Algorithme 2018-2019 - Séquence 4

Les conseils de Wouf

Beaucoup d’élèves entrant au lycée ont en effet des difficultés à manipuler les fractions, les racines carrées, les puissances, à factoriser des expressions… Ces notions, apprises au collège, sont mal assimilées, et le programme des classes de lycée ne prévoit pas de les retravailler en profondeur.

Cet ouvrage propose une remédiation pas à pas. Un code simple et mnémotechnique est associé à chacune des règles et rappelé dans toutes les corrections d’exercices. Il permet de se repérer et de comprendre ses erreurs.

Dieu a dit : "Tu aimeras ton prochain comme toi-même." D'abord, Dieu ou pas, j'ai horreur qu'on me tutoie...

Pierre Desproges (sur mon T shirt!)

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Algorithme au cycle 4 - Séquence 4

Un code bien commenté

En programmation, les commentaires sont des portions du code source ignorées par le compilateur ou l’interpréteur, car ils ne sont pas nécessaires à l’exécution du programme.

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On commente un code source en Python pour en simplifier sa lisibilité, et gagner du temps dans la ré-utilisation de parties de code sur lesquelles on a déjà travaillé.

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Première mission

Le code suivant est bien documenté. Essayez-le, analysez-le. Ensuite créez un fichier damier.py avec 100 cases bleues et jaunes de 45 pixels de largeur.

Code Python traduit en HTML:

#L'échiquier version 1.0.0
#par wouf 11/2018
from turtle import *


# Les variables globales :________________________________________________________________

nombre_colonnes=8 
nombre_lignes=8
cote_en_pixels=40 


# Les fonctions : _______________________________________________________________________
def dessin_carre(x,couleur="aucune" ): #cette fonction est documenté en dessous entre les triples cotes:
    """ x est le coté du carré en pixel
Option : la couleur de remplissage est facultative...""" 
    
    les_couleurs=("blue" ,"red" ,"green" ,"yellow" ,"brown" ,"black" ,"white" ,"pink" ,"orange" ,"purple" ,"grey" )
    #cette liste est une variable locale, non connue à l'exterieur de la fonction dessin_carre()
    
    if couleur not in les_couleurs: #si la couleur est "aucune"  ou une couleur non existante...
        couleur="white" 
    fillcolor(couleur)
    begin_fill()    
    for c in range(4):
        forward(x)
        right(90)
    end_fill()
    
# Les paramètres pour turtle : __________________________________________________________
    
speed("fastest" )#vitesse maximum
shape("blank" ) #pour ne pas voir le curseur
title("Echiquier de Wouf" )  #Titre de la fenêtre

# Dessin de l echiquier ________________________________________________________________
for i in range(nombre_colonnes): 
    for j in range(nombre_lignes): #avez vous remarqué les 2 boucles imbriquées ?
        #positionnement :
        up()
        goto(i*cote_en_pixels-320,j*cote_en_pixels-220) #où placer la tortue avant de faire la case (i,j) ?
        down()
        
        if (i+j)%2==0:
            #Si la case est paire
            #(X%Y est le reste de la division
            #euclidienne de X par Y)
            #On apllique la couleur foncée (remplissage)
            
            dessin_carre(cote_en_pixels,"brown" )
            
        else: #Sinon on a une case paire de couleur claire
            dessin_carre(cote_en_pixels,"grey" )

echiquier.py

Interagir avec l'utilisateur...

Pour vous donner un exemple simple, je vous propose le code qui suit.

Un feu tricolore s'offre à vous et la possibilités d'utiliser 3 touches du clavier :

Le r pour Rouge
Le o pour Orange
Le v pour vert

Code Python traduit en HTML:

#Le feu tricolore version 1.0.0
#par wouf 11/2018
#Utilisez les touches r(rouge) o(orange) et v(vert) pour changer la couleur du feu
from turtle import *

# Les paramètres pour turtle : __________________________________________________________
    
speed("fastest" )#vitesse maximum
shape("blank" ) #pour ne pas voir le curseur
title("Feu tricolore de Wouf" )  #Titre de la fenêtre

def rouge(): #Le feu est rouge
    up()
    goto(50,-50)
    down()
    color("red" )
    dot(80)
    up()
    goto(50,-150)
    down()
    color("black" )
    dot(80)
    up()
    goto(50,-250)
    down()
    dot(80)

def orange(): #Le feu est orange
    up()
    goto(50,-50)
    down()
    color("black" )
    dot(80)
    up()
    goto(50,-150)
    down()
    color("orange" )
    dot(80)
    up()
    goto(50,-250)
    down()
    color("black" )
    dot(80)
 
def vert(): #Le feu est vert
    up()
    goto(50,-50)
    down()
    color("black" )
    dot(80)
    up()
    goto(50,-150)
    down()
    color("black" )
    dot(80)
    up()
    goto(50,-250)
    down()
    color("green" )
    dot(80)

