Pourquoi devriez-vous utiliser Python comme calculatrice (et comment commencer)

Résumé

Les applications de calculatrice et les calculatrices portables sont encombrantes, mais le mode interactif de Python rappelle facilement les résultats précédents pour les calculs. Vous pouvez également faire défiler et rechercher des entrées.
Python offre des fonctions arithmétiques de base similaires aux calculatrices portables.
Python peut puiser dans des bibliothèques avancées telles que math, NumPy, SciPy et SymPy pour des opérations mathématiques plus complexes au-delà de l’arithmétique de base.

Une blague courante chez les programmeurs Python est que le mode interactif fonctionne très bien comme une calculatrice de bureau. Voici les raisons pour lesquelles cela est proche de la réalité.

Les calculatrices ont un défaut de conception

Si vous utilisez une calculatrice portable, vous avez peut-être remarqué quelque chose de frustrant si vous avez un modèle de base : il est difficile de se souvenir des résultats précédents lorsque vous les utilisez dans de nouveaux calculs.

Vous pouvez enregistrer des numéros en mémoire pour les rappeler plus tard sur certaines calculatrices, mais vous devez savoir comment cela fonctionne. Et cela signifie lire un manuel. Vous avez sauvegardé le manuel, n'est-ce pas ? Bien sûr, vous pouvez généralement trouver le manuel en ligne. C’est peut-être suffisant pour les utilisateurs de TI et de Casio, mais de nombreuses calculatrices matérielles, ou du moins celles que vous pouvez acheter aujourd’hui, proviennent de fabricants génériques. Bonne chance pour trouver les instructions pour eux !

Les applications de calculatrice sur votre téléphone ou votre ordinateur ne sont pas beaucoup mieux. Le principal problème avec ces programmes est qu’ils essaient de se faire ressembler et de fonctionner comme des calculatrices portables. Parmi les concepteurs d’interfaces utilisateur, c’est ce qu’on appelle le « skeuomorphisme ». Les calculatrices logicielles sont difficiles à utiliser car vous devez cliquer sur les boutons manuellement.

Si vous suivez des cours de mathématiques ou de sciences, vous ne serez probablement autorisé à utiliser une calculatrice portable que pour les examens. Lorsque vous êtes seul, il est préférable d'utiliser quelque chose comme Python.

Le mode interactif de Python est facile à utiliser

Bien que Python soit destiné à la programmation, il peut résoudre de nombreux problèmes avec des calculatrices portables et logicielles.

Une fois que vous avez installé Python et appelé l'interpréteur à partir du menu de votre système ou tapé python sur la ligne de commande, vous pouvez utiliser toutes les fonctions arithmétiques standard en Python simplement en les tapant et en appuyant sur Entrée pour exécuter à l'invite :

Les opérateurs fonctionnent de la même manière que d’autres calculatrices que vous avez peut-être utilisées, telles que + et - pour l’addition et la soustraction, et * et/pour la multiplication et la division.

L'interpréteur Python standard utilise la bibliothèque GNU Readline et permet de se rappeler facilement ce que vous avez précédemment tapé. Les touches fléchées haut et bas vous permettent de vous déplacer vers le haut et vers le bas dans votre entrée. Vous pouvez également rechercher votre entrée en appuyant sur Ctrl+r (r minuscule). Ensuite, commencez à taper pour trouver ce que vous avez tapé précédemment. Vous pouvez vous déplacer vers le haut et vers le bas dans votre saisie à l’aide des touches fléchées

La variable _ (trait de soulignement) stocke le résultat précédent. Vous pouvez l’utiliser pour de nouveaux calculs. Par exemple, pour multiplier le nombre précédent par un autre nombre

        
_ * 42.

Ou pour le mettre au carré :

        
_**2

Vous pouvez également installer iPython pour des opérations interactives encore plus puissantes. Lorsque vous avez fini d'utiliser Python, pour quitter votre session, tapez exit() ou appuyez sur Ctrl+D sous Linux ou macOS ou Ctrl+Z sous Windows (sauf si vous exécutez Python dans le sous-système Windows pour Linux, où vous utilisez Ctrl+D comme dans d'autres systèmes de type Unix). Mais vous voudrez probablement le laisser ouvert. Vous ne savez jamais quand vous voudrez peut-être faire un calcul, et c'est une excellente excuse pour apprendre Python.

Exploitez des bibliothèques puissantes pour des mathématiques plus avancées

Bien que Python soit idéal pour les mathématiques simples, il est capable de beaucoup plus avec les bonnes bibliothèques.

La bibliothèque mathématique intégrée transformera Python en une calculatrice scientifique. Vous pouvez utiliser la fonction d’importation pour accéder à ses fonctions.

        
import math

Supposons que vous vouliez une approximation de pi. Vous pouvez l’obtenir dans la bibliothèque mathématique :

        
math.pi

La bibliothèque mathématique dispose également de fonctions trigonométriques. Supposons que vous vouliez trouver le sinus de 45 degrés. Les fonctions trigonométriques attendent des angles en radians, mais la bibliothèque mathématique a également des fonctions pour convertir entre les deux. Pour convertir l’angle en radians :

        
math.radians(45)

Et pour calculer le sinus de ce résultat :

math.sin(_)

Vous pouvez enchaîner les arguments de fonction sur moins de lignes :

        
math.sin(radians(45))

Il existe de nombreuses autres bibliothèques que vous pouvez installer si vous avez des mathématiques encore plus avancées à faire. Ces bibliothèques, telles que NumPy, SciPy et SymPy, vous permettent d’aborder n’importe quoi, des statistiques au calcul en passant par l’algèbre linéaire et les équations différentielles. L'avantage de ces bibliothèques est qu'elles sont gratuites et open source. C'est pourquoi Python est en train de devenir un langage de choix pour le calcul scientifique et une raison de plus d'apprendre le langage.

Un bon exemple est SymPy, un système d’algèbre informatique. Un système d’algèbre informatique fonctionne avec les mathématiques symboliques de la même manière qu’une calculatrice fonctionne avec les mathématiques numériques.

Une différence clé entre les deux est la façon dont il gère des choses comme les racines carrées. Lorsque vous prenez la racine carrée de 2 à l'aide de la fonction sqrt de la bibliothèque mathématique, vous obtenez une approximation à virgule flottante car ce n'est pas un carré parfait et c'est un nombre irrationnel.

Lorsque vous prenez une racine carrée dans SymPy, une racine carrée qui n'est pas une racine carrée est imprimée telle qu'elle apparaîtrait dans un manuel. Il factorisera également automatiquement tous les carrés parfaits.

Vous trouverez ci-dessous un interpréteur interactif spécial fourni avec SymPy, conçu pour les sessions interactives. Je montre l'opération de racine carrée de la bibliothèque mathématique et de SymPy. Remarquez que ce dernier a même un symbole de racine carrée ?

SymPy est encore plus puissant, vous permettant de résoudre des équations et de prendre des dérivées et des intégrales de fonctions. Toutes ces bibliothèques sont des outils puissants dans lesquels on peut s’y mettre. SageMath est un environnement à part entière basé sur Python qui vise à concurrencer Mathematica, Maple et MATLAB.

Si vous étudiez ces sujets, Python vous permettra de vous concentrer sur le problème plutôt que sur les calculs.