Cours Algorithmique Python en PDF (Intermédiaire)

Introduction à l’algorithmique et à la programmation avec Python : Ce qu'il faut savoir. Document pédagogique présentant les notions fondamentales du codage numérique, des algorithmes et de la programmation en Python, telles qu'enseignées en première année (ENSIP 1A). Le texte couvre le codage binaire, les structures de contrôle, les fonctions et la récursivité, et illustre les notions par des sessions shell et des exemples de programmes.

Définition. Un algorithme est une suite finie et non ambiguë d’opérations permettant de résoudre un problème.

Concepts fondamentaux de l'algorithmique

Les principaux attributs d'un algorithme sont la finitude, la précision et la décomposabilité en instructions élémentaires. Une instruction élémentaire réalise une opération simple (assignation, test, calcul arithmétique) qui s'exécute en un temps borné. La décomposition de problèmes consiste à diviser un problème complexe en sous-problèmes plus simples, réutilisables et vérifiables, facilitant ainsi l'analyse de correction et la preuve de terminaison. Les structures de données et les choix de représentation influencent la complexité et la robustesse des solutions implémentées.

🎯 Ce que vous allez apprendre

• Codage binaire et unités d'information — représentation des données par bits et octets, conversions entre bases, complément à deux pour entiers signés et limites de représentation en mémoire. L'étudiant saura convertir entre bases, produire un codage en complément à deux sur 8 bits et expliquer l'impact du choix de codage sur les opérations arithmétiques.
• Représentation des réels : virgule fixe et IEEE-754 — distinction virgule fixe/virgule flottante, précision simple/double, conséquences sur arrondi et plages représentables. Capacité à justifier des erreurs d'arrondi observées et à citer les ordres de grandeur du simple précision.
• Structures de contrôle et types en Python — conditions, boucles et types simples/collections, mutabilité vs immutabilité. Inclusion d'exemples pratiques montrant l'usage de if, for, while et des types courants (listes, tuples, dictionnaires). Ce volet présente également les fonctions natives d'entrée/sortie pour scripts algorithmiques : input() pour lire une chaîne depuis l'utilisateur et print() pour afficher des résultats, avec exemples d'utilisation et bonnes pratiques pour la validation des entrées.
• Fonctions, procédures, passage des paramètres et récursivité — séparation en sous-problèmes, modes de passage des paramètres et écriture d'algorithmes récursifs (ex: algorithme d'Euclide). Compétence visée : factoriser un problème en fonctions réutilisables, choisir entre itération et récursion et analyser le comportement d'une procédure récursive simple.
• Structures de données élémentaires et opérations — principes sur piles et files (exercices empiler/dépiler), manipulation des chaînes de caractères et opérations courantes sur les collections. À l'issue, l'étudiant pourra implémenter et tester des opérations fondamentales sur une pile en Python et utiliser les méthodes natives pour gérer des collections.
• Méthode de résolution de problèmes en algorithmique — formalisation du problème, formulation d'algorithmes (ex: Euclide) et bonnes pratiques (commentaires, tests, sessions shell). La décomposition de problèmes est explicitée : fractionner un problème complexe en sous-instructions simples facilite la validation, les tests unitaires et la maintenance du code.

Manipulation des chaînes de caractères

• Guillemets simples : 'texte' — utile pour des littéraux courts ne contenant pas d'apostrophes non échappées.
• Guillemets doubles : "texte" — équivalents aux simples et souvent choisis pour faciliter l'inclusion d'apostrophes.
• Triple-quoted strings : '''texte''' ou """texte""" — supportent les chaînes multilignes et sont adaptées aux docstrings et commentaires longs.

"""Exemple multi-ligne
Ligne 1
Ligne 2"""

Interaction et affichage en Python

L'interaction basique s'effectue avec input() pour lire une chaîne saisie par l'utilisateur et print() pour afficher des valeurs formatées. Il est recommandé de valider et convertir systématiquement les entrées reçues (par ex. convertir en int() ou float()) avant tout calcul. Les scripts pédagogiques fournis montrent des patrons d'usage pour afficher des messages clairs et récupérer des paramètres en ligne de commande ou via prompt interactif.

# Exemple simple d'entrée-sortie
nom = input("Entrez votre nom : ")
print("Bonjour,", nom)

>>> x = 2 + 3
>>> print(x)
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📑 Sommaire du document

• Ordinateur, codage numérique
• Algorithmique et programmation
• Compléments sur Python

Exercices d'algorithmique Python avec corrigés

Le PDF inclut des applications pratiques, exercices guidés et sessions shell commentées avec leurs corrigés. Ces travaux pratiques couvrent des cas concrets (manipulation de fichiers, tests unitaires simples, implémentation de structures comme pile/file) pour renforcer la compréhension par la mise en œuvre.

Maîtriser la complexité algorithmique

Introduction aux notions de performance algorithmique : analyse asymptotique et notation de Landau (Grand O) pour estimer la complexité temporelle et spatiale. Le document présente les classes courantes (O(1), O(n), O(n log n), O(n^2)) et propose des exercices visant à évaluer et comparer la performance d'algorithmes élémentaires.

💡 Pourquoi choisir ce cours ?

Rédigé par Laurent Signac pour un enseignement de première année (ENSIP 1A), le support articule fondements théoriques (codage, modèles de machine) et pratique en Python, avec conventions typographiques claires (sessions shell, prompt >>>) et exemples de programmes. La présence d'exercices guidés et d'exemples permet de passer de la compréhension conceptuelle à l'implémentation. La licence Creative Commons BY-ND et les références bibliographiques listées renforcent la valeur pédagogique et la cohérence du parcours proposé.

👤 À qui s'adresse ce cours ?

• Public cible : étudiants de première année en informatique (ENSIP 1A) et élèves des filières techniques (DUT/BTS) ou enseignants cherchant un support structuré pour l'introduction à l'algorithmique et à Python.
• Prérequis : maîtrise des opérations arithmétiques de lycée, aisance avec l'usage d'un éditeur de texte et de l'interpréteur Python (prompt >>>), et compréhension élémentaire des notions de variable et d'expression.

❓ Foire Aux Questions (FAQ)

Comment représenter un entier négatif en binaire avec le complément à deux ?

Le complément à deux sur un nombre fixe de bits (ex. 8 bits) s'obtient en écrivant la valeur absolue, en inversant les bits puis en ajoutant 1. Cette représentation permet d'effectuer des additions sans traitement spécial ; la plage pour 8 bits est alors -128 à 127.

Quelles limites entraîne l'usage de la norme IEEE-754 pour les réels ?

La virgule flottante sépare mantisse et exposant, ce qui limite la précision (nombre de bits de mantisse) et peut provoquer des erreurs d'arrondi et des valeurs non représentables. Le document signale les ordres de grandeur du simple précision et explique pourquoi certains calculs exigent des précautions numériques.