Introduction à Python

Introduction

Les études sur l'utilisation des langages de programmation ne manquent pas, et Python figure systématiquement dans les plus utilisés au monde.

On retrouve Python dans le scripting Linux, l'intelligence artificielle (via des librairies/framework comme PyTorch, Keras, TensorFlow, etc.), le calcul scientifique (avec numpy, pandas, scikit, etc.) et le Web (via Django, Pymamid, etc.).

Sa facilité de prise en main par rapport à d'autres lui ont permis de se faire une place dans tous ces domaines et sa communauté gigantesque lui offre un écosystème difficilement atteignable.

Histoire, spécificité, licence

Objectif

Découvrir ce qui caractérise Python.

Mise en situation

Python est un langage de programmation interprété et multi-paradigmes. En particulier, il gère les paradigmes impératif, fonctionnel et objet.

Il a été conçu avec l'idée d'offrir des outils de haut niveau et une syntaxe simple à apprendre et utiliser. Ses possibilités ont beaucoup évolué depuis sa première version en 1991.

Histoire

En 1989, Guido van Rossum lance le développement d'un nouveau langage, le Python, pour l'aider dans ses recherches. Une première version publique de Python sort en 1991.
En 1995, Van Rossum continue son travail au États-Unis et travail sur un projet visant à faire du Python un langage d'apprentissage.
Au cours des années suivantes, l'équipe de développement de Python va changer plusieurs fois d'organisation et la version 2.0 aura été atteinte.
Enfin, c'est en 2001 que la Python Software Foundation est créée pour la sortie de la version 2.1.

Python Software Foundation et licence

C'est une organisation sans but lucratif et entièrement dédiée au Python. Elle est responsable du développement, de la protection intellectuelle et de conférences (PyCon) autour du langage.

Elle a aussi créée la licence « Python Software Foundation License » qui est une licence libre semblable à la licence BSD et compatible avec la GPL (GNU General Public License) (sauf pour les versions 1.6 à 2.1).

Remarque : Quelques spécificités

Typage dynamique : l'interpréteur décide du type de chaque variable au moment où il la rencontre.
Multi-plateformes : il existe des interpréteurs Python pour générer du code machine sur tous les systèmes d'exploitation connus.
Multi-paradigmes : ce langage favorise la programmation impérative mais offre des éléments importants de la programmation fonctionnelle (fonctions map, reduce, etc.) et la possibilité d'instancier des objets à partir de classes.

Exemple : Syntaxe

def print_sum(x, y):
    print("%d + %d = %d" % (x, y, x+y))
a = 42
b = 20
print_sum(a, b)

Ce code :

Définit une fonction print_sum qui affiche la somme de deux termes ;
Appelle cette fonction avec les paramètres a et b.

Notez que les variables a et b ne sont pas préalablement déclarées ni typées.

Notez également le rôle de l'indentation pour délimiter le contenu des blocs.

À retenir

Python se veut simple mais puissant.
Son développement a commencé en 1989 et est toujours fortement actif avec une grande communauté de développeurs.
Python est multi-paradigme et offre des outils haut niveau.

Depuis cette page Wikipédia.

Quel est la licence actuelle du Python ?

AGPL

Mozilla Public License

Python Software Foundation License

Son code source est propriétaire

Quel type/objet n'existe pas ?

int

dict

None

double

AGPL

Mozilla Public License

Python Software Foundation License

Son code source est propriétaire

Quel type/objet n'existe pas ?

int

dict

None

double

Le type double en Python n'existe pas. Le type float permet de représenter des nombres flottants avec la même précision que le type double de C.

Repl et éditeurs

Objectif

Découvrir comment utiliser un éditeur pour Python.

Mise en situation

L'éditeur de texte est un des outils importants dans le quotidien du développeur. Les codes sources des programmes sont de simples fichier textes, qui ont besoin d'être écrit et manipulés dans un logiciel adapté. Quel que soit le langage, un éditeur peut apporter bien plus que la possibilité d'écrire du code et va accompagner le développeur dans son travail, par exemple en affichant de la documentation dynamiquement, ou en appliquant des corrections de syntaxe. Nous allons découvrir ici un éditeur en ligne, Repl.it.

