Algorithmique Appliquée

BTS SIO SISR

Bibliothèques Python

Plan

  • Programmation modulaire
  • Bibliothèque standard
  • Focus sur les fichiers
  • Gestionnaire de paquets
  • Discussion sur les licences

Programmation modulaire

Taille d'une fonction

  • Combien de responsabilités doit avoir une fonction ?
  • 1 fonction ➡️ 1 responsabilité.
  • En moyenne, une fonction doit faire entre 7 et 15 lignes.
  • Une fonction qui fait plus de 30 lignes doit être découpée en plusieurs fonctions plus simples.

Exemples de responsabilités

  • Effectuer un calcul (ex : racine carrée).
  • Rechercher une valeur (ex : recherche binaire)
  • Appliquer une transformation (ex : nombre textuel vers numérique).
  • Afficher un résultat (ex : une matrice).

Ne pas se répéter

  • Lorsque l'on observe un motif qui se répète dans le code, il y a un problème.
  • Ces répétitions sont le signe d'une duplication de code.
  • A la place, il faut créer des fonctions et les appeler.
  • Le processus de modification du code pour supprimer les duplications s'appelle la refactorisation.
  • Il s'agit d'une bonne pratique du génie logiciel.

Notion de script modulaire

  • On rassemble les fonctions de même nature dans un script.
  • Par exemple, on peut avoir un script racine.py qui contient les fonctions racine_carree et racine_cubique.
  • On pourrait avoir un autre script nommé chaine_caracteres.py qui contient des fonctions de manipulation de chaînes de caractères.

Module

  • Un module est un fichier .py contenant des définitions et des déclarations Python.
  • Le script racine.py est donc un module.

Module racine.py
Fichier racine.py Explorateur de fichiers

Utilisation d'un module

  • On emploie le mot clé import pour utiliser une bibliothèque de fonctions.
  • Par exemple, avec le module racine.py :
import racine

cinq = racine.racine_carree(25)
print(cinq)

trois = racine.racine_cubique(27)
print(trois)

Autre exemple avec math

import math

print(math.cos(0))

⬇️

1.0

Intérêt du préfixe

  • Lorsque l'on importe un module, on doit employer module.f() pour appeler la fonction f définie dans module.py.
  • On appelle ce préfixe une qualification complète (fully qualified 🇬🇧).
  • L'objectif est d'éviter la collision de nom.
  • En effet, plusieurs modules peuvent définir une fonction f.

Importer une fonction spécifique

from racine import racine_carree

cinq = racine_carree(25)
print(cinq)

⬇️

5.000000000016778

⚠️ Les autres fonctions sont invisibles

from racine import racine_carree

trois = racine_cubique(27)
print(trois)

⬇️

NameError: name 'racine_cubique' is not defined

⚠️ Le module aussi est invisible

from racine import racine_carree

trois = racine.racine_cubique(27)
print(trois)

⬇️

NameError: name 'racine' is not defined

Tout importer ? 💀

from racine import *

cinq = racine_carree(25)
print(cinq)

trois = racine_cubique(27)
print(trois)

⬇️

5.000000000016778
3.000000000000002

Inconvénients de tout importer

  • On perd l'avantage de la qualification complète.
  • On peut donc avoir des collisions de noms.
  • Le code est également plus difficle à comprendre car on ne sait pas d'où viennent les fonctions utilisées.

Alias

import racine as rcn

cinq = rcn.racine_carree(25)
print(cinq)

trois = rcn.racine_cubique(27)
print(trois)

⬇️

5.000000000016778
3.000000000000002

Importer une liste d'objets

from math import cos, sin, pi

print(cos(0))
print(cos(pi))
print(sin(0))
print(sin(pi))

⬇️

1.0
-1.0
0.0
1.2246467991473532e-16

La fonction principale (1/2)

  • Lorsque l'on exécute un script en ligne de commande, l'interpréteur assigne la chaîne de caractère "__main__" à la variable globale __name__.
  • Cela permet de distinguer le cas où un script est importé avec import, du cas où un script est exécuté indépendamment.

