Code source de teachpyx.examples.construction_classique

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Quelques constructions classiques pour éviter de recoder des variantes d'algorithmes.
classiques.


:githublink:`%|py|7`
"""

from functools import reduce


[docs]def recherche(li, c): """ Retourne l'index d'un élément ou -1 si non trouvé. :param li: liste :param c: élément à trouver :return: position .. exref:: :tag: Base :title: 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. .. runpython:: :showcode: 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. :githublink:`%|py|54` """ if c in li: return li.index(c) else: return -1
[docs]def minindex(li): """ Retourne l'index du minimum et le minimum. :param li: liste :return: tuple (minimum,position) .. exref:: :tag: Base :title: minimum avec position La fonction `min <https://docs.python.org/3/library/functions.html#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. .. runpython:: :showcode: 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. .. runpython:: :showcode: li = [0, 434, 43, 6436, 5] k = [(v,i) for i, v in enumerate(li)] m = min(k) print(m) 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. :githublink:`%|py|102` """ return min((v, i) for i, v in enumerate(li))
[docs]def recherche_dichotomique(li, c): """ Effectue une recherche dichotomique. :param li: tableau :param c: élément à chercher :return: position .. exref:: :tag: Base :title: recherche dichotomique La `recherche dichotomique <http://fr.wikipedia.org/wiki/Dichotomie>`_ 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. .. runpython:: :showcode: 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)) :githublink:`%|py|138` """ 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 # partie supérieure éliminée else: a = m + 1 # partie inférieure éliminée return -1 # élément non trouvé
[docs]def text2mat(s, sep_row="\n", sep_col="\t"): """ Convertit une chaîne de caractères en une matrice ( = liste de listes), réciproque de la fonction :func:`mat2text <teachpyx.examples.construction_classique.mat2text>`. :param s: texte à convertir :param sep_row: séparation de ligne :param sep_col: séparateur de colonnes :return: liste de liste .. exref:: :tag: Base :title: 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. .. runpython:: :showcode: s = "case11;case12;case13|case21;case22;case23" # décomposition en matrice ligne = s.split ("|") # lignes mat = [ l.split (";") for l in ligne ] # colonnes print(mat) 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 <http://pandas.pydata.org/>`_ qui est plus robuste et considère plus de cas. Pour écrire, utilise la méthode `to_csv <http://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/generated/pandas.DataFrame.to_csv.html>`_, pour lire, la fonction `read_csv <http://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/generated/pandas.io.parsers.read_csv.html>`_. On peut également directement enregistrer au format Excel `read_excel <http://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/generated/pandas.io.excel.read_excel.html>`_ et écrire dans ce même format `to_excel <http://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/generated/pandas.DataFrame.to_excel.html>`_. :githublink:`%|py|189` """ ligne = s.split(sep_row) # lignes mat = [el.split(sep_col) for el in ligne] # colonnes return mat
[docs]def mat2text(mat, sep_row="\n", sep_col="\t"): """ Convertit une matrice en une chaîne de caractères, réciproque de la fonction :func:`text2mat <teachpyx.examples.construction_classique.text2mat>`. :param mat: matrice à convertir (liste de listes) :param sep_row: séparation de ligne :param sep_col: séparateur de colonnes :return: liste de liste .. exref:: :tag: Base :title: conversion d'une matrice en chaîne de caractères .. runpython:: :showcode: mat = [['case11', 'case12', 'case13'], ['case21', 'case22', 'case23']] ligne = [ ";".join (l) for l in mat ] # colonnes s = "|".join (ligne) # lignes print(s) :githublink:`%|py|217` """ ligne = [";".join(li) for li in mat] # colonnes s = "|".join(ligne) # lignes return s
[docs]def somme(li): """ Calcule la somme des éléments d'un tableau. :param li: tableau :return: somme .. exref:: :tag: Base :title: calcul d'une somme Le calcul d'une somme fait toujours intervenir une boucle car le langage :epkg:`Python` ne peut faire des additions qu'avec deux nombres. Le schéma est toujours le même : initialisation et boucle. .. runpython:: :showcode: 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 <https://docs.python.org/3/library/functions.html#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 : .. runpython:: :showcode: 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 : .. runpython:: :showcode: 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) 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. :githublink:`%|py|282` """ return sum(li)
