Informatique Amphi de présentation 2014 2015 .pdf


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E
C
O
L E
D
E
T R A V A U X
P U B L I C S

Informatique conceptuelle et
langage de programmation

eance introductive au cours d’informatique
Vincent HENN
5DSKDsO/DED\UDGH

G
DSUqV9LQFHQW+HQQ
12 septembre 2007

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

1 / 36

Introduction au cours d’informatique
1

2

Organisation du cours
Objectifs p´edagogiques
Organisation en diff´erents modules
´
Evaluation
du cours
Langage informatique : Matlab
Pr´esentation g´en´erale de l’informatique
Droit informatique
S´ecurit´e informatique
Univers hard
Univers hard mis en r´eseau
Univers soft
Programme informatique
Avertissement :
Le qPHDQQpHGXFRXUV
cours
est du
encore
jeune
(merci
de votre
indulgence
! !)
10
qPHGHSXLVFKDQJHPHQWGHSURISULQFLSDO
8ème
année
cours,
mais4
2ème
depuis
le changement
de prof. principal
Vos commentaires m’int´eressent...
V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Organisation du cours

Organisation du cours

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Organisation du cours

Objectifs p´
edagogiques

Objectifs p´
edagogiques
´ ements de contexte
El´
Tout le monde sera en contact avec l’informatique :
bureautique
calcul scientifique
d´eveloppement, programmation...
maˆıtrise d’ouvrage de d´eveloppements

Vraisemblablement en position de responsabilit´
e
Le cours d’informatique fait partie des fondamentaux scientifiques
que l’ing´enieur des TPE doit poss´eder.

Objectif : vous donner les moyens d’exercer ces responsabilit´
es
Comprendre les enjeux
Comprendre les acteurs
Comprendre le fonctionnement (faute de le maˆıtriser)
... et aussi vous fournir les moyens d'exercer votre esprit d'analyse / critique en toute indépendance
(culture
u
du doute vs logiciels existants)
HWenfinGpP\VWLILHUO
LQIRUPDWLTXH
V. Henn

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ee ENTPE

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Organisation du cours

Objectifs p´
edagogiques

En conclusion :
L’objectif dans ce cours est de vous faire comprendre un certain
nombre de concepts (plus ou moins abstraits)
Pour cela nous utiliserons un langage de programmation pour vous
faire aborder ces concepts sur des cas concrets
La maˆıtrise de ce langage vous fournira un outil pour r´esoudre des
probl`emes de type math appliqu´ees au cours de votre scolarit´e.

Ce cours n’est pas

(ou essayera de ne pas ˆ
etre)

:

N’est pas un cours de philosophie, c’est un cours technique
N’est pas un cours de sp´ecialiste en informatique, c’est un cours de tronc commun
N’est pas un cours difficile, il est `a la port´e de toutes les bonnes volont´es
QLXQFRXUVGHSK\VLTXHPrPHVLRQPDQLSXOHUDGHVpTXDWLRQV
SK\VLTXHVGHWHPSVHQWHPSV

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

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Organisation du cours

Organisation en diff´
erents modules

Organisation en diff´
erents modules
Bases th´
eoriques du cours
Acqu´erir les ´el´ements de langage afin de pouvoir dialoguer avec un ordinateur
Variables (comment on stocke de l’information)
Instructions (comment on la manipule)
Fonctions (comment on effectue des tˆaches)
Analyse d’un probl`
eme et notion de qualit´
e
ˆ
Etre
capable de r´esoudre un probl`eme complexe en le d´ecomposant en
sous-probl`emes simples ou r´
esolus.
Garantir la validit´e du r´esultat fourni par un programme informatique.
Amphi + TD
TP (Application `a un petit exemple)
Projet informatique
Application de ces principes sur un exemple complet (et le plus concret
possible)
S´eances d’assistance projet (planifiées dans l'emploi du temps)
Séances facultatives de soutien
6pDQFHVIDFXOWDWLYHVG
DVVLWDQFHSURMHWVXSSOpPHQWDLUHVWXWRUDWVRXWLHQ
A votre demande. Certains créneaux réservés, d'autres possibles

