Apprendre à programmer avec Python

La plupart des scripts élaborés nécessitent à un moment ou l'autre une intervention de l'utilisateur (entrée d'un paramètre, clic de souris sur un bouton, etc.). Dans un script simple en mode texte (comme ceux que nous avons créés jusqu'à présent), la méthode la plus simple consiste à employer la fonction intégrée input(). Cette fonction provoque une interruption dans le programme courant. L'utilisateur est invité à entrer des caractères au clavier et à terminer avec <Enter>. Lorsque cette touche est enfoncée, l'exécution du programme se poursuit, et la fonction fournit en retour une valeur correspondant à ce que l'utilisateur a entré. Cette valeur peut alors être assignée à une variable quelconque.

On peut invoquer la fonction input() en laissant les parenthèses vides. On peut aussi y placer en argument un message explicatif destiné à l'utilisateur. Exemple :

print 'Veuillez entrer un nombre positif quelconque : ',
nn = input()
print 'Le carré de', nn, 'vaut', nn**2

ou encore :

prenom = input('Entrez votre prénom (entre guillemets) : ')
print 'Bonjour,', prenom

Remarques importantes :

• La fonction input() renvoie une valeur dont le type correspond à ce que l'utilisateur a entré. Dans notre exemple, la variable nn contiendra donc un entier, une chaîne de caractères, un réel, etc. suivant ce que l'utilisateur aura décidé. Si l'utilisateur souhaite entrer une chaîne de caractères, il doit l'entrer comme telle, c'est-à-dire incluse entre des apostrophes ou des guillemets. Nous verrons plus loin qu'un bon script doit toujours vérifier si le type ainsi entré correspond bien à ce que l'on attend pour la suite du programme.
• Pour cette raison, il sera souvent préférable d'utiliser dans vos scripts la fonction similaire raw_input(), laquelle renvoie toujours une chaîne de caractères. Vous pouvez ensuite convertir cette chaîne en nombre à l'aide de int() ou de float(). Exemple :

>>> a = raw_input('Entrez une donnée : ')
Entrez une donnée : 52.37
>>> type(a)
<type 'str'>
>>> b = float(a)                  # conversion en valeur numérique
>>> type(b)
<type 'float'>

Vous avez déjà rencontré des fonctions intégrées au langage lui-même, comme la fonction len(), par exemple, qui permet de connaître la longueur d'une chaîne de caractères. Il va de soi cependant qu'il n'est pas possible d'intégrer toutes les fonctions imaginables dans le corps standard de Python, car il en existe virtuellement une infinité : vous apprendrez d'ailleurs très bientôt comment en créer vous-même de nouvelles. Les fonctions intégrées au langage sont relativement peu nombreuses : ce sont seulement celles qui sont susceptibles d'être utilisées très fréquemment. Les autres sont regroupées dans des fichiers séparés que l'on appelle des modules.

Les modules sont donc des fichiers qui regroupent des ensembles de fonctions. Vous verrez plus loin comme il est commode de découper un programme important en plusieurs fichiers de taille modeste pour en faciliter la maintenance. Une application Python typique sera alors constituée d'un programme principal accompagné de un ou plusieurs modules contenant chacun les définitions d'un certain nombre de fonctions accessoires.

Il existe un grand nombre de modules pré-programmés qui sont fournis d'office avec Python. Vous pouvez en trouver d'autres chez divers fournisseurs. Souvent on essaie de regrouper dans un même module des ensembles de fonctions apparentées que l'on appelle des bibliothèques. Le module math, par exemple, contient les définitions de nombreuses fonctions mathématiques telles que sinus, cosinus, tangente, racine carrée, etc. Pour pouvoir utiliser ces fonctions, il vous suffit d'incorporer la ligne suivante au début de votre script :

from math import *

Cette ligne indique à Python qu'il lui faut inclure dans le programme courant toutes les fonctions (c'est là la signification du symbole *) du module math, lequel contient une bibliothèque de fonctions mathématiques pré-programmées.

Dans le corps du script lui-même, vous écrirez par exemple :

racine = sqrt(nombre)      # pour assigner à la variable racine la racine carrée de nombre,
sinusx = sin(angle)        # pour assigner à la variable sinusx le sinus de angle (en radians !), etc.

