Chapitre 5 : Introduction à Python

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1 Chapitre 5 : Introduction à Python Alexandre Blondin Massé Laboratoire d informatique formelle Université du Québec à Chicoutimi 5 février 2013 Cours 8STT105 Département d informatique et mathématique A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

2 Table des matières 1 Présentation du langage 2 Éléments de base 3 Structures de données 4 Scripts et fichiers 5 Exercices A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

3 Guido Van Rossum Crée Python en 1989 pendant ses temps libres ; Employé par Google de 2005 à 2012 ; Google has made no secret of the fact they use Python a lot for a number of internal projects. Even knowing that, once I was an employee, I was amazed at how much Python code there actually is in the Google source code system. Maintenant chez Dropbox. Guido van Rossum (créateur de Python) A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

4 Python est facile... # -*- coding: utf-8 -*- import random nombre_essais = 0 nom = raw_input( Bonjour! Quel est votre nom?\n ) nombre = random.randint(1, 20) print u Eh bien, %s, je pense à un nombre entre 1 et 20. % nom while nombre_essais < 6: essai = int(raw_input( Essayez de deviner : )) nombre_essais += 1 if essai < nombre: print Trop petit! if essai > nombre: print Trop grand! if essai == nombre: break if essai == nombre: print u Bravo, %s! Vous avez deviné le nombre en %s essais! % (nom, nombre_essais) else: print u Malheureusement, le nombre auquel je pensais est %s % nombre A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

5 ...en particulier pour mathématiques Créer un tableau : >>> [i**2 for i in range(10)] [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81] Calculer des sommes comme : 10 i=0 i2 >>> sum([i**2 for i in range(10)]) 285 Se créer une fonction anonyme et l appliquer à une liste >>> est_pair = lambda n: True if n % 2 == 0 else False >>> map(est_pair, [100, 7, 13, 22, 40]) [True, False, False, True, True] A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

6 Python est portable et gratuit Variantes d Unix ; MacOS ; BeOS ; NeXTStep ; MS-DOS et les différentes variantes de Windows ; Interfaces avec C et C++ : Cython ; Interfaces avec Java : Jython. A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

7 Python est orienté objet (1/2) class Employe: # Attribut de classe nombre_employes = 0 def init (self, nom, salaire): # Constructeur self.nom = nom # Attribut d instance self.salaire = salaire # Attribut d instance Employe.nombre_employes += 1 # Methodes def afficher_nombre_employes(self): print "Nombre total d employes : %d" % Employe. nombre_employes def afficher_employe(self): print "Nom :", self.nom, ", Salaire :", self.salaire A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

8 Python est orienté objet (2/2) Utilisation : e = Employe("Alice", 80000) f = Employe("Bob", 70000) e.afficher_employe() f.afficher_employe() e.afficher_nombre_employes() f.afficher_nombre_employes() Résultat : Nom : Alice, Salaire : Nom : Bob, Salaire : Nombre total d employes : 2 Nombre total d employes : 2 A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

9 Python est... un langage interprété ; un langage de script ; facile à paralléliser ; n utilise aucun pointeur ; très populaire ; complet : sa bibliothèque standard permet de manipuler des expressions régulières, de manipuler des fichiers, d utiliser différents protocoles Internet, etc. développé par une communauté extrêmement dynamique ; très bien documenté, avec de nombreux tutoriels. A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

10 Python est un langage compilé et interprété Langage interprété : Code source Interpréteur Résultat L interpréteur lit le code source Le résultat apparaît sur l écran Langage compilé : Code source Compilateur Code objet Exécuteur Résultat Le compilateur lit le code source......et produit un code objet (binaire) On exécute le code objet......et le résultat apparaît à l écran Langage hybride : Code source Le compilateur Python lit le code source... Compilateur ByteCode Interpréteur Résultat...et produit un pseudocode intermédiaire L interpréteur Python lit le pseudocode......et le résultat apparaît à l écran A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

11 Comment utiliser Python? (1) Il existe plusieurs façons d utiliser Python : 1 À partir d un environnement de développement : Eclipse Iron Python IDLE, la version développée par G. Van Rossum pour Windows Spyder Liste complète : integrated_development_environments_for_python 2 En lançant l interpréteur en ligne de commande (Mac OS, Linux, Windows) alexandreblondinmasse [ ] $ python Python (default, Oct , 06:12:28) [GCC (Apple Inc. build 5666) (dot 3)] on darwin Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. >>> A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

