- mar. 12 janvier 2016
- INPROS
- #ipython jupyter
Ipython notebook : cours INPROS 
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Auteur: Marc BUFFAT, Pr dpt de Mécanique, UCB Lyon 1
Contributeurs: Violaine Louvet, Michel Kern, Loic Gouarin, Laurence Viry </h5>
Mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons
Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les Mêmes Conditions 2.0 France.
%matplotlib inline
%autosave 300
import numpy as np
from IPython.display import HTML,display
css_file = 'style.css'
try:
display(HTML(open(css_file, "r").read()))
print("using ",css_file)
except :
print("using default css")
Fichier informatique¶
définition (Wikipédia) un fichier informatique est une collection d’informations numériques (séquences d’octets) réunies sous un même nom, enregistrées sur un support de stockage tel qu’un disque dur, un CD-ROM, une clé USB …
En vue de faciliter leur organisation, les fichiers sont disposés dans des systèmes de fichiers qui permettent de placer les fichiers dans des emplacements appelés répertoires ou dossiers eux-mêmes organisés selon le même principe de manière à former une hiérarchie arborescente
Sur le système de l’ordinateur, un fichier est repéré par son nom avec éventuellement une extension et le répertoire dans lequel il se trouve.
En calcul scientifique, on considère 2 types principaux de fichiers:
des fichiers de programmes qui contiennent un code informatique exécutable par l’ordinateur, sous 2 formes principales:
- fichiers exécutables qui contiennent un code binaire directement exécutable par le processeur (extension .exe sous windows). Ces programmes ne sont pas modifiables et sont propre à l’ordinateur utilisé (programmes commerciaux ou propriétaires)
- fichiers sources qui contiennent le code source du programme dans un langage de programmation (extension .py pour les programmes Python). Ces programmes peuvent être modifiés et être exécuter sur n’importe quel ordinateur.
des fichiers de données qui contiennent des données (data) crées et manipulées par les programmes, sous 2 formes principales:
- des fichiers binaires qui contiennent l’information brute, utilisant le codage de l’ordinateur (le plus efficace pour le stockage)
- des fichiers textes qui contiennent les données écrites sous forme de lignes de texte (format le plus simple à manipuler)
Dans la suite on ne considérera que les fichiers programmes Python (extension .py) et des fichiers de données textes (extension .dat).
Pour éviter des problèmes de compatibilités entre systèmes informatiques, on choisira des noms de fichiers sans caractères accentués, sans espace ni caractéres spéciaux (autre que . ou _ ou - )
Fichier de programme (ou script) sous Python¶
un fichier contenant un programme Python a par convention une extension .py. Un simple éditeur de texte (notepad sous Windows) suffit pour créer et modifier un programme Python
- gedit “voir le site gedit” un éditeur simple et efficace
- vim et variante “soir le site vim” un éditeur de référence pour les programmeurs
- spyder “voir le site spyder” un environnement de développement Python à la matlab pour les applications scientifiques. Sous Spyder, on utilisera plutôt la console Ipython pour exécuter les programmes, que la console par défaut qui utilise des conventions matlab différentes d’un interpréteur Python classique.
Exemple: trace de courbes de Lissajous¶
Une courbe de Lissajous (d’après le physicien français “Jules Antoine Lissajous”) est une courbe paramétrique du plan dont les composantes sont des fonctions périodiques du paramètre (en générale le temps en physique, et que l’on peut observer avec un oscilloscope).
Le programme Python suivant lissajous.py trace les courbes de Lissajous suivantes \begin{eqnarray} x(t) &=& \sin{(\frac{2\pi}{p} t)}\ y(t) &=& \sin{(\frac{2\pi}{q} t + \phi)} \end{eqnarray} Le rapport $n=\frac{p}{q}$ est le paramètre de la courbe et $\phi$ le déphassage. Le temps $T$ de parcours de la courbe est le plus petit commun multiple de $p$ et $q$: $$T=pcm(p,q)=\frac{pq}{pgcd(p,q)}$$
%%bash --err /dev/null
ls -al lissajous.py
cat lissajous.py
%%bash --err /dev/null
echo "execution avec interpreteur python"
python lissajous.py
ls -al lissajous.png
%%bash --err /dev/null
echo "execution automatique"
chmod +x lissajous.py
./lissajous.py
ls -al lissajous.png
module (ou librairie)¶
module fichier contenant des fonctions et des définitions en python (bibliothèque)
nom du module nom du fichier sans l’extension .py
utilisation du module mon_module.py
import mon_module
import mon_module as mn
from mom_module import ma_fonction
from mon_module import *from lissajous import pgcd,LissajousFigure
print(pgcd(21,9))
LissajousFigure(5,3,np.pi/2)
rem si votre bibliothèque n’est pas dans le répertoire courant, il faudra alors spécifier son chemin d’accès (path) (voir documentation Python)
Fichier de données sous Python¶
Comme dans la pluspart des langages informatiques, lire ou écrire dans un fichier, on va associer à un fichier (à son nom) une variable informatique de type file, qui posséde des fonctions (ou méthodes) permettant de lire ou écrire des données dans le fichier.