Exemple :

# Démo : utilisation des fonctions du module <math>
 
from math import *
 
nombre = 121
angle = pi/6 # soit 30° (la bibliothèque math inclut aussi la définition de pi)
print 'racine carrée de', nombre, '=', sqrt(nombre)
print 'sinus de', angle, 'radians', '=', sin(angle)

L'exécution de ce script provoque l'affichage suivant :

racine carrée de 121 = 11.0
sinus de 0.523598775598 radians = 0.5

Ce court exemple illustre déjà fort bien quelques caractéristiques importantes des fonctions :

• une fonction apparaît sous la forme d'un nom quelconque associé à des parenthèses
  exemple : sqrt()
• dans les parenthèses, on transmet à la fonction un ou plusieurs arguments
  exemple : sqrt(121)
• la fonction fournit une valeur de retour (on dira aussi qu'elle « renvoie » une valeur)
  exemple : 11.0

Nous allons développer tout ceci dans les pages suivantes. Veuillez noter au passage que les fonctions mathématiques utilisées ici ne représentent qu'un tout premier exemple. Un simple coup d'oeil dans la documentation des bibliothèques Python vous permettra de constater que de très nombreuses fonctions sont d'ores et déjà disponibles pour réaliser une multitude de tâches, y compris des algorithmes mathématiques très complexes (Python est couramment utilisé dans les universités pour la résolution de problèmes scientifiques de haut niveau). Il est donc hors de question de fournir ici une liste détaillée. Une telle liste est aisément accessible dans le système d'aide de Python :

Documentation HTML → Python documentation → Modules index → math

Au chapitre suivant, nous apprendrons comment créer nous-mêmes de nouvelles fonctions.


(6) Exercices :

(Note : Dans tous ces exercices, utilisez la fonction raw_input() pour l'entrée des données)

6.1. Écrivez un programme qui convertisse en mètres par seconde et en km/h une vitesse fournie par l'utilisateur en miles/heure. (Rappel : 1 mile = 1609 mètres)

6.2. Ecrivez un programme qui calcule le perimetre et l'aire d'un triangle quelconque dont l'utilisateur fournit les 3 cotes. (Rappel : l'aire d'un triangle quelconque se calcule a l'aide de la formule : S=√(d.(d-a).(d-b).(d-c)) dans laquelle d designe la longueur du demi-perimetre, et a, b, c celles des trois cotes).

6.3. Ecrivez un programme qui calcule la periode d'un pendule simple de longueur donnee. La formule qui permet de calculer la periode d'un pendule simple est T=2 π√(l/g)l representant la longueur du pendule et g la valeur de l'acceleration de la pesanteur au lieu d'experience.

6.4. Écrivez un programme qui permette d'encoder des valeurs dans une liste. Ce programme devrait fonctionner en boucle, l'utilisateur étant invité à entrer sans cesse de nouvelles valeurs, jusqu'à ce qu'il décide de terminer en frappant <enter> en guise d'entrée. Le programme se terminerait alors par l'affichage de la liste. Exemple de fonctionnement :

Veuillez entrer une valeur : 25
Veuillez entrer une valeur : 18
Veuillez entrer une valeur : 6284
Veuillez entrer une valeur :
[25, 18, 6284]

Comme nous venons de le voir, l'une des grandes qualités de Python est qu'il est extrêmement facile de lui ajouter de nombreuses fonctionnalités par importation de divers modules.

Pour illustrer cela, et nous amuser un peu avec d'autres objets que des nombres, nous allons explorer un module Python qui permet de réaliser des « graphiques tortue », c'est-à-dire des dessins géométriques correspondant à la piste laissée derrière elle par une petite « tortue » virtuelle, dont nous contrôlons les déplacements sur l'écran de l'ordinateur à l'aide d'instructions simples.

Activer cette tortue est un vrai jeu d'enfant. Plutôt que de vous donner de longues explications, nous vous invitons à essayer tout de suite :

>>> from turtle import *
>>> forward(120)
>>> left(90)
>>> color('red')
>>> forward(80)

L'exercice est évidemment plus riche si l'on utilise des boucles :   Sélectionnez >>> reset() >>> a = 0 >>> while a <12: a = a +1 forward(150) left(150) Attention cependant : avant de lancer un tel script, assurez-vous toujours qu'il ne comporte pas de boucle sans fin (voir page 36), car si c'est le cas vous risquez de ne plus pouvoir reprendre le contrôle des opérations (en particulier sous Windows).

Amusez-vous à écrire des scripts qui réalisent des dessins suivant un modèle imposé à l'avance. Les principales fonctions mises à votre disposition dans le module turtle sont les suivantes :

Lorsqu'un programme contient des instructions telles que while ou if, l'ordinateur qui exécute ce programme doit évaluer la véracité d'une condition, c'est-à-dire déterminer si une expression est vraie ou fausse. Par exemple, une boucle initiée par while c<20: s'exécutera aussi longtemps que la condition c<20 restera vraie.