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

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Organisation du cours

´
Evaluation
du cours

´
Evaluation
du cours
Test sur machine sur la partie th´
eorique (15 et 17 octobre)
individuel (par moiti´e de groupe)
sur ordinateur
sans document


esultat : valid´e / non valid´e
TD
: non évalué.
Objectif : vous permettre
ce que l'on attend de
Analyse
et programmation
(50% dedelacomprendre
note finale)
vous et
acquérir de
l'expérience
(par trinôme)
´evaluation
individuelle
pendant
les s´eances d’assistance projet selon un

planning pr´e´etabli et sur la base d’une grille d’´evaluation

Projet informatique (100
(50%%
dede
la la
note
finale)
note
finale)
UpDOLVpHWpYDOXpHQWULQ{PH RXELQ{PHHQIRQFWLRQGHO
HIIHFWLIGXJURXSH
r´ealis´e et ´evalu´e en trinˆ
ome
UHQGXLQIRUPDWLTXHHWSDSLHUOHMRXUGHODVRXWHQDQFH
rendu papier le jour de la soutenance

soutenance orale

±ε en fonction de la participation pour arriver `a une note enti`ere
V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

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Organisation du cours

Langage informatique : Matlab

Langage informatique : Matlab
Pour r´ealiser nos objectifs p´edagogiques nous allons utiliser un outil :
Matlab
Le cours d’informatique n’est pas un cours Matlab
Matlab est loin d’ˆetre un outil p´edagogique parfait
Loin d’ˆetre universel
Tr`es cher
vraiment rapide
en termes
d'execution
Ilpas
a certaines
mauvaises
habitudes

Cependant il permet de faire un certain nombre de choses
Une approche facile de la programmation (ira-t-elle jusqu’`a ˆetre agr´eable ?)
Une application concr`ete dans les cours de math´ematiques appliqu´ees
du 2e trimestre grâce à de nombreuses fonctions disponibles
Calcul scientifique
M´ethodes de recherche op´erationnelle
Projet de mod´elisation

Alternatives gratuites à Matlab : Scilab, GNU (ou QT) Octave
V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Organisation du cours

Langage informatique : Matlab

Et apr`es ...

utiliser

Pour celles et ceux qui voudront approfondir l’informatique...
en
deuxi`een
me2A
ann´
cours
de g´
eomatique
Projets
etee,
3A,
stages
2A,
masters...
sp´
e
cialisation
en
3e
ann´
e
e
(VA
informatique)
Projet
de
modélisation
en
1A
&RXUVGHFDOFXOVFLHQWLILTXH052SURMHWGHPRGpOLVDWLRQHQ$

Mais aussi, de fa¸con moins formelle
possibilit´e de faire des projets (sur mesure)
utilisation de l’informatique dans les projets de diff´erents cours en 3e
ann´ee, pour le TFE
...
&RXUVGHVLPXODWLRQHWRSWLPLVDWLRQSRXUO
LQJpQLHXU $

probablement utile pour celles et ceux qui poursuivront en thèse...
HWVDQVDOOHUMXVTXHOjPDVWHUVWDJH063 EXUHDXpWXGHODER
V. Henn

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ee ENTPE

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Organisation du cours

Langage informatique : Matlab

Exemple de résultats obtenus avec Matlab
Density (in veh/m)
350

300

0.5

250

Space (m)

0.4
200
0.3
150
0.2
100
0.1

50

0

0

V. Henn

20

40

60

80

100
Time (s)

120

140

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

160

180

200

0

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Organisation du cours

Langage informatique : Matlab

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0
35
30
25
20
15
10
5
5
V. Henn

10

15

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

20

25

30

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35

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Organisation du cours

Langage informatique : Matlab

10

10

10

10

20

20

20

20

30

30

30

30

40

40

40

50
20

30

40

50

40

50

50
10

10

20

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40

50
10

50

20

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40

50

10

10

10

10

20

20

20

20

30

30

30

30

40

40

40

50
20

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10

20

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10

10

10

20

20

20

30

30

30

40

40

50

V. Henn

20

30

40

50

30

40

50

10

20

30

40

50

50
10

20

30

40

50

10

20

30

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50

40
50

50
10

20

40

50

50
10

10

10

20

30

40

50

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Informatique = “science” du traitement de l’information par un
ordinateur
Univers hard
Univers soft

(qu’est ce qu’un ordinateur ?)
(comment les informations sont-elles stock´
ees, manipul´
ees ?)