fonction de lecture/écriture¶
- ouverture d’un fichier mon_fichier.dat en lecture:
f=open("nom_fichier.dat",'r') - ou en écriture:
f=open("nom_fichier.dat",'w') - lecture / ecriture (caractères)
f.read(n) ou f.readline() f.write(chaine) - lecture / écriture de tableaux (numpy)
A=loadtxt(file (ou nom de fichier)) savetxt(file (ou nom de fichier), A) - fermeture du fichier
f.close()
Exemple: écriture de données¶
écriture sur fichiers de $n$ points d’une courbe de Lissajous avec le format suivant
# ligne de commentaire
# n
t0 x0 y0
.......
ti xi yi
.......
tn-1 xn-1 yn-1
Programme Python¶
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from lissajous import Lissajous
# calcul des points
p=1; q=2;
N=50
t,x,y=Lissajous(p,q,np.pi/2,N)
# mise sur fichier
F=open("lissajous.dat","wb")
F.write(str.encode("# courbe de lissajous avec p=%d q=%d\n"%(p,q)))
F.write(str.encode("# %d\n"%(N)))
np.savetxt(F,np.transpose([t,x,y]))
F.close()
%%bash --err /dev/null
ls -al lissajous.dat
cat lissajous.dat
Exemple: lecture de données¶
lecture des données précédentes et tracer de la courbe
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
A=np.loadtxt("lissajous.dat")
print("lecture des données taille=",A.shape)
x=A[:,1]
y=A[:,2]
# tracer
plt.plot(x,y,lw=2)
plt.show()
F=open("lissajous.dat","r")
nlines=0
nval=0
for line in F:
if line[0] != "#" :
nval = nval + 1
nlines = nlines + 1
F.close()
print("nbre de lignes lues =",nlines," nbre de valeurs =",nval)
Ecriture format CSV¶
le format CSV (Comma-Separated Values) permet de partagé les données avec un tableur (localc, excel). Il suffit de délimiter les données avec une ‘,‘.
Attention: pour un tableur francisé, il faut lire le fichier avec l’option langue=US pour une conversion correcte des nombres réels. Python (comme beaucoup de langage informatique) utilise le point (cad la convention anglo-saxonne) et non la virgule pour représenter un nombre réel.
np.savetxt("lissajous.csv",np.transpose([t,x,y]),delimiter=",")
%%bash --err /dev/null
ls -al lissajous.csv
cat lissajous.csv
Entrée Sortie en python¶
Lecture au clavier¶
lecture au clavier input d’une valeur sans conversion
val = input("message")
ensuite on doit faire une conversion
val = int(input("entier ="))
print(val,type(val))
chaine = input("chaine =")
print(chaine,type(chaine))
Écriture avec formatage (mise en forme)¶
print format%(val1,val2,..)
format est une chaîne de caractères contenant des champs %[n][t]
- n = entier optionnel spécifiant la largueur (en colonnes) du champ
- t spécifie le type du champ: d=entier (décimal), f=réel (float) , e=réel avec exposant, g=réel (format général), s=chaîne (string)
i=1425
print("i=%d i=%8d"%(i,i))
x=3242.627
print("x=%15f x=%12.4e x=%g"%(x,x,x))
ch="chaine"
print("ch1=%s ch2=%8s"%(ch,ch))
format avec python 3¶
string.format(var1,var2,..)
où string est une chaine avec des {} pour spécifier la position des variables
print("i={} x={}".format(i,x))
import numpy as np
def pgcd(a, b):
"""calcul du pgcd de a et b par l'algorithme d'Euclide."""
while b:
a, b = b, a % b
return a
def Lissajous(p,q,phi,N):
""" calcul de N points d'une courbe de Lissajous"""
omega1 = 2*np.pi/p
omega2 = 2*np.pi/q
# temps d'étude
T = p*q/pgcd(p,q)
t = np.linspace(0., T, N)
# equations parametriques
x = np.sin(omega1*t)
y = np.sin(omega2*t+phi)
return t,x,y