12 Comment utiliser Python? (2) 3 En lançant un script en ligne de commande : $ python easy.py Bonjour! Quel est votre nom? Alexandre Eh bien, Alexandre, je pense à un nombre entre 1 et 20. Essayez de deviner : 10 Trop grand! Essayez de deviner : 5 Trop petit! Essayez de deviner : 8 Trop grand! Essayez de deviner : 6 Trop petit! Essayez de deviner : 7 Bravo, Alexandre! Vous avez deviné le nombre en 5 essais! A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

13 L interpréteur Python Python (default, Oct , 06:12:28) [GCC (Apple Inc. build 5666) (dot 3)] on darwin Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. >>> >>> >>> * 4 19 >>> (7 + 3) * 4 40 >>> 20 / 3 6 >>> 20.0 / >>> 8. / >>> 4 * 2.5 / A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

14 Variables >>> n = 7 >>> msg = Quoi de neuf? >>> msg Quoi de neuf? >>> msg = "Quoi de neuf?" >>> msg Quoi de neuf? >>> pi = >>> print msg # observer la difference avec l instruction print Quoi de neuf? >>> msg = Un message + plus long >>> msg Un message plus long >>> >>> _ + 7 # le caractere de soulignement recupere la derniere valeur 15 A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

15 Structures de contrôle si-sinon if a > 0: print "a est strictement positif" elif a < 0: print "a est strictement négatif" else: print "a n est ni positif ni strictement negatif" print "a est donc nul" L identation est primordiale, sinon, le programme indiquera une erreur de syntaxe Il ne faut pas oublier les deux points : à la fin de chaque ligne commençant par if, elif et else ; Les parenthèses ne sont pas nécessaires comme en C++ A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

16 Boucles tant-que i = 0 while (i < 10): print i i = i + 1 Résultat : # ne pas oublier les deux points # ni l indentation A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

17 Afficher des tables de valeurs a = 0 while a < 12: print a, a**2, a**3 a += 1 Résultat : A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

18 Boucles pour for i in range(10): print i, i**2, i**3 Résultat : range(10) pour itérer de 0 à 9 inclusivement ; range(2, 10) pour itérer de 2 à 9 inclusivement ; range(2, 10, 3) pour itérer de 2 à 9 inclusivement, par bonds de 3, ce qui donne 2, 5, 8 ; A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

19 Les chaînes de caractères >>> 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. Pour les longues chaînes de caractères : >>> s = r"""... Une phrase sur plusieurs lignes... avec des backslashes qui sont... affiches tels quels \n \t voila... """ >>> s "\nune phrase sur plusieurs lignes\navec des backslashes qui sont\ naffiches tels quels \\n \\t voila\n" A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

20 Opérations sur les chaînes de caractères >>> s = "Petit poisson" >>> t = deviendra grand >>> s + t Petit poisson deviendra grand >>> s[0] P >>> s[1] e >>> len(s) 13 >>> x = 24 >>> print On a %s poissons % x On a 24 poissons >>> a = 2; b = 3; print "%s + %s = %s" % (a, b, a + b) = 5 L accès à un caractère précis se fait par l intermédiaire de l opérateur [] L opérateur % est très pratique pour afficher des chaînes de caractères avec des valeurs A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

21 Les listes >>> jours = [ lundi, mardi, mercredi, jeudi, vendredi ] >>> jours[0] lundi >>> print jours[0] lundi >>> jours.append( samedi ) >>> print jours [ lundi, mardi, mercredi, jeudi, vendredi, samedi ] >>> len(jours) 6 >>> del(jours[4]) >>> jours [ lundi, mardi, mercredi, jeudi, samedi ] >>> donnees = [23.4, 18.7, 19.1, 14.5, 20.3] >>> sorted(donnees) [14.5, 18.7, 19.1, 20.3, 23.4] >>> donnees [23.4, 18.7, 19.1, 14.5, 20.3] >>> donnees.sort() >>> donnees [14.5, 18.7, 19.1, 20.3, 23.4] A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

22 Construction d une liste >>> range(10) [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] >>> range(3,7,2) [3, 5] >>> [i**2 for i in range(10)] [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81] >>> [i + j for i in range(4) for j in range(4)] [0, 1, 2, 3, 1, 2, 3, 4, 2, 3, 4, 5, 3, 4, 5, 6] >>> [i**2 for i in range(10) if i % 2 == 0] [0, 4, 16, 36, 64] A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

