C1 Initiation à Python avec Turtle - Partie 1

Introduction

Premiers pas avec Python

Warning

L'apprentissage de la programmation en langage Python est essentiel en NSI, chaque élève devrait donc avoir une installation fonctionnelle de Python sur son ordinateur de façon à pouvoir pratiquer régulièrement à la maison.

Le langage Python peut être invoqué à partir de la ligne de commande, taper simplement python dans un terminal. L'invite de commande se transforme en >>>, on dit que Python est en mode console. Vous pouvez quitter Python en tapant exit().

Utiliser Python comme calculatrice
En mode console, Python vous fournira directement les résultats de calculs, taper par exemple :
1. 15+5*5, dans quel ordre les opérations sont-elles effectuées ?
2. 2**5, de quelle opération s'agit-il ?
  
  Aide
  
  Tester d'autres valeurs par exemple 7**2 ou 2**3 pour vous aider
3. 20%3 et 20//3, de quelles opérations s'agit-il ? (tester d'autres valeurs si nécessaire)
Utilisation de variables
1. Dans la console Python, écrire cote = 12, on vient de créer une variable nommée cote valant 12 qu'on peut utiliser dans d'autres calculs. Tester par exemples : cote * 4 ou cote**2
2. Créer une variable naissance contenant votre année de naissance.
3. Que se passe-t-il si on écrit age = 2022 - naissance ?

D'autres exemples avec Python ?

Biblothèque math

Rappel

Le périmètre d'un cercle de rayon $r$ est $p = 2 π r$ .
1. En utilisant Python, calculer le périmètre d'un cercle de rayon 7m (on prendra la valeur $3, 14$ pour $π$ )
2. Python est un langage extensible via l'ajout de bibliothèques, par exemple une valeur plus précise de $π$ se trouve dans la bibliothèque math de Python. Pour utiliser cette valeur taper :
```
from math import pi
```
3. Vérifier que Python connaît maintenant une valeur précise de $π$
4. Avec cette nouvelle valeur de $π$ , calculer le périmètre d'un cercle de diamètre 25 cm.
Des "easter eggs" dans Python
1. On peut importer la totalité d'une bibliothèque en tapant simple import suivi du nom de la bibliothèque. Tester import this
  
  Aide
  
  Quelques explications sur cette page wikipedia
2. Une blague sur Python issue du site de cartoons xckd s'affichera en important la biblothèque antigravity

Remarque

Pour aller plus loin, on va commencer un initiation à Python.
Cette initiation à Python utilise le module turtle. Une autre découverte de Python plus "classique" est disponible sous forme de notebooks et pourra être utilisée (à la maison) pour compléter cette approche.

Notebooks

Activités

Activité 1 : Desssiner avec le module turtle

A retenir

Le module turtle du langage Python permet de dessiner dans une fenêtre graphique, pour l'utiliser il faut d'abord l'importer avec import. Ensuite, nous devons créer un crayon virtuel (Turtle du module turtle) et un papier virtuel (Screen du module turtle). Les trois lignes de codes suivantes seront donc la base de tous nos programmes :

import turtle
crayon = turtle.Turtle()
papier = turtle.Screen()

Notez bien que les noms crayon (et papier) sont de notre choix, nous aurions pu par exemple les appeler stylo et feuille.

Premier programme
1. Recopier puis exécuter les trois lignes de code données en introduction ci-dessus. Que se passe-t-il ? Pourquoi ?
2. Ajouter en fin de programme : papier.exitonclick() et exécuter de nouveau le programme. Quel est selon vous le rôle de cette nouvelle instruction ?
  A retenir
  
  Afin d'éviter que la fenêtre ne se ferme à la fin du programme on rajoute à la fin du programme
```
papier.exitonclick()
```
3. Quelle est la forme du "crayon" ? Dans quelle direction est-il orienté ? Quel est le nom du "papier" ?
  
  A retenir
  
  L'orientation de la tortue est définie par l'angle qu'elle fait avec l'horizontal, à la façon de ce qui se passe sur un rapporteur :
Dessiner des lignes
1. Le "papier" est muni d'un repère, comme en mathématiques (en grisé sur la figure suivante) : Où se situe le crayon initialement ?
2. Pour dessiner des lignes, on peut simplement déplacer le crayon avec goto en donnant les coordonnées du point d'arrivée. Par exemple pour tracer le segment indiqué par un sur la figure suivante on a utilisé l'instruction :
```
crayon.pendown()
crayon.goto(200,200)
```
  Compléter le programme afin de tracer les deux autres segments.
  A retenir !
  