Les éditeurs et IDE

Pour commencer rapidement à faire du Python sans rien installer, il existe des éditeurs/IDE en ligne tel que Repl.it.

Sur la page d'accueil, le bouton « <> start coding » permet de créer un projet.

Il est ensuite possible de sélectionner le Python et confirmer avec Create Repl.

Une fois sur la fenêtre Repl on distingue trois grandes colonnes. En partant de la gauche :

Les paramètres de l'éditeur et les fichiers du projet (au départ il n'y a que main.py pour un projet Python).
L'éditeur pour écrire son code.
Une console avec un interpréteur Python. Cette console servira d'entrée et sortie standard du programme.

Sur la barre horizontal du haut, le bouton le plus important est le bouton Run qui permet de lancer l'interprétation/l'exécution du programme.

À retenir

Les éditeurs/IDE sont parmi les outils les plus importants d'un développeur.
Repl.it est un IDE en ligne.

Exercice

Sur Repl.it, créer un nouveau projet Python et exécuter le code suivant.

math_grade = 14
french_grade = 17
average = (math_grade + french_grade) / 2
print("Votre moyenne est de %.2f" % average)

Que voit-on sur le terminal ?

Le bouton Run permet d'exécuter le code.

"Votre moyenne est de 15.50".

Syntaxe

Objectif

Découvrir la syntaxe de base du Python.

Mise en situation

Python a été conçu en gardant à l'esprit la lisibilité et sa syntaxe reflète cette contrainte. C'est un langage qui ne s'alourdit pas avec des accolades ou des caractères de fin de ligne, et qui n'utilise des parenthèses que lorsque cela est nécessaire. Pour gérer les différents blocs de code, tout se base sur l'indentation. De ce fait un code en Python valide est très facilement lisible par un humain. C'est sans doute pour cette raison qu'il est particulièrement apprécié dans les milieux qui ne viennent pas directement de l'informatique, comme le milieu de la recherche scientifique.

Fondamental : Typage dynamique

Une variable permet de stocker une donnée dans la mémoire du programme.

Le typage du Python étant dynamique, il n'y a pas de contrainte sur ce qu'une variable peut contenir et le type de son contenu peut être modifié à la volée.

Les chaînes sont délimitées par des apostrophes simples ' ou des doubles ".

Syntaxe : Variables

Une valeur est affectée à une variable via l'opérateur d'affectation =.

number_of_bytes = 18005  # Entier
number_of_bytes = number_of_bytes / 2  # Décimal
# Ce code est valide.

Complément : Constantes

Une constante est une variable qui, une fois déclarée avec une valeur, ne peut plus changer son contenu.

Ce type de variable n'existe pas en Python mais la convention veut qu'un développeur Python écrive ses constantes en majuscules.

LIGHT_SPEED = 299792458
# Cette variable est modifiable mais elle doit être considérée comme une constante par les développeurs.

Syntaxe : Entrée/sortie

La fonction print() permet d'afficher une variable dans la console.
La fonction input() permet de saisir une variable via la console.

Exemple :

message = input("Écrivez-moi un message : ")
print ("J'ai bien reçu votre message, il disait : " + message)

Syntaxe : Expressions

Une expression est une opération qui retourne une valeur. Cette opération peut être une combinaison d'opérateurs, variables et fonctions qui, lorsque elle est évaluée produit un résultat.

Le Python se base sur une syntaxe d'expressions inspiré des notation mathématique, comme dans la plupart des autres langages de programmation comme le C ou le JavaScript.

result = variable/value operation value/value

Exemple :

image_weight = 49583  # Taille en octet d'un image
mask_weight = 3000  # Taille en octet d'un masque à appliquer sur une image
# Taille finale que l'on peut utiliser dans la suite
# du programme
final_weight = image_weight + mask_weight

image_weight + mask_weight est l'expression (composée d'un opérateur d'addition) dont le résultat est stocké dans la variable final_weight.

Attention : Indentation

Contrairement à beaucoup de langages tels que le C ou le JavaScript, la délimitation des blocs d'instructions se fait par l'indentation et non via des accolades ou des mots clés.

Cette pratique force l'écriture d'un code lisible, contrairement à d'autres langages où l'indentation est optionnelle.

En contre-partie, une erreur de présentation conduira à une erreur d'interprétation.