23 Les tuples >>> p = (3,4) >>> p (3, 4) >>> q = (-1,2) >>> q (-1, 2) >>> p + q # Attention! (3, 4, -1, 2) >>> (x,y) = (4,5) >>> x 4 >>> y 5 >>> p[0] 3 >>> p[1] 4 >>> len(p) 2 >>> p[0] = 3 Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: tuple object does not support item assignment A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

24 Les dictionnaires >>> d = { banane : 3, pomme : 2, fraise : 1} >>> d[ banane ] 3 >>> print Nombre de fruits : %s % (d[ banane ] + d[ pomme ] + d[ fraise ]) Nombre de fruits : 6 >>> d[ kiwi ] = 2 >>> d { kiwi : 2, banane : 3, fraise : 1, pomme : 2} >>> d.keys() [ kiwi, banane, fraise, pomme ] >>> d.values() [2, 3, 1, 2] >>> list(d) [ kiwi, banane, fraise, pomme ] A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

25 Les fonctions anonymes >>> f = lambda (a,b,c): %sxˆ2 + %sx + %s = 0 %(a,b,c) >>> f((0,0,0)) 0xˆ2 + 0x + 0 = 0 >>> f((2,3,5)) 2xˆ2 + 3x + 5 = 0 >>> f = lambda x: x + 2 >>> f(5) 7 >>> f(-8) -6 >>> [f(i) for i in range(10)] [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] >>> dict( (i,f(i)) for i in range(10)) {0: 2, 1: 3, 2: 4, 3: 5, 4: 6, 5: 7, 6: 8, 7: 9, 8: 10, 9: 11} A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

26 Scripts Python def moyenne(donnees): """ Retourne la moyenne d un ensemble de donnees """ return float(sum(donnees)) / float(len(donnees)) def variance(donnees): """ Retourne la variance (non corrigee) d un ensemble de donnees La formule est E[Xˆ2] - E[X]ˆ2 """ carres = [d**2 for d in donnees] return moyenne(carres) - moyenne(donnees) ** 2 donnees = [15.52, 14.34, 11.8] print """ Donnees : %s Moyenne : %s Variance : %s """ % (donnees, moyenne(donnees), variance(donnees)) A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

27 Exécution d un script [master] alexandreblondinmasse [ /Documents/Enseignement/8STT105/ hiv2013/slides/5-introduction-python] $ python stats.py Donnees : [15.52, 14.34, 11.8] Moyenne : Variance : A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

28 Lire dans un fichier (1/2) En Python, il est très facile de lire et d écrire dans des fichiers ; input_file = open( lampes.dat, r ) i = 0 for ligne in input_file: ligne = ligne.strip() # On enleve les espaces # et les retour a la ligne # en debut et en fin de # chaines de caracteres print Ligne %s: %s % (i, ligne) print Valeurs : %s % (ligne.split()) i += 1 input_file.close() A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

29 Lire dans un fichier (2/2) Résultat : Ligne 0: Valeurs : [ 1067, 855, 1157, 1022, 923, 521, 930, 999, 901, 996 ] Ligne 1: Valeurs : [ 1187, 824, 844, 1037, 1026, 1039, 1023, 1134, 998, 610 ] Ligne 2: Valeurs : [ 919, 1196, 1092, 1162, 1195, 1195, 978, 832, 1333, 811 ] Ligne 3: Valeurs : [ 933, 928, 807, 954, 932, 1035, 1324, 818, 780, 900 ] Ligne 4: Valeurs : [ 1067, 1118, 653, 980, 814, 1103, 1151, 863, 1147, 883 ] Ligne 5: Valeurs : [ 1083, 1040, 984, 856, 932, 938, 996, 1133, 916, 1001 ] Ligne 6: Valeurs : [ 785, 1170, 1340, 1009, 1217, 1153, 1063, 944, 1250, 1106 ] Ligne 7: Valeurs : [ 1037, 935, 1000, 990, 867, 1289, 924, 1078, 765, 895 ]... A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

30 Ajouter des arguments à un script #!/usr/bin/python import sys def moyenne(donnees): """ Retourne la moyenne d un ensemble de donnees """ return float(sum(donnees)) / float(len(donnees)) def variance(donnees): """ Retourne la variance (non corrigee) d un ensemble de donnees La formule est E[Xˆ2] - E[X]ˆ2 """ carres = [d**2 for d in donnees] return moyenne(carres) - moyenne(donnees) ** 2 print sys.argv[0] print sys.argv[1] fichier = open(sys.argv[1], r ) donnees = [] for ligne in fichier: for valeur in ligne.split(): donnees.append(int(valeur)) fichier.close() print """ Donnees A. Blondin : %s Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

