José A. Alonso

El problema de las N torres

PorJosé A. Alonso 5-junio-201825-abril-2021

El problema de las N torres consiste en colocar N torres en un tablero con N filas y N columnas de forma que no haya dos torres en la misma fila ni en la misma columna.

Cada solución del problema de puede representar mediante una matriz con ceros y unos donde los unos representan las posiciones ocupadas por las torres y los ceros las posiciones libres. Por ejemplo,

   ( 0 1 0 )
   ( 1 0 0 )
   ( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

representa una solución del problema de las 3 torres.

Definir las funciones

   torres  :: Int -> [Matrix Int]
   nTorres :: Int -> Integer

1 2	torres :: Int -> [Matrix Int] nTorres :: Int -> Integer

tales que
+ (torres n) es la lista de las soluciones del problema de las n torres. Por ejemplo,

      λ> torres 3
      [( 1 0 0 )
       ( 0 1 0 )
       ( 0 0 1 )
      ,( 1 0 0 )
       ( 0 0 1 )
       ( 0 1 0 )
      ,( 0 1 0 )
       ( 1 0 0 )
       ( 0 0 1 )
      ,( 0 1 0 )
       ( 0 0 1 )
       ( 1 0 0 )
      ,( 0 0 1 )
       ( 1 0 0 )
       ( 0 1 0 )
      ,( 0 0 1 )
       ( 0 1 0 )
       ( 1 0 0 )
      ]

λ> torres 3

[( 1 0 0 )

( 0 1 0 )

( 0 0 1 )

,( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

,( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

,( 0 1 0 )

( 0 0 1 )

( 1 0 0 )

,( 0 0 1 )

( 1 0 0 )

( 0 1 0 )

,( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

]

(nTorres n) es el número de soluciones del problema de las n torres. Por ejemplo,

      λ> nTorres 3
      6
      λ> length (show (nTorres (10^4)))
      35660

λ> nTorres 3

λ> length (show (nTorres (10^4)))

35660

Soluciones

[schedule expon=’2018-06-12′ expat=»06:00″]

Las soluciones se pueden escribir en los comentarios hasta el 17 de abril.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

[/schedule]

[schedule on=’2018-06-12′ at=»06:00″]

import Data.List (genericLength, sort, permutations)
import Data.Matrix 

-- 1ª definición de torres
-- =======================

torres1 :: Int -> [Matrix Int]
torres1 n = 
    [permutacionAmatriz n p | p <- sort (permutations [1..n])]

permutacionAmatriz :: Int -> [Int] -> Matrix Int
permutacionAmatriz n p =
    matrix n n f
    where f (i,j) | (i,j) `elem` posiciones = 1
                  | otherwise               = 0
          posiciones = zip [1..n] p    

-- 2ª definición de torres
-- =======================

torres2 :: Int -> [Matrix Int]
torres2 = map fromLists . permutations . toLists . identity

-- El cálculo con la definición anterior es:
--    λ> identity 3
--    ( 1 0 0 )
--    ( 0 1 0 )
--    ( 0 0 1 )
--    
--    λ> toLists it
--    [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]
--    λ> permutations it
--    [[[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]],
--     [[0,1,0],[1,0,0],[0,0,1]],
--     [[0,0,1],[0,1,0],[1,0,0]],
--     [[0,1,0],[0,0,1],[1,0,0]],
--     [[0,0,1],[1,0,0],[0,1,0]],
--     [[1,0,0],[0,0,1],[0,1,0]]]
--    λ> map fromLists it
--    [( 1 0 0 )
--     ( 0 1 0 )
--     ( 0 0 1 )
--    ,( 0 1 0 )
--     ( 1 0 0 )
--     ( 0 0 1 )
--    ,( 0 0 1 )
--     ( 0 1 0 )
--     ( 1 0 0 )
--    ,( 0 1 0 )
--     ( 0 0 1 )
--     ( 1 0 0 )
--    ,( 0 0 1 )
--     ( 1 0 0 )
--     ( 0 1 0 )
--    ,( 1 0 0 )
--     ( 0 0 1 )
--     ( 0 1 0 )
--    ]

-- 1ª definición de nTorres
-- ========================

nTorres1 :: Int -> Integer
nTorres1 = genericLength . torres1

-- 2ª definición de nTorres
-- ========================

nTorres2 :: Int -> Integer
nTorres2 n = product [1..fromIntegral n]

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> nTorres1 9
--    362880
--    (4.22 secs, 693,596,128 bytes)
--    λ> nTorres2 9
--    362880
--    (0.00 secs, 0 bytes)

import Data.List (genericLength, sort, permutations)

import Data.Matrix

-- 1ª definición de torres

-- =======================

torres1 :: Int -> [Matrix Int]

torres1 n =

[permutacionAmatriz n p | p <- sort (permutations [1..n])]

permutacionAmatriz :: Int -> [Int] -> Matrix Int

permutacionAmatriz n p =

matrix n n f

where f (i,j) | (i,j) `elem` posiciones = 1

| otherwise = 0

posiciones = zip [1..n] p

-- 2ª definición de torres

-- =======================

torres2 :: Int -> [Matrix Int]

torres2 = map fromLists . permutations . toLists . identity

-- El cálculo con la definición anterior es:

-- λ> identity 3

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- λ> toLists it

-- [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]

-- λ> permutations it

-- [[[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]],

-- [[0,1,0],[1,0,0],[0,0,1]],

-- [[0,0,1],[0,1,0],[1,0,0]],

-- [[0,1,0],[0,0,1],[1,0,0]],

-- [[0,0,1],[1,0,0],[0,1,0]],

-- [[1,0,0],[0,0,1],[0,1,0]]]