    
#Dessin du feu : _______________________________________________________________

fillcolor("brown" )
begin_fill()
forward(100)
right(90)
forward(400)
right(90)
forward(100)
right(90)
forward(400)
right(90)
end_fill()
up()
goto(50,-50)
down()
dot(80)
up()
goto(50,-150)
down()
dot(80)
up()
goto(50,-250)
down()
dot(80)

# la tortue écoute les entrées au clavier (listen) et associe :
#à la touche r la fonction rouge()
#à la touche o la fonction orange()
#à la touche v la fonction vert()

if __name__ == "__main__" :
    listen()
    onkeypress(rouge,"r" )
    onkeypress(orange,"o" )
    onkeypress(vert,"v" )
    
    mainloop()

feu_tricolore

Mission

Quand le feu est rouge il serait bien qu'un appui sur la touche r éteigne l'ampoule (idem pour orange et vert)

Pouvez vous faire ça ?

Pour les plus rapides :

Mission : Un jeu de puissance 4

Votre mission est de créer (après certaines recherches) le visuel d'un jeu de puissance 4.

Pourquoi ne pas travailler en équipe ?

Les plus rapide peuvent réfléchir à l'interaction avec l'utilisateur...

Officiel

Au cycle 4, les élèves s'initient à la programmation, en développant dans une démarche de projet quelques programmes simples, sans viser une connaissance experte et exhaustive d'un langage ou d'un logiciel particulier. En créant un programme, ils développent des méthodes de programmation, revisitent les notions de variables et de fonctions sous une forme différente, et s'entraînent au raisonnement.

Attendus de fin de cycle

Écrire, mettre au point et exécuter un programme simple

Connaissances et compétences associées

Décomposer un problème en sous-problèmes afin de structurer un programme ; reconnaître des schémas. Écrire, mettre au point (tester, corriger) et exécuter un programme en réponse à un problème donné. Écrire un programme dans lequel des actions sont déclenchées par des événements extérieurs. Programmer des scripts se déroulant en parallèle. - Notions d'algorithme et de programme. - Notion de variable informatique. - Déclenchement d'une action par un événement, séquences d'instructions, boucles, instructions conditionnelles.

Exemples de situations, d'activités et de ressources pour l'élève

Jeux dans un labyrinthe, jeu de Pong, bataille navale, jeu de nim, tic tac toe. Réalisation de figure à l'aide d'un logiciel de programmation pour consolider les notions de longueur et d'angle. Initiation au chiffrement (Morse, chiffre de César, code ASCII...). Construction de tables de conjugaison, de pluriels, jeu du cadavre exquis... Calculs simples de calendrier. Calculs de répertoire (recherche, recherche inversée...). Calculs de fréquences d'apparition de chaque lettre dans un texte pour distinguer sa langue d'origine : français, anglais, italien, etc.

Repères de progressivité:

En 5e, les élèves s'initient à la programmation événementielle. Progressivement, ils développent de nouvelles compétences, en programmant des actions en parallèle, en utilisant la notion de variable informatique, en découvrant les boucles et les instructions conditionnelles qui complètent les structures de contrôle liées aux événements.

Liens

Travaux d'élèves :

La page dédiée

Téléchargemments

Robot Blue-Bot

Blue-Bot est un robot autonome spécialement conçu pour une utilisation scolaire. Le robot : 125,00 €Pack 6 robots + station d'accueil : 759,00 €

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Page : https://site2wouf.fr/algorithme2018-2019_s4.php
Catégorie : Informatique

Ce jeu est-il équitable ? Probabilité et arithmétique.

J'ai proposé à mes élèves de troisième, dans le devoir 12 de cette année scolaire (2024-2025) l’exercice suivant :

Exercice 2 (L’ utilisation d’un tableur est recommandée)

On donne le jeu suivant :
« Chacun des deux joueurs tire au hasard un nombre entier entre 1 et 100. Si les deux nombres
sont premiers entre eux, c’est le joueur A qui gagne, sinon, c’est le joueur B qui gagne. »
Le jeu est-il équitable ?