31 Appel d un script avec arguments $ python stats-arg.py lampes.dat Donnees : [1067, 855, 1157, 1022, 923, 521, 930, 999, 901, 996, 1187, 824, 844, 1037, 1026, 1039, 1023, 1134, 998, 610, 919, 1196, 1092, 1162, 1195, 1195, 978, 832, 1333, 811, 933, 928, 807, 954, 932, 1035, 1324, 818, 780, 900, 1067, 1118, 653, 980, 814, 1103, 1151, 863, 1147, 883, 1083, 1040, 984, 856, 932, 938, 996, 1133, 916, 1001, 785, 1170, 1340, 1009, 1217, 1153, 1063, 944, 1250, 1106, 1037, 935, 1000, 990, 867, 1289, 924, 1078, 765, 895, 1126, 936, 918, 929, 950, 905, 1122, 938, 970, 1157, 1151, 1009, 1085, 896, 958, 946, 858, 1071, 1002, 909, 1077, 1049, 940, 1122, 1203, 1078, 890, 704, 621, 854, 958, 760, 1101, 878, 934, 910, 788, 1143, 935, 1035, 1112, 931, 990, 1258, 1192, 699, 1083, 880, 801, 1122, 1292, 1180, 1106, 1184, 775, 1105, 1081, 709, 860, 1110, 1156, 972, 1237, 765, 1311, 1069, 1021, 1115, 1303, 1178, 949, 1058, 1069, 970, 922, 1029, 1116, 954, 1171, 1149, 920, 948, 1035, 1045, 956, 1102, 958, 902, 1037, 702, 830, 1063, 1062, 1157, 833, 1320, 1011, 1102, 1138, 951, 992, 966, 730, 980, 1170, 1067, 932, 904, 1150, 1091, 658, 912, 880, 1173, 824, 529, 705, 1425, 972, 1002] Moyenne : Variance : A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

32 Exercices (1) (1) Utilisez Python pour compter le nombre d entiers entre 1000 et 2000 qui ne sont divisibles ni par 3, ni par 5, ni par 7. (2) Un triplet pythagoricien est un triplet de nombres naturels non nuls (x, y, z) qui vérifient l équation z 2 = x 2 + y 2. Il existe exactement un triplet pythagoricien (x, y, z) pour lequel x + y + z = Trouvez-le à l aide de Python. (3) Écrivez une fonction Python qui prend en entrée une liste de valeurs entières et qui retourne un dictionnaire indiquant, pour chaque valeur, le nombre de fois qu elle apparaît. Essayez de produire une solution qui s exécute en une seule ligne. A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

33 Exercices (2) (4) (5) Écrivez une fonction Python qui prend en entrée une liste de valeurs numériques et qui retourne (a) la moyenne, (b) le mode, (c) la médiane, (d) l étendue, (e) la variance et (f) l écart-type de cette liste de valeurs. Écrivez ensuite une fonction Python qui, étant donné une liste de valeurs numériques, affiche ces six statistiques sous forme de tableau à l écran. Écrivez une fonction Python qui prend en entrée un dictionnaire de la forme (k, v) où k est une valeur numérique et v est la fréquence de cette valeur et qui calcule (a) la moyenne, (b) le mode, (c) la médiane, (d) l étendue, (e) la variance et (f) l écart-type de cette liste de valeurs. Par exemple, l appel moyenne({2: 3, 3: 5}) devrait retourner la valeur A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

34 Exercices (3) (6) (plus long) Écrivez un programme generer-histogramme.py qui vous permet de manipuler des données et de les afficher sous forme d histogramme à l aide de Gnuplot. Plus précisément, vous devrez prendre en entrée un fichier contenant des valeurs, par exemple : Ensuite, votre programme doit répartir les données en k classes, où k sera spécifié comme argument du programme. Pour former vos classes, prenez la valeur minimale m et la valeur maximale M des données et séparez l intervalle [m, M] en k classes de même longueur. Lorsque les données sont réparties, créez un fichier histogramme.dat qui indiquera le nombre de valeurs pour chacune des classes. Finalement, appelez Gnuplot pour qu il génère un histogramme de ces données. En Python, pour appeler un A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40

35 Exercices (4) programme externe, il faut utiliser le module subprocess. Ensuite, il suffit d appeler le processus comme suit : import subprocess subprocess.call([ gnuplot, script.gp ]) où le fichier script.gp contient un script Gnuplot qui permet de générer un histogramme, que vous devez vous-même définir. A. Blondin Massé (UQAC) Chapitre 5 5 février / 40