Installer Python et configurer son environnement sur sa machine personnelle

Présentation & objectifs

Cette première activité consiste principalement à installer l’interpréteur Python sur votre machine et à créer a minima, un environnement fonctionnel vous permettant de maîtriser l’installation des paquets dont vous avez besoin et bien sûr, de développer vos programmes en Python et de les exécuter depuis la ligne de commande d’un terminal.

L’utilisation du terminal vous aidera à comprendre ce qui se passe en arrière-plan lorsque vous appuyez sur le bouton “exécuter” dans l’éditeur que vous avez probablement utilisé jusqu’à présent.

De plus, vous apprendrez à installer des bibliothèques (paquets) pour Python, qui fourniront des fonctions utiles pour des usages particuliers (math, traitement du signal, affichage graphique, …)

1 — Installation de Python

1.1 — Qu’est-ce que l’interpréteur Python ?

Commençons par installer sur votre machine le logiciel nécessaire pour coder et exécuter des programmes écrits en langage Python.

Python est un langage informatique qui vous permet d’écrire des programmes, c’est-à-dire une liste d’instructions conçues pour être exécutées par l’ordinateur afin d’accomplir la tâche souhaitée.

Cependant, le processeur de l’ordinateur comprend essentiellement des séries de 0 et de 1. Un interpréteur Python fait la traduction entre vos instructions respectant la syntaxe Python et le processeur qui nécessite des séries de 0 et 1. C’est évidemment une simplification grossière car plusieurs étapes peuvent être nécessaires pour alimenter le processeur (via du bytecode par exemple). Cependant, la principale caractéristique d’un interpréteur est qu’il traduit une instruction à la fois pour le processeur de l’ordinateur.

Avec un interpréteur, il n’est pas nécessaire de traduire l’intégralité du code source et de produire le code binaire complet du programme avant de lancer l’exécution. Cela serait le rôle d’un compilateur. Des langages tels que C ou C++ nécessitent un compilateur. D’autres langages, comme Java, se situent entre ces deux solutions, en compilant le code Java en une représentation intermédiaire (bytecode), qui est ensuite interprétée.

Pour travailler avec le langage Python, vous devez installer un tel interpréteur capable de traduire et d’exécuter les lignes de texte que vous écrirez en syntaxe Python.

1.2 — Avez-vous déjà un interpréteur Python sur votre machine ?

Pour vérifier si vous avez déjà un interpréteur Python sur votre machine, ouvrez un terminal et tapez :

python --version

python --version

python3 --version

python3 --version

La sortie devrait ressembler à ceci :

Python 3.10.2

Python 3.10.2

Python 3.10.2

Python 3.10.2

Si vous avez cela, alors vous avez une version de Python 3 installée. Il serait judicieux de vérifier si c’est une version récente (au moins 3.12), ou si vous avez une ancienne version. Si vous avez une ancienne version, vous devrez la mettre à jour (voir ci-dessous).

Si, au contraire, vous obtenez un message indiquant que la commande est inconnue, vous devrez installer Python (voir ci-dessous).

1.3 — Installer ou mettre à jour l’interpréteur Python

Pour installer ou mettre à jour Python, votre point de référence est le site officiel de Python.

Vous vous demandez peut-être s’il est toujours préférable d’avoir la dernière version d’un logiciel. Voici quelques questions à considérer avant de mettre à jour votre interpréteur :

• Parfois, le choix ne vous appartient pas : par exemple, votre client peut avoir des contraintes auxquelles vous devez vous conformer (votre programme ne fonctionnera probablement pas seul mais dans un système existant avec un environnement spécifique).

• C’est aussi une question d’équilibre entre casser un logiciel existant pour prendre en compte de nouvelles fonctionnalités ou corrections de bugs, des problèmes de sécurité, etc. En effet, vous devez être sûr de pouvoir réparer le logiciel cassé.

• Certains contrôles doivent être effectués : mon programme utilise-t-il des packages ou a-t-il des dépendances (bibliothèques) qui ne sont pas compatibles (bugs) avec la dernière version ? Ai-je vérifié les retours utilisateurs sur une version spécifique ? Les pages de sortie mentionnent-elles des problèmes potentiels ?

