print ou return ? Les deux bien sûr !

où comment reconcilier tout le monde (enfin j'espère)

Cet article tente de donner le point de vue de l'auteur à la question : qu'est-ce que la pensée informatique ? Deux réponses sont faites : une courte, l'autre plus longue illustrée par l'histoire d'un programme informatique qui évolue. Nous profiterons de l'occasion pour revenir sur la polémique : les entrées / sorties font-elles partie de la pensée informatique ?

L'origine du problème

Quelqu'un, quelque part, dans un bureau, s'est dit :

"supprimons les entrées / sorties, ce n'est pas de la pensée informatique"

Plus exactement, il a été décidé de simplifier les notations de sujet du Baccalauréat pour ne plus faire figurer les initialisations des variables et les affichages. L'extrait ci-dessous montre un exemple de cette simplification. A mon avis l'énoncé de gauche est déjà ambigü : s'agit-il de l'algorithme décrivant un programme ou de celui d'une fonction ? La dernière ligne Sortie Afficher lambda est particulièrement maladroite et témoigne de la confusion entre sortie et affichage.

On ne parle donc plus de print. Pourtant si on tape dans un moteur de recherche "premier programme java", on obtient dans wikibooks :

public class Exemple {
        public static void main(String[] args) {
                System.out.println("Hello world!");
        }
}

Ou encore en Python :

Extrait du cours Python de Openclassroom :

"Ajoutez la commande que vous souhaitez exécuter. De mon côté j’y écris print("Yo ! T’as pas un 06 ?") pour afficher quelque chose sur la console."

Et vous pouvez continuer à chercher : pratiquement dans tous les langages de programmation, le premier programme consiste à afficher par un print quelque chose à l'écran.

Alors on se demande mais pourquoi ? Pourquoi avoir supprimé les entrées / sorties des textes officiels de programmation dans l'enseignement ? Je n'ai pas la réponse à cette question. Ce qui est constaté, en classe avec des élèves, pour ma part avec de jeunes étudiants de première année scientifique c'est que quelque soit le langage de programmation la confusion entre les entrées / sorties d'un programme (input et print) et les entrées / sorties d'une fonction (paramètres d'entrées et le return) existe et n'est pas marginale. Et c'est probablement l'origine du changement. Il y a eu des maladresses, comme mettre dans la même phrase sortie et afficher, ou ne pas clairement dire de quoi on parle (d'un programme ou d'une fonction) quand on décrit un algorithme.

Pour autant, je ne crois pas qu'il faille nier l'existence des entrées / sorties d'un programme. Dans la suite, j'expose mon point de vue : avoir ou développer une pensée informatique va au-delà de cette question des entrées / sorties.

Qu'est-ce que la pensée informatique ?

Réponse courte

"Pensez-vous qu'on puisse écrire un programme informatique qui...

-- Oui"

Voilà. Si à cette question, "est-ce qu'on peut..." vous répondez oui sans attendre la fin de la question alors c'est que vous avez la pensée informatique. Bien sûr, j'exagère un peu et parfois, la théorie nous dit : "là ce n'est pas possible" (je vous renvoie par exemple à l'article Wikipédia traitant du problème de l'arrêt). Mais en restreignant les choses, en faisant des hypothèses supplémentaires, le non se tranforme en un oui, au moins partiel.

Réponse longue ou comment mon `print('Hello world')` va (me faire) grandir

Nous l'avons vu en introduction, en général on commence par écrire notre premier programme avec une unique instruction qui est l'appel à la fonction prédéfinie (ie connue du langage de programmation utilisé) qui sert à afficher, imprimer quelque chose à l'écran.

Cette fonction s'appelle print, println, printf suivant le langage utilisé et à ce stade les choses sont assez floues : c'est quoi une fonction ?, 'Hello world' ? L'intérêt est surtout de voir le mécanisme de rédaction du code source dans un éditeur et l'utilisation du compilateur ou de l'interprèteur pour exécuter ce code source.

Mais avançons un peu. Et plaçons nous dans un apprentissage avec le langage Python. Nous savons donc que print('Hello world') est une instruction, que print est une fonction prédéfinie, que 'Hello world' est une chaîne de caractères, que cette chaîne n'a aucun sens pour Python si ce n'est qu'il s'agit d'une suite de caractères quelconques. Qu'il faut encadrer cette chaîne avec un délimiteur (ici l'apostrophe). Que Python sait aussi manipuler des nombres : par exemple print(2+3) constitue une instruction valide et le programme résultant affiche 5 à l'écran. Bien. Nous progressons drôlement. Mais pouvons-nous dire, par la connaissance de ces quelques concepts de programmation, que nous avons une pensée informatique ? Non, pas encore.