Programme informatique

(comment faire traiter les unes par les autres ?)

Mais tout d’abord quelques cons´equences en termes de droit et de

ecurit´
e du fait que l’informatique rend possibles certaines choses.

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Droit informatique

Droit informatique
Un principe `
a retenir
L’informatique facilite beaucoup de chose,
mais tout n’est pas permis pour autant...

Un logiciel est un produit qui se vend `a une certaine valeur

(piratage = contrefaçon, sanctionné plus durement que le vol)

Vous faites ce que vous voulez lorsque vous ˆetes chez vous
Bit Torrent, Direct Download...ΓΛ à vos risques et périls

Qu’en sera-t-il en situation professionnelle, lorsque vous serez
responsables ?
Pourquoi ne pas utiliser les solutions alternatives libres de droits ?

Le droit de la propri´
et´
e priv´
ee vous prot`
ege (caract`ere priv´e des
correspondances, des sites internet consult´es...), respectez-le vous
aussi : vous n’ˆetes pas cens´es acc´eder `a des informations pour
lesquelles on ne vous a pas donn´e une autorisation (possible 6=
autoris´e)
´
Vous utilisez les services offerts par l’Ecole
dans un cadre l´
egal (la
charte informatique) qu’il faut respecter
V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique


ecurit´
e informatique


ecurit´
e informatique

Vous pouvez perdre des informations
Parce
Parce
Parce
Parce

que l’ordinateur plante (¸ca arrive, mˆeme aux meilleurs...)
que vous avez perdu votre disquette clé usb
que votre disque/disquette est illisible
qu’on vous a vol´e votre disquette, votre ordinateur

Prot´
egez-vous :

clé usb

Enregistrez voter travail
Faites des sauvegardes(pas stock´ees au mˆeme endroit)
Rangez vos affaires
Ne laissez pas traˆıner votre projet...
Lecteur réseau ENTPE personnel sauvegardé (par service info)
Sauvegarde dans le 'nuage' ? (Cloud). Pourquoi pas, en complément.
DropBox, Google Drive, etc. (plusieurs Go gratuits)
V. A
Henn
la mode

Informatique
1e ann´
ee ENTPE
: stockage dans
le 'nuage'
(cloud).
Pourquoi pas ?12 septembre 2007

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers hard

Univers hard
Un ordinateur =
Une m´
emoire “vive” (= plan de travail)
Des interaces d'entrée (écran tactile, clavier, souris, ...)
Des interfaces de sortie (écran, imprimante, interface USB, ...)
Un ou plusieurs processeur(s) (qui manipule(nt) l'information)

Des moyens de stockage de l’information (disque, disquette, cl´e
USB...)

Rien d’autre qu’une

(grosse)

machine ´
electrique :

Ensemble de millions (milliards ?) d’interrupteurs (transistors) :
le courant passe ou il ne passe pas

Historiquement :
1642: Machine `a calculer de Pascal (m´ecanique)
Premiers (gros) ordinateurs ´electrique (Von Neumann)
Rien de neuf depuis (¸ca va plus vite, c’est moins gros, c’est plus
puissant...)
V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers hard mis en r´
eseau

Univers hard mis en r´
eseau
Connexion `a un r´eseau local (ENTPE) ou via internet (modem,
ADSL...) Fibre, 3G, 4G
Deux ordinateurs (au moins) au lieu d’un seul
Le deuxi`eme ordinateur peut jouer deux rˆoles :
Donne de l’information (site internet “passif”, serveurs de l’´ecole...)
Fait un calcul (site internet actif...)