-- λ> map fromLists it

-- [( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ,( 0 1 0 )

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ,( 0 0 1 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 1 0 0 )

-- ,( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ( 1 0 0 )

-- ,( 0 0 1 )

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ,( 1 0 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ( 0 1 0 )

-- ]

-- 1ª definición de nTorres

-- ========================

nTorres1 :: Int -> Integer

nTorres1 = genericLength . torres1

-- 2ª definición de nTorres

-- ========================

nTorres2 :: Int -> Integer

nTorres2 n = product [1..fromIntegral n]

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> nTorres1 9

-- 362880

-- (4.22 secs, 693,596,128 bytes)

-- λ> nTorres2 9

-- 362880

-- (0.00 secs, 0 bytes)

[/schedule]

Valores de polinomios y de expresiones

PorJosé A. Alonso 4-junio-201811-junio-2018

Las expresiones aritméticas construidas con una variables, los números enteros y las operaciones de sumar y multiplicar se pueden representar mediante el tipo de datos Exp definido por

   data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp  Exp
              deriving Show

1 2	data Exp = Var \| Const Int \| Sum Exp Exp \| Mul Exp Exp deriving Show

Por ejemplo, la expresión 3+5x^2 se puede representar por

   exp1 :: Exp
   exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

1 2	exp1 :: Exp exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

Por su parte, los polinomios se pueden representar por la lista de sus
coeficientes. Por ejemplo, el polinomio 3+5x^2 se puede representar por [3,0,5].

Definir las funciones

   valorE :: Exp -> Int -> Int
   expresion :: [Int] -> Exp
   valorP :: [Int] -> Int -> Int

valorE :: Exp -> Int -> Int

expresion :: [Int] -> Exp

valorP :: [Int] -> Int -> Int

tales que

(valorE e n) es el valor de la expresión e cuando se sustituye su variable por n. Por ejemplo,

     λ> valorE (Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))) 2
     23

1 2	λ> valorE (Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))) 2 23

(expresion p) es una expresión aritmética equivalente al polinomio p. Por ejemplo,

     λ> expresion [3,0,5]
     Sum (Const 3) (Mul Var (Sum (Const 0) (Mul Var (Const 5))))

1 2	λ> expresion [3,0,5] Sum (Const 3) (Mul Var (Sum (Const 0) (Mul Var (Const 5))))

(valorP p n) es el valor del polinomio p cuando se sustituye su variable por n. Por ejemplo,

     λ> valorP [3,0,5] 2
     23

1 2	λ> valorP [3,0,5] 2 23

Comprobar con QuickCheck que, para todo polinomio p y todo entero n,

   valorP p n == valorE (expresion p) n

1	valorP p n == valorE (expresion p) n

Soluciones

import Test.QuickCheck

data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp  Exp
           deriving Show
 
exp1 :: Exp
exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))
 
valorE :: Exp -> Int -> Int
valorE Var         n = n
valorE (Const a)   n = a
valorE (Sum e1 e2) n = valorE e1 n + valorE e2 n
valorE (Mul e1 e2) n = valorE e1 n * valorE e2 n
 
expresion :: [Int] -> Exp
expresion [a]   = Const a
expresion (a:p) = Sum (Const a) (Mul Var (expresion p))
 
valorP :: [Int] -> Int -> Int
valorP [a] _ = a
valorP (a:p) n = a + n * valorP p n
 
-- La propiedad es
prop_valor :: [Int] -> Int -> Property
prop_valor p n =
    not (null p) ==> 
    valorP p n == valorE (expresion p) n
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_valor
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp Exp

deriving Show

exp1 :: Exp

exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

valorE :: Exp -> Int -> Int

valorE Var n = n

valorE (Const a) n = a

valorE (Sum e1 e2) n = valorE e1 n + valorE e2 n

valorE (Mul e1 e2) n = valorE e1 n * valorE e2 n

expresion :: [Int] -> Exp

expresion [a] = Const a

expresion (a:p) = Sum (Const a) (Mul Var (expresion p))

valorP :: [Int] -> Int -> Int

valorP [a] _ = a

valorP (a:p) n = a + n * valorP p n

-- La propiedad es

prop_valor :: [Int] -> Int -> Property

prop_valor p n =

not (null p) ==>

valorP p n == valorE (expresion p) n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_valor

-- +++ OK, passed 100 tests.

Ancestro común más bajo

PorJosé A. Alonso 1-junio-201811-junio-2018

El tipo de los árboles binarios se define por

   data Arbol = H Int
              | N Int Arbol Arbol

1 2	data Arbol = H Int \| N Int Arbol Arbol

Por ejemplo, el árbol

        5
       / \
      /   \
     3     7
    / \   / \
   1   4 6   9

/ \

3 7

/ \ / \

1 4 6 9

se define por

   ejArbol :: Arbol
   ejArbol = N 5 (N 3 (H 1) (H 4)) (N 7 (H 6) (H 9))

1 2	ejArbol :: Arbol ejArbol = N 5 (N 3 (H 1) (H 4)) (N 7 (H 6) (H 9))

Un árbol ordenado es un árbol binario tal que para cada nodo, los elementos de su subárbol izquierdo son menores y los de su subárbol derecho son mayores. El árbol anterior es un árbol ordenado.

Los ancestros de un nodo x son los nodos y tales que x está en alguna de las ramas de x. Por ejemplo, en el árbol anterior los ancestros de 9 son 5 y 7.

El ancestro común más bajo de dos elementos x e y de un árbol a es el ancestro de x e y de menor profundidad. Por ejemplo, en el árbol anterior el ancestro común más bajo de 6 y 9 es 7.