Pour l’instant, considérez que toute version supérieure à 3.12 devrait satisfaire vos besoins. Si certains cours vous demandent une mise à jour plus tard dans votre cursus, vous devrez alors mettre à jour votre interpréteur.

La procédure pour installer ou mettre à jour Python dépend de votre système :

python --version

python --version

sudo apt update

sudo apt install python3

python3 --version

brew update

brew install python3

brew upgrade python3

python3 --version

2 — Utiliser l’interpréteur Python pour exécuter du code Python

2.1 — Un premier programme Python

Le but est de vérifier si votre interpréteur Python fonctionne correctement. Votre premier programme sera le traditionnel qui affiche “Hello World !” à l’écran.

En Python, une seule ligne de code suffit pour cela. Nous fournissons également l’équivalent Java pour plus tard dans votre cursus.

# Print a string to the shell
print("Hello World!")

/**
 * To run this code, you need to have Java installed on your computer, then:
 * - Create a file named `Main.java` in a directory of your choice.
 * - Copy this code in the file.
 * - Open a terminal in the directory where the file is located.
 * - Run the command `javac Main.java` to compile the code.
 * - Run the command `java -ea Main` to execute the compiled code.
 * Note: '-ea' is an option to enable assertions in Java.
 */
public class Main {

    /**
     * This is the entry point of your program.
     * It contains the first codes that are going to be executed.
     *
     * @param args Command line arguments received.
     */
    public static void main(String[] args) {
        // Print a string to the shell
        System.out.println("Hello World!");
    }

}

Comme vous avez installé un interpréteur, il y a deux façons d’exécuter ce code :

• Via une session interactive.
• En écrivant et exécutant un script.

2.2 — Travailler en session interactive

La première façon de travailler avec Python est via une session interactive. Pour démarrer une session interactive, ouvrez simplement un terminal et tapez la commande suivante, puis appuyez sur la touche “Entrée”.

python

python

python3

python3

L’invite dans le terminal peut changer en >>> indiquant que l’interpréteur Python attend vos instructions. En effet, lorsque vous êtes en session interactive, chaque instruction Python est exécutée immédiatement et toute sortie est affichée directement en dessous.

Tapez donc le code suivant :

print("Hello World!")

Puis, appuyez sur la touche “Entrée”, et vous devriez voir le résultat suivant :

Hello World!

Vous pouvez continuer à taper n’importe quel code Python que vous souhaitez.

# The string to manipulate
s = "IMT Atlantique"
print(s)

# Loop to append to a new string
result = ""
for i in range(len(s)):
    result = s[i] + result

# Print the result
print("Reversed string:", result)

/**
 * To run this code, you need to have Java installed on your computer, then:
 * - Create a file named `Main.java` in a directory of your choice.
 * - Copy this code in the file.
 * - Open a terminal in the directory where the file is located.
 * - Run the command `javac Main.java` to compile the code.
 * - Run the command `java -ea Main` to execute the compiled code.
 * Note: '-ea' is an option to enable assertions in Java.
 */
public class Main {

    /**
     * This is the entry point of your program.
     * It contains the first codes that are going to be executed.
     *
     * @param args Command line arguments received.
     */
    public static void main(String[] args) {
        // The string to manipulate
        String s = "IMT Atlantique";
        System.out.println(s);

        // Loop to append to a new string
        String result = "";
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            result = s.charAt(i) + result;
        }

        // Print the result
        System.out.println("Reversed string: " + result);
    }

}

$ python3
Python 3.10.12 (main, Nov 20 2023, 15:14:05) [GCC 11.4.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> # The string to manipulate
>>> s = "IMT Atlantique"
>>> print(s)
IMT Atlantique
>>> 
>>> # Loop to append to a new string
>>> result = ""
>>> for i in range(len(s)):
...     result = s[i] + result
... 
>>> # Print the result
>>> print("Reversed string:", result)
Reversed string: euqitnaltA TMI

IMT Atlantique
Reversed string: euqitnaltA TMI

Pour quitter la session interactive, tapez quit() ou exit(), puis appuyez sur la touche “Entrée”.

