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Programmation Python De l'initiation au calcul scientifique

par: H et A, Djelouah
Disponible
Pages 270
Dimensions 16*23,5
Publication 2021-10-03
Éditeur —
Papier : 1 500.00 DA Numérique: 750.00 DA

Que ce soit dans le domaine de la recherche scientifique ou de l’ingénierie, il est aujourd’hui nécessaire de maîtriser un langage de programmation. Se pose alors la question du choix du langage de programmation à utiliser parmi la pléthore des options existantes. Python est le choix fait par de nombreux ingénieurs et chercheurs à tra- vers le monde dans tous les domaines, en raison de la richesse des librairies disponibles et de ses nombreuses interfaces. Ce livre a pour objet l’apprentissage des bases fondamentales de Python et de son application au calcul scientifique. Il s’adresse en premier lieu à des lecteurs ayant quelques rudiments de programmation. Typiquement cela cor- respond aux étudiants de deuxième année des filières scientifiques (MI, ST et SM) des universités, des classes préparatoires et des écoles d’ingénieurs. Il peut également être d’une grande utilité aux étudiants en master, aux in- génieurs et chercheurs qui maîtrisent un langage de programmation tel que MATLAB ou autre. Les notions les plus élémentaires de la programmation Python sont pré- sentées de manière concise, pour permettre au lecteur d’atteindre rapidement un niveau suffisant pour aborder le calcul scientifique. Pour les lecteurs n’ayant jamais programmé, certaines explications pour- raient apparaître par moment sommaires. Dans ce cas de figure, nous recom- mandons de considérer ce livre comme une feuille de route qui indique les notions principales à acquérir . Le lecteur pourra l’accompagner de tutoriels en ligne pour approfondir certaines de ces notions élémentaires de program- mation. Il reste maintenant à répondre de manière un peu plus élaborée à la ques- tion :Pourquoi Python ? — Python est un langage de programmation puissant et facile à apprendre Il est gratuit, sous licence libre et multiplateforme avec une large base d’utilisateurs. En 2021,il est le 3ème langage le plus populaire sur le forum de développement stackover flow. — Python est maintenant un langage établi.Son développement a été ini- tiéen 1989 parle hollandais GuidovanRossu met la version1 est sortie en 1994,soit deux ans avant la première version officielle de Java. — il dispose d’un nombre de librairies gratuites en progression constante, qui vont du calcul scientifique aux applications Web. En ce qui concerne les applications scientifiques, l’écosystème SciPy, avec son ensemble de librairies gratuites et open source, offre une base puis- sante sur laquelle l’utilisateur peut construire ses propres programmes. Ces librairiestirentavantagedesinterfacesexistantesentrePython et C/C++ ou Fortran pour allierrapiditéet facilitéd’utilisation. La liste suivante donne une idée des possibilités offertes sous Python : — Calcul scientifique(librairieNumPy), — Graphisme(librairiematplotlib), — Traitement duson,dela synthèse vocale (librairieeSpeak), — Traitement d’image(OpenCV), — Bio-informatique(librairie BioPython ), — Applications Web(frameworks WebFlask,Django), — Bases de données(librairie MySQLdb...), Ce livre est structuré en deux parties.Les fondamentaux de Python sont présentés dans la première partie, tandis que la seconde partie est consacrée à l’utilisation de Python pour le calcul scientifique tel que pratiqué dans le domainedessciencesettechniques. La première partie du livre,du chapitre I au chapitre V,introduit les notions essentielles en Python . Dans le chapitre I, sont présentées les principales commandesdebaseainsiquelesrèglesdulangage.Nous abordons ensuite les types de données au chapitre II,et présentons les différents types de conteneurs au chapitre III. Dans ces premiers chapitres nous avons utilisé principalement le mode interactif pour visualiser rapidement les résultats. Au chapitre IV, nous com- mençons à écrire les premiers scripts grâce aux instructions de contrôle,avant depasser à la notion de fonctions au chapitre V La seconde partie du livre ,du chapitre VI au chapitre IX,se focalise sur les modules et librairies qui font de Python un langage puissant pour le calcul scientifique. Nous commençons par présenter la notion de module au chapitre VI. Le chapitre VII est dédié aux paquets Numpy et Scipy dont la maitrise estindispensablepourlecalculscientifique. Le chapitre VIII est consacré aux possibilités de tracé des graphes sous Python . Le calcul symbolique sous Python est présenté dans le chapitre IX. Deux annexes sont respectivement consacrées au format d’impression des chaînes de caractères et à la gestion des fichiers sous Python.