  Pour simplement déplacer le crayon sans tracer de traits, on utilise penup et pour reposer le crayon pendown par exemple,
```
crayon.penup()
crayon.goto(-100,100)
crayon.pendown()
```
  déplace le crayon en (-100,100) sans tracer de trait.
3. On peut aussi tracer un trait en faisant avancer le crayon d'un nombre de pixels. En effet le crayon est orienté dans une direction (le sens de la flèche) et pour le faire avancer on utilisera forward (backward permet de reculer). L'orientation de la tortue peut être fixée à une direction donnée grâce à setheading ou modifiée grâce à left (qui tourne de l'angle donné à gauche) ou right (qui tourne de l'angle donnée à droite). Par exemple pour tracer le segment indiqué par un sur la figure suivante, après avoir positionnée la tortue en (-100,100), on a utilisé :
```
crayon.setheading(90)
crayon.forward(150)
```
  Compléter le programme afin de tracer le carré.
Tracer des cercles
1. Pour tracer un cercle, on utilise circle en indiquant son rayon, attention la tortue n'est pas le centre du cercle. Elle est un point du cercle, le centre se situant à gauche de l'orientation de la tortue comme indiqué sur le schéma suivant : Compléter la figure en traçant le cercle indiqué par un :
Modifier le crayon et le papier
A retenir
- On peut modifier l'épaisseur du trait grâce à pensize()
- On peut modifier la couleur du trait grâce à pencolor()
- On peut modifier la couleur du fond grâce à bgcolor()
- Pour remplir une surface, on commence sa construction avec begin_fill() et on la termine avec end_fill()
- On peut modifier la couleur de remplissage grâce à fillcolor() Les couleurs sont données sous la forme (r,g,b), en hexadécimal comme en html (par exemple #12A5F2) ou encore avec un nom en anglais sous forme de chaînes de caractères (black, red, blue, brown, ...)
Réaliser le dessin ci-dessous :
Aide
- Le crayon a une épaisseur de 5
- Les couleurs utilisées sont black et grey (pour le rectangle) puis green,orangered,darkred,lightgreen,orange et red pour les cercles

Activité 2 : Premières fonctions

On souhaite dessiner un "bonhomme bâton" tel que celui représenté ci-dessous : bonhomme baton La couleur du crayon est black, son épaisseur 5.

Ecrire un programme Python permettant de dessiner la tête
Tracer la ligne représentant le corps
Tracer chacun des deux bras
Remarquons ques les instructions permettant de tracer les "bâtons" du bonhomme sont très similaires. En effet :
- on relève le crayon avec penup
- on se positionne sur une extrémité de la ligne avec goto
- on abaisse le crayon avec pendown
- on se déplace jusqu'à l'autre extrémité avec un nouveau goto L'idée est donc de définir un bloc réutilisable avec ces quatre instructions afin de tracer chacune des lignes en précisant leurs extrémités. Ces blocs d'instructions sont ce qu'on appelle des fonctions, ils commencent par def. Les instructions contenues dans les fonctions peuvent dépendre de certaines valeurs. Dans notre cas, ces paramètres seront :
  - les coordonnées x1 et y1 de l'une des extrémités de la ligne
  - les coordonnées x2 et y2 de l'autre extrémité.
Ajouter les instructions suivantes à votre programme :
```
def ligne(x1,y1,x2,y2):
    crayon.penup()
    crayon.goto(x1,y1)
    crayon.pendown()
    crayon.goto(x2,y2)
```
On dispose maintenant d'une fonction permettant de tracer n'importe quelle ligne en donnant ses extrémités. Utiliser cette fonction pour tracer les jambes et terminer le bonhomme.
Ecrire une fonction carre permettant de tracer un carré en donnant les coordonnées de son coin inférieur gauche et la longueur de son côté.

