Notebooks reativos

Notebooks Pluto

.... WORK IN PROGRESS ...

TODO list:

• sobre notebooks... complemento aos elementos de estudo (não substitui livro, apontamentos da aula, etc...)

• Sobre notebooks em geral?! Ex: Data Science Notebooks

  • literate programming; ciência reproduzível

• como abrir os notebooks:

  • executar um notebook na cloud (Binder) raramente funciona! » Instalar Julia e Pluto (dentro do Julia)

  • fazer download (notebook.jl) ou copiar URL colocado no topo do notebook: "GitHub URL | notebook" e colar no Pluto na barra de "Open a notebook"

• Ferramentas utilizadas nos notebooks Pluto:

  • Markdown (texto): qualquer célula pode ser interpretada como texto, premindo no teclado "Ctrl" + "m"

  • LaTeX (equações)... não é necessário saber Latex, Ex: Online Equation Editor

  • draw.io (desenhos, esquemas, diagramas), disponíveis para reutilização

  • Julia (cálculo, gráficos); não requer especial conhecimento de programação; sintaxe muito idêntica ao MATLAB/Octave

  • Julia, aceita símbolos Unicode nas expressões de cálculo (grande vantagem, pois torna as expressões de cálculo muito semelhantes às equações escritas de forma matemática), Unicode Input

  • PlutoUI (interactividade com o utilizador), How to Create Engaging Interactive Reactive Notebooks using PlutoUI, Pluto and Julia, YT vídeo (cerca de 25min.)

• Notebook reactivo: nas parcelas de código, o Pluto reconhece as dependências entre as células. Sempre que uma é alterada, todas as células que desta dependem são automaticamente atualizadas (como no Excel).

• ...

A linguagem de programação Julia

Julia é uma linguagem de programação de alto nível, dinâmica e de elevado desempenho adequada para computação científica. Apresenta ótimas características para a construção de modelos matemáticos e de técnicas de simulação numérica, permitindo analisar e resolver problemas científicos e de engenharia, através do computador.

Julia foi lançada em 2012 mantendo-se como uma linguagem de programação gratuita, multi-plataforma e open source.

A escolha do Pluto.jl como ambiente de programação reativo para Julia, para a elaboração de notebooks de apoio a Máquinas Elétricas II, possibilita a implementação de boas práticas de Ciência Aberta. O Julia com o Pluto.jl permitem disponibilizar recursos educacionais abertos, através da realização de materiais de ensino-aprendizagem. Também no âmbito da investigação e desenvolvimento, estas ferramentas permitem aplicar os princípios FAIR:

• Findable

• Accessible

• Interoperable

• Reusable

Assim, os notebooks reactivos com Julia/Pluto podem fomentar a transparência, reprodutibilidade, reutilização e inovação em ciência/engenharia.

"Time to first plot"

Julia é uma linguagem compilada just-in-time (JIT). Isso significa que o compilador irá gerar código binário conforme necessário. Assim, quando abrir/executar o notebook pela primeira vez, verificará que tem de aguardar algum tempo pela compilação do código Julia, dependendo da complexidade do mesmo e da capacidade de processamento do seu computador. Por exemplo, a biblioteca Plots.jl para realização de gráficos tem uma dimensão considerável e exige tempo de compilação. Esta latência na compilação de um programa Julia é conhecida por "time to first plot"_, que teve melhorias significativas na versão 1.6 do Julia. Após a 1ª execução, apenas as alterações que realize (no código, nos dados, por interação) serão compiladas, pelo que verificará, a partir daí o elevado desempenho da linguagem Julia.

Assim, como sugestão, após abrir um dos notebooks de Máquinas Elétricas II no seu Julia/Pluto, pode fazer uma primeira leitura desse notebook na versão estática do mesmo, disponibilizada neste website, até a 1ª compilação/execução terminar, para então depois poder utilizá-lo.

No final de cada notebook é indicado o tempo da 1ª compilação, acompanhado das informações sobre a frequência de processamento do CPU e a capacidade de memória RAM do computador em que foi testado, como referência.

Leitura/informação complementar:

Sobre notebooks Pluto:

• Fons van der Plas, Mikołaj Bochenski, Interactive notebooks Pluto.jl, vídeo de apresentação do Pluto, conferência JuliaCon 2020, Duração: 24min.

• Fons van der Plas, 🎈 Pluto.jl — one year later, vídeo da conferência JuliaCon 2021. Duração: 27min.

• Connor Burns, A Guide to Building Reactive Notebooks for Scientific Computing With Julia and Pluto.jl, artigo de opinião, Medium, Dec. 2020.

Sobre programação Julia:

• Jeff Bezanson, Stefan Karpinski, Viral B. Shah, Alan Edelman, Why We Created Julia, Massachusetts Institute of Technology, Feb. 2012.

• Gabriel Gauci Maistre, 10 Reasons Why You Should Learn Julia, artigo de opinião, Good Audience, Sep. 2018.

• Abel Soares Siqueira, Gustavo Sarturi, João Okimoto, Kally Chung, Introdução à programação em Julia, tradução do livro de: Allen Downey, Ben Lauwens, Think Julia: How to Think Like a Computer Scientist, O’Reilly Media, 2018.

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