Informatique générale 1 (Python) Projets. Déroulement : Projets. Université Pierre et Marie Curie

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1 Université Pierre et Marie Curie Informatique générale 1 (Python) Projets Projets Détails : Travail en binôme (il ne peut y avoir qu un seul trinôme, dont on attendra un travail bien plus important qu un binôme, bien entendu) ; Trois séances encadrées ; Une séance de mini-soutenance (démonstration, présentation et remise du rapport) ; Une douzaine de sujets différents, un même sujet ne peut pas être pris par plus de deux binômes à la fois (règle valable indépendamment pour les Agral et les Mtx) ; Les projets sont plus ou moins difficiles, et il vous sera demandé beaucoup plus de choses pour un projet facile que pour un projet difficile (la notation en tiendra compte) ; Il est éventuellement possible de proposer un sujet de projet, à condition qu il satisfasse un certain nombre de critères (difficulté, utilisation des concepts vus en cours, originalité, etc.), mais rien ne garantit qu il sera accepté : il faut en faire la demande. Déroulement : Vendredi 5 déc. : réception des sujets vous vous organisez pour vous répartir les sujets Mardi 9 déc. : une personne par filière envoie (à la liste binôme/projets vous réfléchissez au sujet, au découpage en différentes fonctions, à la représentation des données. Vous étudiez le(s) module(s) nécessaires pour le projet, etc. 1ère séance de projet : vous faîtes valider votre plan d action, les structures utilisées pour manipuler les données (listes, dictionnaires, classes, etc.), vous écrivez et testez les 1ères fonctions. Idéalement vous venez avec les bouts de code que vous avez commencé à écrire 2ème séance de projet : vous rédigez la plus grosse partie du code Vacances de Noël vous avancez sur votre code, entre deux siestes/descentes à ski/bûches en chocolat. vous commencez le rapport et les slides de soutenance. 3ème et dernière séance de projet : vous finaliser le projet vous finalisez le programme, le rapport et la soutenance Début janvier : mini-soutenance Remise du rapport Présentation (5 min + 5 min de questions) du travail réalisé Démonstration du programme Le rapport comprendra (5-6 pages maxi): une présentation succincte du projet

2 approche algorithmique utilisée, modèle de données, contenus des fichiers texte, etc. découpage du programme, description des différentes fonctions la répartition des tâches une remarque sur ce qui marche et ne marche pas, ce qu il faudrait améliorer si l on disposait de plus de temps, etc. Enfin, un espace de discussions internes a été mis en place sur le site piazza.com, et vous avez tous reçu un (en anglais) pour vous y inscrire. Cela vous permettra facilement de déposer un message (visible uniquement par ceux qui sont inscrits) et d y lire les réponses. Vous pourrez aussi répondre aux questions de vos camarades ou partager vos astuces/idées/solutions entre personnes travaillant sur le même projet. En dehors des heures de projet, ce sera le lieu idéal pour demander et fournir de l aide. N hésitez pas à l utiliser! c Polytech Paris page 2 sur 19

3 Projet 1 (2048) Difficulté, Packages : PyGame Projets Projets 2048 est un jeu en ligne et par mobile, gratuit, créé en mars 2014 par Gabriele Cirulli, un web-designer italien de 19 ans. Le but du jeu est de faire glisser des tuiles sur une grille, pour les combiner et créer ainsi une tuile portant le nombre 2048 (source : Wikipédia). Le jeu officiel est jouable à cette adresse : Le but de ce projet est de réaliser votre version du jeu Notions connues et principale difficulté Ce projet repose sur un bon choix de représentation des données et sur l utilisation du module PyGame. Cahier des charges : Dans un premier temps : Réfléchir à la meilleure façon de représenter les données. Gérer l affichage PyGame du jeu ainsi que les déplacements des éléments dans les 4 directions. Gérer la fusion des blocs si la fusion est possible. Compter le score. Chronométrer une partie et stocker les meilleurs résultats (en score et en temps). Dans un second temps : Se renseigner sur la portabilité du jeu sur Android et dans l éventualité de la faisabilité, essayer de créer une appli Android de votre jeu. c Polytech Paris page 3 sur 19

