Techniques fondamentales de programmation …multimedia.fnac.com/multimedia/editorial/pdf/9782746089198.pdf · triser les bases essentielles de la programmation. Pour apprendre à

Franck EBELSébastien ROHAUT

Algorithmique BTS,

DUT Informatique

Techniques fondamentales de programmationExemples en Python (nombreux exercices corrigés)

Ce livre sur l’algorithmique s’adresse à toute personne désireuse de maî-triser les bases essentielles de la programmation. Pour apprendre à programmer, il faut d’abord comprendre ce qu’est vraiment un ordinateur, comment il fonctionne et surtout comment il peut faire fonctionner des programmes, comment il manipule et stocke les données et les instruc-tions, quelle est sa logique. Alors, au fur et à mesure, le reste devient évidence : variables, tests, conditions, boucles, tableaux, fonctions, fi-chiers, jusqu’aux notions avancées comme les compréhensions de listes et les objets.Le langage algorithmique (ou la syntaxe du pseudo-code des algorithmes) reprend celui couramment utilisé dans les écoles d’informatique et dans les formations comme les BTS, DUT, première année d’ingénierie à qui ce livre est principalement destiné et conseillé. Une fois les notions de base acquises, le lecteur trouvera dans ce livre de quoi évoluer vers des notions plus avan-cées : un chapitre sur les objets, ouvre les portes de la programmation dans des langages évolués et puissants comme le C, le C++ et surtout Python.À la fin de chaque chapitre, l’auteur propose de nombreux exercices cor-rigés permettant de consolider ses acquis.Tous les algorithmes de ce livre sont réécrits en Python et les sources, directement utilisables, sont disponibles en téléchargement sur le site www.editions-eni.fr.

AlgorithmiqueTechniques fondamentales de programmation (exemples en Python)

ISSN

162

7-82

24IS

BN :

978-

2-74

60-8

919-

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29,90 €

Les auteursAprès 15 années passées en SSII, Sébastien ROHAUT est au-jourd’hui Ingénieur Système dans un grand groupe français. Il a également enseigné pendant près de 10 ans à des classes préparatoires et d’ingénieurs. Cette riche expérience tech-nique et pédagogique lui permet de proposer aux lecteurs un livre très efficace pour maîtriser l’algorithmique.Directeur de recherche et développement en sécurité infor-matique pour la Société Atheos, Franck EBEL est également responsable de la licence CDAISI (cyber defense, anti-intrusion des systèmes informatiques) à l’université de Valenciennes. Certifié CEH v7 (certifier ethical hacking), OSCP (offensive se-curity certified professionnel) Wifu (sans fils), il maîtrise parfai-tement le langage Python très utilisé dans les activités autour de la sécurité des systèmes d’information.

Les chapitres du livre

Avant-propos • Introduction à l’algorithmique • Les variables et opérateurs • Tests et logique boo-léenne • Les boucles • Les ta-bleaux et structures • Les sous-programmes • Les fichiers • Notions avancées • Une approche de l’objet • Corrigés des exercices

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1Table des matières

Avant-propos

Chapitre 1Introduction à l'algorithmique

1. Les fondements de l’informatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.1 Architecture de Von Neumann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2 La machine de Turing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.3 Représentation interne des instructions et des données . . . . . . 19

1.3.1 Le binaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.3.2 Les octets et les mots. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.3.3 L’hexadécimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2. L’algorithmique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.1 Programmer, c’est un art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2 Définition : L’algorithme est une recette . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3 Pourquoi utiliser un algorithme ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4 Le formalisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.4.1 Les algorigrammes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.4.2 L’algorithme sous forme de texte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.5 La complexité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.6 Les structures algorithmiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3. Les langages d’implémentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.1 Quel langage ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.2 Classifications des langages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.2.1 Haut niveau, bas niveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.2.2 Diverses classifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.2.3 Compilé ou interprété . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

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Techniques fondamentales de programmation (exemples en Python)Algorithmique