[docs]def triindex(li): """ Trie une liste, retourne la liste triée et les positions initiales. :param li: tableau :return: liste triée .. exref:: :tag: Base :title: 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 <http://fr.wikipedia.org/wiki/Tri_rapide>`_ 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. .. runpython:: :showcode: 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) La fonction `sorted <https://docs.python.org/3/library/functions.html#sorted>`_ trie également une liste mais selon un algorithme plus efficace que celui-ci (voir `Timsort <http://en.wikipedia.org/wiki/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 :func:`minindex <teachpyx.examples.construction_classique.minindex>`. .. runpython:: :showcode: 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)] Si cette écriture est trop succincte, on peut la décomposer en : .. runpython:: :showcode: tab = ["zero", "un", "deux"] tab_position = [(t,i) for i,t in enumerate(tab)] tab_position.sort() print(tab_position) :githublink:`%|py|348` """ return sorted((t, i) for i, t in enumerate(li))
[docs]def compte(li): """ Compte le nombre d'occurrences de chaque élément d'une liste. :param li: tableau :return: dictionnaire .. exref:: :tag: Base :title: 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. .. runpython:: :showcode: 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} 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. .. runpython:: :showcode: 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} Les listes ne peuvent pas être les clés du dictionnaire : `Why Lists Can't Be Dictionary Keys <https://wiki.python.org/moin/DictionaryKeys>`_. 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 : .. runpython:: :showcode: 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]} S'il suffit juste de compter, l'écriture la plus simple est : .. runpython:: :showcode: r = {} li = ["un", "deux", "un", "trois"] for x in li: r[x] = r.get(x,0) + 1 print(r) :githublink:`%|py|427` """ r = {} for x in li: r[x] = r.get(x, 0) + 1 return r
[docs]def mat2vect(mat): """ Convertit une matrice en un tableau à une seule dimension, réciproque de la fonction :func:`vect2mat <teachpyx.examples.construction_classique.vect2mat>`. :param mat: matrice :return: liste .. exref:: :tag: Base :title: conversion d'une matrice en un vecteur 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. .. runpython:: :showcode: 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) Vous pouvez aussi utiliser des fonctions telles que `reduce <https://docs.python.org/3/library/functools.html?highlight=reduce#module-functools>`_. .. runpython:: :showcode: from functools import reduce mat = [[0,1,2], [3,4,5]] lin = reduce(lambda x,y: x+y, mat) print(lin) :githublink:`%|py|471` """ return reduce(lambda x, y: x + y, mat)
[docs]def vect2mat(vect, ncol): """ Convertit un tableau à une dimension en une matrice, réciproque de la fonction :func:`mat2vect <teachpyx.examples.construction_classique.mat2vect>`. :param vect: vecteur :param ncol: nombre de colonnes :return: matrice .. exref:: :tag: Base :title: 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. .. runpython:: :showcode: 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) :githublink:`%|py|502` """ return [vect[i * ncol: (i + 1) * ncol] for i in range(0, len(vect) // ncol)]
[docs]def integrale(fonction, a, b, n): """ Calcule l'intégrale d'une fonction avec la `méthode de Rienmann <https://fr.wikipedia.org/wiki/Somme_de_Riemann>`_. :param fonction: fonction :param a: borne inférieure de l'intervalle :param b: borne supérieure de l'intervalle :param n: nombre de division de l'intervalle :return: valeur .. exref:: :tag: Base :title: fonction comme paramètre :lid: paragraphe_fonction_variable 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. .. runpython:: :showcode: 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] :githublink:`%|py|552` """ h = (b - a) / n return sum(fonction(a + h / 2 + h * i) for i in range(0, n)) * h
[docs]def construit_matrice_carree(n): """ Cette fonction construit une matrice carrée remplie de zéro sous la forme d'une liste de listes. :param n: dimension de la matrice carrée :githublink:`%|py|563` """ return [[0 for i in range(n)] for j in range(n)]
[docs]def enumerate_permutations_recursive(ensemble): """ Enumère les permutations d'un ensemble de façon récursive. :param ensemble: ensemble à permuter :return: itérateur sur les permutations :githublink:`%|py|573` """ if len(ensemble) == 1: yield ensemble else: for i in range(0, len(ensemble)): # pylint: disable=C0200 ensemble[0], ensemble[i] = ensemble[i], ensemble[0] per = enumerate_permutations_recursive(ensemble[1:]) for p in per: yield [ensemble[0]] + p ensemble[0], ensemble[i] = ensemble[i], ensemble[0]
[docs]def enumerate_permutations(ensemble): """ Enumère les permutations d'un ensemble de façon non récursive. :param ensemble: ensemble à permuter :return: itérateur sur les permutations :githublink:`%|py|592` """ if len(ensemble) == 1: yield ensemble else: position = list(range(len(ensemble))) while position[0] < len(ensemble): memo = [] for i, p in enumerate(position): ensemble[i], ensemble[p] = ensemble[p], ensemble[i] memo.append((i, p)) yield ensemble.copy() for i, p in reversed(memo): ensemble[i], ensemble[p] = ensemble[p], ensemble[i] last = len(position) - 1 position[last] += 1 while last > 0 and position[last] >= len(position): position[last - 1] += 1 position[last] = last last -= 1