Première étape

Au cours de notre apprentissage, on nous demande d'écrire un programme qui affiche un carré 10x10 de 'X' à l'écran (oui les informaticiens sont des gens d'une créativité rare). Nous écrivons donc notre programme dans un fichier, nommons-le dessin.py et l'exécution de ce script (programme en mode texte, associé en général à un truc de geek) donne le résultat suivant :

XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX
XXXXXXXXXX

Et le contenu de notre dessin.py :

print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')
print('XXXXXXXXXX')

Non ?! Si ! Et si ce code vous choque... il vous choque forcément puisque vous n'êtes pas débutant en programmation, mais mettez-vous dans la peau d'un débutant. S'il continue de vous choquer c'est que, probablement vous avez un début de pensée informatique. Car évidemment on ne copie-colle pas 10 fois la même instruction. Pourquoi ? Parce que la longueur de notre programme ne peut pas dépendre de la taille de la donnée. Ce qui, en clair, signifie que s'il fallait, sur le même principe, faire le programme qui affiche un carré 1000x1000 on serait bien embêté. On utilise une boucle. Et cet exercice a pour objectif de nous faire mettre en oeuvre ce concept.

Notre script ressemblera donc plus vraisemblablement à :

for cpt in range(10):
    print('XXXXXXXXXX')

Et comme nous avons suivi quand le prof a parlé de chaînes de caractères, de concaténation etc. alors nous écrirons :

for cpt in range(10):
    print('X' * 10)

Deuxième étape

Nous sommes très fier de notre programme de dessin que nous donnons à Pierre. Qui, tout content, va en parler à Marie, qui vient nous voir : "J'aimerais bien un programme comme celui de Pierre mais je préfèrerais un carré plus petit, disons 6x6, c'est possible ?". Evidemment.

Et là, respectueux de ne pas faire trop attendre Marie, nous nous empressons de pondre le code suivant dessin_marie.py :

for cpt in range(6):
    print('X' * 6)

Mais quand même nous nous disons : "hmmm si je pouvais sortir un programme qui s'adapte à la volonté de chaque utilisateur ce serait un gain de temps appréciable". Et comme nous avons bien suivi le passage sur la fonction input nous pouvons écrire :

size = int(input('Donnez la taille de votre carré : '))
for cpt in range(size):
    print('X' * size)

Ce que j'appelle la pensée informatique correspond à ce passage de cas précis, 10x10 et 6x6 dans notre exemple, au cas générique. Ci-dessus j'ai bien un programme qui aura besoin d'une entrée (size) et qui aura pour résultat ou pour action d'écrire quelque part, à l'écran pour simplifier, notre carré de 'X'.

Troisième étape

Notre apprentissage de la programmation avance bien (nous avons appris beaucoup de choses notamment que pour deux nombres entiers a et b, a//b donnait la division entière de a par b) et nous avons un nouvel exercice à résoudre : agrémenter notre dessin carré d'une croix (j'ai remplacé les 'X' par des '.' pour plus de lisibilité). Par exemple pour 5x5 :

O...O
.O.O.
..O..
.O.O.
O...O

Les choses se compliquent. On voit bien que le dessin d'une ligne dépend du numréo de cette ligne, on voit bien aussi que certaines lignes se retrouvent.

Notre pensée informatique va nous permettre de manipuler des instances ie des cas particuliers (5x5, 6x6...) du problème pour décortiquer tout ça et essayer d'obtenir une règle générique de construction (valable quelle que soit la taille donnée) :

une ligne semble comporter : des '.' (éventuellement aucun), puis un 'O', puis des '.' (éventuellement aucun), puis un 'O' et enfin le même nombre de '.' qu'au début.
Pour un carré de dimension impaire on voit bien que la ligne centrale est différente mais ce ne sera pas le cas pour un carré de taille paire :

O....O
.O..O.
..OO..
..OO..
.O..O.
O....O

Après la ligne centrale, on répète les lignes précédentes mais dans l'ordre inverse

Occupons nous de la première moitié. Si nous numérotons les lignes de 0 à mid (où, si n est la taille de mon carré, mid vaut n//2). On constate que la ligne 0 possède zéro '.', puis un 'O', puis des '.', puis un 'O' et zéro '.'. De façon similaire la ligne 1 possède un '.', puis un 'O' etc.