4 Projet 2 (Agenda) Difficulté, Packages : PyGame EasyGUI Le but de ce projet est de reprendre le travail fait lors du TP9 et de l étendre à la gestion d un agenda complet représentant toutes les semaines, avec prise en compte des années bissextiles, avec différentes catégories d évènements, des évènements superposables, etc. Notions connues et principale difficulté Les classes de bases vues en TP sont données mais devront être améliorées. Le but est de se baser sur ce TP et de l adapter, une réimplémentation complète de cette base pourra être jugée comme un hors sujet, sauf accord d un responsable. L affichage prenant en compte les différentes semaines (avec des boutons pour faire défiler les semaines) est une vraie difficulté du problème. Cahier des charges : Si ce n est pas le cas, terminer le TP9, question bonus comprise. Réfléchir au calcul des différentes semaines et à l affichage d une semaine pour une date donnée (si on choisit le 3 Décembre 2014, on veut afficher la semaine qui va du 1er au 7 Décembre). Mettre en œuvre via PyGame le changement de semaine. Côté évènements, ajouter une catégorie aux évènements, et y associer une couleur (par exemple évènement perso en bleu, évènement pro en rouge, etc). Ajouter un attribut commentaire aux évènements. Seul le nom s affichera sur le calendrier mais un clic sur l évènement pourra afficher le commentaire. Gérer la superposition d évènements. Si deux évènements se croisent, on les affichera en parallèle sur la moitié de la largeur. c Polytech Paris page 4 sur 19

5 Projet 3 (Croissance bactérienne) Difficulté, Packages : pygame, (easygui) Le but de ce projet est de simuler graphiquement la croissance de bactéries. Travail demandé : A l aide de vos connaissances et de la documentation que vous pourrez trouver, vous devez créer un programme qui simule l évolution d une colonie de bactéries en milieu fermé non renouvelé. Les paramètres de base seront entrés par l utilisateur et une fenêtre graphique affichera les bactéries et l évolution de la colonie au cours du temps jusqu à sa mort. Vous ne devez modéliser qu un seul type de bactéries, par exemple une souche simple d E.Coli. Les équations nécessaires au calcul du temps moyen de génération sont à adapter de vos connaissances et de la documentation que vous avez pu trouver. Notions connues et difficultés : Il y a aura un important travail de modélisation informatique des lois de croissance bactérienne, ainsi que d utilisation des librairies graphiques. Si vous ne connaissez pas les lois de croissance bactérienne, il faudra vous documenter. Cahier des charges : Votre programme devrait idéalement disposer des fonctionnalités suivantes : L utilisateur rentre au départ (terminal ou easygui) les paramètres : générations, quantité de glucose, ph, température, gaz... nombre de bactéries, nombre de (pour les paramètres concernant le milieu, vous en choisissez un certain nombre qui vous paraissent pertinents et permettent de calculer approximativement le temps moyen de génération). Une fenêtre graphique s affiche, avec les bactéries dispersées aléatoirement sur sa surface (représentées sous forme de petits disques par exemples). Vous pouvez utiliser pygame ou n importe quel librairie Python de votre choix permettant de dessiner sur une fenêtre (pyqt, wxpython...) Vous mettez à jour la fenêtre en affichant les divisions bactériennes, c est-à-dire qu une bactérie est remplacée par deux bactéries. Le temps de déroulement de la simulation doit être proportionnel au temps réel de développement de la colonie ; vous pouvez l afficher quelque part sur la fenêtre par exemple. Idéalement, les phases du cycle de croissance (latence, accélération, exponentielle...) doivent également être indiquées sur la fenêtre. La simulation s arrête dès qu on atteint un trop petit nombre de bactéries (que vous définissez). S il vous reste encore du temps et de la motivation, vous pourrez envisager d explorer les pistes suivantes : Affinement du modèle, ajout de paramètres sur le milieu. Prise en compte de différents éléments nutritifs, modélisation de la diauxie. Modélisation d un deuxième type de bactéries (au choix). c Polytech Paris page 5 sur 19