3.3 La machine virtuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.4 Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.4.1 Les avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.4.2 Un premier programme Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Chapitre 2Les variables et opérateurs

1. La variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511.2 Déclaration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541.3 Les types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1.3.1 Les nombres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561.3.2 Autres types numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581.3.3 Les caractères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591.3.4 Le type booléen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

1.4 Affectation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.4.1 Affectation de valeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.4.2 Affectation de variables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

1.5 Saisie et affichage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671.5.1 La fonction print(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681.5.2 La fonction input() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

1.6 Les constantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2. Opérateurs et calculs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712.1 Les affectations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712.2 Les opérateurs arithmétiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712.3 Les opérateurs booléens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762.4 Les opérateurs de comparaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

2.4.1 L’égalité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802.4.2 La différence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812.4.3 Inférieur, supérieur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.5 Le cas des chaînes de caractères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83


2.6 La précédence des opérateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3. Pour aller plus loin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.1 Les nombres négatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.2 La représentation des nombres réels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873.3 Les dates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.4 Les caractères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4. Types et langages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.1 Langages typés ou non . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.2 La gestion de la mémoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

5. Les types spécifiques à Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.1 Les listes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.2 Les tuples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995.3 Le type set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1015.4 Les dictionnaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

6. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Chapitre 3Tests et logique booléenne

1. Les tests et conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1071.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1071.2 Que tester ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1091.3 Tests SI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

1.3.1 Forme simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1111.3.2 Forme complexe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

1.4 Tests imbriqués. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1161.5 Choix multiples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1201.6 Des exemples complets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

1.6.1 Le lendemain d’une date . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1221.6.2 La validité d’une date . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1261.6.3 L’heure dans n secondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

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2. L’algèbre booléen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1312.1 L’origine des tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1312.2 Petites erreurs, grosses conséquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

2.2.1 Ariane 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1332.2.2 Mars Climate Orbiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

2.3 George Boole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1342.4 L’algèbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

2.4.1 Établir une communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1352.4.2 La vérité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1372.4.3 La loi ET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1372.4.4 La loi OU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1382.4.5 Le contraire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1392.4.6 Les propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1392.4.7 Quelques fonctions logiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1432.4.8 Avec plus de deux variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

2.5 Une dernière précision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

3. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Chapitre 4Les boucles

1. Les structures itératives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1531.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1531.2 Quelques usages simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

2. Tant Que. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1552.1 Structure générale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1552.2 Boucles infinies et "break" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1562.3 Des exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

2.3.1 Une table de multiplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1582.3.2 Une factorielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1602.3.3 x à la puissance y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1612.3.4 Toutes les tables de multiplication . . . . . . . . . . . . . . . . 1632.3.5 Saisie de notes et calcul de moyennes . . . . . . . . . . . . . . 165


2.3.6 Rendez la monnaie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1722.3.7 Trois boucles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

3. Répéter ... Jusqu’à . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1783.1 Différences fondamentales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1783.2 Quelques exemples adaptés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

3.2.1 La factorielle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1803.2.2 Les trois boucles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

4. Pour ... Fin Pour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1814.1 Une structure pour compter... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1814.2 ... mais pas indispensable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1824.3 Quelle structure choisir ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1824.4 Un piège à éviter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1834.5 Quelques exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

4.5.1 De nouveau trois boucles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1844.5.2 La factorielle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1864.5.3 Racine carrée avec précision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1874.5.4 Calcul du nombre PI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

5. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

Chapitre 5Les tableaux et structures

1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1951.1 Principe et définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

1.1.1 Simplifier les variables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1951.1.2 Les dimensions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1971.1.3 Les types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1981.1.4 Déclaration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1991.1.5 Utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2001.1.6 Les tableaux dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

1.2 Python et les tableaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

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1.3 Représentation en mémoire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2061.3.1 Représentation linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2061.3.2 Représentation par référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

2. Manipulations simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2112.1 Recherche d’un élément . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2112.2 Le plus grand/petit, la moyenne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2142.3 Le morpion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

