Constructions classiques¶

Constructions fréquentes¶

calcul d’une somme

Le calcul d’une somme fait toujours intervenir une boucle car le langage Python ne peut faire des additions qu’avec deux nombres. Le schéma est toujours le même : initialisation et boucle.

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li = [0, 434, 43, 6456]
s = 0  # initialisation
for l in li:  # boucle
    s += l  # addition
print(s)

>>>

Ce code est équivalent à la fonction sum. Dans ce cas où la somme intègre le résultat d’une fonction (au sens mathématique) et non les éléments d’une liste, il faudrait écrire :

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def fonction(x):
    return x


li = [0, 434, 43, 6456]
s = 0
for l in li:
    s += fonction(l)
print(s)

>>>

Et ces deux lignes pourraient être résumées en une seule grâce à l’une de ces instructions :

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def fonction(x):
    return x


li = [0, 434, 43, 6456]
s1 = sum([fonction(l) for l in li])
s2 = sum(fonction(l) for l in li)
s3 = sum(map(fonction, li))
print(s1, s2, s3)

>>>

    6933 6933 6933

L’avantage des deux dernières instructions est qu’elles évitent la création d’une liste intermédiaire, c’est un point à prendre en compte si la liste sur laquelle opère la somme est volumineuse.

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.somme, line 6)

calcul de la somme des dix premiers entiers au carré

Ce calcul simple peut s’écrire de diffèrentes manières.

s = 0
for i in range(1, 11):
    s += i**2

D’une façon abrégée :

s = sum ( [ i**2 for i in range(1, 11) ] )

(entrée originale : classiques.py:docstring of teachpyx.examples.classiques.dix_entiers_carre, line 18)

comptage

On souhaite ici compter le nombre d’occurrences de chaque élément d’un tableau. Par exemple, on pourrait connaître par ce moyen la popularité d’un mot dans un discours politique ou l’étendue du vocabulaire utilisé. L’exemple suivant compte les mots d’une liste de mots.

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li = ["un", "deux", "un", "trois"]
d = {}
for l in li:
    if l not in d:
        d[l] = 1
    else:
        d[l] += 1
print(d)  # affiche {'un': 2, 'trois': 1, 'deux': 1}

>>>

    {'un': 2, 'deux': 1, 'trois': 1}

La structure la plus appropriée ici est un dictionnaire puisqu’on cherche à associer une valeur à un élément d’une liste qui peut être de tout type. Si la liste contient des éléments de type modifiable comme une liste, il faudrait convertir ceux-ci en un type immuable comme une chaîne de caractères. L’exemple suivant illustre ce cas en comptant les occurrences des lignes d’une matrice.

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mat = [[1, 1, 1], [2, 2, 2], [1, 1, 1]]
d = {}
for l in mat:
    k = str(l)  # k = tuple (l) lorsque cela est possible
    if k not in d:
        d[k] = 1
    else:
        d[k] += 1
print(d)  # affiche {'[1, 1, 1]': 2, '[2, 2, 2]': 1}

>>>

    {'[1, 1, 1]': 2, '[2, 2, 2]': 1}

Les listes ne peuvent pas être les clés du dictionnaire : Why Lists Can’t Be Dictionary Keys.

On peut également vouloir non pas compter le nombre d’occurrence mais mémoriser les positions des éléments tous identiques. On doit utiliser un dictionnaire de listes :

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li = ["un", "deux", "un", "trois"]
d = {}
for i, v in enumerate(li):
    if v not in d:
        d[v] = [i]
    else:
        d[v].append(i)
print(d)  # affiche {'un': [0, 2], 'trois': [3], 'deux': [1]}

>>>

    {'un': [0, 2], 'deux': [1], 'trois': [3]}

S’il suffit juste de compter, l’écriture la plus simple est :

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r = {}
li = ["un", "deux", "un", "trois"]
for x in li:
    r[x] = r.get(x, 0) + 1
print(r)

>>>

    {'un': 2, 'deux': 1, 'trois': 1}

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.compte, line 6)

conversion d’un vecteur en une matrice

Dans un langage comme le C++, il arrive fréquemment qu’une matrice ne soit pas représentée par une liste de listes mais par une seule liste car cette représentation est plus efficace. Il faut donc convertir un indice en deux indices ligne et colonne. Il faut bien sûr que le nombre de colonnes sur chaque ligne soit constant. Le premier programme convertit une liste de listes en une seule liste.