Donc la ligne i possède i '.', un 'O', des '.', un 'O' et enfin i '.'. Combien de '.' au milieu ? Ce qui reste de place si la ligne doit faire n caractères... soit n - i - 1 - i - 1 donc n - 2i - 2. Nous tenons notre règle générique, du moins pour la première moitié de notre dessin :

n = int(input('size : '))
mid = n//2
for i in range(mid):
    print('X' * i + 'O' + 'X' * (n - 2*i - 2) + 'O' + 'X' * i)

Et l'exécution de ce programme pour n = 5 donne :

OXXXO
XOXOX

Pour n = 6

OXXXXO
XOXXOX
XXOOXX

On constate que pour écrire notre règle de construction, il a fallu manipuler des nombres au travers de lettres. C'est le propre même de l'abstraction, concept important en informatique comme en mathématiques ! Nous laissons de côté la question qui brûle les lèvres : faut-il être fort en maths pour faire de la programmation ?

Mais notre dessin est incomplet. Nous continuons notre manipulation : si n est un nombre impair il existe une ligne centrale qui se décortique comme ceci : n//2 '.', un seul 'O' et à nouveau n//2 '.'. Si par contre n est pair, cette ligne n'existe pas.

Notre code s'enrichit :

n = int(input('size : '))
mid = n//2
for i in range(mid):
    print('X' * i + 'O' + 'X' * (n - 2*i - 2) + 'O' + 'X' * i)
if n%2 == 1:
    print('X' * mid + 'O' + 'X' * mid)

La nouvelle exécution pour n = 5 donne :

OXXXO
XOXOX
XXOXX

Pour la seconde partie, le raisonnement est similaire, mais la règle générique est plus compliquée à obtenir. Là deux parcours se dessinent : celui qui va insister et finir par trouver le code pour la deuxième partie du dessin, ce qui nous donne le programme complet suivant :

n = int(input('size : '))
mid = n//2
for i in range(mid):
    print('X' * i + 'O' + 'X' * (n - 2*i - 2) + 'O' + 'X' * i)
if n % 2:
    print('X' * (mid) + 'O' + 'X' * (mid))
    mid = n//2 + 1
for i in range(mid, n):
    print('X' * (n - i - 1) + 'O' + 'X' * (2*i - n) + 'O' + 'X' * (n - i - 1))

Avec cette petite explication pour l'instruction mid = n//2 /+ 1 qu'on voit dans le if : Si n est impair, par exemple 5 alors 5//2 = 2 est le numéro de la ligne centrale différente et la deuxième moitié commence à 5//2 + 1. Par contre, si n est pair, par exemple 6, alors 6//2 = 3, la première moitié va de 0 à 2 et la deuxième reprend de 3 jusqu'à 5.

Mais celui qui a développé encore plus sa pensée informatique va se rebeller : "non c'est trop bête, j'ai déjà construit les lignes qu'il me faut ! Je veux pouvoir les réutiliser."

Quatrième et dernière étape

Dans notre version précédente du code, ce qui empêche de réutiliser ce qu'on a fait c'est le mélange entre : le traitement des données (la construction de la ligne qui est une chaîne de caractères) et l'utilisation du résultat de ce traitement (le print).

La pensée informatique c'est cela : faire bien attenion de toujours séparer les choses et en l'occurence ici :

La récupération des données
Le traitement de ses données (pour en produire de nouvelles notamment)
La valorisation, l'utilisation de ce traitement ou des résultats obtenus

Cette séparation est à l'origine de bien des concepts : programmation modulaire, notion de fonction, modèles de développement comme MVC (Modèle Vue Contrôleur) et j'en passe.

Nous allons nous servir du concept de fonction informatique. Je ne souhaite pas être trop théorique ici, disons qu'une fonction va être un fragment de code qui, si on lui fournit des données (au travers de paramètres), est capable de nous construire et de nous restituer un résultat.

Nous allons aussi nous servir de liste. La liste va permettre de stocker les premières chaînes de caractères que nous utiliserons une première fois dans un certain ordre pour dessiner la première moitié de la figure et dans l'ordre inverse pour la seconde moitié.