2.3 — Utiliser un script Python

Une façon plus efficace d’utiliser l’interpréteur est de mettre toutes vos instructions dans un fichier texte (un fichier script) et de demander à l’interpréteur Python de lire et d’exécuter chaque ligne du fichier.

Habituellement, les scripts Python ont l’extension .py.

Pour écrire un script Python avec un fichier, ouvrez un éditeur de texte basique depuis votre interface graphique.

Ensuite, écrivez print("Hello World!") dans le fichier, et enregistrez ce fichier texte sous le nom hello_world.py à l’emplacement de votre choix. Pour garder les choses organisées, vous pouvez créer un dossier spécifique pour stocker ce script et les suivants. Par exemple, dans quelque chose comme <docs>/IMT/computer_science/s5/env/session_2/, où <docs> représente le répertoire où vous stockez vos documents.

Pour exécuter le script :

1. Ouvrez un terminal (ou utilisez-en un déjà ouvert).

2. Naviguez vers le répertoire où vous avez enregistré votre fichier Python. Par exemple (changez <docs> par le répertoire nécessaire) :

   ​

   Windows (Batch) Windows (PowerShell) Linux (Bash) MacOS (Zsh)

   cd <docs>\IMT\computer_science\s5\env\session_2\

   cd <docs>\IMT\computer_science\s5\env\session_2\

   cd <docs>/IMT/computer_science/s5/env/session_2/

   cd <docs>/IMT/computer_science/s5/env/session_2/

   Vous pouvez vérifier que vous êtes dans le bon répertoire en exécutant :

   ​

   Windows (Batch) Windows (PowerShell) Linux (Bash) MacOS (Zsh)

   echo %cd%

   Get-Location

   pwd

   pwd

3. Lancez l’interpréteur Python sur le fichier hello_world.py en tapant la commande suivante :

   ​

   Windows (Batch) Windows (PowerShell) Linux (Bash) MacOS (Zsh)

   python hello_world.py

   python hello_world.py

   python3 hello_world.py

   python3 hello_world.py

4. Vous devriez voir le même résultat qu’auparavant :

   Sortie

   Windows (Batch) Windows (PowerShell) Linux (Bash) MacOS (Zsh)

   Hello World!

   Hello World!

   Hello World!

   Hello World!

Si vous le souhaitez, en exercice, créez un nouveau fichier et collez-y le code que nous vous avons donné plus tôt pour inverser une chaîne. Puis, exécutez l’ensemble du fichier en utilisant l’exécutable Python.

À quoi ressemble la sortie ?

IMT Atlantique
Reversed string: euqitnaltA TMI

IMT Atlantique
Reversed string: euqitnaltA TMI

2.4 — Exécuter un script Python avec des arguments

Écrire un script dans un fichier a aussi l’avantage de vous permettre de passer des arguments au script. C’est très pratique si vous voulez créer un script qui peut facilement être utilisé avec différentes entrées.

Néanmoins, cette section est optionnelle dans le cadre de cette activité. Vous pouvez y revenir plus tard, si vous êtes intéressé ou si vous avez besoin d’une telle fonctionnalité.

dir docs

Get-ChildItem docs

ls docs

ls docs

# Needed imports
import sys

# Check if argument is provided
# The list sys.argv contains:
# - The name of the script ("hello_world.py" in our case), in sys.argv[0].
# - The arguments (if provided), in sys.argv[1:].
if len(sys.argv) <= 1:
    print("Please provide a name!")
    sys.exit(1)

# Print a string to the shell
print("Hello %s!" % sys.argv[1])

/**
 * To run this code, you need to have Java installed on your computer, then:
 * - Create a file named `Main.java` in a directory of your choice.
 * - Copy this code in the file.
 * - Open a terminal in the directory where the file is located.
 * - Run the command `javac Main.java` to compile the code.
 * - Run the command `java -ea Main` to execute the compiled code.
 * Note: '-ea' is an option to enable assertions in Java.
 */
public class Main {

    /**
     * This is the entry point of your program.
     * It contains the first codes that are going to be executed.
     *
     * @param args Command line arguments received.
     */
    public static void main(String[] args) {
        // Check if argument is provided
        if (args.length <= 0) {
            System.out.println("Please provide a name!");
            System.exit(1);
        }

        // Print a string to the shell
        System.out.println("Hello " + args[0] + "!");
    }

}

python hello_world.py
python hello_world.py World
python hello_world.py "my friend"

python hello_world.py
python hello_world.py World
python hello_world.py "my friend"

python3 hello_world.py
python3 hello_world.py World
python3 hello_world.py "my friend"

python3 hello_world.py
python3 hello_world.py World
python3 hello_world.py "my friend"

Please provide a name!
Hello World!
Hello my friend!