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Avant-Propos
Prise en Main
1 Installation
1.1 Installation simplifiée avec Anaconda
1.2 Installation manuelle
1.3 Lancer Python
2 Utiliser Python
2.1 Exemples en mode interactif avec IPython
2.2 Exécuter un programme dans un terminal
3 Spyder et Jupyter
3.1 Exemple avec Spyder
3.2 Exemple avec Jupyter
4 Comment utiliser ce livre
Types de données
1 Les types numériques
1.1 Le type int
1.2 Le type float
1.3 Le type complex
1.4 Le type boolean
1.5 Transtypage
1.6 Opérateurs arithmétiques
2 Chaînes de caractères
2.1 Création
2.2 Fonctions de chaînes
2.3 Méthodes
2.4 Opérations sur les chaînes
Exercices
Correction des exercices
Conteneurs
1 Listes
1.1 Création d’une liste
1.2 Accès aux éléments d’une liste
1.3 Fonctions de listes
1.4 Méthodes
1.5 Concaténation et répétition
2 Tuples
2.1 Créer un tuple
2.2 Accès aux éléments d’un tuple
3 Dictionnaires
3.1 Les éléments des dictionnaires
3.2 Méthodes
4 Sets
Exercices
Correction des exercices
Instructions de contrôle
1 Tests logiques
2 L’instruction if
2.1 elif
2.2 else
2.3 inline if
2.4 Opérateurs logiques and et or
2.5 if imbriqué
2.6 pass
3 La boucle while
3.1 L’instruction break
3.2 L’instruction continue
3.3 L’instruction else
4 La boucle for
4.1 for
4.2 break
4.3 continue
4.4 range
4.5 else dans une boucle for
4.6 Boucles for imbriquées
4.7 Application aux listes
Exercices
Correction des exercices
Fonctions
1 Fonctionnement
2 Fonctions intégrées
3 Fonctions définies par l’utilisateur
3.1 Paramètres d’une fonction
3.2 Valeur de retour d’une fonction
3.3 Le mot-clé pass
4 Docstrings
5 Arguments d’une fonction en Python
5.1 Arguments de position
5.2 Arguments avec étiquettes
5.3 Arguments par défaut
5.4 Arguments de longueur variable
6 Fonction récursive
7 Portée et durée de vie des variables
7.1 Mot-clé global
7.2 Mot-clé nonlocal
8 Fonction anonyme / Lambda
9 Fonction map()
10 Fonction filter()
Exercices
Correction des exercices
Fonctions et Modules
1 Import
2 Aide
3 Le module math
4 Le module cmath
5 Le module random
6 Le module statistics
7 Le module os
8 Le module glob
9 Importer un module depuis un package
10 Comment écrire un module
Exercices
Correction des exercices
Calcul Scientifique
1 Principaux packages
2 Numpy
2.1 Type ndarray
2.2 Création de tableaux
2.3 Tableaux particuliers
2.4 Vérification du type de données
2.5 Dimension d’un tableau
2.6 Forme d’un tableau
2.7 Accès aux éléments
2.8 Extraction d’une partie
2.9 Remodelage
2.10 Fonctions mathématiques
2.11 Polynômes
2.12 Opérations tableaux / matrices
2.13 Algèbre linéaire
3 Scipy
3.1 Fonctions spéciales
3.2 scipy.integrate
3.3 Optimisation
Exercices
Correction des exercices
Graphisme
1 Graphes 2D
1.1 Tracé de fonction
1.2 Superposition de plusieurs fonctions
2 Autres types de graphes
2.1 Courbes paramétrées
2.2 Coordonnées polaires
2.3 Échelle semi-logarithmique ou log-log
2.4 Remplissage
2.5 Données discrètes
2.6 Commande subplot
3 Graphes 3D
3.1 Courbes paramétrées
3.2 Contour
3.3 Surfaces
4 Gestion des fenêtres graphiques
4.1 Ouverture / fermeture
4.2 Sauvegarde
4.3 Modification d’une figure
Exercices
Correction des exercices
Calcul symbolique
1 Introduction
2 Bases du calcul symbolique
2.1 Objets symboliques
2.2 Expressions symboliques
3 Calcul symbolique
3.1 Simplification
3.2 Développement
3.3 Factorisation
3.4 Substitution
3.5 Affichage
3.6 Dérivation
3.7 Limites
3.8 Intégration
3.9 Sommation
3.10 Produit
3.11 Séries de Taylor
3.12 Transformations intégrales
3.13 Résolution d’équations
4 Graphes
Exercices
Correction des exercices
Annexe A — Format
1 f-strings
1.1 Prise en main
1.2 Spécification de format
2 Formatage avec %
3 Formatage avec .format
4 Choix de la méthode
Annexe B — Fichiers
1 Gestion des fichiers
2 Syntaxe
3 Lecture
3.1 Lecture totale
3.2 Lecture partielle
4 Fermeture
5 Écriture
5.1 Écrire dans un fichier existant
5.2 Créer un fichier
6 Contexte with
7 Suppression de fichier
7.1 Supprimer un fichier
7.2 Vérifier l’existence
7.3 Supprimer un répertoire
Bibliographique
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