3. Algorithmes avancés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2203.1 Les algorithmes des tris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

3.1.1 Le principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2203.1.2 Le tri par création . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2213.1.3 Le tri par sélection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2223.1.4 Le tri à bulles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2243.1.5 Le tri par insertion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2293.1.6 Le tri Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

3.2 Recherche par dichotomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

4. Structures et enregistrements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2374.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2374.2 Déclaration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

4.2.1 Type structuré . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2384.2.2 Enregistrement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

4.3 Utiliser les enregistrements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2414.3.1 Utiliser les champs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2414.3.2 Un enregistrement dans une structure . . . . . . . . . . . . . 2434.3.3 Un tableau dans une structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

4.4 Les tableaux d’enregistrements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2464.4.1 Les tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2464.4.2 Une table comme champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

4.5 Et Python ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

5. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249


Chapitre 6Les sous-programmes

1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2511.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2511.2 Déclaration et définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

1.2.1 Dans un algorithme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2531.2.2 En Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

1.3 Appel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2561.4 Fonctions et procédures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

1.4.1 Les procédures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2581.4.2 Les fonctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

1.5 Variables locales et globales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2611.5.1 Locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2611.5.2 Globales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2621.5.3 Variables globales et Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

1.6 Les paramètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2641.6.1 Les procédures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2651.6.2 Les fonctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2671.6.3 Paramètres et Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2691.6.4 Petite application fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

1.7 Sous-programmes prédéfinis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2741.7.1 Un choix important. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2741.7.2 Quelques exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

1.8 Dernier cas : les tableaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

2. Les sous-programmes récursifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2852.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2852.2 Un premier exemple : la factorielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2862.3 Un exemple pratique : les tours de Hanoï. . . . . . . . . . . . . . . . . 289

3. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

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Chapitre 7Les fichiers

1. Les différents fichiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2931.1 Préambule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2931.2 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2941.3 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2951.4 Les formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

1.4.1 Types de contenus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2951.4.2 Le fichier binaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2971.4.3 Le fichier texte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2981.4.4 Quel format utiliser ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

1.5 Les accès aux fichiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3011.5.1 Séquentiel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3011.5.2 Accès direct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3021.5.3 Indexé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3021.5.4 Autre ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

2. Les enregistrements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3032.1 Les délimiteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3032.2 Largeur fixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3062.3 Principes d’accès . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

2.3.1 Étapes de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3072.3.2 Identificateurs de fichiers et canaux . . . . . . . . . . . . . . . 3082.3.3 Les modes d’ouverture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

3. Fichier texte séquentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3113.1 Ouvrir et fermer un fichier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3113.2 Lire et écrire des enregistrements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

3.2.1 Lecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3123.2.2 Écriture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

3.3 Les enregistrements structurés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3183.4 Exemple en Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320


4. Les fichiers binaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3234.1 Nouvelles instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3234.2 Exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

5. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

Chapitre 8Notions avancées

1. Les pointeurs et références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3271.1 Rappels sur la mémoire et les données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

1.1.1 Structure de la mémoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3271.1.2 Python : des limites qui n’en sont pas . . . . . . . . . . . . . . 3291.1.3 Brefs exemples en C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

1.2 Le pointeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3301.2.1 Principe et définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3301.2.2 Le C roi des pointeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3321.2.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

1.3 Notation algorithmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3361.3.1 Déclarer et utiliser les pointeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3361.3.2 Allocation dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

1.4 Python et les références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3411.4.1 Différences entre le C et Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3411.4.2 Références sur les objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3411.4.3 Les types primitifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3441.4.4 Références sur structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3441.4.5 Le piège en Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

2. Les listes chaînées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3472.1 Listes chaînées simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

2.1.1 Principe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3472.1.2 Création . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3512.1.3 Parcours de la liste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3532.1.4 Recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3532.1.5 Ajout d’un élément . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

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2.1.6 Suppression d’un élément. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3582.1.7 Supprimer toute la liste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3612.1.8 Parcours récursif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