6 Projet 4 (Introduction à l apprentissage automatique) Difficulté, Package : matplotlib Avec ce projet, vous allez voir les bases de l apprentissage automatique, un des domaines de l intelligence artificielle, en implémentant un de ses algorithmes classiques : les K plus proches voisins. Comme son nom l indique, l apprentissage automatique regroupe l ensemble des méthodes permettant d automatiser l apprentissage d une tâche à une machine. Dans notre cas, on va s intéresser à la classification. La classification est la tâche qui permet d attribuer une classe à un élément. Par exemple, vous avez très certainement un dossier SPAM dans votre boite mail qui contient les s considérés comme étant indésirables. Ainsi, votre boite mail attribue à chaque la classe désirable ou indésirable, effectuant ainsi une classification. Quelque soit l algorithme de classification utilisé, il existe toujours deux phases distinces dans son utilisation : Il y a d abord la phase d apprentissage, qui, à partir d un ensemble de données appelé logiquement ensemble d apprentissage, apprend une manière de séparer les éléments d une classe avec ceux des autres classes (ex : SPAM vs. non-spam). Il y a ensuite la phase de prédiction, qui, à partir de ce qu il a appris pendant la phase d apprentissage, va attribuer une classe à chaque élément d un ensemble de données appelé ensemble de test. L algorithme des K plus proches voisins : L algorithme des K plus proches voisins (appelé également KNN, de l anglais K-Nearest Neighbors) est un algorithme d apprentissage automatique au concept simple : Lors de la phase d apprentissage, les données d apprentissage sont simplement stockées en mémoire (dans une liste par exemple). Lors de la phase de test, pour un élément E appartenant à l ensemble de test, on va calculer sa distance avec tous les éléments des données d apprentissage (qu on a stockés durant la phase d apprentissage), et ne garder que les K plus proches. Une fois les K plus proches voisins identifiés, on extrait la classe C la plus représentée, et on l associe à l élément E. L image ci-dessus illustre le principe de l algorithme. Lors de la phase d apprentissage, on a stocké les données représentées par des triangles rouges et des carrés bleus. Ensuite, lors de la phase de test, on cherche à attribuer une classe à l élément représenté par un rond vert. Si jamais on regarde ses 3 plus proches voisins, la classe majoritaire est le triangle rouge, c est donc la classe qui sera attribué à l élément testé. Par contre, si on regarde ses 5 plus proches voisins, la classe carré bleu lui sera attribué. Les données Maintenant que vous savez comment fonctionne l algorithme, il vous faut des données pour pouvoir le tester. On utilisera l ensemble de données iris : iris/iris.data. Chaque élément de cet ensemble de données représente une iris (http://fr.wikipedia. org/wiki/iris\_(genre\_vgtale)) d une certaine classe : setosa, versicolor ou verginica. Il y a 50 exemples de chaque classe, soit 150 exemples au total. Pour pouvoir tester votre algorithme, vous allez diviser vos données en 2 parties égales - 75 exemples dans chaque partie, 25 de chaque classe - et les sauvegarder dans 2 fichiers différents. Vous utiliserez un fichier comme données d apprentissage, et l autre comme données de test. c Polytech Paris page 6 sur 19

7 Présentation des résultats Maintenant que vous avez un algorithme et des données, il va falloir vérifier si l algorithme marche bien. Pour cela, on va regarder son taux de classification. Pour cela, vous allez, pour chaque élement de l ensemble de test, comparer la classe renvoyée par le KNN à la classe original. Le taux de classification correspond au pourcentage d éléments correctement classés. Travail demandé A faire dans l ordre : Calculer le taux de classification obtenu par votre KNN avec un fichier utilisé comme données d apprentissage et l autre comme données de test, et vice-versa. Vous utiliserez 3 comme valeur pour K. Essayer différentes valeurs pour K, et regarder l influence que cela a sur le taux de classification. Regarder ce qu est une matrice de confusion et présenter les matrices de confusion pour vos différents tests. N hésitez pas à demander des précisions à vos responsables de TP s il y a des points à éclaircir c Polytech Paris page 7 sur 19

