はじめに

ggplotnim, nim-plotly, graph, gnuplot.nim等々、Nimにもグラフ描画ライブラリは複数あります。今回は私が使い慣れているPythonのmatplotlibをNimで使う方法をまとめます。

matplotnim, nimpyとは

matplotnimはmatplotlibのNim版ラッパーライブラリです。
nimpyは、PythonからNim、並びにNimからPythonを呼ぶことを容易にするライブラリです。使用方法はNim初心者が始めるNimとnimpyなどを参考にしてください。

実行環境

Windows11 22H2
nim 1.6.10

matplotnim使用方法（エラー解消方法）

matplotnim自体がnimpyを用いているため、結局Pythonのインストールが必要となります。また、matplotnim公式もnimpyがあるので、自身が冗長であると言っています。 ~~matplotnimを使用するメリットは、import文を使うことでよりPythonしてる感が出る程度です。~~ nimpyだけを用いる方法も後述します。

まず、nimbleからmatplotnimをダウンロードしましょう。

nimble install matplotnim

なおプログラム例は以下のようになります。

import matplotnim, nimpy # pltからの.呼出でnimpyが要る

let x = @[1, 2, 3, 4]
let y = @[5.5, 7.6, 11.1, 6.5]

discard plt.figure()
discard plt.plot(x, y)
discard plt.show()

さっそく実行すると、以下のエラーが出ました。

Python path configuration:
  PYTHONHOME = (not set)
  PYTHONPATH = (not set)
  program name = 'python'
  isolated = 0
  environment = 1
  user site = 1
  import site = 1
  sys._base_executable = 'c:\\code\\Nim\\matplotnim_test.exe'
  sys.base_prefix = 'C:\\anaconda3'
  sys.base_exec_prefix = 'C:\\anaconda3'
  sys.platlibdir = 'lib'
  sys.executable = 'c:\\code\\Nim\\matplotnim_test.exe'
  sys.prefix = 'C:\\anaconda3'
  sys.exec_prefix = 'C:\\anaconda3'
  sys.path = [
    'C:\\anaconda3\\python39.zip',
    '.\\DLLs',
    '.\\lib',
    'c:\\code\\Nim',
  ]
Fatal Python error: init_fs_encoding: failed to get the Python codec of the filesystem encoding
Python runtime state: core initialized
ModuleNotFoundError: No module named 'encodings'

Current thread 0x00006220 (most recent call first):
<no Python frame>
Error: execution of an external program failed: 'c:\code\Nim\matplotnim_test.exe '

同様のエラーから、PYTHONHOMEとPYTHONPATHの環境変数を設定していないことが原因と知りました。Windows10のAnacondaで仮想環境にインストールしたパッケージがimportできない等を参考にして、PYTHONPATHには自作のライブラリを格納したパス、PYTHONHOMEには標準の Python libraries のパスを指定します。

PYTHONHOME=C:\anaconda3
PYTHONPATH=C:\anaconda3\Library\bin

私は上記のように設定しましが、Pythonのインストール状況によってまちまちだと思います。また、今回はmatplotlibを呼び出したいだけなのでPYTHONPATHの設定だけで動作すると思われます。

再起動して実行すると今度はこんなエラーが...

This application failed to start because it could not find or load the Qt platform plugin "windows"
in "".

Reinstalling the application may fix this problem.
Error: execution of an external program failed: 'c:\code\Nim\matplotnim_test.exe '

そもそもPython側で実行すると普通に動きます。

import matplotlib.pyplot as plt
print(plt.__file__) # C:\anaconda3\lib\site-packages\matplotlib\pyplot.py

x = [1, 2, 3, 4]
y = [5.5, 7.6, 11.1, 6.5]

plt.figure()
plt.plot(x, y)
plt.show()

Nim側とPython側では違うmatplotlibを呼び出しているかとも思いましたが、同じでした。

searchPlace.py

def searchPlace(lib):
  return lib.__file__ # アンダーライン始まり・2連続はNimだと多分無理

import matplotnim, nimpy

let place = pyImport("searchPlace").callMethod("searchPlace", plt).to(string)
echo place # C:\anaconda3\lib\site-packages\matplotlib\pyplot.py

調べたところ、同様のエラーを発見したので同じようにQT_PLUGIN_PATHを設定して再起動。

QT_PLUGIN_PATH=C:\anaconda3\Library\plugins

するとやっと表示することができました！

nimpyで同等の処理をする

ところで、matplotnimの実装は

matplotnim.nim

import nimpy

let plt* = pyImport("matplotlib.pyplot")

以上です。実際matplotnimをインストールする必要はあまり感じません。
先の章でmatplotlibをインストールしていなければ、nimpyをインストールしましょう。

nimble install nimpy

先ほどのプログラムを少し変更して実行します。エラー対応は先の章の通りにしましょう。

import nimpy
let plt = pyImport("matplotlib.pyplot")

let x = @[1, 2, 3, 4]
let y = @[5.5, 7.6, 11.1, 6.5]

discard plt.figure()
discard plt.plot(x, y)
discard plt.show()

こちらでも実行できました！

seq型が通るのであれば、ArraymancerのTensor型は通るのかと試しましたが、一度seq型にしないとダメなようです。

import nimpy, arraymancer
let plt = pyImport("matplotlib.pyplot")

let x = [1, 2, 3, 4].toTensor
let y = [5.5, 7.6, 11.1, 6.5].toTensor

discard plt.figure()
discard plt.plot(x.toSeq1D(), y.toSeq1D())
discard plt.show()

(更新) Windows起動時に表示されるメッセージへの対処法

QT_PLUGIN_PATHを設定すると、Windows起動時に以下のエラーメッセージが表示されてしまいます。

そのため、以下のようにプログラム上で環境変数を設定して、プログラム動作時だけ機能するようにしましょう。

import nimpy, arraymancer
let plt = pyImport("matplotlib.pyplot")

let x = [1, 2, 3, 4].toTensor
let y = [5.5, 7.6, 11.1, 6.5].toTensor

# import os # Nim上での設定は反映されないらしい
# putEnv("QT_PLUGIN_PATH", r"C:\anaconda3\Library\plugins")

let os = pyImport("os")
os.environ["QT_PLUGIN_PATH"] = r"C:\anaconda3\Library\plugins"
# discard os.putenv("QT_PLUGIN_PATH", r"C:\anaconda3\Library\plugins") # 若しくは

discard plt.figure()
discard plt.plot(x.toSeq1D(), y.toSeq1D())
discard plt.show()

まとめ

nimpyを使えばPythonのライブラリを簡単に使えることがわかりました。
描画系ライブラリは他にもあるので、自分に合うものを試していきたいです。