2.2 L’implémentation en Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3622.3 Autres exemples de listes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

2.3.1 Listes circulaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3662.3.2 Listes d’éléments triés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3662.3.3 Listes doublement chaînées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3662.3.4 Files et piles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

3. Les arbres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3683.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3683.2 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

3.2.1 Base. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3703.2.2 Terminologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3703.2.3 Description horizontale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3713.2.4 Description verticale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3713.2.5 L’arbre binaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

3.3 Parcours d’un arbre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3723.4 Arbre binaire ordonné . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

3.4.1 Principe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3753.4.2 Recherche d’un élément . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3753.4.3 Ajout d’un élément . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3773.4.4 Suppression d’un nœud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

4. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379


Chapitre 9Une approche de l'objet

1. Principe de l’objet, une notion évidente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3811.1 Avant de continuer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3811.2 Rappels sur la programmation procédurale . . . . . . . . . . . . . . . 382

1.2.1 Les données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3821.2.2 Les traitements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

1.3 L’objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3831.3.1 Dans la vie courante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3831.3.2 En informatique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

1.4 Classe, objets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3891.5 Déclaration et accès . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3901.6 Les méthodes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3921.7 Portée des membres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3931.8 Encapsulation des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3951.9 L’héritage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

1.9.1 Principe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3971.9.2 Commerce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3991.9.3 Hiérarchie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4001.9.4 Simple ou multiple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

1.10 Le polymorphisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4021.10.1 Principe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4021.10.2 Le polymorphisme ad hoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4021.10.3 Le polymorphisme d’héritage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4031.10.4 Le polymorphisme paramétrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405

2. Manipuler les objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4062.1 Les constructeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406

2.1.1 Déclaration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4062.1.2 Appel implicite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4072.1.3 L’héritage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409

2.2 Les destructeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4112.3 Les membres statiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4122.4 Classes et méthodes abstraites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414

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2.5 Interfaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

3. L’objet en Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4193.1 Les langages objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4193.2 Déclaration des classes et objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4203.3 Héritage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4233.4 Interfaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424

4. Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427

AnnexesCorrigés des exercices

1. Introduction à l'algorithmique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

2. Les variables et opérateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

3. Tests et logique booléenne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440

4. Les boucles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448

5. Les tableaux et structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

6. Les sous-programmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

7. Les fichiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

8. Notions avancées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481

9. Une approche de l'objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493

107

Chapitre 3Tests et logique booléenne

Tests et logique booléenne1. Les tests et conditions

1.1 Principe

Dans le précédent chapitre vous avez pu vous familiariser avec les expressionsmettant en place des opérateurs, qu’ils soient de calcul, de comparaison (l’éga-lité par exemple) ou booléens. Ces opérateurs et expressions trouvent toutleur sens une fois utilisés dans des conditions (qu’on appelle aussi des branche-ments conditionnels). Une expression évaluée est ou vraie (le résultat estdifférent de zéro) ou fausse. Suivant ce résultat, l’algorithme va effectuer uneaction, ou une autre. C’est le principe de la condition.

Grâce aux opérateurs booléens, l’expression peut être composée : plusieursexpressions sont liées entre elles à l’aide d’un opérateur booléen, éventuelle-ment regroupées avec des parenthèses pour en modifier la priorité.

(a=1 OU (b*3=6)) ET c>10

est une expression tout à fait valable. Celle-ci sera vraie si chacun de ses com-posants respecte les conditions imposées. Cette expression est vraie si a vaut1 et c est supérieur à 10 ou si b vaut 2 (2*3=6) et c est supérieur à 10.

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108Techniques fondamentales de programmation (exemples en Python)

Algorithmique

Reprenez l’algorithme du précédent chapitre qui calcule les deux résultatspossibles d’une équation du second degré. L’énoncé simplifié disait que pourdes raisons pratiques seul le cas où l’équation a deux solutions fonctionne.Autrement dit, l’algorithme n’est pas faux dans ce cas de figure, mais il estincomplet. Il manque des conditions pour tester la valeur du déterminant :celui-ci est-il positif, négatif ou nul ? Et dans ces cas, que faire et comment lefaire ?

