
64222761633581512382578246019698020614153674711609417355051422794795300591700
96950422693079038247634055829175296831946224503933501754776033004012758368256
>>>

Dans l'exemple ci-dessus, la valeur des nombres affichés augmente très rapidement, car chacun d'eux est égal au produit des deux termes précédents.

Au départ, les variables a, b et c sont du type integer, puisqu'on leur affecte des petites valeurs numériques entières : 3, 2 et 1. A partir de la 8e itération, cependant, les variables b et a sont automatiquement converties l'une après l'autre dans le type long : le résultat de la multiplication des termes 6 et 7 est en effet déjà bien supérieur à la limite des 2 milliards évoquée plus haut.

La progression continue avec des nombres de plus en plus gigantesques, mais la vitesse de calcul diminue. Les nombres mémorisés sous le type long occupent une place variable dans la mémoire de l'ordinateur, en fonction de leur taille.

Vous avez déjà rencontré précédemment cet autre type de donnée numérique : le type « nombre réel », ou « nombre à virgule flottante », désigné en anglais par l'expression « floating point number », et que pour cette raison on appellera type float sous Python.

Ce type autorise les calculs sur de très grands ou très petits nombres (données scientifiques, par exemple), avec un degré de précision constant.

Pour qu'une donnée numérique soit considérée par Python comme étant du type float, il suffit qu'elle contienne dans sa formulation un élément tel qu'un point décimal ou un exposant de 10.

Par exemple, les données :

sont automatiquement interprétées par Python comme étant du type float.

Essayons donc ce type de données dans un nouveau petit programme (inspiré du précédent) :

>>> a, b, c = 1., 2., 1 # => a et b seront du type 'float'
>>> while c <18:
...     a, b, c = b, b*a, c+1
...     print b
2.0
4.0
8.0
32.0
256.0
8192.0
2097152.0
17179869184.0
3.6028797019e+16
6.18970019643e+26
2.23007451985e+43
1.38034926936e+70
3.07828173409e+113
4.24910394253e+183
1.30799390526e+297
        Inf
        Inf

Comme vous l'aurez certainement bien compris, nous affichons cette fois encore une série dont les termes augmentent extrêmement vite, chacun d'eux étant égal au produit des deux précédents. Au huitième terme, nous dépassons déjà largement la capacité d'un integer. Au neuvième terme, Python passe automatiquement à la notation scientifique (« e+n » signifie en fait : « fois dix à l'exposant n »). Après le quinzième terme, nous assistons à nouveau à un dépassement de capacité (sans message d'erreur) : les nombres vraiment trop grands sont tout simplement notés « inf » (pour « infini »).

Le type float utilisé dans notre exemple permet de manipuler des nombres (positifs ou négatifs) compris entre 10^-308 et 10³⁰⁸ avec une précision de 12 chiffres significatifs. Ces nombres sont encodés d'une manière particulière sur 8 octets (64 bits) dans la mémoire de la machine : une partie du code correspond aux 12 chiffres significatifs, et une autre à l'ordre de grandeur (exposant de 10).


(5) Exercices :

5.1. Écrivez un programme qui convertisse en radians un angle fourni au départ en degrés, minutes, secondes.

5.2. Écrivez un programme qui convertisse en degrés, minutes, secondes un angle fourni au départ en radians.

5.3. Ecrivez un programme qui convertisse en degres Celsius une temperature exprimee au depart en degres Fahrenheit, ou l'inverse. La formule de conversion est : T_F=T_C X 1,8 +32

5.4. Écrivez un programme qui calcule les intérêts accumulés chaque année pendant 20 ans, par capitalisation d'une somme de 100 euros placée en banque au taux fixe de 4,3 %

5.5. Une légende de l'Inde ancienne raconte que le jeu d'échecs a été inventé par un vieux sage, que son roi voulut remercier en lui affirmant qu'il lui accorderait n'importe quel cadeau en récompense. Le vieux sage demanda qu'on lui fournisse simplement un peu de riz pour ses vieux jours, et plus précisément un nombre de grains de riz suffisant pour que l'on puisse en déposer 1 seul sur la première case du jeu qu'il venait d'inventer, deux sur la suivante, quatre sur la troisième, et ainsi de suite jusqu'à la 64^e case.
Écrivez un programme Python qui affiche le nombre de grains à déposer sur chacune des 64 cases du jeu. Calculez ce nombre de deux manières :

• le nombre exact de grains (nombre entier)
• le nombre de grains en notation scientifique (nombre réel)

Sous Python, une donnée de type string est une suite quelconque de caractères délimitée soit par des apostrophes (simple quotes), soit par des guillemets (double quotes).

Exemples :

>>> phrase1 = 'les oeufs durs.'
>>> phrase2 = '"Oui", répondit-il,'
>>> phrase3 = "j'aime bien"
>>> print phrase2, phrase3, phrase1
"Oui", répondit-il, j'aime bien les oeufs durs.

Les 3 variables phrase1, phrase2, phrase3 sont donc des variables de type string

Remarquez l'utilisation des guillemets pour délimiter une chaîne dans laquelle il y a des apostrophes, ou l'utilisation d'apostrophes pour délimiter une chaîne qui contient des guillemets. Remarquez aussi encore une fois que l'instruction print insère un espace entre les éléments affichés.