Definir la función

   ancestroComunMasBajo :: Arbol -> Int -> Int -> Int

1	ancestroComunMasBajo :: Arbol -> Int -> Int -> Int

tal que (ancestroComunMasBajo a x y) es el ancestro de menor profundidad de los nodos x e y en el árbol ordenado a, donde x e y son dos elementos distintos del árbol a. Por ejemplo,

   ancestroComunMasBajo ejArbol 4 1  ==  3
   ancestroComunMasBajo ejArbol 1 6  ==  5
   ancestroComunMasBajo ejArbol 6 9  ==  7

ancestroComunMasBajo ejArbol 4 1 == 3

ancestroComunMasBajo ejArbol 1 6 == 5

ancestroComunMasBajo ejArbol 6 9 == 7

Soluciones

data Arbol = H Int
           | N Int Arbol Arbol

ejArbol :: Arbol
ejArbol = N 5 (N 3 (H 1) (H 4)) (N 7 (H 6) (H 9))

-- 1ª definición
-- =============

ancestroComunMasBajo1 :: Arbol -> Int -> Int -> Int
ancestroComunMasBajo1 a x y =
  head [u | u <- xs, u `elem` ys]
  where xs = ancestros a x
        ys = ancestros a y

-- (ancestros a x) es la lista de los ancestros de x en el árbol
-- ordenado a, ordenada por profundidad. Por ejemplo,
--    ancestros ejArbol 1 ==  [3,5]
--    ancestros ejArbol 3 ==  [5]
--    ancestros ejArbol 5 ==  []
--    ancestros ejArbol 9 ==  [7,5]
ancestros :: Arbol -> Int -> [Int]
ancestros a y = aux a y []
  where aux (H _)     _ zs = zs
        aux (N x i d) y zs 
          | x == y    = zs
          | y < x     = aux i y (x:zs)
          | otherwise = aux d y (x:zs)

-- 2ª definición
-- =============

ancestroComunMasBajo2 :: Arbol -> Int -> Int -> Int
ancestroComunMasBajo2 (N z i d) x y 
  | x < z && y < z = ancestroComunMasBajo2 i x y 
  | x > z && y > z = ancestroComunMasBajo2 d x y 
  | otherwise      = z

data Arbol = H Int

| N Int Arbol Arbol

ejArbol :: Arbol

ejArbol = N 5 (N 3 (H 1) (H 4)) (N 7 (H 6) (H 9))

-- 1ª definición

-- =============

ancestroComunMasBajo1 :: Arbol -> Int -> Int -> Int

ancestroComunMasBajo1 a x y =

head [u | u <- xs, u `elem` ys]

where xs = ancestros a x

ys = ancestros a y

-- (ancestros a x) es la lista de los ancestros de x en el árbol

-- ordenado a, ordenada por profundidad. Por ejemplo,

-- ancestros ejArbol 1 == [3,5]

-- ancestros ejArbol 3 == [5]

-- ancestros ejArbol 5 == []

-- ancestros ejArbol 9 == [7,5]

ancestros :: Arbol -> Int -> [Int]

ancestros a y = aux a y []

where aux (H _) _ zs = zs

aux (N x i d) y zs

| x == y = zs

| y < x = aux i y (x:zs)

| otherwise = aux d y (x:zs)

-- 2ª definición

-- =============

ancestroComunMasBajo2 :: Arbol -> Int -> Int -> Int

ancestroComunMasBajo2 (N z i d) x y

| x < z && y < z = ancestroComunMasBajo2 i x y

| x > z && y > z = ancestroComunMasBajo2 d x y

| otherwise = z

Subexpresiones aritméticas

PorJosé A. Alonso 31-mayo-201825-abril-2021

Las expresiones aritméticas pueden representarse usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = N Int | S Expr Expr | P Expr Expr  
     deriving (Eq, Ord, Show)

1 2	data Expr = N Int \| S Expr Expr \| P Expr Expr deriving (Eq, Ord, Show)

Por ejemplo, la expresión 2*(3+7) se representa por

   P (N 2) (S (N 3) (N 7))

1	P (N 2) (S (N 3) (N 7))

Definir la función

   subexpresiones :: Expr -> Set Expr

1	subexpresiones :: Expr -> Set Expr

tal que (subexpresiones e) es el conjunto de las subexpresiones de e. Por ejemplo,

   λ> subexpresiones (S (N 2) (N 3))
   fromList [N 2,N 3,S (N 2) (N 3)]
   λ> subexpresiones (P (S (N 2) (N 2)) (N 7))
   fromList [N 2,N 7,S (N 2) (N 2),P (S (N 2) (N 2)) (N 7)]

λ> subexpresiones (S (N 2) (N 3))

fromList [N 2,N 3,S (N 2) (N 3)]

λ> subexpresiones (P (S (N 2) (N 2)) (N 7))

fromList [N 2,N 7,S (N 2) (N 2),P (S (N 2) (N 2)) (N 7)]

Soluciones

import Data.Set

data Expr = N Int | S Expr Expr | P Expr Expr  
  deriving (Eq, Ord, Show)

subexpresiones :: Expr -> Set Expr
subexpresiones (N x)   = singleton (N x)
subexpresiones (S i d) =
  S i d `insert` (subexpresiones i `union` subexpresiones d)
subexpresiones (P i d) =
  P i d `insert` (subexpresiones i `union` subexpresiones d)

import Data.Set

data Expr = N Int | S Expr Expr | P Expr Expr

deriving (Eq, Ord, Show)

subexpresiones :: Expr -> Set Expr

subexpresiones (N x) = singleton (N x)

subexpresiones (S i d) =

S i d `insert` (subexpresiones i `union` subexpresiones d)

subexpresiones (P i d) =

P i d `insert` (subexpresiones i `union` subexpresiones d)

La regla de los signos de Descartes

PorJosé A. Alonso 30-mayo-20186-junio-2018

Los polinomios pueden representarse mediante listas. Por ejemplo, el polinomio x^5+3x^4-5x^2+x-7 se representa por [1,3,0,-5,1,-7]. En dicha lista, obviando el cero, se producen tres cambios de signo: del 3 al -5, del -5 al 1 y del 1 al -7. Llamando C(p) al número de cambios de signo en la lista de coeficientes del polinomio p(x), tendríamos entonces que en este caso C(p)=3.