8 Projet 5 (Gestion de bibliothèque) Difficulté, Package : easygui Ce projet consiste à créer un programme de gestion d une bibliothèque. Deux grandes tâches constituent ce projet : une première pour gérer les livres et une deuxième pour gérer les clients. Gestion des livres : Un livre est identifié par son numéro, son titre, son auteur, son année d édition et le numéro du client qui l a emprunté. Pour simplifier nous supposons qu il y a une seule copie par livre. Un livre peut être emprunté par un seul client. Lorsque le livre est emprunté, le livre est signalé emprunté avec le numéro du client emprunteur. Sinon, il est signalé disponible. Les informations sur les livres sont stockées dans un fichier livres.txt. Gestion des clients : Un client qui emprunte un livre est défini par son numéro, son nom et prénom, son adresse et les numéros des livres empruntés non rendus (3 livres maximum), ainsi que la date de leur emprunt et de date maximale de retour respectifs. Les informations sur les clients sont stockées dans un fichier clients.txt. Gestion des emprunts : L historique des emprunts (numéro de livre, numéro de client, date d emprunt, date de retour) est stocké dans un fichier emprunts.txt. Seuls les livres rendus figurent dans le fichier. L utilisation des fichiers permet d initialiser le programme et de sauvegarder les informations entre deux sessions. Travail demandé Le travail demandé consiste à écrire un programme qui se présente sous la forme d un bouton. Lorsque l utilisateur clique sur ce bouton, un menu s affiche dans une boîte de dialogue et les 3 fichiers sont analysés pour initialiser le programme. Un utilisateur peut choisir une des fonctions suivantes : 1. Fin : le programme se termine et les états des livres, des clients et des emprunts sont sauvegardés dans leurs fichiers respectifs. 2. Nouveau livre : l utilisateur ajoute un livre au stock. Le programme demande à l utilisateur de remplir un formulaire contenant toute les informations nécessaires. 3. Supprime livre : l utilisateur supprime un livre du stock. Le programme demande le numéro du livre et le supprime. 4. Recherche livre : L utilisateur choisit soit une recherche par mot clé, soit une recherche par auteur, soit une recherche exacte par son numéro. (a) Pour une recherche par mots clés, l utilisateur entre un ou plusieurs mots dans une boite de dialogue et le programme affiche la liste des livres contenant les mots clés dans le titre. (b) Pour une recherche par auteur, l utilisateur entre le nom de l auteur et le programme affiche les livres des auteurs de ce nom. Les livres résultant sont triés par défaut par ordre alphabétique, mais l utilisateur peut changer la présentation en demandant une liste triée par date, numéro ou année d édition. (c) Pour une recherche par numéro, l utilisateur entre le numéro du livre et le programme lui affiche dans une fenêtre toutes les informations sur le livre, y compris sa disponibilité. La fenêtre contient également un bouton qui permet de demander l affichage de l historique des emprunts du livre. 5. Emprunter : pour emprunter un livre par un client. Le programme demande un numéro de livre et un numéro de client. Si le client a déjà atteint sa limite d emprunts ou bien s il est en retard pour rendre un livre déjà emprunté, un message l en informe et interdit l opération. Sinon le livre est emprunté à la date actuelle, pour une limite totale de 3 semaines. 6. Nouveau client : un nouveau client est créé, à partir d une boite de dialogue demandant les renseignements nécessaires. 7. Voir client : demande l identifiant du client et affiche toutes les infos sur le client et sur les livres actuellement empruntés par le client. Les livres en retard sont affichés en rouge. La fenêtre contient également un bouton qui permet de demander l affichage de l historique des emprunts du client. c Polytech Paris page 8 sur 19

9 Projet 6 (Formal kinetics of chemical reaction) Difficulté, Package : easygui, matplotlib, scipy/numpy The rate of elementary step of any chemical reaction follows the Law of mass action 1. For an arbitrary chemical reaction of order n, nx Y, the rate of reaction v equals: v = dc X(t) dt C X (0) = C 0 = dc Y (t) dt = k C n X(t) where C X (t) is the concentration of X at the moment t, C 0 is the initial concentration of X, and k is the coefficient of reaction. In simple cases, for example when n = 0,1,2,3 the analytic solution of the differential equation may be found, but in general cases, with more than one reacting element the differential equation becomes more difficult to solve. That is why various numerical methods are used by chemists in order to obtain the solutions. The goal of this project is to write a graphical user interface program, which for a chain of chemical reactions with given orders, initial concentration and reaction coefficients builds the concentration curves for each step of reaction. For example, if a chain of reactions A B C D along with coefficients k 1,k 2,k 3, orders n A B,n B C,n C D and initial concentration C A (0) = C 0 are given, the program must plot four concentration curves C A (t),c B (t),c B (t),c B (t) for some period t [0,T ]. Therefore, student must: 1. Using any graphical package, such as easygui, and create an application which asks user to enter the quantity of reaction steps, initial concentration, reaction coefficients (in dependency of the number of steps!) and orders of each reaction. After click on button Plot curves program must initiate a new window, which plots the curves of concentrations of each element of reaction. For plotting we suggest, but not strictly require, package matplotlib 2. Learn how to solve both symbolically and numerically differential equations with such python libraries as scipy and numpy 3. Apply these methods in order to solve the differential equations for concentrations 4. Learn how to use the plotting libraries for functions, such as matplotlib 5. Apply these functions for tracing the curves of concentrations 1 https://en.wikipedia.org/wiki/law_of_mass_action c Polytech Paris page 9 sur 19