Imaginez un second algorithme permettant de se rendre d’un point A à unpoint B. Vous n’allez pas le faire ici réellement, car c’est quelque chose de trèscomplexe sur un réseau routier important. De nombreux sites Internet vousproposent d’établir un trajet avec des indications. C’est le résultat qui est inté-ressant. Les indications sont simples : allez tout droit, tournez à droite au pro-chain carrefour, faites trois kilomètres et au rond-point prenez la troisièmesortie direction B. Dans la plupart des cas si vous suivez ce trajet vous arrivezà bon port. Mais quid des impondérables ? Par où allez-vous passer si la routeà droite au prochain carrefour est devenue un sens interdit (ça arrive parfois,y compris avec un GPS, prudence) ou que des travaux empêchent de prendrela troisième sortie du rond-point ?

Reprenez le trajet : allez tout droit. Si au prochain carrefour la route à droiteest en sens interdit : continuez tout droit puis prenez à droite au carrefour sui-vant puis à gauche sur deux kilomètres jusqu’au rond-point. Sinon : tournezà droite et faites trois kilomètres jusqu’au rond-point. Au rond-point, si lasortie vers B est libre, prenez cette sortie. Sinon, prenez vers C puis trois centsmètres plus loin tournez à droite vers B.

Ce petit parcours ne met pas uniquement en lumière la complexité d’un trajeten cas de détour, mais aussi les nombreuses conditions qui permettentd’établir un trajet en cas de problème. Si vous en possédez, certains logicielsde navigation par GPS disposent de possibilités d’itinéraire Bis, de trajectoired’évitement sur telle section, ou encore pour éviter les sections à péage.Pouvez-vous maintenant imaginer le nombre d’expressions à évaluer danstous ces cas de figure, en plus de la vitesse de chaque route pour optimiserl’heure d’arrivée ?

109Tests et logique booléenneChapitre 3

1.2 Que tester ?

Les opérateurs s’appliquent sur quasiment tous les types de données, y com-pris les chaînes de caractères, tout au moins en pseudo-code algorithmique (ilfaudra souvent utiliser des instructions spéciales du langage de programma-tion pour comparer des chaînes de caractères). Vous pouvez donc quasimenttout tester. Par tester, comprenez ici évaluer une expression qui est une condi-tion. Une condition est donc le fait d’effectuer des tests pour, en fonction durésultat de ceux-ci, effectuer certaines actions ou d’autres.

Une condition est donc une affirmation : l’algorithme et le programmeensuite détermineront si celle-ci est vraie, ou fausse.

Une condition retournant VRAI ou FAUX a comme résultat un booléen.

Une condition est souvent une comparaison. Pour rappel, une comparaisonest une expression composée de trois éléments :

– une première valeur : variable ou scalaire.

– un opérateur de comparaison.

– une seconde valeur : variable ou scalaire.

Les opérateurs de comparaison sont :

– L’égalité : =

– La différence : != ou <>

– Inférieur : <

– Inférieur ou égal : <=

– Supérieur : >

– Supérieur ou égal : >=

Il est aussi possible que la condition soit une expression unaire : une valeuravec ou non un opérateur. Une variable pouvant être vraie ou fausse, elle peutdonc suffire à évaluer la condition donnée.

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Algorithmique

Le pseudo-code algorithmique n’interdit pas de comparer des chaînes de carac-tères. Vous prendrez soin de ne comparer que les variables de types compa-tibles. Dans une condition une expression, quel que soit le résultat de celle-ci,sera toujours évaluée comme étant soit vraie, soit fausse.

Remarque

L’opérateur d’affectation peut aussi être utilisé dans une condition. Dans cecas si vous affectez 0 à une variable, l’expression sera fausse, et si vous affec-tez n’importe quelle autre valeur, elle sera vraie.