La fonction principale (2/2)

def main():
    # On peut par exemple tester le bon fonctionnement de 
    # racine_carree et racine_cubique ici.
    pass

if __name__ == "__main__":
    # Exécuté uniquement si le script est lancé en ligne de commande
    main()

Tour d'horizon de la bibliothèque standard Python

Bibliothèque standard

  • Le langage python est constitué de l'ensemble des mots clés tels que while, for, if, de sa grammaire et de quelques fonctions de base comme max et range.
  • Pour effectuer des opérations plus avancées, on doit utiliser des modules de la bibliothèque standard.
  • Par exemple : le module math.

Services offerts (1/4)

  • Collections supplémentaires.
  • Hiérarchie d'exceptions.
  • Traitement de texte.
  • Fonctions mathématiques.
  • Module de programmation fonctionnelle.

Services offerts (2/4)

  • Système de fichiers.
  • Persistance dans une base de données.
  • Algorithmes de compression.
  • Algorithmes de cryptographie.
  • Services de gestion de système d'exploitation.

Services offerts (3/4)

  • Concurrence et parallélisation (multithreading).
  • Réseau et communication inter-processus.
  • Protocoles Internet.
  • Parsers (HTML, XML, JSON, etc.).
  • Services multimedia.

Services offerts (4/4)

  • Internationalisation (i.e. plusieurs langues).
  • Interface Graphique avec Tk.
  • Outils de développement et de débogage.
  • Gestionnaire de paquets.
  • Interpréteur Python (AST, Tokenizer, etc.).

Byte

Exemple de collections supplémentaires

octets = b"1 2 3"
print(octets)

chaine = octets.decode()
print(chaine)

liste = octets.split()
print(liste)

⬇️

b'1 2 3'
1 2 3
[b'1', b'2', b'3']

Expression régulière

Exemple de traitement de texte

import re

chaine = "si ton tonton tond ton tonton, ton tonton sera tondu"
expression = r"\bton[a-z]*"
resultat = re.findall(expression, chaine)
print(resultat)

⬇️

['ton', 'tonton', 'tond', 'ton',
 'tonton', 'ton', 'tonton', 'tondu']

Nombres complexes

Exemple de fonctions mathématiques

import cmath

c = complex(cmath.e, 0.0) # e
print(c)
print(cmath.log(c))       # 1

c = complex(cmath.e, 1.0) # e + i
print(c)
print(cmath.log(c))

⬇️

(2.718281828459045+0j)
(1+0j)
(2.718281828459045+1j)
(1.0634640055214861+0.352513421777619j)

SQLite - Exemple de persistance (1/2)

import sqlite3

# Création d'une base de données en mémoire
connection = sqlite3.connect(':memory:')
curseur = connection.cursor()

# Création d'une table
curseur.execute("""CREATE TABLE personnage
                  (nom, prenom, age)""")

# Insertion d'une ligne dans la table
curseur.execute("""INSERT INTO personnage
                   VALUES ('Tyrion', 'Lannister', 27)""")

# Commit la transaction actuelle
connection.commit()

# Suite sur la diapositive suivante...

SQLite - Exemple de persistance (2/2)

# Parcourt des personnages dans la BD
personnages = curseur.execute("SELECT * FROM personnage")
for perso in personnages:
    print(perso)

# Fermeture de la connection (important)
connection.close()

⬇️

('Tyrion', 'Lannister', 27)

ZLib

Exemple d'algorithmes de compression

import zlib

chaine = "Lorem Ipsum blabla"
octets = chaine.encode()

compresse = zlib.compress(octets, zlib.Z_BEST_COMPRESSION)
print(compresse[:11])

decompresse = zlib.decompress(compresse)
print(decompresse[:11])

⬇️

b'x\xda\xf3\xc9/J\xcdU\xf0,('
b'Lorem Ipsum'

Hash

Exemple d'algorithmes de cryptographie

import hashlib

hash = hashlib.sha512(b"Personne ne doit savoir...")
hexa = hash.hexdigest()
print(hexa[:15])

⬇️

c8c43d2d251edb0

Lancement d'une commande système

Exemple de services de SE

import os

if os.name == "posix":
    os.system("ls")
else:
    os.system("dir")

⬇️

assets  cours  environment.yml  LICENSE         node_modules
bin     dist   includes         marp.config.js  now.json

Lancement d'un fil d'exécution

Exemple de concurrence

from threading import Thread 

def bonjour():
    print("bonjour depuis le thread")

thread = Thread(None, bonjour)
thread.start()
thread.join()