10 Projet 7 (Labyrinthe 2D) Difficulté, Packages : PyGame Le jeu du labyrinthe est un grand classique, que ce soit sur papier ou en jeu vidéo. Le but est de trouver son chemin jusqu à une sortie ou un objet particulier. Ce projet consiste à réaliser un programme permettant de jouer à ce jeu dans une version particulière. En effet, ici le labyrinthe sera une succession de salle, se ressemblant toutes et la vue sera centrée sur une seule salle (un principe qu on retrouve notamment dans les vieux jeux vidéos Zelda. Ainsi, lorsque le joueur change de salle, la vue change vers la salle suivante. Par exemple, quand le joueur change de salle par la droite, la vue change et le joueur se retrouve tout à gauche de l écran à l entrée de la nouvelle salle. Notions connues et principale difficulté Vous serez amenés à utiliser des classes pour une meilleur gestion des différents évènements. La principale difficulté du projet réside dans l utilisation de PyGame. Cahier des charges : Dans un premier temps : Écrire un programme pour générer un labyrinthe sous la forme présentée ci-dessus (1 pour un mur, 0 pour un espace vide, 2 pour l objet cible) au format txt. Il existe de nombreux algorithmes de génération de labyrinthe, et même certains codes Python, il y aura donc une phase de recherche et d adaptation pour prendre en compte ces salles. Réfléchir également à la meilleure représentation possible des données (listes, classes, dictionnaires, etc.). Afficher une sous-carte (une salle) dans la fenêtre PyGame. Gérer les déplacements du personnage pour qu il ne puisse pas passer à travers les murs. Gérer le changement de salle. Si le personnage trouve l objet, le jeu est terminé. Dans un deuxième temps : Inclure des objets indices pour rendre le jeu plus facile (un caillou rouge au bord du chemin peut permettre de savoir si l endroit a déjà été parcouru). Mettre en place un bouton spécial pour donner la position de la salle où on est et la position de la salle où se trouve l objet. Insérer une mini-carte à côté de la salle courante pour suivre la progression dans le labyrinthe à chaque instant. Ajouter un chronomètre pour évaluer le temps mis pour retrouver l objet. Le sujet est difficile, ainsi n hésitez pas à nous solliciter pour de l aide. c Polytech Paris page 10 sur 19

11 Projet 8 (Puissance 4) Difficulté ou, Package : pygame Ce projet consiste à créer un jeu de puissance 4 qui permet de jouer à 1 ou 2 joueurs. À un joueur, l adversaire sera une IA (intelligence artificielle) qui vous aurez développer. Cahier des charges : Dans un premier temps : Vous vous familiariserez avec le package PyGame, par le biais de tutoriaux disponibles sur le net et des précédents TP. L idéal étant d arriver à la première séance de projet avec un début d affichage d une grille de jeu. Réfléchir à la meilleur façon de représenter vos données. Réussir à afficher l insertion d un pion dans la colonne choisie Vérifier si quelqu un à gagner ou non Dans un second temps, il vous faudra développer l IA. Pour cela, nous vous proposons l algorithme Minimax (http: //fr.wikipedia.org/wiki/algorithme_minimax). Le principe est simple : pour décider quelle action l IA doit faire, elle va regarder tous les coups possibles, et pour chaque coup C, elle va regarder le meilleur coup C que l adversaire peut faire si jamais le coup C est choisi. Finalement, l IA va choisir le coup C qui a la meilleure différence entre le gain de C et le cout de C. Autrement dit, le coup C choisi est celui pour lequel score(c) score(c ) est le plus grand parmi l ensemble des actions possible. Toute la force de votre IA résidera dans la fonction score. A vous de réfléchir aux critères à prendre en compte pour lui permettre d etre la meilleure possible. Une fois que tout marche bien, vous pouvez améliorer votre jeu avec : Permettre à l utilisateur de choisir la taille de la grille de jeu Sauvegarder le nombre de fois que l utilisateur a gagné, perdu ou fait match nul Permettre à l utilisateur de choisir le niveau de difficulté de l IA. Pour cela, vous pourrez soit ajouter ou supprimer des critères, soit augmenter la profondeur de l algorithme. En effet, dans l exemple décrit dans le paragraphe précédent, l IA ne regarde les conséquences que pour son prochain coup, mais elle pourrait essayer de réfléchir aux conséquences de ses 2 ou 3 prochains coups. Toutes les idées fun que vous pouvez avoir. c Polytech Paris page 11 sur 19