La regla de los signos de Descartes dice que el número de raíces reales positivas de una ecuación polinómica con coeficientes reales igualada a cero es, como mucho, igual al número de cambios de signo que se produzcan entre sus coeficientes (obviando los ceros). Por ejemplo, en el caso anterior la ecuación tendría como mucho tres soluciones reales positivas, ya que C(p)=3.

Además, si la cota C(p) no se alcanza, entonces el número de raíces positivas de la ecuación difiere de ella un múltiplo de dos. En el ejemplo anterior esto significa que la ecuación puede tener tres raíces positivas o tener solamente una, pero no podría ocurrir que tuviera dos o que no tuviera ninguna.

Definir las funciones

   cambios :: [Int] -> [(Int,Int)]
   nRaicesPositivas :: [Int] -> [Int]

1 2	cambios :: [Int] -> [(Int,Int)] nRaicesPositivas :: [Int] -> [Int]

tales que

(cambios xs) es la lista de los pares de elementos de xs con signos distintos, obviando los ceros. Por ejemplo,

     cambios [1,3,0,-5,1,-7]  ==  [(3,-5),(-5,1),(1,-7)]

1	cambios [1,3,0,-5,1,-7] == [(3,-5),(-5,1),(1,-7)]

(nRaicesPositivas p) es la lista de los posibles números de raíces positivas del polinomio p (representado mediante una lista) según la regla de los signos de Descartes. Por ejemplo,

     nRaicesPositivas [1,3,0,-5,1,-7]  ==  [3,1]

1	nRaicesPositivas [1,3,0,-5,1,-7] == [3,1]

que significa que la ecuación x^5+3x^4-5x^2+x-7=0 puede tener 3 ó 1 raíz positiva.

Soluciones

-- 1ª definición (por comprensión)
-- ===============================

cambios1 :: [Int] -> [(Int,Int)]
cambios1 xs = [(x,y) | (x,y) <- consecutivos (noCeros xs), x*y < 0]
  where consecutivos xs = zip xs (tail xs)

-- (noCeros xs) es la lista de los elementos de xs distintos de cero. 
-- Por ejemplo,  
--    noCeros [1,3,0,-5,1,-7]  ==  [1,3,-5,1,-7]
noCeros :: [Int] -> [Int]
noCeros = filter (/=0)

-- 2ª definición (por recursión)
-- =============================

cambios2 :: [Int] -> [(Int,Int)]
cambios2 xs = cambios2' (noCeros xs)
  where cambios2' (x:y:xs)
          | x*y < 0   = (x,y) : cambios2' (y:xs)
          | otherwise = cambios2' (y:xs)
        cambios2' _ = []

nRaicesPositivas :: [Int] -> [Int]
nRaicesPositivas xs = [n,n-2..0]
  where n = length (cambios1 xs)

-- 1ª definición (por comprensión)

-- ===============================

cambios1 :: [Int] -> [(Int,Int)]

cambios1 xs = [(x,y) | (x,y) <- consecutivos (noCeros xs), x*y < 0]

where consecutivos xs = zip xs (tail xs)

-- (noCeros xs) es la lista de los elementos de xs distintos de cero.

-- Por ejemplo,

-- noCeros [1,3,0,-5,1,-7] == [1,3,-5,1,-7]

noCeros :: [Int] -> [Int]

noCeros = filter (/=0)

-- 2ª definición (por recursión)

-- =============================

cambios2 :: [Int] -> [(Int,Int)]

cambios2 xs = cambios2' (noCeros xs)

where cambios2' (x:y:xs)

| x*y < 0 = (x,y) : cambios2' (y:xs)

| otherwise = cambios2' (y:xs)

cambios2' _ = []

nRaicesPositivas :: [Int] -> [Int]

nRaicesPositivas xs = [n,n-2..0]

where n = length (cambios1 xs)

Números taxicab

PorJosé A. Alonso 29-mayo-20185-junio-2018

Los números taxicab, taxi-cab o números de Hardy-Ramanujan son aquellos números naturales que pueden expresarse como suma de dos cubos de más de una forma.

Alternativamente, se define al n-ésimo número taxicab como el menor número que es suma de dos cubos de n formas.

Definir las siguientes sucesiones

   taxicab  :: [Integer]
   taxicab2 :: [Integer]

1 2	taxicab :: [Integer] taxicab2 :: [Integer]

tales que taxicab es la sucesión de estos números según la primera definición y taxicab2 según la segunda. Por ejemplo,

   take 5 taxicab   ==  [1729,4104,13832,20683,32832]
   take 2 taxicab2  ==  [2,1729]

1 2	take 5 taxicab == [1729,4104,13832,20683,32832] take 2 taxicab2 == [2,1729]

Nota 1. La sucesiones taxicab y taxicab2 se corresponden con las sucesiones A001235 y A011541 de la OEIS.

Nota 2: Este ejercicio ha sido propuesto por Ángel Ruiz Campos.

Soluciones

import Data.List  (find)
import Data.Maybe (fromJust)

taxicab :: [Integer]
taxicab = filter ((> 1) . length . descomposiciones) [1..]