Please provide a name!
Hello World!
Hello my friend!

Please provide a name!
Hello World!
Hello my friend!

Please provide a name!
Hello World!
Hello my friend!

dir /O-D /T:W docs

Get-ChildItem docs | Sort-Object LastWriteTime -Descending

ls -l --sort time docs

ls -t -l docs

# Needed imports
import argparse
import datetime

# Initialize parser
parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.ArgumentDefaultsHelpFormatter)

# Add options
parser.add_argument("-d", "--date", default=False, action="store_true", help="Prints the date")
parser.add_argument("-n", "--name", type=str, default="World", help="Customize the name to print")

# Parse the arguments
args = parser.parse_args()
config = vars(args)

# Print a string to the shell
# Here we use a syntactic sugar of Python
# The first line below is equivalent to the following lines:
# date_str = ""
# if config["date"]:
#     date_str = " Today is %s" % datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d")
date_str = (" Today is %s" % datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d")) if config["date"] else ""
print("Hello %s!%s" % (config["name"], date_str))

// Needed imports
import java.time.LocalDate;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * To run this code, you need to have Java installed on your computer, then:
 * - Create a file named `Main.java` in a directory of your choice.
 * - Copy this code in the file.
 * - Open a terminal in the directory where the file is located.
 * - Run the command `javac Main.java` to compile the code.
 * - Run the command `java -ea Main` to execute the compiled code.
 * Note: '-ea' is an option to enable assertions in Java.
 */
public class Main {

    /**
     * This is the entry point of your program.
     * It contains the first codes that are going to be executed.
     *
     * @param args Command line arguments received.
     */
    public static void main(String[] args) {
        // Initialize parser
        Map<String, String> config = new HashMap<>();
        boolean showDate = false;
        String name = "World";

        // Add options
        for (int i = 0; i < args.length; i++) {
            switch (args[i]) {
                case "-d":
                case "--date":
                    showDate = true;
                    break;

                case "-n":
                case "--name":
                    if (i + 1 < args.length) {
                        name = args[i + 1];
                        i++;
                    } else {
                        System.out.println("Error: No name provided with the --name option");
                        System.exit(1);
                    }
                    break;

                default:
                    System.out.println("Unknown option: " + args[i]);
                    System.exit(1);
            }
        }
        config.put("name", name);
        config.put("date", String.valueOf(showDate));

        // Print a string to the shell
        String dateStr = showDate ? " Today is " + LocalDate.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd")) : "";
        System.out.println("Hello " + config.get("name") + "!" + dateStr);
    }

}

python hello_world.py
python hello_world.py -n "my friend"
python hello_world.py --name "my friend"
python hello_world.py -d
python hello_world.py --date
python hello_world.py -d -n "my friend"

python hello_world.py
python hello_world.py -n "my friend"
python hello_world.py --name "my friend"
python hello_world.py -d
python hello_world.py --date
python hello_world.py -d -n "my friend"

python3 hello_world.py
python3 hello_world.py -n "my friend"
python3 hello_world.py --name "my friend"
python3 hello_world.py -d
python3 hello_world.py --date
python3 hello_world.py -d -n "my friend"

python3 hello_world.py
python3 hello_world.py -n "my friend"
python3 hello_world.py --name "my friend"
python3 hello_world.py -d
python3 hello_world.py --date
python3 hello_world.py -d -n "my friend"

Hello World!
Hello my friend!
Hello my friend!
Hello World! Today is 2024-08-12
Hello World! Today is 2024-08-12
Hello my friend! Today is 2024-08-12

Hello World!
Hello my friend!
Hello my friend!
Hello World! Today is 2024-08-12
Hello World! Today is 2024-08-12
Hello my friend! Today is 2024-08-12