Le caractère spécial « \ » (antislash) permet quelques subtilités complémentaires :

• En premier lieu, il permet d'écrire sur plusieurs lignes une commande qui serait trop longue pour tenir sur une seule (cela vaut pour n'importe quel type de commande).
• A l'intérieur d'une chaîne de caractères, l'antislash permet d'insérer un certain nombre de codes spéciaux (sauts à la ligne, apostrophes, guillemets, etc.). Exemples :

>>> txt3 = '"N\'est-ce pas ?" répondit-elle.'
>>> print txt3
"N'est-ce pas ?" répondit-elle.
>>> Salut = "Ceci est une chaîne plutôt longue\n contenant plusieurs lignes \
... de texte (Ceci fonctionne\n de la même façon en C/C++.\n\
... Notez que les blancs en début\n de ligne sont significatifs.\n"
>>> print Salut
Ceci est une chaîne plutôt longue
 contenant plusieurs lignes de texte (Ceci fonctionne
 de la même façon en C/C++.
    Notez que les blancs en début
 de ligne sont significatifs.

Remarques :

• La séquence \n dans une chaîne provoque un saut à la ligne.
• La séquence \' permet d'insérer une apostrophe dans une chaîne délimitée par des apostrophes
• Rappelons encore ici que la casse est significative dans les noms de variables (Il faut respecter scrupuleusement le choix initial de majuscules ou minuscules).

« Triple quotes » :

Pour insérer plus aisément des caractères spéciaux ou « exotiques » dans une chaîne, sans faire usage de l'antislash, ou pour faire accepter l'antislash lui-même dans la chaîne, on peut encore délimiter la chaîne à l'aide de triples guillemets ou de triples apostrophes :

>>> a1 = """
... Usage: trucmuche[OPTIONS]
... { -h
... -H hôte
... }"""
 
>>> print a1
Usage: trucmuche[OPTIONS]
{ -h
  -H hôte
}

Les chaînes de caractères constituent un cas particulier d'un type de données plus général que l'on appelle des données composites. Une donnée composite est une entité qui rassemble dans une seule structure un ensemble d'entités plus simples : dans le cas d'une chaîne de caractères, par exemple, ces entités plus simples sont évidemment les caractères eux-mêmes. En fonction des circonstances, nous souhaiterons traiter la chaîne de caractères, tantôt comme un seul objet, tantôt comme une collection de caractères distincts. Un langage de programmation tel que Python doit donc être pourvu de mécanismes qui permettent d'accéder séparément à chacun des caractères d'une chaîne. Comme vous allez le voir, cela n'est pas bien compliqué :

Python considère qu'une chaîne de caractères est un objet de la catégorie des séquences, lesquelles sont des collections ordonnées d'éléments. Cela signifie simplement que les caractères d'une chaîne sont toujours disposés dans un certain ordre. Par conséquent, chaque caractère de la chaîne peut être désigné par sa place dans la séquence, à l'aide d'un index.

Pour accéder à un caractère bien déterminé, on utilise le nom de la variable qui contient la chaîne, et on lui accole entre deux crochets l'index numérique qui correspond à la position du caractère dans la chaîne.

Attention, cependant : comme vous aurez l'occasion de le vérifier par ailleurs, les données informatiques sont presque toujours numérotées à partir de zéro (et non à partir de un). C'est le cas pour les caractères d'une chaîne.

Exemple :

>>> ch = "Stéphanie"
>>> print ch[0], ch[3]
S p

Python intègre de nombreuses fonctions qui permettent d'effectuer divers traitements sur les chaînes de caractères (conversions majuscules/minuscules, découpage en chaînes plus petites, recherche de mots, etc.). Nous approfondirons ce sujet un peu plus loin (voir page 121).

Pour l'instant, nous pouvons nous contenter de savoir qu'il est possible d'accéder individuellement à chacun des caractères d'une chaîne, comme cela a été expliqué ci-dessus. Sachons en outre que l'on peut aussi :

• assembler plusieurs petites chaînes pour en construire de plus grandes. Cette opération s'appelle concaténation et on la réalise sous Python à l'aide de l'opérateur + (Cet opérateur réalise donc l'opération d'addition lorsqu'on l'applique à des nombres, et l'opération de concaténation lorsqu'on l'applique à des chaînes de caractères. Exemple :

   

  Sélectionnez

  a = 'Petit poisson'
  b = ' deviendra grand'
  c = a + b
  print c
  petit poisson deviendra grand

• déterminer la longueur (c'est-à-dire le nombre de caractères) d'une chaîne, en faisant appel à la fonction intégrée len() :

   

  Sélectionnez

  >>> print len(c)
  29

• Convertir en nombre véritable une chaîne de caractères qui représente un nombre. Exemple :

   

  Sélectionnez

  >>> ch = '8647'
  >>> print ch + 45
      ==> *** erreur *** on ne peut pas additionner une chaîne et un nombre
  >>> n = int(ch)
  >>> print n + 65
  8712                      # OK : on peut additionner 2 nombres

  Dans cet exemple, la fonction intégrée int() convertit la chaîne en nombre entier. Il serait également possible de convertir une chaîne en nombre réel à l'aide de la fonction float().

Exercices :

5.6. Écrivez un script qui détermine si une chaîne contient ou non le caractère « e ».

5.7. Écrivez un script qui compte le nombre d'occurrences du caractère « e » dans une chaîne.

5.8. Écrivez un script qui recopie une chaîne (dans une nouvelle variable), en insérant des astérisques entre les caractères.
Ainsi par exemple, « gaston » devra devenir « g*a*s*t*o*n »

5.9. Écrivez un script qui recopie une chaîne (dans une nouvelle variable) en l'inversant. Ainsi par exemple, « zorglub » deviendra « bulgroz ».

5.10. En partant de l'exercice précédent, écrivez un script qui détermine si une chaîne de caractères donnée est un palindrome (c'est-à-dire une chaîne qui peut se lire indifféremment dans les deux sens), comme par exemple « radar » ou « s.o.s ». Gérard