-- (descomposiciones n) es la lista de pares (x,y) tal que x³ + y³ = n.
-- Por ejemplo,
--    descomposiciones 1729  ==  [(10,9),(12,1)]
--    descomposiciones 1728  ==  [(12,0)]
descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones n =
  [(x,y) | x <- [1..round (fromIntegral n ** (1/3))],
           let z = n - x^3,
           let z' = round (fromIntegral z ** (1/3)),
           z'^3 == z,
           let y = z',
           y <= x]

-- 2ª definición de descomposiciones
descomposiciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones2 n =
  [(x,y) | x <- [1..raizEnt n 3],
           let z = n - x^3,
           let y = raizEnt z 3,
           y <= x,    
           y^3 == z]

-- (raizEnt x n) es la raíz entera n-ésima de x; es decir, el mayor
-- número entero y tal que y^n <= x. Por ejemplo, 
--    raizEnt  8 3      ==  2
--    raizEnt  9 3      ==  2
--    raizEnt 26 3      ==  2
--    raizEnt 27 3      ==  3
--    raizEnt (10^50) 2 ==  10000000000000000000000000
-- ---------------------------------------------------------------------

raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt x n = aux (1,x)
  where aux (a,b) | d == x    = c
                  | c == a    = c
                  | d < x     = aux (c,b)
                  | otherwise = aux (a,c) 
          where c = (a+b) `div` 2
                d = c^n

taxicab2 :: [Integer]
taxicab2 = aux 1 [2..]
  where aux n xs = fx : aux (n+1) [fx+1..]
          where fx = fromJust (find ((== n) . length . descomposiciones) xs)

import Data.List (find)

import Data.Maybe (fromJust)

taxicab :: [Integer]

taxicab = filter ((> 1) . length . descomposiciones) [1..]

-- (descomposiciones n) es la lista de pares (x,y) tal que x³ + y³ = n.

-- Por ejemplo,

-- descomposiciones 1729 == [(10,9),(12,1)]

-- descomposiciones 1728 == [(12,0)]

descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposiciones n =

[(x,y) | x <- [1..round (fromIntegral n ** (1/3))],

let z = n - x^3,

let z' = round (fromIntegral z ** (1/3)),

z'^3 == z,

let y = z',

y <= x]

-- 2ª definición de descomposiciones

descomposiciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposiciones2 n =

[(x,y) | x <- [1..raizEnt n 3],

let z = n - x^3,

let y = raizEnt z 3,

y <= x,

y^3 == z]

-- (raizEnt x n) es la raíz entera n-ésima de x; es decir, el mayor

-- número entero y tal que y^n <= x. Por ejemplo,

-- raizEnt 8 3 == 2

-- raizEnt 9 3 == 2

-- raizEnt 26 3 == 2

-- raizEnt 27 3 == 3

-- raizEnt (10^50) 2 == 10000000000000000000000000

-- ---------------------------------------------------------------------

raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt x n = aux (1,x)

where aux (a,b) | d == x = c

| c == a = c

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

where c = (a+b) `div` 2

d = c^n

taxicab2 :: [Integer]

taxicab2 = aux 1 [2..]

where aux n xs = fx : aux (n+1) [fx+1..]

where fx = fromJust (find ((== n) . length . descomposiciones) xs)

Números de Church

PorJosé A. Alonso 28-mayo-20185-junio-2018

Los números naturales pueden definirse de forma alternativa empleando los números de Church. Podemos representar un número natural n como una función que toma una función f como parámetro y devuelve n veces f.

Definimos por tanto los números naturales como

   Type Nat = forall a. (a -> a) -> a -> a

1	Type Nat = forall a. (a -> a) -> a -> a

De esta forma, para representar el número uno, repetir una vez una función es lo mismo que solamente aplicarla.

   uno :: Nat
   uno f x = f x

1 2	uno :: Nat uno f x = f x

De manera similar, dos debe aplicar f dos veces a su argumento.

   dos :: Nat
   dos f x = f (f x)

1 2	dos :: Nat dos f x = f (f x)

Definir cero equivale por tanto a devolver el argumento sin modificar.

   cero :: Nat
   cero f x = x

1 2	cero :: Nat cero f x = x

Definir las funciones

   cero    :: Nat
   uno     :: Nat
   dos     :: Nat
   tres    :: Nat
   nat2Int :: Nat -> Int
   succ    :: Nat -> Nat
   suma    :: Nat -> Nat -> Nat
   mult    :: Nat -> Nat -> Nat
   exp     :: Nat -> Nat -> Nat

cero :: Nat

uno :: Nat

dos :: Nat

tres :: Nat

nat2Int :: Nat -> Int

succ :: Nat -> Nat

suma :: Nat -> Nat -> Nat

mult :: Nat -> Nat -> Nat

exp :: Nat -> Nat -> Nat

tales que

cero, uno y dos son definiciones alternativas a las ya dadas y tres es el número natural 3 con esta representación.
(nat2Int n) es el número entero correspondiente al número natuaral n. Por ejemplo,

    nat2Int cero == 0
    nat2Int uno  == 1
    nat2Int dos  == 2
    nat2Int tres == 3

nat2Int cero == 0

nat2Int uno == 1

nat2Int dos == 2

nat2Int tres == 3

(succ n) es el sucesor del número n. Por ejemplo,

     nat2Int (succ dos)   ==  3
     nat2Int (succ tres)  ==  4

1 2	nat2Int (succ dos) == 3 nat2Int (succ tres) == 4

(suma n m) es la suma de n y m. Por ejemplo,

     nat2Int (suma dos tres)         ==  5
     nat2Int (suma dos (succ tres))  ==  6

1 2	nat2Int (suma dos tres) == 5 nat2Int (suma dos (succ tres)) == 6

(mult n m) es el producto de n y m. Por ejemplo,

     nat2Int (mult dos tres)         ==  6
     nat2Int (mult dos (succ tres))  ==  8

1 2	nat2Int (mult dos tres) == 6 nat2Int (mult dos (succ tres)) == 8

(exp n m) es la potencia m-ésima de n. Por ejemplo,

     nat2Int (exp dos tres)   ==  8
     nat2Int (exp tres dos)   ==  9
     nat2Int (exp tres cero)  ==  1
     nat2Int (exp cero tres)  ==  0