Le principe reste le mˆ
eme :
entr´ee, manipulation des donn´ees, sortie
´etape suppl´ementaire de transmission

mais les possibilit´
es sont infiniment multipli´
ees :
c¸a va encore plus vite
encore plus d’information est disponible

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Univers soft

Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers soft

Deux questions :
Comment enregistrer/lire une information ?
Comment manipuler une information ?


eponse : codage de l’information compatible avec le hard
Unit´e de codage = le bit, vaut 0 ou 1 (vrai ou faux, ouvert ou ferm´e)
Solution ´
el´
ementaire : n = 1 + 1 + . . . 1
15

−→

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

peu efficace (beaucoup de perte de place)

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers soft

Solution en base 2 : n = a0 .20 + a1 .21 + ... + ak .2k
a3 a2 a1 a0
15= 8+4+2+1 −→
1 1 1 1
a4 a3 a2 a1 a0
16 = 24 −→
1 0 0 0 0
Regroupement sous la forme d’octets (1 octet = 8 bits) cela
permet de fixer la taille des informations (en anglais octet se dit byte)
15
16

−→
−→

0
0

0
0

0
0

0
1

1
0

1
0

1
0

1
0

La m´emoire (vive ou de stockage) ou un message est une suite
d’octets :
00000000

V. Henn

00001111

00000011

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

−→

0, 15, 3

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers soft

Les octets permettent de disposer d’un alphabet de 28 =256 lettres

Seuls les 127 premi`eres positions sont standardis´ees
Codage Windows, Mac, Unix, WWW, ...

Bonjour se code...
01000010|01101111|01101110|01101010|01101111|01110101|01110010
Informatique 1e ann´
ee ENTPE

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers soft

Manipulation de nombres

Nombres entiers g´en´eralement cod´es sur quatre octets (d´epend du
langage) entre -2.147.483.648 et 2.147.483.647
Il s’agit d’un codage limit´
e mais exact

eels approxim´
es (n chiffres significatifs + exponentielle) :
Attention les erreurs peuvent devenir non n´egligeables assez
rapidement, mˆeme si la pr´ecision est grande.
Il faut se rappeler que 1/3 n’existe (g´en´eralement) pas en informatique,
seul existe 0,33333333333...3 Sauf `a programmer l’ordinateur pour qu’il
manipule les rationnels.

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers soft

Informations de type image

Information vectoris´
ee : convient bien pour les graphiques
Primitives graphiques : points, droites, cercles, courbes de B´ezier
Efficacit´e de stockage, insensible `a l’´echelle

Point par point (bitmap) : pertinent pour les photographies
Chaque point est d´efini par sa couleur
Stockage de chaque point (m × n), mais possibilit´e de compression
(format jpeg par exemple)
V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers soft

Ce qu’il faut retenir :


ecessit´
e de coder une information : il faut entrer dans l’univers de
l’ordinateur
Le codage peut varier d’une machine `a l’autre, d’une application `a
l’autre... cela peut induire des surprises, des erreurs
Le codage n’est pas toujours exact, d’o`
u une perte d’information
Quand c’est vous qui programmez, choisissez intelligemment le
codage que vous allez utiliser