Aide

Cette fonction accepte donc trois paramètres, qu'on pourra nommer x, y (les coordonnées du coin inférieur gauche) et c la longueur du côté.
Utiliser la fonction carre afin de tracer la figure suivante : On précise que :
- les côtés des carrés sont 200, 190 et 180
- les couleurs des carrés sont "darkred", "red" et "orange"
- les inclinaisons par rapport à l'horizontale sont 0, 20 et 40

Activité 3 : Boucles

On souhaite dessiner avec Turtle, la frise suivante d'inspiration grecque :
frise grecque Le motif répété dans cette frise a été isolé en rouge ci-dessous :

Ecrire une fonction python motif qui ne prend pas d'argument et trace ce motif à partir de la position courante de la tortue. On utilisera un crayon de taille 15 et les dimensions du motif sont indiqués sur la figure ci-dessous :
En plaçant correctement la tortue au début et en effectuant plusieurs appels à la fonction motif, dessiner la frise (pour tracer les deux lignes qui entourent la frise, on pourra utiliser la fonction ligne déjà vue ci-dessus)
Pour répondre à la question précédente, vous avez du taper :
```
motif()
motif()
motif()
motif()
```
De façon répéter le dessin du motif, une boucle for en python permet notamment de répéter un certain nombre de fois un bloc d'instructions. Par exemple, pour répéter 5 fois le motif on écrit :
```
for i in range(5):
    motif()
```
On dit que i est l'indice de boucle, c'est une variable qui prendra successivement les valeurs 0,1,2,3 et 4 à chaque passage dans la boucle.
Utiliser une boucle pour dessiner la frise.
On souhaite maintenant qu'un motif sur deux soit d'une couleur différente, comme ci-dessous : On utilise ici une instruction conditionnelle qui va changer la couleur du crayon suivant que l'indice de boucle soit pair ou impair :
```
if i%2 == 0:
    crayon.color("darkred")
else:
    crayon.color("navy")
```
1. Rappeler le rôle de l'opération %
2. Intégrer ce bloc d'instructions à la boucle for et tracer la frise colorée.

Activité 4 : Plus loin avec les boucles

On souhaite dessiner la grille suivante à l'aide du module turtle de Python : grille On dispose déjà d'un début de programme qui définit les propriétés du papier et du crayon ainsi que la fonction ligne permettant de tracer une ligne en donnant les deux extrémités (voir activités précédentes) :

import turtle

# Création du "papier" et du "crayon"
crayon = turtle.Turtle()
papier = turtle.Screen()
# Taille, dimension et couleur pour le papier et le crayon
papier.bgcolor("beige")
papier.setup(width=500,height=500)
crayon.color("navy")
crayon.pensize(5)

def ligne(x1,y1,x2,y2):
    crayon.penup()
    crayon.goto(x1,y1)
    crayon.pendown()
    crayon.goto(x2,y2)

Écrire les instructions permettant de tracer les lignes horizontales.
Une (bien) meilleure solution
1. Vérifier que les instructions suivantes permettent de tracer les lignes verticales :
```
for abscisse in range(-200,250,50):
    ligne(abscisse,-200,abscisse,200)
```
2. Quelles sont les valeurs prises successives prises par la variable abscisse dans le programme précédant ?
3. Rappeler le rôle des paramètres de range
Tracer les lignes horizontales en utilisant une boucle for

Cours

Vous pouvez télécharger une copie au format pdf du diaporama de synthèse de cours présenté en classe :

Diaporama de cours

Attention

Ce diaporama ne vous donne que quelques points de repères lors de vos révisions. Il devrait être complété par la relecture attentive de vos propres notes de cours et par une révision approfondie des exercices.

QCM

1. Quelle instruction permet d'orienter une tortue crayon vers le bas ?

2. On suppose que la tortue crayon est située en (0,0) et est orientée vers le bas, quelle suite d'instructions permet de construire la figure suivante ?

3. Quelles instructions permettent de positionner la tortue crayon en (-100,100), sans rien tracer à l'écran ?

4. En python, la définition d'une fonction commencer par le mot clé :

5. Quelle sera le dessin produit par l'instruction mystere(100,45) où mystere est la fonction ci-dessous :

def mystere(l,a):
    crayon.penup()
    crayon.goto(0,0)
    crayon.setheading(a)
    crayon.forward(l)

6. Quelle instruction permet de créer une boucle qui va répéter 5 fois les instructions indentées qui suivent ?

7. Quelle instruction permet de tester si la variable essais vaut 10 ?

8. Quel est la valeur de la variable b après exécution de ce programme :

a = 10
if a%2==0:
    b=1
else:
    b=2

9. De quand date la première version du langage Python ?

10. En python, par quel caractère commence une ligne de commentaire ?

11. Quel faut-il écrire pour importer la librairie csv dans Python ?

Exercices

Aide et Ressources

Pour les exercices avec le module TURTLE , vous trouverez ci-dessous un résumé sur les commandes de Turtle.