nat2Int (exp dos tres) == 8

nat2Int (exp tres dos) == 9

nat2Int (exp tres cero) == 1

nat2Int (exp cero tres) == 0

Comprobar con QuickCheck las siguientes propiedades. Para ello importar la librería Test.QuickCheck.Function y seguir el siguiente ejemplo:

   prop_Succ1 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
   prop_Succ1 (Fun _ f) x = succ cero f x == uno f x

   succ uno                   = dos
   succ dos                   = tres
   suma cero uno              = uno
   suma dos tres              = suma tres dos
   suma (suma dos dos) tres   = suma uno (suma tres tres)
   mult uno uno               = uno
   mult cero (suma tres tres) = cero
   mult dos tres              = suma tres tres
   exp dos dos                = suma dos dos
   exp tres dos               = suma (mult dos (mult dos dos)) uno
   exp tres cero              = uno

prop_Succ1 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Succ1 (Fun _ f) x = succ cero f x == uno f x

succ uno = dos

succ dos = tres

suma cero uno = uno

suma dos tres = suma tres dos

suma (suma dos dos) tres = suma uno (suma tres tres)

mult uno uno = uno

mult cero (suma tres tres) = cero

mult dos tres = suma tres tres

exp dos dos = suma dos dos

exp tres dos = suma (mult dos (mult dos dos)) uno

exp tres cero = uno

Nota 1: Añadir al inicio del archivo del ejercicio los pragmas

   {-# LANGUAGE RankNTypes #-}
   {-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

1 2	{-# LANGUAGE RankNTypes #-} {-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

Nota 2: Este ejercicio ha sido propuesto por Ángel Ruiz Campos.

Soluciones

{-# LANGUAGE RankNTypes #-}
{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

import Prelude hiding (succ, exp)
import Test.QuickCheck
import Test.QuickCheck.Function

type Nat = forall a. (a -> a) -> a -> a

-- 1ª definición de cero
-- =====================

cero1 :: Nat
cero1 f x = x

-- 2ª definición de cero
-- =====================

cero2 :: Nat
cero2 = (\ _ x -> x)

-- 3ª definición de cero
-- =====================

cero3 :: Nat
cero3 _ x = x

-- 4ª definición de cero
-- =====================

cero4 :: Nat
cero4 _ = id

-- 5ª definición de cero
-- =====================

cero5 :: Nat
cero5 = seq

-- 1ª definición de uno
-- ====================

uno1 :: Nat
uno1 f x = f x

-- 2ª definición de uno
-- ====================

uno2 :: Nat
uno2 = (\ f x -> f x)

-- 3ª definición de uno
-- ====================

uno3 :: Nat
uno3 = ($)

-- 4ª definición de uno
-- ====================

uno4 :: Nat
uno4 = id

-- 1ª definición de dos
-- ====================

dos1 :: Nat
dos1 f x = f (f x)

-- 2ª definición de dos
-- ====================

dos2 :: Nat
dos2 f = f . f

-- 1ª definición de tres
-- =====================

tres1 :: Nat
tres1 f x = f (dos f x)

-- 2ª definición de tres
-- =====================

tres2 :: Nat
tres2 f = f . (dos f)

-- 3ª definición de tres
-- =====================

tres3 :: Nat
tres3 f = f . f . f

-- Definición de nat2Int
-- =====================

nat2Int :: Nat -> Int
nat2Int x = x (+1) 0

-- 1ª definición de succ
-- =====================

succ1 :: Nat -> Nat
succ1 n f x = f (n f x)

-- 2ª definición de succ
-- =====================

succ2 :: Nat -> Nat
succ2 n f = f . n f

-- 1ª definición de suma
-- =====================

suma1 :: Nat -> Nat -> Nat
suma1 n m f x = n f (m f x)

-- 2ª definición de suma
-- =====================

suma2 :: Nat -> Nat -> Nat
suma2 n m f = n f . m f

-- 1ª definición de mult
-- =====================

mult1 :: Nat -> Nat -> Nat
mult1 n m f x = n (m f) x

-- 2ª definición de mult
-- =====================

mult2 :: Nat -> Nat -> Nat
mult2 n m f = n (m f)

-- 3ª definición de mult
-- =====================

mult3 :: Nat -> Nat -> Nat
mult3 n m = n . m

-- 1ª definición de exp
-- ====================

exp1 :: Nat -> Nat -> Nat
exp1 n m f x = m (\y -> (\z -> (n y z))) f x

-- 2ª definición de exp
-- ====================

exp2 :: Nat -> Nat -> Nat
exp2 n m f = m n f

-- 3ª definición de exp
-- ====================

exp3 :: Nat -> Nat -> Nat
exp3 n m = m n

-- Comprobaciones
-- ==============

-- Para las comprobaciones emplearemos las siguientes funciones:

cero, uno, dos, tres :: Nat
cero = cero5
uno  = uno4
dos  = dos2
tres = tres3
succ = succ2

suma, mult, exp :: Nat -> Nat -> Nat
suma = suma2
mult = mult3
exp  = exp3

prop_Succ1, prop_Succ2, prop_Succ3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
prop_Succ1 (Fun _ f) x =
  succ cero f x == uno  f x
prop_Succ2 (Fun _ f) x =
  succ uno  f x == dos  f x
prop_Succ3 (Fun _ f) x =
  succ dos  f x == tres f x

