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ITC - Cours pour les prépas scientifiques MPSI (programme 2022)

L’informatique au sens large est devenu incontournable dans toute formation scientifique. La maîtrise d’un langage de programmation, autrefois réservée à des professionnels, est devenue une nécessité dans de nombreuses activités en permettant de décupler la productivité. Le Python, dont l’enseignement a été introduit en classes préparatoires par l’Éducation Nationale en 2013 dans le Tronc Commun d’Informatique (ITC), s’est avéré être un choix judicieux. En effet, il s’agit aujourd’hui d’un langage majeur, en pleine expansion et utilisé dans de nombreux domaines stratégiques tels que l’intelligence artificielle, les data sciences, et plus généralement en recherche fondamentale, en recherche appliquée et en ingénierie.

Ce livre est conçu comme un manuel d'aide pratique d'informatique à destination des élèves de première et deuxième années des classes préparatoires dans les filières MP, PC, PSI et PT. Le nouveau programme d'informatique commun aux classes préparatoires scientifiques a été adapté pour prendre en compte les contenus des programmes du lycée. Il s'applique depuis la rentrée 2021.

Ce livre est conforme au nouveau programme et il est destiné aux étudiants souhaitant avoir une vue générale de ce qui est enseigné, en ne retenant que l'essentiel à connaître. Tout le code de programmation composé est écrit en Python au sein de classeur Jupyter Notebook en utilisant une distribution Anaconda 3 sur la plateforme Windows 10.

Python est un langage de programmation générique, open source, prenant en charge plusieurs modèles de programmation (procédural, fonctionnel et orienté objet). On l’utilise aussi bien pour créer des programmes autonomes que des scripts dans une grande variété de domaines, et on estime que c’est l’un des langages de programmation les plus utilisés au monde.

La lisibilité du code, la fonctionnalité de ses librairies, une conception qui optimise la productivité du développeur, la qualité logicielle, la portabilité des programmes, et l’intégration des composants sont les principales caractéristiques de Python. Python peut tourner sur la plupart des systèmes d’exploitation actuels tels que Unix, Linux, Windows, Macintosh, Java, .NET, Android ou iOS, pour ne citer que ceux-là.

Le présent ouvrage s'articule autour de 11 fiches pour parcourir le programme enseigné conformément aux directives du nouveau programme d'informatique. Il s'agit d'un cours que j'utilise généralement pour l'enseignement aux étudiants des classes préparatoires et aux étudiants de l'ENSC (École Nationale Supérieure de Cognitique) pour la partie concernant la programmation informatique.

Les fiches F01 et F02 commencent par une introduction permettant de voir comment installer les notebooks Jupyter à partir d'une distribution Anaconda 3 avec Python 3.9, et quels sont les usages courants dans l'édition des scripts.

La fiche F03 aborde les bases de l'algorithmie avec notamment la notion d'algorithme, les types simples du langage Python (expressions, types numériques, booléens), les variables (déclaration, initialisation et affectation), les types séquences (listes, tuples, chaînes de caractères, conversions entre types), les instructions de contrôle (instructions conditionnelles et instructions itératives) et les fonctions (appel d'une fonction et utilisation des fonctions anonymes).

La fiche F04 aborde la manipulation de données en se concentrant sur les modules avec leur importation, sur la composition de fichiers de données spécifiques, sur un module scientifique à connaître et sur la constitution d'une image.

La fiche F05 aborde quelques méthodes de programmation essentielles dont le fonctionnement doit être connu avec notamment les algorithmes gloutons, les fonctions récursives, et les algorithmes de tri.

La fiche F06 aborde les règles de programmation essentielles (commentaire et assertion) et la notion de complexité des algorithmes.

La fiche F07 est consacrée à la représentation des nombres (entiers, flottants, caractères, etc) dans un ordinateur.

La fiche F08 aborde une structure de donnée essentielle qu'est le graphe, structure servant principalement à composer des modèles abstraits de réseaux reliant des objets entre eux.

La fiche F09 aborde une structure de donnée essentielle qu'est le dictionnaire avec son utilisation spécifique, la clé hachable, la mémoïsation et la programmation dynamique.

La fiche F10 aborde les données au format CSV ainsi que les deux principaux algorithmes d'apprentissage statistique (l'algorithme KNN des k plus proches voisins et l'algorithme des k-moyennes) qui appartiennent au domaine de l'intelligence artificielle. Deux applications pratiques seront implémentées avec Scikit-learn.

La fiche F11 aborde la notion de base de données qui est un ensemble structuré d'informations qui permet de répondre à un besoin spécifique.

Ressources complémentaires

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Disponible dans les librairies en ligne

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