Méthode :

On utilise des espaces pour indenter le code (et non des tabulations).
Le standard de codage PEP8 préconise d'utiliser quatre espaces pour chaque tabulation.

Syntaxe : Indentation

price = 22
if price < 15:
    print("On envoie une alerte de prix à l'utilisateur")
else:
    print("C'est trop cher, on attend un prix plus bas")

À retenir

Python est d'abord un langage impératif.
Il met en avant la lisibilité du code.
Les indentations ont une signification.
Sa syntaxe est proche à celle d'autres langages comme JavaScript ou C.

Exercice

Sur Repl.it :

Écrire les instructions permettant de :

Déclare une variable name dont le contenu est la chaîne Alpha.
Affiche Bienvenue sur notre logiciel, [name], [name] étant le contenu de la variable name.

La fonction print permet d'afficher un message dans la console.

L'opérateur de concaténation est le +.

name = "Alpha"
print("Bienvenue sur notre logiciel, " + name)

Demander à l'utilisateur d'écrire son nom.

La fonction input permet de demander une donnée à l'utilisation.

name = input("Veuillez entrer votre nom : ")

Combiner les deux codes précédents pour souhaiter la bienvenue à l'utilisateur.

name = input("Veuillez entrer votre nom : ")
print("Bienvenue sur notre logiciel, " + name)

Structures de base

Objectif

Se familiariser avec les structures de base du Python.

Mise en situation

Python propose des structures de bases classiques, celles que l'on retrouve dans de nombreux langages. Par exemple les structures conditionnelles à base de if et else, ou encore les boucles à compteur ou à condition. Il intègre aussi les fonctions prédéfinies classiques, comme celles pour interagir avec les entrées et sorties, et des fonctions de traitement des structures comme les tableaux.

Syntaxe : L'affectation

L'affectation permet d'assigner une valeur à une variable.

variable = valeur

Exemple :

number_of_bytes = 4096
image_to_process = "milky_way.png"

Syntaxe : if

L'instruction if permet d'exécuter un bloc d'instructions si une condition est vérifiée.

if condition:
    instructions

Exemple :

grade = 16
if grade >= 16:
    print("Très bon travail")

Complément :

Les conditions en Python sont :

a == b : a est égal à b
a != b : a est différent de b
a < b : a est strictement inférieur à b
a > b : a est strictement supérieur à b
a <= b : a est inférieur ou égal à b
a >= b : a est supérieur ou égal à b

Toutes ces conditions sont combinables les opérateurs logiques « ET » et « OU », qui s'écrivent and et or.

Complément : elif et else

Lorsque la condition du if n'est pas vérifiée, le programme regarde si il y a d'autres branchements conditionnels elif (sinon si).

De la même manière, si aucune des conditions du if et des elif n'est vérifiée, le programme exécutera le branchement else s'il existe.

grade = 16
if grade >= 16:
    print("Très bon travail")
elif grade < 16 and grade >= 13:
    print("Bon travail")
elif grade < 13 and >= 10:
    print("Passable")
else:
    print("À revoir")

Rappel :

Une boucle sert à répéter plusieurs fois les mêmes instructions.

Syntaxe : while

L'instruction while permet d'entrer (et de rester) dans une boucle tant qu'une condition est vérifiée.

while condition:
    instructions

Exemple :

stay_in_loop = True
while stay_in_loop:
    print("Voulez-vous sortir de la bouche ? (o/n)")
    user_input = input()
    if user_input == "o" or user_input == "O": 
        stay_in_loop = False

Cette boucle va demander, à chaque itération, si l'utilisateur veut sortir de la boucle. Si oui, alors la variable stay_in_loop passe à la valeur False et le programme sort de la boucle.

Syntaxe : for

L'instruction for permet d'exécuter un bloc d'instructions un nombre précis de fois. Elle a besoin d'une variable d'itération et d'une séquence de valeurs à parcourir.

for variable in range(valeur1, valeur2):
    instructions

À chaque itération, la variable d'itération devient l'élément courant dans la séquence parcourue ; range() est une fonction qui renvoie une liste de valeur1 incluse à valeur2 exclue.