prop_Suma1, prop_Suma2, prop_Suma3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
prop_Suma1 (Fun _ f) x =
  suma cero uno f x == uno f x
prop_Suma2 (Fun _ f) x =
  suma dos tres f x == suma tres dos f x
prop_Suma3 (Fun _ f) x =
  suma (suma dos dos) tres f x == suma uno (suma tres tres) f x

prop_Mult1, prop_Mult2, prop_Mult3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
prop_Mult1 (Fun _ f) x =
  mult uno uno f x == uno f x
prop_Mult2 (Fun _ f) x =
  mult cero (suma tres tres) f x == cero f x
prop_Mult3 (Fun _ f) x =
  mult dos tres f x == suma tres tres f x

prop_Exp1, prop_Exp2, prop_Exp3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
prop_Exp1 (Fun _ f) x =
  exp dos dos f x == suma dos dos f x
prop_Exp2 (Fun _ f) x =
  exp tres dos f x == suma (mult dos (mult dos dos)) uno f x
prop_Exp3 (Fun _ f) x =
  exp tres cero f x == uno f x
  
return []
runTests = $quickCheckAll

-- La comprobación es
--    λ> runTests
--    === prop_Succ1 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Suma1 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Mult1 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Exp1 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Succ2 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Succ3 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Suma2 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Suma3 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Mult2 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Mult3 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Exp2 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Exp3 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    True

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250

{-# LANGUAGE RankNTypes #-}

{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

import Prelude hiding (succ, exp)

import Test.QuickCheck

import Test.QuickCheck.Function

type Nat = forall a. (a -> a) -> a -> a

-- 1ª definición de cero

-- =====================

cero1 :: Nat

cero1 f x = x

-- 2ª definición de cero

-- =====================

cero2 :: Nat

cero2 = (\ _ x -> x)

-- 3ª definición de cero

-- =====================

cero3 :: Nat

cero3 _ x = x

-- 4ª definición de cero

-- =====================

cero4 :: Nat

cero4 _ = id

-- 5ª definición de cero

-- =====================

cero5 :: Nat

cero5 = seq

-- 1ª definición de uno

-- ====================

uno1 :: Nat

uno1 f x = f x

-- 2ª definición de uno

-- ====================

uno2 :: Nat

uno2 = (\ f x -> f x)

-- 3ª definición de uno

-- ====================

uno3 :: Nat

uno3 = ($)

-- 4ª definición de uno

-- ====================

uno4 :: Nat

uno4 = id

-- 1ª definición de dos

-- ====================

dos1 :: Nat

dos1 f x = f (f x)

-- 2ª definición de dos

-- ====================

dos2 :: Nat

dos2 f = f . f

-- 1ª definición de tres

-- =====================

tres1 :: Nat

tres1 f x = f (dos f x)

-- 2ª definición de tres

-- =====================

tres2 :: Nat

tres2 f = f . (dos f)

-- 3ª definición de tres

-- =====================

tres3 :: Nat

tres3 f = f . f . f

-- Definición de nat2Int

-- =====================

nat2Int :: Nat -> Int

nat2Int x = x (+1) 0

-- 1ª definición de succ

-- =====================

succ1 :: Nat -> Nat

succ1 n f x = f (n f x)

-- 2ª definición de succ

-- =====================

succ2 :: Nat -> Nat

succ2 n f = f . n f

-- 1ª definición de suma

-- =====================

suma1 :: Nat -> Nat -> Nat

suma1 n m f x = n f (m f x)

-- 2ª definición de suma

-- =====================

suma2 :: Nat -> Nat -> Nat

suma2 n m f = n f . m f

-- 1ª definición de mult

-- =====================

mult1 :: Nat -> Nat -> Nat

mult1 n m f x = n (m f) x

-- 2ª definición de mult

-- =====================

mult2 :: Nat -> Nat -> Nat

mult2 n m f = n (m f)

-- 3ª definición de mult

-- =====================

mult3 :: Nat -> Nat -> Nat

mult3 n m = n . m

-- 1ª definición de exp

-- ====================

exp1 :: Nat -> Nat -> Nat

exp1 n m f x = m (\y -> (\z -> (n y z))) f x

-- 2ª definición de exp

-- ====================

exp2 :: Nat -> Nat -> Nat

exp2 n m f = m n f

-- 3ª definición de exp

-- ====================

exp3 :: Nat -> Nat -> Nat

exp3 n m = m n

-- Comprobaciones

-- ==============

-- Para las comprobaciones emplearemos las siguientes funciones:

cero, uno, dos, tres :: Nat

cero = cero5

uno = uno4

dos = dos2

tres = tres3

succ = succ2

suma, mult, exp :: Nat -> Nat -> Nat

suma = suma2

mult = mult3

exp = exp3

prop_Succ1, prop_Succ2, prop_Succ3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Succ1 (Fun _ f) x =

succ cero f x == uno f x

prop_Succ2 (Fun _ f) x =

succ uno f x == dos f x

prop_Succ3 (Fun _ f) x =

succ dos f x == tres f x

prop_Suma1, prop_Suma2, prop_Suma3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Suma1 (Fun _ f) x =

suma cero uno f x == uno f x

prop_Suma2 (Fun _ f) x =

suma dos tres f x == suma tres dos f x

prop_Suma3 (Fun _ f) x =

suma (suma dos dos) tres f x == suma uno (suma tres tres) f x

prop_Mult1, prop_Mult2, prop_Mult3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Mult1 (Fun _ f) x =

mult uno uno f x == uno f x

prop_Mult2 (Fun _ f) x =

mult cero (suma tres tres) f x == cero f x

prop_Mult3 (Fun _ f) x =

mult dos tres f x == suma tres tres f x

prop_Exp1, prop_Exp2, prop_Exp3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Exp1 (Fun _ f) x =

exp dos dos f x == suma dos dos f x

prop_Exp2 (Fun _ f) x =

exp tres dos f x == suma (mult dos (mult dos dos)) uno f x

prop_Exp3 (Fun _ f) x =

exp tres cero f x == uno f x

return []

runTests = $quickCheckAll

-- La comprobación es

-- λ> runTests

-- === prop_Succ1 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Suma1 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Mult1 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Exp1 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Succ2 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Succ3 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Suma2 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Suma3 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Mult2 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Mult3 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Exp2 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Exp3 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- True