D'autres concepts très puissants nous servirons, le but ici n'est pas d'en avoir une compréhension précise. Ce que nous en faisons peut être réalisé plus basiquement avec de simples boucles par exemple. Dans le désordre nommons :

Le slicing
la méthode join pour passer d'une liste de chaînes de caractères à une unique chaîne.
Les chaînes formattées

Un exemple de liste pour le dessin 5x5 serait :

['OXXXO', 'XOXOX']

Avant de vous livrer la fonction moitie, une autre analyse chiffonne : dans la chaîne de caractères

'X' * i + 'O' + 'X' * (n - 2*i - 2) + 'O' + 'X' * i

On constate une répétition des deux portions de fin : le 'O' et le 'X' * i. On aimerait coder une sorte de motif : '{0}{1}{2}{1}{0}' où {0} c'est 'X' * i, {1} c'est 'O' et {2} c'est 'X' * (n - 2*i - 2). Ceci existe en Python, il s'agit des chaînes de caractères formattées : une chaînes de caractères où certaines choses ont une signification, en l'occurence des marqueurs que Python remplace par des valeurs au moment de construire explicitement la chaîne (je vous invite à consulter la doc officielle à propos des chaînes formattées notamment la section 6.1.3.2 avec les exemples). Et voici notre fonction :

def moitie(n, croix, rond):
    l = []
    for i in range(n//2):
        l.append('{0}{1}{2}{1}{0}'.format(croix * i, rond, croix * (n - 2*i - 2)))
    return l

Et oui, nous en avons profité pour que les symboles utilisés pour le dessin soient configurables

Quelques exemples d'appels :

>>> moitie(5, 'X', 'O')
['OXXXO', 'XOXOX']

>>> moitie(6, '.', '*')
['*....*', '.*..*.', '..**..']

Dès lors le dessin va consister à agréger, concaténer une première moitié (la liste fournie par cette fonction) avec la même mais prise à l'envers en y intercalant éventuellement la ligne centrale puis à imprimer toutes ces lignes.

Et d'abord la fonction qui produit une liste contenant la ligne centrale ou rien :

def milieu(n, croix, rond):
    if n%2:
        return ['{0}{1}{0}'.format(croix * (n//2), rond)]
    else:
        return []

Pour la liste inversée, je vous laisse réfléchir à comment vous le feriez. Ici le concept de slicing de python est bien pratique mais n'est pas la seule solution possible.

>>> l = [1,2,3,4,5]
>>> l[1:3]
[2,3]
>>> l[:]
[1,2,3,4,5]
>>> l[::2]
[1,3,5]
>>> l[::-1]
[5,4,3,2,1]

Notre fonction de dessin peut soit retourner une très grande chaîne de caractères (constituée des lignes de notre dessin séparées par des retours à la ligne, des '\n'), soit une liste. Comment nous réalisons cette chaîne de caractères n'est pas le plus important.

def dessin(n, croix, rond):
    l1 = moitie(n, croix, rond)
    l2 = l1[::-1]
    lm = milieu(n, croix, rond)
    return '\n'.join(l1+lm+l2)

Et notre programme principal, utilisant la fonction dessin :

size = int(input('Dimension du carré : '))
croix = input('Le motif principal : ')
rond = input('Le motif secondaire : ')
print(dessin(size, croix, rond))

Conclusion

Un programme informatique résout un problème pour un utilisateur, pour des utilisateurs. Nous ne pouvons pas donner à cet utilisateur une fonction en lui disant : "voilà il suffit de la lancer dans un interprèteur en lui passant les valeurs de ton choix". Un programme aboutit, utilisable, possède des entrées et imprime des résultats. C'est une réalité et ma vision de la pensée informatique que j'ai essayé de donner ici n'entre pas en conflit avec cette réalité.

Bien sûr enseigner ces différents concepts n'est pas aisé et il est normal pour un débutant de confondre les entrées / sorties d'un programme et les entrées / sorties d'une fonction. Je ne crois pas que la solution consiste à cacher l'existence d'une des deux notions.

Enfin je terminerai par dire que ma vision de la pensée informatique et ma façon d'aborder l'apprentissage de la programmation n'est pas la seule possible -- on s'en doutait mais c'est mieux de le préciser. Certains préfèrent inciter les apprenants à ne faire que des fonctions, qui retournent des résultats. Pourquoi pas, notamment avec l'arrivée du langage Python sur nombre de calculatrice, l'interface s'y prête ; à condition quand même de parler un peu de la notion de programmes.

sebhoa/pensee-info