Commandes Turtle

Vous pouvez aussi consulter la page de documentation officielle du module

Exercice 1 : Quelques dessins avec turtle

Ecrire un programme Python permettant de dessiner les figures suivante :

Aide

On donne le squelette de programme suivant qui servira de point de départ :

    import turtle
    papier = turtle.Screen()
    crayon = turtle.Turtle()
    crayon.pensize(5)
    crayon.color("navy")

La lettre H
Une croix centrée sur l'origine
Attention
- La longueur totale d'une branche de couleur est de 200 pixels
- Les couleurs des branches sont navy et darkred
- La branche de couleur navy fait un angle de 45° avec l'horizontale
Des cercles

Exercice 2 : Utilisation d'une fonction

Rappel

On donne ci-dessous le code de la fonction ligne(x1,y1,x2,y2) vue dans l'activité 2, elle permet de tracer la ligne joignant les points d'extrémités (x1,y1) et (x2,y2)

    def ligne(x1,y1,x2,y2):
        crayon.penup()
        crayon.goto(x1,y1)
        crayon.pendown()
        crayon.goto(x2,y2)

En utilisant la fonction ligne, construire la grille de morpion suivante :
Dessiner de nouveau la lettre H de l'exercice 1 en vous aidant de cette fonction.
Comparer les deux programmes (avec et sans fonction), qu'en pensez-vous ?

Exercice 3 : Ecrire une fonction

Le but de l'exercice est de pouvoir dessiner une croix dans l'une quelconque des cases de la grille de morpion de l'exercice précédent. Comme par exemple dans la case supérieure droite tel qu'illustré ci-dessous. Grille de morpion avec croix Les croix ont toujours la même couleur (green) et la même taille (des branches de longueur 40 pixels), seule la position de leur centre varie. On décide donc, d'écrire une fonction croix(x,y) qui trace la croix à partir du point de coordonnées (x,y)

Recopier et compléter l'écriture de la fonction croix (pour l'instant seule la branche supérieure droite est tracée):

    def croix(x,y):
        crayon.penup()
        crayon.goto(x,y)
        crayon.pendown()
        crayon.setheading(45)
        crayon.forward(40)
        ...

Utilisation de la fonction
1. Quel appel à la fonction croix permet de tracer la croix se situant dans la case supérieure droite ?
2. Quel sera le résultat de l'instruction croix(-100,0) ?

Exercice 4 : Une fonction cercle

En vous inspirant de l'exercice 3, écrire une fonction cercle(x,y) qui permet de tracer un cercle de rayon 35 et de couleur darkred dans l'une quelconque des cases de la grille de morpion. Comme par exemple ci-dessous dans la case inférieure droite.
Reproduire la grille de morpion suivante en utilisant les fonctions croix et cercle :

Exercice 5 : Quelques figures avec `turtle`

Construire les figures suivantes (le repère est là pour vous aider et ne doit pas être reproduit):

L'escalier
Cercles concentriques (les couleurs alternent entre blue et lightblue, le crayon a une épaisseur de 10, les cercles ont pour rayon 10,20,30, ...)
Hachures

Exercice 6 : Lignes

En utilisant une boucle for contenant une instruction conditionnelle, écrire un programme Python permettant de tracer la figure suivante : La ligne centrale est tracé avec un crayon d'épaisseur 4 et en couleur darkred, toutes les autres lignes sont d'épaisseur 2 et en couleur navy.
Modifier l'instruction conditionnelle contenue dans le boucle for de façon à ce que les lignes au dessus de la ligne centrale soient tracées en couleur green.

Exercice 7 : Suite de carrés

Ecrire un programme python permettant de dessiner la figure ci-dessous : Carrés Votre programme devra contenir :

la définition d'une fonction carre et des appels à cette fonction,
une boucle,
une instruction conditionnelle.

Humour d'informaticien

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