Pluto.jlはJuliaのノートブックの一つだ。 ノートブックといえばJupyterのノートブック(拡張子が.ipynbのやつ)が有名だ。 Jupyterの名が示すとおり、JuliaはJupyterノートブックで扱うことができる(IJuliaを使う)。 ではなぜPluto.jlなどというものがあるのだろうか。 実はPluto.jlはJupyterノートブックとはかなり異なるものであり、いくつかのユニークな性質もあるので、それについて書きたいと思う。

Pluto.jlの特徴

先程載せたウェブサイト(https://plutojl.org)には2つ特徴がまとめられている。 それはREACTIVITYとREPRODUCIBILITYだ。

Reactivity

Reactivityとは、例を挙げると、MS Excelのようにある場所で値を更新すると、それに依存するすべての部分が再評価される性質である。 Pluto.jlは各セルの間の依存関係を自動で把握し、実行を自動で行ってくれる。 ここで更にHTMLのinput要素などを組み合わせることで、HTMLを介して変数を操作し、その計算結果をreactiveに見ることが簡単にできる(eventの管理などいらない！)。

Reproducibility

Reproducibilityは、(もちろん)再現可能性なわけだが、Pluto.jlはノートブック単体でreproducibilityを達成している。 前提として、Pluto.jlノートブックは通常の.jlフォーマットに従っており、そのファイル自体を実行することもできる。 そしてそのファイルの中に、Project.tomlやManifest.tomlに相当するもの¹が入っており(Stringとして書いてある)、 その情報でノートブックごとに環境を自動で作成してくれる。

結果の保存

少々脱線するが、Pluto.jlノートブックはただのテキストファイルであるので、Jupyterノートブックのように結果を保存する機能はない。 (実行の様子をアニメーションで保存する)HTMLやPDFとしてエクスポートする機能はあるので、それらを使えば十分であるとも考えられる。 Reactivityという性質も合わさり、大規模な(i.e. 実行に時間のかかる)コードはあまり向いていないと思っている。

上記の特徴を実現するための/に関連するノートブックの特徴

上記はPluto.jlの説明には必ず出てくるような内容だったが、ここからは上記の性質と関連したPluto.jlノートブックらしい性質を並べてみる。

1. セルとはプログラムの"1行"のまとまりである。

Jupyterノートブックのセルは、単純にスクリプトファイルを分割したものであり、分割場所は(セル自体が妥当なプログラムであれば)任意の場所で区切る(もしくはくっつける)ことができる。 一方Pluto.jlではセルはREPLで実行される単位で必ず区切られてなければならない。 つまり例えば、

x = 1
y = 1

とは書けない。 どうしても1セルで書きたい場合²は、スコープを導入しないブロックbegin ... endを使えばよい。

2. 同じ変数を2度定義できない

変数の依存関係が自動で解決されるので、同じ変数を複数のセルで定義することができない。 これも通常のスクリプトでは考えられない制約である。

ただもちろん関数定義内やbegin ... end、let ... endブロック内では通常のように変数に上書きできる。

3. セルの順番は実行順番とは関係ない

2.であったように、変数は基本immutableとなる。 そうなるともはやセルの順番は実行順番とは関係なくなる。 したがって、下の方に定義した関数を上のセルで呼び出すことも可能だ。

ではファイルではどのように保存されているのか？

前述の通り、Pluto.jlノートブックは通常の.jlファイルとして実行できる。 しかし、セルの順番は実行順とはことなる場合もある。 したがって、Pluto.jlノートブックは.jlとして保存する際、セルをIDを(コメントで)振りつつ実行順で記述した後、 ファイルの最後あたりにセルの順番でIDを並べている。

その他の特徴

以上でおおよそ書きたいことは書いたのだが、ついでなのでその他の特徴を書いておく。

• Live Docパネルがあり、カーソル上のExprや検索でヘルプ(Docstring)を見ることができる。
• HTMLなのでLaTeXはMathJaxで描画される。
• 少々キーバインディングが特殊(Jupyterほど機能が多くない)
• PlutoUI.jlを用いればHTML inputの要素を簡単に、かつJuliaらしくかけるようになる。
• Jupyterのようにmarkdownセルはない。md"..."³を使って書けば、HTMLで描画してくれる。
• その他DataFrameなどはきれいに表示される

適した用途

以上の特徴を踏まえ、個人的に適してると考えた用途を以下にかく

• REPLにおけるprototypingの代わりとして
  • reactivity故にいちいち更新する手間が省ける
  • しかし、ノートブックごとに別環境となるのでprecompileもその分時間がかかる
• 電卓として
  • LaTeXが数式として描写されるので、Latexify.jlとの相性が非常に良い
  • 数式の誤入力に気づきやすい
• 簡単なアプリケーションのフレームワークとして
  • Web関連技術に基づいた高品質なUIを簡単に作れる
  • とにかくreactiveなので何も考えなくてもinteractiveなものをつくれる
  • reproducibilityが配布時の動作を保証してくれる
  • 上の方にUIをまとめて下に内部の関数定義をまとめるといったことも可能だ(セルは結果だけを表示し、コードを隠すことができる)

Notebook(しかも独自の)という情報だけから主にEditorとしての機能の少なさを嫌って食わず嫌いしていたが、 実際に使ってみるとユニークな機能がたくさんあり、虜になってしまった。 皆さんも是非使ってみてはいかがだろうか。