⬇️

bonjour depuis le thread

Echange TCP - Exemple réseau (1/2)

Serveur socket TCP
import socket

# Lie une socket sur l'IP 127.0.0.1 et le port 8080
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1', 8080))
s.listen(1)
connexion, _ = s.accept()

# Attend un message
while True:
    message = connexion.recv(1024)
    if not message: break
    connexion.sendall(message)

# Ferme la socket et la connexion (important)
connexion.close()
s.close()

Echange TCP - Exemple réseau (2/2)

Client socket TCP
import socket

# Ouvre une socket sur l'IP 127.0.0.1 et le port 8080
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('127.0.0.1', 8080))

# Envoi un message
s.sendall(b'Bonjour')

# Attend une réponse
reponse = s.recv(1024)

# Ferme la socket (important)
s.close()

print(reponse)

Requête HTTP - Exemple de Protocoles Internet

import http

# Créé une connexion HTTP
connexion = http.client.HTTPSConnection('yvo.solutions')

# Envoie une requête GET pour récupérer la page principale
connexion.request("GET", "/")

# Récupère et affiche la réponse
reponse = connexion.getresponse()
print(reponse.status, reponse.reason)
print(reponse.read()[:15])

# Ferme la connexion HTTP
connexion.close()

⬇️

200 OK
b'<!doctype html>'

Désérialisation JSON - Exemple de Parsers

import json

# Désérialise une chaîne représentant un objet JSON
chaine1 = """{ "nom": "Tyrion", "prenom": "Lannister", "age": 27 }"""
dico = json.loads(chaine1)

# Applique une modification
dico["adresse"] = "Lannisport"

# Sérialise en chaine représentant un object JSON
chaine2 = json.dumps(dico, sort_keys=True, indent=4)
print(chaine2)

⬇️

{
    "adresse": "Lannisport",
    "age": 27,
    "nom": "Tyrion",
    "prenom": "Lannister"
}

Création d'un gif animé

Exemple de Services multimedia

import imageio

fichiers = ["img1.png", "img2.png", "img3.png"]
animation = "animation.gif"
images = [imageio.imread(fichier) for fichier in fichiers]
imageio.mimsave(animation, images, fps=3)

⬇️
img1.png img2.png img3.png animation.gif

Affichage de l'AST - Exemple d'interpréteur Python

import ast

noeud = ast.parse("[1, 2, 3]", mode='eval')
arbre = ast.dump(noeud, indent=4)
print(arbre)

⬇️

Expression(
    body=List(
        elts=[
            Constant(value=1),
            Constant(value=2),
            Constant(value=3)],
        ctx=Load()))

Focus sur les fichiers

Fichiers

  • Tous les principaux systèmes d'exploitation offrent un système de fichiers.
  • Cela permet de sauvegarder des données.
  • Python offre de nombreux services pour manipuler les fichiers.

Ouverture et fermeture

# Ouvre le fichier
fichier = open("fichier.txt")

# Ferme le fichier (important)
fichier.close()

Lecture

fichier = open("fichier.txt")

for ligne in fichier:
    print(ligne)

fichier.close()

⬇️

Bonjour

Ecriture

fichier = open("fichier.txt", "w")

fichier.write("Bonjour, monde\n")
fichier.write("Bienvenu\n")

fichier.close()

⬇️

Ajout à la fin

fichier = open("fichier.txt", "a")

fichier.write("Avé, César\n")
fichier.write("Ils sont fous ces Romains !\n")

fichier.close()

⬇️

Buffer et flush

  • Un appel à write ne produit pas une écriture immédiate sur disque.
  • Cette manière de fonctionner serait trop lente en pratique.
  • A la place, il existe des caches intermédiaires.
  • Pour demander une écriture sur disque, on doit appeler flush.

Garantir la fermeture avec with

  • Pour éviter les fuites de ressources, on peut utiliser with.
  • A la fin du bloc with, le fichier est automatiquement fermé.
  • Il est conseillé de toujours utiliser with lorsqu'une action de fin est obligatoire.
with open("fichier.txt") as fichier:
    for ligne in fichier:
        print(ligne)

TP : Initiation aux fichiers

TP : Initiation aux fichiers

Lien vers le sujet de TP.