En langage courant, il vous arrive de dire "choisissez un nombre entre 1 et 10".En mathématique, vous écrivez cela comme ceci :

1 ≤ nombre ≤ 10

Si vous écrivez ceci dans votre algorithme, attendez-vous à des résultats sur-prenants le jour où vous allez le convertir en véritable programme. En effet lesopérateurs de comparaison ont une priorité, ce que vous savez déjà, maisl’expression qu’ils composent est aussi souvent évaluée de gauche à droite. Sila variable nombre contient la valeur 15, voici ce qui ce passe :

– L’expression 1 ≤ 15 est évaluée : elle est vraie.

– Et ensuite ? Tout va dépendre du langage de programmation utilisé, maispour la plupart l’expression vrai ≤ 10 est vraie : "vrai" est ici le résultat del'expression 1 ≤ 15. Vrai vaut généralement 1. Donc 1 ≤ 10 est vraie, ce n'estpas le résultat attendu.

– Le résultat est épouvantable : le programme considère l’expression commeétant vraie et le code correspondant va être exécuté.

Ce n’est probablement pas ce que vous attendiez. Vous devez donc proscrirecette forme d’expression.

Voici celles qui conviennent dans ce cas :

nombre>=1 ET nombre<=10

Ou encore

1<=nombre ET nombre<=10

111Tests et logique booléenneChapitre 3

1.3 Tests SI

1.3.1 Forme simple

Il n’y a, en algorithmique, qu’une seule instruction de test : "Si", qui prendcependant deux formes : une simple et une complexe. Le test SI permetd’exécuter un bloc d’instructions si la condition (la ou les expressions qui lacomposent) est vraie. La forme simple est la suivante :

Si booléen Alors Bloc d’instructionsFinSi

Notez ici que le booléen est la condition (ou expression). Comme indiqué pré-cédemment, la condition peut aussi être représentée par une seule variable. Sielle contient 0, elle représente le booléen FAUX, sinon le booléen VRAI.

Que se passe-t-il si la condition est vraie ? Le bloc d’instructions situé après le"Alors" est exécuté. Sa taille (le nombre d’instructions) n’a aucune impor-tance : de une ligne à n lignes, sans limite. Dans le cas contraire, le programmecontinue à l’instruction suivant le "FinSi". L’exemple suivant montrecomment obtenir la valeur absolue d’un nombre avec cette méthode.

PROGRAMME ABSVAR Nombre :entierDEBUT nombre←-15 Si nombre<0 Alors nombre←-nombre FinSi Afficher nombreFIN

En Python, c’est le "if" qui doit être utilisé avec l’expression booléenne entreparenthèses. La syntaxe est celle-ci :

if(boolean):/*code */

Une notion importante ici est que Python, contrairement a beaucoup delangages tels que le C ou le Java, n’utilise pas les accolades pour déterminer unbloc d’instruction mais l’indentation.

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Algorithmique

Si vous regardez le code ci-dessus, nous avons le test if avec la condition qui setermine par ":".

La ligne du dessous est indentée, c'est-à-dire que nous avons appuyé sur latouche [Tabulation] avant de commencer la ligne. Tout le code qui sera tabuléen dessous appartiendra au if.

nombre=-15 if(nombre<0): nombre=-nombre print(nombre)

Une condition avec une valeur booléenne se fait de la même manière. Le codesuivant n’a qu’un rôle pédagogique : il met en place un drapeau ou flagpermettant d’indiquer si la condition est vérifiée. Si le drapeau est vrai, alorsle nombre est négatif. Le drapeau est ensuite testé pour afficher le résultatopposé.

PROGRAMME ABSVAR nombre :entier

drapeau :booleenDEBUT

drapeau←FAUX nombre←-15 Si nombre<0 Alors

drapeau←VRAI FinSi

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Techniques fondamentales de programmation …multimedia.fnac.com/multimedia/editorial/pdf/9782746089198.pdf · triser les bases essentielles de la programmation. Pour apprendre à