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ncol = 2
vect = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
mat = [vect[i * ncol : (i + 1) * ncol] for i in range(0, len(vect) // ncol)]
print(mat)

>>>

    [[0, 1], [2, 3], [4, 5]]

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.vect2mat, line 8)

conversion d’une chaîne de caractère en datetime

C’est le genre de fonction qu’on n’utilise pas souvent mais qu’on peine à retrouver lorsqu’on en a besoin. Il faut utiliser la fonction strftime.

import datetime
dt = datetime.datetime.strptime ("16/01/2014", "%d/%m/%Y")

(entrée originale : classiques.py:docstring of teachpyx.examples.classiques.str2date, line 6)

conversion d’une chaîne de caractère en matrice

Les quelques lignes qui suivent permettent de décomposer une chaîne de caractères en matrice. Chaque ligne et chaque colonne sont séparées par des séparateurs différents. Ce procédé intervient souvent lorsqu’on récupère des informations depuis un fichier texte lui-même provenant d’un tableur.

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s = "case11;case12;case13|case21;case22;case23"
# décomposition en matrice
ligne = s.split("|")  # lignes
mat = [l.split(";") for l in ligne]  # colonnes

print(mat)

>>>

    [['case11', 'case12', 'case13'], ['case21', 'case22', 'case23']]

Comme cette opération est très fréquente lorsqu’on travaille avec les données, on ne l’implémente plus soi-même. On préfère utiliser un module comme pandas qui est plus robuste et considère plus de cas. Pour écrire, utilise la méthode to_csv, pour lire, la fonction read_csv. On peut également directement enregistrer au format Excel read_excel et écrire dans ce même format to_excel.

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.text2mat, line 10)

conversion d’une matrice en chaîne de caractères

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mat = [["case11", "case12", "case13"], ["case21", "case22", "case23"]]
ligne = [";".join(l) for l in mat]  # colonnes
s = "|".join(ligne)  # lignes

print(s)

>>>

    case11;case12;case13|case21;case22;case23

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.mat2text, line 9)

conversion d’une matrice en un vecteur

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mat = [[0, 1, 2], [3, 4, 5]]
lin = [i * len(mat[i]) + j for i in range(0, len(mat)) for j in range(0, len(mat[i]))]
print(lin)

>>>

    [0, 1, 2, 3, 4, 5]

Vous pouvez aussi utiliser des fonctions telles que reduce.

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from functools import reduce

mat = [[0, 1, 2], [3, 4, 5]]
lin = reduce(lambda x, y: x + y, mat)
print(lin)

>>>

    [0, 1, 2, 3, 4, 5]

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.mat2vect, line 7)

fonction comme paramètre

Une fonction peut aussi recevoir en paramètre une autre fonction. L’exemple suivant inclut la fonction calcul_n_valeur qui prend comme paramètres l et f. Cette fonction calcule pour toutes les valeurs x de la liste l la valeur f(x). fonction_carre ou fonction_cube sont passées en paramètres à la fonction calcul_n_valeur qui les exécute.

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def fonction_carre(x):
    return x * x


def fonction_cube(x):
    return x * x * x


def calcul_n_valeur(l, f):
    res = [f(i) for i in l]
    return res


l = [0, 1, 2, 3]
print(l)  # affiche [0, 1, 2, 3]

l1 = calcul_n_valeur(l, fonction_carre)
print(l1)  # affiche [0, 1, 4, 9]

l2 = calcul_n_valeur(l, fonction_cube)
print(l2)  # affiche [0, 1, 8, 27]

>>>

    [0, 1, 2, 3]
    [0, 1, 4, 9]
    [0, 1, 8, 27]

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.integrale, line 10)

minimum avec position

La fonction min retourne le minium d’un tableau mais pas sa position. Le premier réflexe est alors de recoder le parcours de la liste tout en conservant la position du minimum.

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li = [0, 434, 43, 6436, 5]
m = 0
for i in range(0, len(li)):
    if li[m] < li[i]:
        m = i
print(m)

>>>

Mais il existe une astuce pour obtenir la position sans avoir à le reprogrammer.

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li = [0, 434, 43, 6436, 5]
k = [(v, i) for i, v in enumerate(li)]
m = min(k)
print(m)

>>>

    (0, 0)

La fonction min choisit l’élément minimum d’un tableau dont les éléments sont des couples (élément du premier tableau, sa position). Le minimum est choisi en comparant les éléments, et la position départegera les exaequo.

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.minindex, line 6)

recherche avec index

Lorsqu’on cherche un élément dans un tableau, on cherche plus souvent sa position que le fait que le tableau contient cet élément.

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def recherche(li, c):
    for i, v in enumerate(li):
        if v == c:
            return i
    return -1


li = [45, 32, 43, 56]
print(recherche(li, 43))  # affiche 2

>>>

En python, il existe un fonction simple qui permet de faire ça :

print(li.index(43))  # affiche 2

Lorsque l’élément n’y est pas, on retourne souvent la position -1 qui ne peut être prise par aucun élément :

if c in li:
    return li.index(c)
else:
    return -1

Même si ce bout de code parcourt deux fois le tableau (une fois déterminer sa présence, une seconde fois pour sa position), ce code est souvent plus rapide que la première version et la probabilité d’y faire une erreur plus faible.