Mais comment un ordinateur peut-il déterminer si quelque chose est vrai ou faux ?

En fait - et vous le savez déjà - un ordinateur ne manipule strictement que des nombres. Tout ce qu'un ordinateur doit traiter doit d'abord toujours être converti en valeur numérique. Cela s'applique aussi à la notion de vrai/faux. En Python, tout comme en C, en Basic et en de nombreux autres langages de programmation, on considère que toute valeur numérique autre que zéro est « vraie ». Seule la valeur zéro est « fausse ». Exemple :

a = input('Entrez une valeur quelconque')
if a:
    print "vrai"
else:
    print "faux"

Le petit script ci-dessus n'affiche « faux » que si vous entrez la valeur 0. Pour toute autre valeur numérique, vous obtiendrez « vrai ».

Si vous entrez une chaîne de caractères ou une liste, vous obtiendrez encore « vrai ». Seules les chaînes ou les listes vides seront considérées comme « fausses ».

Tout ce qui précède signifie donc qu'une expression à évaluer, telle par exemple la condition a > 5 , est d'abord convertie par l'ordinateur en une valeur numérique. (Généralement 1 si l'expression est vraie, et zéro si l'expression est fausse). Exemple :

a = input('entrez une valeur numérique : ')
b = (a < 5)
print 'la valeur de b est', b, ':'
if b:
    print "la condition b est vraie"
else:
    print "la condition b est fausse"

Le script ci-dessus vous renvoie une valeur b = 1 (condition vraie) si vous avez entré un nombre plus petit que 5.

Ces explications ne sont qu'une première information à propos d'un système de représentation des opérations logiques que l'on appelle algèbre de Boole. Vous apprendrez plus loin que l'on peut appliquer aux nombres binaires des opérateurs tels que and, or, not, etc. qui permettent d'effectuer à l'aide de ces nombres des traitements logiques complexes.

Dans ce qui suit, nous n'allons pas apprendre de nouveaux concepts mais simplement utiliser tout ce que nous connaissons déjà pour réaliser de vrais petits programmes.

6-5-1. Contrôle du flux - Utilisation d'une liste simple▲

# Utilisation d'une liste et de branchements conditionnels
 
print "Ce script recherche le plus grand de trois nombres"
print 'Veuillez entrer trois nombres séparés par des virgules : '
# Note : la fonction list() convertit en liste la séquence de données qu'on
# lui fournit en argument. L'instruction ci-dessous convertira donc les
# données fournies par l'utilisateur en une liste nn :
nn = list(input())
max, index = nn[0], 'premier'
if nn[1] > max:                   # ne pas omettre le double point !
    max = nn[1]
    index = 'second'
if nn[2] > max:
    max = nn[2]
    index = 'troisième'
print "Le plus grand de ces nombres est", max
print "Ce nombre est le", index, "de votre liste."

6-5-2. Boucle while - Instructions imbriquées▲

# Instructions composées <while> - <if> - <elif> - <else>          # 1
 
print 'Choisissez un nombre de 1 à 3 (ou zéro pour terminer) ',    # 3
a = input()                                                        # 4
while a != 0: # l'opérateur != signifie "différent de"             # 5
    if a == 1:                                                     # 6
        print "Vous avez choisi un :"                              # 7
        print "le premier, l'unique, l'unité ..."                  # 8
    elif a == 2:                                                   # 9
        print "Vous préférez le deux :"                            # 10
        print "la paire, le couple, le duo ..."                    # 11
    elif a == 3:                                                   # 12
        print "Vous optez pour le plus grand des trois :"          # 13
        print "le trio, la trinité, le triplet ..."                # 14
    else :                                                         # 15
        print "Un nombre entre UN et TROIS, s.v.p."                # 16
    print 'Choisissez un nombre de 1 à 3 (ou zéro pour terminer) ',# 17
    a = input()                                                    # 18
print "Vous avez entré zéro :"                                     # 19
print "L'exercice est donc terminé."                               # 20

if a !=2:
    print 'perdu'
elif a ==3:
    print 'un instant, s.v.p.'
else :
    print 'gagné'

a = 5
b = 2
if (a==5) & (b<2):
print '"&" signifie "et"; on peut aussi utiliser le mot "and"'

a, b = 2, 4
if (a==4) or (b!=4):
print 'gagné'
elif (a==4) or (b==4):
print 'presque gagné'

a = 1
if not a:
print 'gagné'
elif a:
print 'perdu'

d = .05 m : la force vaut 2.668 N
d = .1 m : la force vaut 0.667 N
d = .2 m : la force vaut 0.167 N
d = .4 m : la force vaut 0.0417 N
etc.