Hello World!
Hello my friend!
Hello my friend!
Hello World! Today is 2024-08-12
Hello World! Today is 2024-08-12
Hello my friend! Today is 2024-08-12

Hello World!
Hello my friend!
Hello my friend!
Hello World! Today is 2024-08-12
Hello World! Today is 2024-08-12
Hello my friend! Today is 2024-08-12

3 — Les environnements virtuels Python

Les programmes Python utilisent souvent des paquets et modules qui ne font pas partie de la bibliothèque standard. Ils nécessitent aussi, parfois, une version spécifique d’une bibliothèque, par exemple parce qu’un certain bogue a été corrigé ou encore que le programme a été implémenté en utilisant une version obsolète de l’interface de cette bibliothèque.

Cela signifie qu’il n’est pas toujours possible, pour une installation unique de Python, de couvrir tous les besoins de toutes les applications. Basiquement, si une application A dépend de la version 1.0 d’un module et qu’une application B dépend de la version 2.0, ces dépendances entrent en conflit et installer la version 1.0 ou 2.0 laisse une des deux applications, incapable de fonctionner.

Il est important donc de créer pour chaque application ou bien chaque groupe de programme, un environnement virtuel dans lequel vont pouvoir être installés des paquets ou bibliothèques spécifiques (y compris avec des versions spécifiques)

3.1 — Pourquoi avoir besoin de modules ou paquets ?

from datetime import date

print("Hello, today's date is", date.today())

Dans cet exemple, la première ligne du script from datetime import date indique que la classe date du module datetime sera utilisée. Cela signifie simplement que cette classe et ses méthodes, définies par un fichier datetime.py, seront accessibles à votre code. L’interpréteur sait où trouver ce ou ces fichiers, car ils ont été installés ensemble lors de la procédure d’installation.

De nombreux autres modules ont également été installés : ils constituent la bibliothèque standard Python. Cependant, selon votre domaine (traitement du signal, sciences des données…), cette bibliothèque peut ne pas offrir certaines fonctionnalités spécifiques. C’est pourquoi des modules ou packages externes existent pour offrir des fonctionnalités supplémentaires au développeur.

3.2 — Quel outil pour installer de nouveaux paquets ?

L’outil le plus populaire pour installer des paquets Python, et celui inclus dans les versions modernes de Python, est pip (Package Installer for Python).

Normalement, cet outil est installé avec l’interpréteur Python. Vous pouvez le vérifier en exécutant la commande suivante dans un terminal.

python -m pip --version

python -m pip --version

Si pip n’est pas installé, consultez le site Web officiel de Python pour l’installer.

python -m pip list

python -m pip list

3.3 — Qu’est-ce qu’un environnement virtuel ?

Pour les motifs évoqués précédemment, il n’est pas du tout une bonne pratique d’installer des paquets à un niveau global (qui impacte les exécutions de tous les programmes Python, y compris ceux que vous n’avez pas développés).

Pour éviter conflits et erreurs d’exécution, il est demandé de travailler (et donc d’installer les nouveaux paquets) au sein d’environnements virtuels, environnements qui isolent le contexte de votre projet vis-à-vis de l’existant sur votre machine. Cette technique d’environnement virtuel vous permet de garder le contrôle des paquets installés incluant leurs numéros de version, pour permettre l’exécution de votre programme ; la connaissance de ce contexte est cruciale si vous devez déployer votre programme (ou tout simplement exécuter votre programme) sur une autre machine.

a. Comment créer un environnement virtuel ?

La première étape est de créer un dossier (ici, nommé ueinfos5) pour y placer votre projet / TP / … Vous êtes libre de choisir l’emplacement de ce dossier dans l’arborescence de vos fichiers ; ce choix d’emplacement dépend de votre politique d’organisation de vos fichiers sur votre disque.

Une fois ce dossier créé, allez dans ce dossier.

mkdir ueinfos5
cd ueinfos5

New-Item -Name "ueinfos5" -ItemType Directory
cd ueinfos5

mkdir ueinfos5
cd ueinfos5

Ensuite, à partir de ce dossier (celui de votre projet, par exemple), il faut invoquer le module venv de Python pour créer un environnement virtuel spécifique. Ce module venv sert aussi à gérer les environnements virtuels. Vous donnerez le nom env1 à cet environnement.

python -m venv env1

python3 -m venv env1

Vérifiez qu’un nouveau dossier nommé env1 a bien été créé dans le dossier courant. Ce dossier env1 contient des sous-dossiers contenant une copie de l’interpréteur Python et d’autres fichiers utiles.