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

12 septembre 2007

28 / 36

Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers soft

Autre exemple de codage...
Message envoy´
e par le radiot´
el´
escope d’Arecibo en 1974 `a
destination d’une ´etoile suspect´ee d’avoir un syst`eme plan´etaire
0000001010101000000000000101000001010000000100100010001000100101100101010101010
1010100100100000000000000000000000000000000000001100000000000000000001101000000
0000000000000110100000000000000000010101000000000000000000111110000000000000000
0000000000000000110000111000110000110001000000000000011001000011010001100011000
0110101111101111101111101111100000000000000000000000000100000000000000000100000
0000000000000000000000010000000000000000011111100000000000001111100000000000000
0000000001100001100001110001100010000000100000000010000110100001100011100110101
1111011111011111011111000000000000000000000000001000000110000000001000000000001
1000000000000000100000110000000000111111000001100000011111000000000011000000000
0000100000000100000000100000100000011000000010000000110000110000001000000000011
0001000011000000000000000110011000000000000011000100001100000000011000011000000
1000000010000001000000001000001000000011000000001000100000000110000000010001000
0000001000000010000010000000100000001000000010000000000001100000000011000000001
1000000000100011101011000000000001000000010000000000000010000011111000000000000
1000010111010010110110000001001110010011111110111000011100000110111000000000101
0000011101100100000010100000111111001000000101000001100000010000011011000000000
0000000000000000000000000011100000100000000000000111010100010101010101001110000
0000010101010000000000000000101000000000000001111100000000000000001111111110000
0000000011100000001110000000001100000000000110000000110100000000010110000011001
1000000011001100001000101000001010001000010001001000100100010000000010001010001
0000000000001000010000100000000000010000000001000000000000001001010000000000011
11001111101001111000

V. Henn

Informatique 1e ann´
ee ENTPE

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Univers soft

Informations sur la Terre, sur ses habitants, la double h´elice d’ADN,
les ´el´ements chimiques constitutifs, le syst`eme solaire, le
radio-t´elescope d’Arecibo, etc.

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Programme informatique

Programme informatique
Nous avons vu que :
Un ordinateur stocke et lit de l’information
Toute information se ram`ene `a une succession de 0 et de 1

Tout programme est une suite d’op´
erations ´
el´
ementaires sur des 0
et des 1
Un simple calcul x + y implique d´ej`a un certain nombre d’op´erations,
un simple copier/coller dans le logiciel Word correspond `a un tr`es
grand nombre.
Personne ne code donc en binaire.
Solution : Utiliser un langage qui permet de d´ecomposer un probl`eme
en une suite d’op´erations d´ej`a d´efinies comme une suite d’op´erations
´el´ementaires

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Programme informatique

Qualit´e d’un code
Qualit´
e ne signifie pas vitesse d’ex´
ecution
Qualit´e `a comprendre au sens de “certification” :
Garantir que le r´
esultat fourni par le programme est correct
Exemples de m´
ethodes, outils qui pourront ˆ
etre mis en œuvre :
Rendre le code lisible :
´
Ecrire
proprement ce que l’on veut faire faire au programme
Utiliser des noms significatifs
D´etailler les commentaires

D´efinir des exemples significatifs (cas limites) et faire des tests
D´emontrer (math´ematiquement) que l’algorithme converge vers la
solution recherch´ee
D´ecomposer un probl`eme complexe en sous-probl`eme simples `a
r´esoudre (et r´esolus par un sous programme simple `a certifier)
(comme cela est généralement fait dans des projets informatiques
complexes, comme les jeux vidéo. Ex : Starcraft 2) GTA V, Angry birds, etc.
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Programme informatique

Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Quelques principes que nous d´ecouvrirons...

Contrairement aux math´
ematiques, il n’y a pas de “magie” en
informatique :
Je ne sais pas comment calculer
b

Z

f (x)dx
a

mais je sais faire
X

fi

i=1...n

Les nombres abstraits n’existent pas (π, ∞, e) mais on peut les
approcher
Ils’agit d’ˆ
etre un artisan plutˆ
ot qu’un artiste

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Pr´
esentation g´
en´
erale de l’informatique

Programme informatique

Certaines op´
erations paraissent ´
evidentes “`
a la main”, mais
vont ˆ
etre d´
elicates `
a traiter du fait du codage
Les points A et B sont-ils dans la mˆeme zone ?
Comment aller du point C au point D sans passer par une zone bleue ?

B
C
D

A

Trouver le plus grand des nombres suivants :
256, 188, 392, 806, 40, 678, 28, 63, 71, 943, 405, 9

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en´
erale de l’informatique

Programme informatique


eme si les ordinateurs vont de plus en plus vite, un
programme peut amener `
a un nombre de calculs ´
el´
ementaires
astronomiques et durer... des ann´
ees
Quel est le meilleur chemin pour aller du point A au point B ?
A

B

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