Pourquoi vous devriez 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 à celles des calculatrices de poche.
Python peut accéder à 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 parmi 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 calculateurs ont un défaut de conception.

Si vous utilisez une calculatrice de poche, 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 un rappel ultérieur sur certaines calculatrices, mais vous devez savoir comment cela fonctionne. Et cela signifie lire un manuel. Vous avez bien sauvegardé le manuel, n'est-ce pas ? Bien sûr, vous pouvez généralement trouver le manuel en ligne. Cela peut suffire 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 celles-ci !

Les applications de calculatrices sur votre téléphone ou votre ordinateur ne sont pas bien meilleures. Le principal problème de ces programmes est qu'ils essaient de se faire passer pour des calculatrices portables en termes d'apparence et de fonctionnement. Parmi les designers d'interface utilisateur, cela est connu sous le terme "skeuomorphisme." Les calculatrices logicielles sont difficiles à utiliser parce que vous devez cliquer manuellement sur les boutons.

Si vous prenez des cours de mathématiques ou de sciences, il est probable que vous ne soyez autorisé à utiliser qu'une calculatrice de poche lors des examens. Lorsque vous êtes seul, il vaut mieux 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 liés aux calculatrices portables et aux logiciels de calcul.

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

Les opérateurs fonctionnent de manière similaire à d'autres calculateurs que vous avez pu utiliser, tels 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 facilite le rappel de ce que vous avez précédemment saisi. Les touches flèche haut et flèche bas vous permettent de naviguer vers le haut et vers le bas dans votre saisie. Vous pouvez également rechercher dans votre saisie en appuyant sur Ctrl+r (lettre r en minuscule). Commencez ensuite à taper pour trouver ce que vous avez précédemment saisi. Vous pouvez naviguer vers le haut et vers le bas dans votre saisie en utilisant les touches fléchées.

La variable _ (souligné) 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 sur Linux ou macOS ou Ctrl+Z sur Windows (à moins que vous n'utilisiez Python dans le Windows Subsystem for Linux, où vous utilisez Ctrl+D comme dans d'autres systèmes de type Unix). Mais vous voudrez probablement simplement le laisser ouvert. Vous ne savez jamais quand vous pourriez vouloir effectuer un calcul, de plus c'est une excellente excuse pour apprendre Python.

Accédez à des bibliothèques puissantes pour des mathématiques plus avancées.

Bien que Python soit excellent pour les calculs 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 possède également des fonctions trigonométriques. Supposons que vous vouliez trouver le sinus de 45 degrés. Les fonctions trigonométriques attendent des angles en radians, mais la bibliothèque mathématique dispose également de 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 pour réduire le nombre de lignes :

        
math.sin(radians(45))

Il existe de nombreuses autres bibliothèques que vous pouvez installer si vous avez des calculs mathématiques encore plus avancés à faire. Ces bibliothèques, telles que NumPy, SciPy et SymPy, vous permettent d'aborder tout, 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 devient un langage de choix pour le calcul scientifique et une autre raison d'apprendre ce langage.

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

Une différence clé entre les deux est la façon dont cela gère des choses comme les racines carrées. Lorsque vous prenez la racine carrée de 2 en utilisant la fonction sqrt de la bibliothèque mathématique, vous obtenez une approximation en 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 affichée comme elle apparaîtrait dans un manuel. Elle va également automatiquement extraire tous les carrés parfaits.

Ci-dessous se trouve un interprète interactif spécial fourni avec SymPy, conçu pour des sessions interactives. Je montre l'opération de racine carrée de la bibliothèque mathématique et de SymPy. Remarque : cette dernière possède 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 à explorer. SageMath est un environnement complet basé sur Python qui vise à rivaliser avec Mathematica, Maple et MATLAB.

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