Exemple :

for i in range(1, 10):
    print('%s x 9 = %s' % (i, i * 9))

À retenir

Python propose une structure if elif else pour avoir plusieurs branches d'exécution.
Python dispose de la boucle while pour les nombres d'itération indéfinis et for pour parcourir une séquence.

Exercice

À l'aide d'une boucle et d'une structure alternative, écrire un programme qui à partir des variables entières start et stop renvoie une liste contenant les nombres pairs entre ces deux valeurs.

L'opérateur « % » renvoie le reste d'une division (exemple : 8 % 2 = 0).

Un nombre est pair s'il vaut 0 modulo 2.

start = 5
stop = 28
...

start = 5
stop = 28
for i in range(...):
    if ...:
        print (i)

start = 5
stop = 28
for i in range(start, stop+1):
    if i % 2 == 0:
        print (i)

Bonnes pratiques

Objectifs

Connaître les conventions de styles du Python ;
Connaître la PEP 8.

Mise en situation

Comme tous les langages, Python offre beaucoup de libertés aux développeurs. Cependant, ces derniers doivent être en mesure de travailler ensemble sur des projets communs. Les libertés offertes par le Python viennent donc ajouter quelques responsabilités aux développeurs.

La PEP 8

Les PEP - Python Enhancement Proposals (python.org/dev/peps) - sont des propositions pour améliorer le langage. Elles permettent d'avoir un système de suivi des propositions pour savoir ce qui a été fait et ce qu'il y a à faire dans le développement du langage lui-même.

PEP 8 (python.org)

Fondamental :

La PEP 8 est une des plus anciennes propositions (2001) et elle introduit le style officiel à respecter lorsque l'on code en Python. En voici quelques éléments de base :

Indentation : un niveau d'indentation correspond à 4 espaces.
Longueur d'une ligne : ne pas dépasser 79 caractères.
Conventions de nommage : les noms de fonctions et de variables doivent être en snake_case, c'est à dire en minuscule, avec les mots séparés par underscore, comme une_variable. Les constantes sont en SNAKE_CASE majuscules.
Espaces : on place des espaces autour des opérateurs et des arguments de fonction.

Exemple :

# INCORRECT
def SumBis(a,b):
  return a+b
someVariable=42
print(SumBis(someVariable,20))
# CORRECT
def sum_bis(a, b):
    return a + b
some_variable = 42
print(sum_bis(some_variable, 20))

Les commentaires

Les block comments :

commencent par « # »,

sont suivis d'un espace et doivent être composés de phrases entières,
peuvent être chaînés sur plusieurs lignes pour une explication plus longue.

Les inline comments :

commencent aussi par « # » mais se trouvent directement sur la ligne de l'instruction commentée,
sont séparés par au moins 2 espaces de la fin de l'instruction,
doivent être utilisés pour donner une information non triviale (un effet de bord par exemple).

Les docstrings :

permettent de documenter le code sur plusieurs lignes en plaçant les commentaires entre « """ »,
sont placés directement sous les signatures de fonctions, méthodes et classes pour expliquer à quoi ces derniers servent.

Exemple :

def isCSV(filename):
    """
    Ceci est un docstring pour expliquer la fonction autour.
    Cette fonction prend en entrée un nom de fichier.
    Et retourne un booléen indiquant si le fichier est un csv.
    """
    if filename[-3:] == "csv":  # Inline comment
        return True
    return False
# Block comment
print(isCSV("employees.csv"))

À retenir

Python offre de nombreuses libertés.
L'utilisation de la convention PEP 8 permet de rendre le code plus facile à lire et comprendre pour tout le monde.

Exercice

Exécuter ce code pour vous assurer qu'il fonctionne :

def print_name():
"""
Greets the user.
Greets the user by asking their name.
"""
print("Hello, what's your name?")
Name = input()
print("Welcome"+Name)
print_name()

Corriger le style pour adopter la convention PEP 8.

Regarder les conventions de nommage des variables.

Faites attention aux indentations fausses.

Attention aux espaces entre les opérateurs.

def print_name():
    """
    Greets the user.
    Greets the user by asking their name.
    """
    print ("Hello, what's your name?")
    name = input()
    print ("Welcome " + name)
print_name()

Quiz

Quiz - Culture

De quand date la première version publique de Python ?