A ce stade, l’environnement virtuel env1 est bien créé mais pas encore activé.

b. Comment activer d’un environnement virtuel ?

A présent pour faire en sorte que l’interpréteur Python s’exécute dans l’environnement env1 c’est-à-dire dans un contexte spécifique (avec les paquets que vous aurez choisis), il faut l’activer en tapant les instructions suivantes dans le terminal :

env1\Scripts\activate

source env1/bin/activate

Que constatez-vous ?

import sys
sys.path

Pour desactiver un environnement virtuel, tapez simplement

deactivate

pour revenir à l’environnement global.

3.4 — Comment installer des paquets externes ?

A présent que l’environnement virtuel est activé, les paquets externes dont vous pourriez avoir besoin seront installés localement dans cet environnement sans perturber le reste de votre ordinateur.

Dans le cas de cette session, nous voulons pouvoir afficher des courbes mathématiques dans un repère. D’après le référentiel PyPI, en faisant quelques recherches simples, le paquet matplotlib est tout à fait adapté pour cette tâche.

import matplotlib.pyplot as plt

plt.plot([1, 2, 3, 4], [1, 4, 9, 16])
plt.xlabel('some numbers')
plt.ylabel('square values')
plt.show()

Le paquet matplotlib que vous voulez utiliser, n’est pas installé dans votre environnement Il faut l’installer et cette tâche est très simple.

En gros, cela consiste à exécuter pip en utilisant l’interpréteur Python et en spécifiant le package que vous souhaitez installer.

python -m pip install matplotlib

python -m pip install -U matplotlib

python -m pip install matplotlib

python -m pip install -U matplotlib

A présent, si vous exécutez de nouveau le script, vous devez obtenir la fenêtre suivante :

Pour plus d’informations sur l’utilisation de pip, comme décrit ici.

4 — Application pratique

Votre objectif est de créer un nouvel environnement de travail en mettant en oeuvre les notions et outils abordés jusqu’à présent. Il est donc important que vous soyez capable individuellement de réaliser les tâches demandées et d’en comprendre la nécessité.

A vous de jouer :

• créer un nouveau dossier (par exemple, ues5math).
• créer un nouvel environnement virtuel pour ce dossier.
• installer pour cet environnement, les paquets matplotlib, numpy, scipy. Que proposent ces paquets ?
• tester le script suivant pour vérifier que les installations ont été effectuées correctement et que le script produit les résultats attendus :

from scipy.integrate import quad
def integrand(x, a, b):
  return a*x**2 + b

a = 2
b = 1
I = quad(integrand, 0, 1, args=(a,b))
print(I)

(1.6666666666666667, 1.8503717077085944e-14)

• basculer dans le répertoire ues5info et l’environnement de travail env1.
• vérifier (prouver) que vous êtes bien dans la situation demandée.
• le script précédent fonctionne-t-il ?

A présent, vous avez compris les différentes étapes nécessaires pour développer et exécuter un programme Python dans un environnement que vous maîtrisez.

Vous êtes donc prêt à effectuer à l’activité suivante qui va consister à installer et utiliser un logiciel dit “environnement de développement intégré” (ici Microsoft Visual Studio Code). Ce logiciel va vous apporter de l’aide en automatisant certaines taches mais aussi en vous proposant des options, des suggestions et des outils complémentaires pour développer et déboguer vos programmes Python.

Pour aller plus loin

Quelques pistes utiles à explorer :

• Vous pouvez pour un même répertoire, avoir plusieurs environnements virtuels à disposition.
• Utilisation de la commande

python -m pip freeze > requirements.txt

pour exporter la liste des paquets installés et leur dépendances dans le fichier texte requirements.txt.

• Utilisation de ce fichier texte pour automatiser l’installation des paquets nécessaires dans un nouvel environnement (même machine, machine différente, déploiement, …) via la commande

python -m pip install -r requirements.txt

Pour aller au-delà

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