12 Projet 9 (Snooker) Difficulté à, Packages : PyGame, (EasyGUI) Le snooker est une variante du billard qui se joue à deux (ou en équipe de deux) sur une grande table avec une bille de choc (la bille blanche) et des billes objets (15 rouges et six couleurs : une jaune, une verte, une marron, une bleue, une rose et une noire, dans l ordre croissant de leur valeur). Ce projet consiste à réaliser un programme permettant de jouer à ce jeu. Il est basé sur un TP billard réalisé il y a quelques années, et dont l énoncé détaillé sera fourni. Il s agit de compléter ce qui a été fait dans ce TP (qui modélise déjà toute la dynamique des boules de billard, avec les rebonds et les collisions; ainsi que l affichage). Notions connues et principale difficulté Vous serez amenés à utiliser des classes, des fenêtres EasyGUI, à aller lire dans un fichier, à reprendre intégralement un sujet de TP des années précédentes, etc. Cahier des charges : Une 1ère version proposera une version jouable du snooker : Rajout des trous dans la table de billard (avec modélisation réaliste des contacts à ces endroits, et de la bille qui tombe dans le trou) ; Gestion de deux joueurs qui jouent tour à tour, respect des règles ; Gestion du score ; Éventuellement, gestion des fautes (quand on ne touche pas de boule, quand on ne touche pas la bonne boule en premier, etc.). Ensuite, pour les groupes les plus forts, on pourra passer à une modélisation plus fine/réaliste des boules de billards et de leur déplacement en rajoutant la gestion de l effet sur la boule blanche (et toutes les boules). Il faudra pour cela se documenter pour mettre en place les équations de la mécanique associée à ces phénomènes 2. Dans sa 1ère version, il n y a pas de difficulté importante autre que la gestion des trous et des rebonds en suivant un énoncé de TP puis le rajout de trous et leurs rebonds. Dans un second temps, il faudra prendre en compte la gestion des règles du snooker (et du score). Enfin, on pourra terminer avec la modélisation mécanique d une boule et les forces de frottement. 2 Une recherche internet pourra vous mener sur des sites tels que c Polytech Paris page 12 sur 19

13 Projet 10 (Evaluation of probability of a chemical reaction) Difficulté, Package : easygui The goal of this project is to combine the knowledge of chemistry and programming and create a GUI program. As it is known, the Gibbs energy of reaction 3 may show if this reaction is favorable, i.e. possible, or not. Therefore, given two substances and their δ G one may determine if reaction between them is possible. The table with information on Gibbs delta for different substances may be found on Wikipedia 4 The task of this project: create a graphic user interface program, which: 1. loads a dictionary with data concerning the substances, their properties and their Gibbs energies; 2. permits user to choose any quantity of elements into working table 3. returns the list of possible reactions, i.e. those whose Gibbs energy is larger than zero The dictionaries with all necessary data will be given to student. There will be three of them: Dictionary with pairs "molecule" : "list of atoms", for example, it may contain following elements: Al : [ Al ] Cl2 : [ Cl ] AlCl3 : [ Al, Cl ] As you must have noticed, the list of atoms does not contain information concerning the number of each atom in the molecule. Dictionary with pairs molecule : list of numbers of atoms, for example, it may contain following elements: Al : [1] Cl2 : [2] AlCl3 : [1,3] Dictionary with pairs "molecule" : "Gibbs energy", for example, it may contain following elements: Al : 0 Cl2 : 0 AlCl3 : Note: you must know, the one-atom substances have Gibbs energy equal to zero. As you see, all the dictionaries have the same key, the name of molecule, but different values depending on the nature of the list. Thus, we see that there are four properties common for each substance: they have a name, list of atoms, list of numbers of each atom in the molecule and Gibbs energy. That is why it is strongly suggested to create a class molecule with these properties as class fields. Once class molecule created, along with its constructor, the function read dictionaries, which takes three dictionaries as inputs and initializes a list of molecules, must be developed. Using the package easygui, create an application, which instantly shows the list of the available substances. By clicking on the name of substance user chooses it to the set of molecules which he desires to verify for possibility of reaction. The list of chosen elements must appear in the same window (for example on the right). After clicking on button Compute, the new window must appear. This window must contain the reactions that are possible. Reactions In order to write a reaction one must answer two questions: what molecules we get in result and what are the coefficients before them. In our project we make following assumptions: Only two molecules are reacting, therefore we obtain only one or two molecules as result. As a result we may obtain only combinations of the substances which react and all the atoms that react must be present in the result of reaction. For example, if we have dictionary that contains following molecules: Al : [ Al ] Zn : [ Zn ] Cl2 : [ Cl ] AlCl3 : [ Al, Cl ] ZnCl2 : [ Zn, Cl ] And we have selected two elements for reaction: Zn and AlCL2. Then under the given above assumptions all the combinations of output must be verified: Zn + AlCl 3 Al + ZnCl c Polytech Paris page 13 sur 19