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.recherche, line 7)

recherche dichotomique

La recherche dichotomique est plus rapide qu’une recherche classique mais elle suppose que celle-ci s’effectue dans un ensemble trié. L’idée est de couper en deux l’intervalle de recherche à chaque itération. Comme l’ensemble est trié, en comparant l’élément cherché à l’élément central, on peut éliminer une partie de l’ensemble : la moitié inférieure ou supérieure.

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def recherche_dichotomique(li, c):
    a, b = 0, len(li) - 1
    while a <= b:
        m = (a + b) // 2
        if c == li[m]:
            return m
        elif c < li[m]:
            b = m - 1
        else:
            a = m + 1
    return -1


print(recherche_dichotomique([0, 2, 5, 7, 8], 7))

>>>

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.recherche_dichotomique, line 7)

tri, garder les positions initiales

Le tri est une opération fréquente. On n’a pas toujours le temps de programmer le tri le plus efficace comme un tri quicksort et un tri plus simple suffit la plupart du temps. Le tri suivant consiste à recherche le plus petit élément puis à échanger sa place avec le premier élément du tableau du tableau. On recommence la même procédure à partir de la seconde position, puis la troisième et ainsi de suite jusqu’à la fin du tableau.

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li = [5, 6, 4, 3, 8, 2]

for i in range(0, len(li)):
    # recherche du minimum entre i et len (li) exclu
    pos = i
    for j in range(i + 1, len(li)):
        if li[j] < li[pos]:
            pos = j
    # échange
    ech = li[pos]
    li[pos] = li[i]
    li[i] = ech

print(li)

>>>

    [2, 3, 4, 5, 6, 8]

La fonction sorted trie également une liste mais selon un algorithme plus efficace que celui-ci (voir Timsort). On est parfois amené à reprogrammer un tri parce qu’on veut conserver la position des éléments dans le tableau non trié. Cela arrive quand on souhaite trier un tableau et appliquer la même transformation à un second tableau. Il est toujours préférable de ne pas reprogrammer un tri (moins d’erreur). Il suffit d’applicer la même idée que pour la fonction @see fn minindex.

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tab = ["zero", "un", "deux"]  # tableau à trier
pos = sorted((t, i) for i, t in enumerate(tab))  # tableau de couples
print(pos)  # affiche [('deux', 2), ('un', 1), ('zero', 0)]

>>>

    [('deux', 2), ('un', 1), ('zero', 0)]

Si cette écriture est trop succincte, on peut la décomposer en :

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tab = ["zero", "un", "deux"]
tab_position = [(t, i) for i, t in enumerate(tab)]
tab_position.sort()
print(tab_position)

>>>

    [('deux', 2), ('un', 1), ('zero', 0)]

(entrée originale : construction_classique.py:docstring of teachpyx.examples.construction_classique.triindex, line 6)

Constructions négatives¶

Eviter d’effectuer le même appel deux fois

Dans cette fonction on calcule la variance d’une série d’observations.

def moyenne(serie):
    return sum(serie) / len(serie)

def variance_a_eviter(serie):
    s = 0
    for obs in serie :
        s += (obs-moyenne(serie))**2
    return s / len(serie)

La fonction variance_a_eviter appelle la fonction moyenne à chaque passage dans la boucle. Or, rien ne change d’un passage à l’autre. Il vaut mieux stocker le résultat dans une variable :

(entrée originale : classiques.py:docstring of teachpyx.examples.classiques.repetition_a_eviter, line 3)

Modifier un dictionnaire en le parcourant

Il faut éviter de modifier un container lorsqu’on le parcourt. Lorsqu’on supprime un élément d’un dictionnaire, la structure de celui-ci s’en trouve modifiée et affecte la boucle qui le parcourt. La boucle parcourt toujours l’ancienne structure du dictionnaire, celle qui existait au début au début de la boucle.

d = { k: k for k in range(10) }
for k, v in d.items():
    if k == 4 :
        del d[k]

En Python, cela produit l’erreur qui suit mais d’autres langages ne préviennent pas (C++) et cela aboutit à une erreur qui intervient plus tard dans le code (comme une valeur numérique inattendue).

Traceback (most recent call last):
File "session1.py", line 176, in <module>
    l = liste_modifie_dans_la_boucle()
File "session1.py", line 169, in liste_modifie_dans_la_boucle
    for k,v in d.items():
RuntimeError: dictionary changed size during iteration

Il faut pour éviter cela stocker les éléments qu’on veut modifier pour les supprimer ensuite.

d = { k:k for k in l }
rem = [ ]
for k,v in d.items():
    if k == 4 :
        rem.append(k)
for r in rem :
    del d[r]

Même si Python autorise cela pour les listes, il est conseillé de s’en abstenir ainsi que pour tout type d’objets qui en contient d’autres. C’est une habitude qui vous servira pour la plupart des autres langages.

(entrée originale : classiques.py:docstring of teachpyx.examples.classiques.dictionnaire_modifie_dans_la_boucle, line 3)