Mes objectifs pour cet exercice étaient nombreux :

Travail sur des compétences arithmétiques (nombres premiers entre eux.)
Travail sur des compétences probabilistes ( Dans une situation d'équiprobabilité)
Travail sur des compétences algorithmiques (Tableur,Scratch, Python...)
travail sur des compétences de "débrouillardise" (Recherche internet, IA)

On dit que deux nombres a et b sont premiers entre eux lorsque leur plus grand diviseur commun est égal à 1.

Erreurs et idées fausses.

L'erreur la plus fréquente dans les copies corrigées est assez classique : beaucoup d'élèves confondent "nombres premiers" (des nombres divisibles uniquement par 1 et eux-mêmes) et "nombres premiers entre eux" (voir la définition dans l'encadré ci-dessus).
Bien évidemment, deux nombres premiers sont toujours premiers entre eux, mais la réciproque est fausse : deux nombres peuvent être premiers entre eux sans être premiers.
Par exemple, 24 et 35 ne sont pas premiers (24 = 2 × 2 × 2 × 3 et 35 = 5 × 7), mais leur PGCD est 1, donc ils sont premiers entre eux.

Une erreur m'a interpellé :

Plusieurs élèves ont affirmé que le joueur A était avantagé parce que le nombre 1 est "premier avec tous les autres". L'intuition n'est pas totalement fausse, mais la formulation manque de rigueur, et surtout, elle ne suffit pas à conclure sur l’équité du jeu.

Il est vrai que le PGCD de 1 et n’importe quel autre nombre est toujours 1, donc si l’un des deux joueurs tire le nombre 1, le couple sera automatiquement premier entre eux, et A gagnera. Cela ajoute effectivement des cas favorables à A. Mais cela ne veut pas dire pour autant que le jeu est inéquitable uniquement à cause de ce cas particulier.

En réalité, pour savoir si le jeu est équitable, il faut compter précisément le nombre total de paires (a, b) avec a et b choisis entre 1 et 100, et déterminer dans combien de ces cas le PGCD(a, b) = 1. Ce n’est qu’en calculant la proportion de couples premiers entre eux qu’on peut trancher.

L’ utilisation d’un tableur est recommandée

C'est un travail conséquent qui nécessite des connaissance sur le tableur :

Remplir automatiquement des plages de cellules
(#128073#) Utiliser la poignée de recopie pour générer les nombres de 1 à 100 en ligne ou en colonne.
✅ Compétence de base pour structurer les données.

Créer un tableau à double entrée
(#128073#) Générer toutes les paires possibles (a, b) avec 1 ≤ a ≤ 100 et 1 ≤ b ≤ 100.
✅ Permet de représenter toutes les situations possibles du jeu.

Utiliser la fonction PGCD() ou GCD()
(#128073#) Pour chaque couple (a, b), calculer le PGCD.
✅ Fonction centrale pour savoir si les deux nombres sont premiers entre eux (PGCD = 1).

Utiliser une fonction conditionnelle (SI, IF)
(#128073#) Par exemple : =SI(PGCD(A1;B1)=1;1;0) pour compter les cas favorables à A.
✅ Utile pour automatiser le décompte des cas gagnants.

Compter avec NB.SI() ou SOMME()
(#128073#) Calculer le nombre total de cas favorables à A, et à B.
✅ Nécessaire pour comparer les proportions et juger de l’équité.

Calculer une proportion ou un pourcentage
(#128073#) Par exemple : =Nombre_de_cas_pour_A / Total_des_cas
✅ Permet d’estimer la probabilité de victoire de A.

Mise en forme conditionnelle (facultative)
(#128073#) Colorer en vert les cellules où A gagne, en rouge celles où B gagne.
✅ Offre une lecture visuelle intuitive des résultats.

Créer un graphique (facultatif)
(#128073#) Diagramme en secteurs ou histogramme pour visualiser les parts de victoire.
✅ Favorise la compréhension des résultats par l’élève.

Ma correction via Google sheets :

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1xtw31iyetEezuk22H38nG_FMAwc1xv42RtPDuKV-kU4/edit?usp=sharing

De la mauvaise utilisation des IA

En effet si on livre l'exercice à ChatGPT, celui-ci nous répond :

Ce jeu n’est pas équitable.