1989

1991

2001

2005

De quand date la PEP 8 ?

1989

1991

2001

2005

Quelles sont des caractéristiques du Python ?

Récupérateur de mémoire (garbage collector)

Typage statique

Multi-paradigmes

Licence libre

Quiz - Méthode

Comment déclarer une variable ma_variable contenant un entier ?

int ma_variable;

ma_variable = 42

int ma_variable = 42

Aucune de ces réponses

Lesquels de ces éléments est à privilégier pour stocker les chaînes "Python", "Vipère", "Anaconda" afin d'itérer dessus ultérieurement ?

Un dictionnaire

Une liste

Une fonction

Une exception

Quel type de structure est adéquate pour implémenter le menu suivant :

***** Menu *****
Sortir
Afficher la liste des chansons programmées
Programmer une nouvelle chanson
Déprogrammer une chanson

Une instruction while

Une instruction for

Une instruction if

Aucune de ces réponses

Appairez les termes déclarations suivantes :

`VITESSE_MAX = 300` `vitesse-max = 300` `vitesse_max = 300` `VitesseMax = 300`	Variable conforme à la convention PEP 8
	Constante conforme à la convention PEP 8
	Déclaration non conforme à la convention PEP 8

Quiz - Code

note = 18
if note >= 18:
    print("A")
if note <= 18 and note >= 15:
    print("B")
elif note < 15 and note >= 13:
    print("C")
elif note < 13 and note >= 10:
    print("D")
elif note < 10 and note >= 8:
    print("E")
else:
    print("F")

Quelles lettres sont affichées sur la sortie standard ?

Le programme renvoie une erreur.

note = 18
if note >= 18:
    print("A")
elif note <= 18 and note >= 15:
    print("B")
elif note < 15 and note >= 13:
    print("C")
elif note < 13 and note >= 10:
    print("D")
elif note < 10 and note >= 8:
    print("E")
else:
    print("F")

Quelles lettres sont affichées sur la sortie standard ?

Le programme renvoie une erreur.

note = 18
if note > 18:
    print("A")
elif note <= 18 and note >= 15:
    print("B")
elif note < 15 and note >= 13:
    print("C")
elif note < 13 and note >= 10:
    print("D")
elif note < 10 and note >= 8:
    print("E")
else:
    print("F")

Quelles lettres sont affichées sur la sortie standard ?

Le programme renvoie une erreur.

Quiz - Culture

De quand date la première version publique de Python ?

1989

1991

2001

2005

De quand date la PEP 8 ?

1989

1991

2001

2005

Quelles sont des caractéristiques du Python ?

Récupérateur de mémoire (garbage collector)

Typage statique

Multi-paradigmes

Licence libre

Récupérateur de mémoire (garbage collector)

Cette fonctionnalité permet de supprimer les valeurs non-utilisées de la mémoire ; elle est souvent présente dans les langages de haut-niveau où les développeurs n'ont pas à s'occuper de la mémoire manuellement.

Typage statique

Le typage est dynamique : le type des variables peut changer.

Multi-paradigmes

Licence libre

Quiz - Méthode

Comment déclarer une variable ma_variable contenant un entier ?

int ma_variable;

ma_variable = 42

int ma_variable = 42

Aucune de ces réponses

Le typage est dynamique donc il n'y a pas besoin de spécifier le type.

Lesquels de ces éléments est à privilégier pour stocker les chaînes "Python", "Vipère", "Anaconda" afin d'itérer dessus ultérieurement ?

Un dictionnaire

Une liste

Une fonction

Une exception

En Python, la liste est équivalente au tableau de JavaScript.

Une instruction while

Une instruction for

Une instruction if

Aucune de ces réponses

On utilise une boucle while, car on ne sait pas quand est-ce que l'utilisateur voudra quitter le programme.

Appairez les termes déclarations suivantes :

	Variable conforme à la convention PEP 8 `vitesse_max = 300`
	Constante conforme à la convention PEP 8 `VITESSE_MAX = 300`
	Déclaration non conforme à la convention PEP 8 `vitesse-max = 300` `VitesseMax = 300`

Quiz - Code

Le programme renvoie une erreur.

Défi

L'objectif est de réaliser un programme pour un distributeur de billets de banque.