14 Zn + AlCl 3 Zn + AlCl 3 Zn + AlCl 3 Al + Zn +Cl 2 Of course, they must be previously balanced. Note: If balancing is impossible, the reaction is counted as impossible even without Gibbs energy computation. c Polytech Paris page 14 sur 19

15 Projet 11 (L-system) Difficulté, Packages : pygame ou PIL Description Un L-System (ou système de Lindenmayer) est une grammaire formelle, permettant un procédé algorithmique, inventé en 1968 par le biologiste hongrois Aristid Lindenmayer qui consiste à modéliser le processus de développement et de prolifération de plantes ou de bactéries. Un L-System est un ensemble de règles et de symboles qui modélisent un processus de croissance d êtres vivants comme des plantes ou des cellules. Le concept central des L-Systems est la notion de réécriture. La réécriture est une technique pour construire des objets complexes en remplaçant des parties d un objet initial simple en utilisant des règles de réécriture. Pour ce faire, les cellules sont modélisées à l aide de symboles. À chaque génération, les cellules se divisent, i.e. un symbole est remplacé par un ou plusieurs autres symboles formant un mot. Pour dessiner un L-system, on va convenir d associer des symboles à un comportement graphique Symbole Signification graphique F se déplacer d un pas unitaire et tracer + tourner (sens trigo) d angle α - tourner (sens anti-trigo) d un angle α [ sauvegarder la position courante ] retourner à la dernière position sauvée On commencera le dessin à un point et une direction donnée (par exemple, les coordonnées (0,0) et l angle 0 ), en on appliquera une à une les règles de dessin. Par exemple, le mot F+F-F-F+F correspondra au dessin suivant (α = 90 ) : Ensuite, une fois définie la correspondance mot dessin, on définit les règles de génération du L-system d une étape à une autre: on définit un axiome de départ : par exemple F on définit une règle : par exemple à F on associe la phrase F+F-F-F+F À la 1ère itération, on démarre avec l axiome de départ, ici F. À l itération suivante, on applique la règle, et l on a la phrase F+F-F-F+F. À la 3ème itération, on substitue chaque F par F+F-F-F+F, ce qui nous donne F+F-F-F+F+F+F-F-F+F-F+F-F-F+F-F+F-F-F+F+F+F-F-F+F, et représente le dessin Et ainsi de suite, de génération en génération. Exemple Un autre exemple est donné par α = 27.5 axiome de départ : X règles : à X on associe F-[[X]+X]+F[+FX]-X et à F on associe FF c Polytech Paris page 15 sur 19

16 Ainsi, à la 1ère itération, on obtient F-[[X]+X]+F[+FX]-X, ce qui correspond au dessin suivant (les X ne correspond évidemment à aucune règle de dessin, et sont donc ignorés pour le dessin) : Pour l itération suivante, on obtient FF-[[F-[[X]+X]+F[+FX]-X]+F-[[X]+X]+F[+FX]-X]+FF[+FFF- [[X]+X]+F[+FX]-X]-F-[[X]+X]+F[+FX]-X, ce qui donne le dessin : Et enfin, avec 7 itérations, on obtient N hésitez pas à vous reporter aux références suivantes pour une description plus formelle et précise des L-systems: wikipedia : The algorithmic Botany Lab : (notamment la page 25 du livre The algorithmic Beauty of Plants) Travail demandé Le projet portera donc sur La génération, à partir d un axiome de départ et de règles de transformation, du L-system à l itération n ; Et l interprétation graphique d une phrase donnée. Le gros du travail repose sur la partie graphique. Vous pourrez utiliser les packages pygame ou PIL Vous Branching devrez austructures final être capable de dessiner par exemple les L-system suivants : 1. α=25.7, axiome = F et à F on associe F[+F]F[-F]F 2. α = 29 et axiome = T et les règles T FFFFFFI I VZFFF V [+++W][ W]YV W +X[-W]Z, X : -W[+X]Z Y YZ Z [-FFF][+FFF]F F F c Polytech Paris page 16 sur 19 a n=5,δ=25.7 F F F[+F]F[-F]F b n F F