Deux nombres entiers tirés au hasard entre 1 et 100 sont premiers entre eux s’ils n’ont pas de diviseur commun autre que 1, c’est-à-dire si leur PGCD vaut 1.

Il est connu en théorie des nombres que la probabilité que deux entiers choisis au hasard soient premiers entre eux est d’environ :

6 / π² ≈ 0,6079, soit 60,8 %.

Ainsi :

Le joueur A gagne avec une probabilité d’environ 60,8 %.
Le joueur B gagne avec une probabilité d’environ 39,2 %.

Même si ici les nombres sont limités de 1 à 100, cette probabilité reste proche de cette valeur. Le joueur A est donc avantagé.

Conclusion : le jeu n’est pas équitable.

Cette probabilité est issue d’un raisonnement en théorie des nombres et fait intervenir la fonction zêta de Riemann. La démonstration fait appel à :

la densité des couples premiers entre eux (Théorème de Cesàro) parmi les entiers,
la multiplicativité de la fonction indicatrice d’Euler,
La série de Dirichlet.

La démonstration complète est un beau résultat de mathématiques pures, que l’on rencontre typiquement en licence ou début de master en mathématiques. Elle mêle analyse et arithmétique.

On est donc loin des attendus de troisième !

De la bonne utilisation des IA

Partager une passion est un privilège. Je développe en Python depuis Python 1.0 dans les années 90 et j'évoque ce langage souvent en classe. Par l’intermédiaire du bac à sable Python disponible sur le site2wouf.fr je montre qu'on peut, avec l'aide de Python et éventuellement d'une IA :

s'amuser
gagner du temps

Ainsi quand on a évoqué les algorithmes de recherche du pgcd, j'ai donné cette fonction :

def pgcd(a, b):
    
    # Échange si nécessaire pour que a ≥ b
    if a < b:
        a, b = b, a
    
    # Algorithme d'Euclide
    while b:
        a, b = b, a % b
    
    return a

N'hésitez pas à copier-coller dans le bac à sable !

Alors pourquoi ne pas simuler le jeu de l'exercice en utilisant cette fonction ?

from random import *
nb_max=100
score1=0
score2=0

def pgcd(a, b):
    
    # Échange si nécessaire pour que a ≥ b
    if a < b:
        a, b = b, a
    
    # Algorithme d'Euclide
    while b:
        a, b = b, a % b
    
    return a
#-----------------------------------------------------

def jouer():
    #les scores des joueurs sont des variables globales:
    global score1,score2
    
    j1,j2=randint(1,nb_max),randint(1,nb_max)
    print("joueur 1 :",j1," joueur 2 :",j2)
    if pgcd(j1,j2)==1:
        score1+=1
    else:
        score2+=1
   
#---------------------------------------------------    
for i in range(10):     #on simule 10 parties
    jouer()
    
if score1<score2:
    print("Le joueur 2 a gagné !")
elif score1==score2:
    print("Egalité !")
else:
    print("Le joueur 1 a gagné !")

N'hésitez pas à copier-coller dans le bac à sable !

En répétant plusieurs fois l'exécution du script on a l'intuition que le joueur A gagne plus souvent que le joueur B. Mais ce n'est qu'une intuition.

Version finalisée

Plus besoin de hasard, on va tester tous les couples (sans rien afficher, il y en a 100x100=10 000) et livrer les résultats au sortir de la boucle :

score1=0
score2=0

def pgcd(a, b):
    
    # Échange si nécessaire pour que a ≥ b
    if a < b:
        a, b = b, a
    
    # Algorithme d'Euclide
    while b:
        a, b = b, a % b
    
    return a
#-----------------------------------------------------

def jouer(j1,j2):
    #les scores des joueurs sont des variables globales:
    global score1,score2
    if pgcd(j1,j2)==1:
        score1+=1
    else:
        score2+=1
   
#---------------------------------------------------    
for x in range(100):   
    for y in range(100): #x et y varient entre 0 et 99
        jouer(x+1,y+1)      #c'est pourquoi on ajoute 1
        
print("Les scores :",score1,score2)
print(score1/100,"% - ",score2/100,"%")
if score1<score2:
    print("Le joueur 2 a plus de chance de gagner !")
elif score1==score2:
    print("Le jeu est équitable")
else:
    print("Le joueur 1 plus de chance de gagner !")

N'hésitez pas à copier-coller dans le bac à sable !