Écrire un programme ayant une boucle infinie qui affiche ce menu à l'utilisateur :

1. Retrait 10 €

2. Retrait 20 €

3. Retrait 50 €

4. Retrait 100 €

5. Autre montant

6. Quitter

Ajouter la structure conditionnelle nécessaire pour sortir de la boucle si l'utilisateur entre « 6 ».

Simuler une boucle infinie avec while et un booléen. Ce booléen restera à true tant que l'utilisateur n'aura pas entré le nombre 6.

On demande une chaîne de caractères à l'utilisateur avec la fonction input().

stay_in_loop = True
while stay_in_loop:
    print("============================")
    print("Choisir une option")
    print("1. Retrait 10€")
    print("2. Retrait 20€")
    print("3. Retrait 50€")
    print("4. Retrait 100€")
    print("5. Autre montant")
    print("6. Quitter")
    user_input = input()
    if user_input == "6":
        stay_in_loop = False

stay_in_loop permet de dire à la boucle que l'on souhaite y rester. Lorsque l'utilisateur entre 6, stay_in_loop passe à False.

Compléter la structure conditionnelle pour demander à l'utilisateur quel montant il souhaite retirer quand il entre « 5 ».

Le mot-clé elif permet de définir une alternative de type sinon si.

stay_in_loop = True
while stay_in_loop:
    print("============================")
    print("Choisir une option")
    print("1. Retrait 10€")
    print("2. Retrait 20€")
    print("3. Retrait 50€")
    print("4. Retrait 100€")
    print("5. Autre montant")
    print("6. Quitter")
    user_input = input()
    if user_input == "5":
        amount = input("Veuillez choisir un montant : ")
    elif user_input == "6":
        stay_in_loop = False

Compléter la structure conditionnelle pour afficher « Vous avez retiré x € » avec « x » le montant retiré.

print() permet d'afficher des chaînes de caractères sur la console.

stay_in_loop = True
while stay_in_loop:
    print("============================")
    print("Choisir une option")
    print("1. Retrait 10€")
    print("2. Retrait 20€")
    print("3. Retrait 50€")
    print("4. Retrait 100€")
    print("5. Autre montant")
    print("6. Quitter")
    user_input = input()
    if user_input == "1":
        print("Vous avez retiré 10€")
    elif user_input == "2":
        print("Vous avez retiré 20€")
    elif user_input == "3":
        print("Vous avez retiré 50€")
    elif user_input == "4":
        print("Vous avez retiré 100€")
    elif user_input == "5":
        amount = input("Veuillez choisir un montant : ")
        print("Vous avez retiré " + amount + "€")
    elif user_input == "6":
        stay_in_loop = False

Terminer la structure conditionnelle pour gérer le cas où l'utilisateur se trompe dans sa sélection au menu.

L'alternative par défaut (sinon) s'écrit else.

stay_in_loop = True
while stay_in_loop:
    print("============================")
    print("Choisir une option")
    print("1. Retrait 10€")
    print("2. Retrait 20€")
    print("3. Retrait 50€")
    print("4. Retrait 100€")
    print("5. Autre montant")
    print("6. Quitter")
    user_input = input()
    if user_input == "1":
        print("Vous avez retiré 10€")
    elif user_input == "2":
        print("Vous avez retiré 20€")
    elif user_input == "3":
        print("Vous avez retiré 50€")
    elif user_input == "4":
        print("Vous avez retiré 100€")
    elif user_input == "5":
        amount = input("Veuillez choisir un montant : ")
        print("Vous avez retiré " + amount + "€")
    elif user_input == "6":
        stay_in_loop = False
    else:
        print("Mauvaise entrée")

Conclusion

Nous avons vu que Python est un langage très populaire du fait de sa simplicité de prise en main. Il offre les mêmes structures et fonctions de base que les langages de programmation les plus répandus, comme JavaScript, mais sa syntaxe est plus accessible. Sa communauté est importante, ce qui le rend très utile pour débuter, car les ressources ne manquent pas pour aider à progresser.

Cependant, cette simplicité n'en fait pas un simple langage d'apprentissage. Il est utilisé dans de nombreux projets sérieux, comme par exemple dans la recherche scientifique ou au niveau des algorithmes d'intelligence artificielle.