17 Projet 12 (Piqûres de farine) Difficulté, Packages : PIL, SciPy, (EasyGUI) Un projet étudiant menés par des anciens AGRAL4 a démontré la faisabilité d évaluer la qualité d une farine à partir de photos de farine (ou plus exactement de scans de sachet de farine). Pour cela, il suffit de procéder à quelques traitements d image afin de dénombrer les piqûres présentes sur l image (principalement passage de l image en noir et blanc, seuillage et compter le nombre de tâches ainsi que leur surface). Ce procédé, pour le moment totalement manuel, a été validé sur un logiciel de traitement d images (ImageJ). L idée de ce projet est de construire un programme Python permettant automatiquement d effectuer ce traitement en utilisant des modules de traitement d image (lpil par exemple, ou le module SciPy (et plus précisément scipy.ndimage.measurements.label ou encore le module pyparty spécialisé dans les particules). Cahier des charges : 1. En étudiant le rapport de projet de vos camarades sur le sujet (fourni) ainsi que les différents fichiers image, évaluer quelles fonctionnalités sont nécessaires pour le traitement d image ; 2. Écrire un programme permettant d effectuer le traitement pour une image donnée ; 3. Modifier le programme pour qu il propose une interface graphique le rendant utilisable (par exemple pour traiter un fichier particulier ou pour traiter un lot de fichiers) Traitement de l image : Le traitement de l image à effectuer sera détaillé dans le rapport du projet qui sera fourni au moment du choix du sujet. Il faudra commencer par une petite lecture (notamment image_processing/). De nombreuses exemples d images seront fournis pour faire les essais. c Polytech Paris page 17 sur 19

18 Projet 13 (Space-invaders) Difficulté, Package : pygame Le but de ce projet est de réaliser un petit clone du jeu Space Invaders, sorti sur borne arcade en Si vous ne connaissez pas, il est temps de découvrir un ancêtre (il y a un clone disponible à l adresse freespaceinvaders.org/ ). On utilisera le package pygame qui est parfaitement adapté pour cela. Description L écran de jeu est donc constitué d un bandeau supérieur contenant les points et le nombre de vie. Sur le reste de l écran se trouve (de haut en bas), 5 rangées d aliens qui se déplacent de gauche à droite puis de droite à gauche, et descende un petit peu à chaque aller-retour. En dessous se trouve le vaisseau spatial que l on peut déplacer de gauche à droite. Il est protégé par quelques abris fixes. Cahier des charges : Vous vous familiariserez avec le package pygame, par le biais de tutoriaux disponibles sur le net. Vous devrez afficher un écran de jeu similaire au jeu originel, avec des aliens qui se déplacent ; Le vaisseau du joueur se déplacera avec les touches flèchées Un appui sur espace permettra de tirer un missile (qui supprime les aliens touchés) Si le temps le permet, les aliens pourront eux-aussi tirer un missile qui pourrait mettre fin au jeu, et vous pourrez ajouter des abris qui se désagrègeront quand les missiles touchent. Enfin, vous ferez preuve d imagination pour adapter le jeu à vos envies et possibilités. 5 Ce jeu est le 1er shoot them up de l histoire des jeux vidéos : c Polytech Paris page 18 sur 19

19 Projet 14 (Sujet au choix) Vous avez la possibilité de proposer votre propre projet. Si aucun sujet de la liste ne vous plait, si vous avez en tête un projet qui vous tiens à cœur et que vous pensez pouvoir réaliser, proposez-le nous. Les sujets que vous nous proposerez seront analysés par votre enseignant et les chargés de TP pour juger de la faisabilité du sujet et de votre capacité à mener le projet à terme. Le but n est pas de vous laisser vous enfermer dans un sujet trop difficile pour vous. Important : Afin de nous laisser le temps d analyser votre sujet, vous devez nous le proposer très rapidement, afin que nous puissions vous donner une réponse avant la première séance de projet. Pour nous soumettre vos projets, contactez M. Hilaire en décrivant votre projet et en donnant vos premières pistes pour le réaliser. c Polytech Paris page 19 sur 19

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