Introduction aux paquets

Gestionnaire de paquets pip

Au-delà de la bibliothèque standard

  • La bibliothèque standard Python ne couvre pas tous les besoins.
  • La bibliothèque standard n'a pas vocation à couvrir tous les besoins.
  • Il existe un écosystème riche de bibliothèques tierces.
  • Comment utiliser ces bibliothèques tierces ?

Gestionnaire de paquets

  • Les différentes bibliothèques sont distribuées sous forme de paquets.
  • L'installation d'un paquet permet l'utilisation de la bibliothèque.
  • On peut alors importer les modules de la bibliothèque tierce.
  • L'installation se fait via un gestionnaire de paquets.

pip et conda

  • Il existe différents gestionnaires de paquets pour Python.
  • pip et conda sont les plus utilisés.
  • Nous allons utiliser pip dans ce cours.

Syntaxe

# Installe paquet
python3.9 -m pip install paquet

# Met à jour paquet
python3.9 -m pip install -U paquet

Quelques exemples (1/2)

  • NumPy : tableau à N dimensions et algèbre linéaire.
  • MatPlotLib : affichage de graphes 2D et 3D.
  • Panda : tableur et analyse statistique.
  • SimPy : résolution d'équations symboliques.
  • scikit-image : traitement d'images.

Quelques exemples (2/2)

  • graph-tool : analyse de graphes.
  • Django : bibliothèque web pour faire un site web.
  • FastAPI : bibliothèqe pour écrire des web services.
  • FastAI : réseaux de neurones profonds.
  • TensorFlow : apprentissage par machine.

Discussion sur les licences

Logiciel Gratuit

  • Vous avez le droit d'installer et d'utiliser gratuitement le logiciel.
  • Vous n'avez pas forcément accès au code source.
  • Le logiciel reste soumis aux droits d'auteur.
  • Par défaut, vous n'avez notamment pas le droit de redistribuer le logiciel.

Logiciel Open Source

  • Open Source veut simplement dire que le code source est à disposition pour être lu.
  • Il existe de nombreuses licences Open Source plus ou moins permissives.
  • Vous ne pouvez pas faire ce que vous voulez.
  • Un logiciel propriétaire et payant peut être Open Source.

Logiciel Libre

  • Le logiciel Libre est obligatoirement Open Source.
  • Tout le monde a le droit de lire, modifier et redistribuer des logiciels libres.
  • Les modifications d'un logiciel libre doivent être mises à disposition de toute la communauté.
  • Si on utilise le code source d'un logiciel libre, notre logiciel devient de facto libre également.
  • Cela ne signifie pas que le logiciel est libre de droits.

GPL

  • Célèbre licence de Richard Stallman et de la Free Software Foundation.
  • Licence utilisée pour le projet GNU (GCC, GTK, etc.) et le kernel Linux.
  • C'est la licence libre la plus restrictive.
  • Si vous utilisez du code sous GPL, votre code est sous GPL.
  • Toujours consulter le service juridique d'une entreprise avant d'envisager utiliser du code sous GPL.

LGPL

  • C'est la Lesser GPL.
  • Cette licence est beaucoup moins restrictive.
  • Du code propriétaire est en droit d'utiliser du code sous LGPL.
  • C'est notamment le cas des programmes en espace utilisateur sous GNU/Linux.

MIT

  • Initialement une alternative à la GPL.
  • Issue de la célèbre université de Boston.
  • Utilisation possible sans problème dans des projets industriels.

Les autres...

BSD, Apache, ...
  • A chaque fois que vous voulez utiliser une nouvelle bibliothèque, regardez la licence associée.
  • S'il n'y a pas de licence, cherchez une alternative.
  • Lisez les restrictions associées à cette licence.
  • Si vous pensez que les restrictions sont trop contraignantes, cherchez une autre bibliothèque.
  • Demandez à votre manager ou au service juridique si vous avez le droit d'utiliser cette licence.

TP : Courbes et traitement d'images

TP : Courbes et traitement d'images

Lien vers le sujet de TP.

Programmation Orientée Object

Optionnel (hors programme)

Classe

  • Une classe regroupe données et fonctions agissant sur ces données.
  • Les données s'appellent données membres.
  • Les fonctions s'appellent méthodes.
  • Encapsulation : certaines données membres et méthodes sont privées.

Devoir à la Maison 05

DM : Plus de modules

Lien vers le sujet de DM.