Introduction à Python

Découvrir la programmation avec Python

Programmer, c’est donner des instructions très précises à un ordinateur pour qu’il exécute automatiquement des tâches : faire des calculs, répéter des opérations, traiter des données, simuler des expériences, afficher des résultats.

Un programme n’est rien d’autre qu’une suite d’instructions écrites dans un langage que l’ordinateur comprend. Python est l’un de ces langages. Il est très utilisé parce qu’il est lisible, puissant et particulièrement adapté aux sciences, aux mathématiques et à l’analyse de données.

Dans cette page, on part de zéro. L’objectif n’est pas d’aller vite, mais de comprendre ce que l’on fait : lire un petit programme, modifier quelques lignes, et observer immédiatement le résultat.

Variables et calculs : les bases de tout programme

Avant même de parler d’affichage ou d’interaction, il faut comprendre ce qu’est l’essentiel d’un programme : manipuler des informations et faire des calculs.

En Python, on stocke des informations dans des variables. Une variable est simplement un nom auquel on associe une valeur.

x = 3
y = 5
somme = x + y

Ici, Python :

• stocke 3 dans la variable x,
• stocke 5 dans la variable y,
• calcule x + y et stocke le résultat dans somme.

Le symbole = ne signifie pas « égal » comme en mathématiques, mais « prend la valeur ».

Python sait faire naturellement des opérations élémentaires :

2 + 3     # addition
7 - 4     # soustraction
5 * 6     # multiplication
8 / 2     # division
3 ** 2    # puissance

On peut bien sûr combiner calculs et variables :

a = 4
b = 7
moyenne = (a + b) / 2

Un programme est donc, au départ, une suite de lignes qui créent des variables et effectuent des calculs.

Afficher des informations à l’écran : print

Un programme ne sert pas seulement à faire des calculs « dans sa tête ». Très souvent, il a besoin de communiquer avec l’utilisateur : afficher un message, montrer un résultat, donner une information.

En Python, c’est la fonction print qui sert à cela. À chaque fois que Python rencontre une instruction print, il affiche quelque chose à l’écran.

On peut aussi afficher plusieurs choses à la fois, séparées par des virgules.

print("2 + 3 =", 2 + 3)
print("Le carré de 4 est", 4**2)

Dans une instruction print, on peut mélanger : du texte, des variables et des calculs.

Ce qui est entre guillemets est du texte : Python l’affiche tel quel. Ce qui est sans guillemets est une expression Python : soit un calcul à effectuer (et dans ce cas Python affiche le résultat), soit une variable (et dans ce cas Python affiche le contenu de la variable).

Par exemple, si on a défini auparavant une variable u :

u = 5
print("u =", u)

Python affiche alors le texte u =, puis le contenu de la variable u (donc ici il affiche u = 5).

Dans la ligne print("2 + 3 =", 2 + 3) :

• "2 + 3 =" est simplement un message affiché à l’écran,
• 2 + 3 est un calcul que Python effectue,
• Python affiche 2 + 3 = 5 à l'écran.

Autrement dit, les guillemets servent à indiquer un texte à afficher, alors que sans guillemets, Python comprend qu’il doit afficher la valeur d’une variable ou le résultat d’un calcul.

Demander une valeur à l’utilisateur : input

Pour fonctionner, un programme a souvent besoin d’informations fournies par l’utilisateur : une valeur, un paramètre, un nombre, un nom, etc.

En Python, la fonction input permet de poser une question à l’utilisateur et de récupérer sa réponse. Cette réponse est ensuite stockée dans une variable.

age = input("Quel âge as-tu ? ")
print("Tu as", age, "ans")

Ici, Python :

• affiche la question Quel âge as-tu ?,
• attend que l’utilisateur tape une réponse,
• stocke cette réponse dans la variable age,
• puis l’affiche grâce à print.

Point très important : la fonction input renvoie toujours du texte. Même si tu tapes un nombre, Python le considère comme une chaîne de caractères.

Or, pour faire des calculs, Python a besoin de vrais nombres. Il faut donc convertir ce texte en valeur numérique avant de le stocker dans la variable.

On utilise pour cela :

• int(...) pour un entier,
• float(...) pour un réel.

age = int(input("Quel âge as-tu ? "))
print("Dans un an, tu auras", age + 1, "ans")

Cette fois, la variable age contient un nombre. Python peut donc effectuer un calcul dessus.

On peut résumer ainsi :

• input sert à récupérer une information,
• int ou float servent à transformer cette information en nombre,
• la variable permet de mémoriser cette valeur pour la suite du programme.

Les bibliothèques : utiliser des outils déjà prêts

Programmer ne consiste pas à tout recréer soi-même. Une grande partie du travail repose sur l’utilisation de bibliothèques : des ensembles de fonctions déjà écrites, testées et optimisées.

Une bibliothèque permet par exemple de manipuler des matrices, de faire du calcul scientifique, de générer des nombres aléatoires ou de tracer des graphiques.

En Python, pour pouvoir utiliser une bibliothèque, il faut l’importer.

Importer une bibliothèque entière : import ... as ...

La forme la plus utilisée consiste à importer une bibliothèque sous un nom abrégé.

import numpy as np

Ici, np est un raccourci pour numpy. On utilisera ensuite les fonctions de la bibliothèque en écrivant par exemple :

np.exp(2)     # exponentielle de 2
np.sqrt(5)     # racine carrée de 5
np.pi     # valeur approchée de π
np.mean(A)     # moyenne des valeurs d'un tableau

L’intérêt du as np est double :

• écrire plus court,
• éviter les confusions entre fonctions de différentes bibliothèques.

C’est la méthode standard en prépa pour les bibliothèques importantes.

Importer directement des fonctions : from ... import ...

On peut aussi importer directement certaines fonctions d’une bibliothèque :

from numpy import sqrt, exp

On peut alors écrire directement :

sqrt(2)
exp(1)

sans préciser le nom de la bibliothèque.

Cette méthode est pratique quand on n’utilise que quelques fonctions bien identifiées, mais elle peut rendre le code moins lisible si on importe beaucoup de fonctions issues de plusieurs bibliothèques.

Bibliothèques principales au programme

En prépa ECG, on utilisera notamment :

• numpy : calcul numérique, vecteurs, matrices, statistiques.
• numpy.linalg : algèbre linéaire (inverses, systèmes, valeurs propres…).
• numpy.random : génération de variables aléatoires.
• scipy.special : fonctions mathématiques spéciales.
• matplotlib.pyplot : tracés de courbes et graphiques.

Chacune de ces bibliothèques fera l’objet de pages spécifiques. Ici, l’objectif est simplement de comprendre leur rôle et comment les importer correctement.

a = float(input("a = "))
b = float(input("b = "))

print("a + b =", a + b)

print("a × b =", a * b)

print("moyenne =", (a + b) / 2)