リアクティブなノートブック Pluto.jl

(src=https://pixabay.com/photos/pluto-mascot-disney-shanghai-5962694/)

文章や数式などのドキュメントと共にコードを記述することをLiterate Programmingと呼びます。 （厳密には違うかもしれませんが）

Literate Programmingの定番はJupyter Notebook(IJulia.jl)ですが、 julia独自のPluto Notebook(Pluto.jl)というものもあります。 pythonへの依存関係もないので、インストールに苦労することも少ないでしょう。

教育への適用が狙いの1つであるようで、julia開発者の1人であるMITの Alan Edelman 先生の Computational Thinking の授業でも、大いに活用されています。

ちなみに、Plutoはjupyterに対応する名前だと思うので、画像のPlutoは多分関係ありません。

インストール方法

インストールは REPL の pkg モードで add するだけです。

julia>]
(pkg)>add Pluto

julia モードで以下のようにタイプすれば、サーバーが立ち上がります。

julia> using Pluto; Pluto.run()

Opening http://localhost:1234/?secret=X5qmVqFH in your default browser... ~ have fun!

Press Ctrl+C in this terminal to
stop Pluto

特徴

githubのgif画像やjuliacon2020の動画をみれば、イメージをつかめると思います。

私がとくに特徴的だと感じたことを書いていきます。

リアクティブであること

Pluto.jl の最大の特徴は、リアクティブであることです。 ある変数の値を変更すると、別のセルでの同じ変数の値も自動的に変更されます。 @bind マクロを使って、変数を html input と連携させることも可能なため、 GUI を実装することも簡単です。

スライドモードも実装できる。

javascript を利用して、プレゼンテーションモードを試すことができます。 ブラウザのjavascriptコンソールでpresent()とタイプすると、 プレゼンテーションモードになります。

また、以下のコードを書いたセルを実行すると、ボタンでプレゼンテーションモードと通常モードを切り替えられます。

html"<button onclick=present()>Present</button>"

プレゼンテーションモードで pdf に変換すると、スライド毎にページが変わることも確認できます。

ただのjulia fileである。

Pluto-notebookはただのテキストファイルなので、 gitで変更差分を管理可能です。 Jupyter Notebookの場合は、gitでの変更差分管理が難しくなります。 (gitでipynbを管理するのが大変というのが、Literate.jlの生まれた理由でもあるそうです。)

コードや実行結果を隠すことができる。

プログラマでない人は、コードを見てもよく分からないので、 ストレスを感じるかもしれません。 セルの左側の目のマークを押すと、コードを隠すことができるので、 冗長な部分を隠して、ドキュメントとしての体裁を整えることができます。

欠点

当然良いことばかりではありません。

重い処理に向いていない

Plutoはセルの実行結果を一緒に保存していないので、 ノートブックの立ち上げ時に、すべてのコードを実行しようとします。 このため、重い処理を実行したり、くそ重いファイルを読み込むような使い方では、立ち上げに時間がかかるので結構イライラします。

また、リアクティブなので、ある変数の値を変更すると、その変数を使った別のセルの内容も自動的に実行されます。 実行する計算内容が軽いものなら大丈夫ですが、実行に時間がかかるセルの内容が変更された場合は、 しばらく身動きがとれなくなります。 こうした点では、実行結果をセル毎に保存しておける Jupyter Notebook の方がある意味安全です。

マクロが使えないことがある。

Plutoでは実行できないマクロがあります。 私の場合は、微分方程式のマクロである ParameterizedFunctions.jlを使おうとして、errorがでたことで気づきました。

f = @ode_def LotkaVolterra begin
  dx = a*x - b*x*y
  dy = -c*y + d*x*y
end a b c d

issueで詳しく議論されています。 何か抜け道があるのかもしれませんが、 ドメイン固有言語が発達したパッケージの利用には苦労すると思われます。

複数行のコード

1つのセルに複数行を入力して実行するためには、begin-end環境に入れてやる必要があります。

begin
  a = 1
  println(a)
end

jupyterと同じ感覚で使おうとするとミスります。

Pluto.jl のまとめ

• （良くも悪くも）リアクティブなノートブック。

• マークダウンやhtmlとの連携など、基本的な機能を備えている。

• GUIを実装しやすく、教育用のコンテンツとしても優秀。

• 重い処理や、ドメイン固有言語が発達したパッケージの利用には要注意。

めでたしめでたし