Caminos reducidos

PorJosé A. Alonso 25-mayo-201825-abril-2021

Un camino es una sucesión de pasos en una de las cuatros direcciones Norte, Sur, Este, Oeste. Ir en una dirección y a continuación en la opuesta es un esfuerzo que se puede reducir, Por ejemplo, el camino [Norte,Sur,Este,Sur] se puede reducir a [Este,Sur].

Un camino se dice que es reducido si no tiene dos pasos consecutivos en direcciones opuesta. Por ejemplo, [Este,Sur] es reducido y [Norte,Sur,Este,Sur] no lo es.

En Haskell, las direcciones y los caminos se pueden definir por

   data Direccion = N | S | E | O deriving (Show, Eq)
   type Camino = [Direccion]

1 2	data Direccion = N \| S \| E \| O deriving (Show, Eq) type Camino = [Direccion]

Definir la función

   reducido :: Camino -> Camino

1	reducido :: Camino -> Camino

tal que (reducido ds) es el camino reducido equivalente al camino ds. Por ejemplo,

   reducido []                              ==  []
   reducido [N]                             ==  [N]
   reducido [N,O]                           ==  [N,O]
   reducido [N,O,E]                         ==  [N]
   reducido [N,O,E,S]                       ==  [] 
   reducido [N,O,S,E]                       ==  [N,O,S,E]
   reducido [S,S,S,N,N,N]                   ==  []
   reducido [N,S,S,E,O,N]                   ==  []
   reducido [N,S,S,E,O,N,O]                 ==  [O]
   reducido (take (10^7) (cycle [N,E,O,S])) ==  []

reducido [] == []

reducido [N] == [N]

reducido [N,O] == [N,O]

reducido [N,O,E] == [N]

reducido [N,O,E,S] == []

reducido [N,O,S,E] == [N,O,S,E]

reducido [S,S,S,N,N,N] == []

reducido [N,S,S,E,O,N] == []

reducido [N,S,S,E,O,N,O] == [O]

reducido (take (10^7) (cycle [N,E,O,S])) == []

Nótese que en el penúltimo ejemplo las reducciones son

       [N,S,S,E,O,N,O]  
   --> [S,E,O,N,O]  
   --> [S,N,O]  
   --> [O]

[N,S,S,E,O,N,O]

--> [S,E,O,N,O]

--> [S,N,O]

--> [O]

Soluciones

data Direccion = N | S | E | O deriving (Show, Eq)

type Camino = [Direccion]

-- 1ª solución (por recursión):
reducido1 :: Camino -> Camino
reducido1 [] = []
reducido1 (d:ds) | null ds'                = [d]
                 | d == opuesta (head ds') = tail ds'
                 | otherwise               = d:ds'
    where ds' = reducido1 ds

opuesta :: Direccion -> Direccion
opuesta N = S
opuesta S = N
opuesta E = O
opuesta O = E

-- 2ª solución (por plegado)
reducido2 :: Camino -> Camino
reducido2 = foldr aux []
    where aux N (S:xs) = xs
          aux S (N:xs) = xs
          aux E (O:xs) = xs
          aux O (E:xs) = xs
          aux x xs     = x:xs

-- 3ª solución 
reducido3 :: Camino -> Camino
reducido3 []       = []
reducido3 (N:S:ds) = reducido3 ds
reducido3 (S:N:ds) = reducido3 ds
reducido3 (E:O:ds) = reducido3 ds
reducido3 (O:E:ds) = reducido3 ds
reducido3 (d:ds) | null ds'                = [d]
                 | d == opuesta (head ds') = tail ds'
                 | otherwise               = d:ds'
    where ds' = reducido3 ds

-- 4ª solución
reducido4 :: Camino -> Camino
reducido4 ds = reverse (aux ([],ds)) where 
    aux (N:xs, S:ys) = aux (xs,ys)
    aux (S:xs, N:ys) = aux (xs,ys)
    aux (E:xs, O:ys) = aux (xs,ys)
    aux (O:xs, E:ys) = aux (xs,ys)
    aux (  xs, y:ys) = aux (y:xs,ys)
    aux (  xs,   []) = xs

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> reducido1 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (3.87 secs, 460160736 bytes)
--    ghci> reducido2 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (1.16 secs, 216582880 bytes)
--    ghci> reducido3 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (0.58 secs, 98561872 bytes)
--    ghci> reducido4 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (0.64 secs, 176154640 bytes)
--    
--    ghci> reducido3 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (5.43 secs, 962694784 bytes)
--    ghci> reducido4 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (9.29 secs, 1722601528 bytes)
-- 
--    ghci> length $ reducido3 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])
--    400002
--    (4.52 secs, 547004960 bytes)
--    ghci> length $ reducido4 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])
--    400002
--    (2.17 secs, 379049224 bytes)

data Direccion = N | S | E | O deriving (Show, Eq)

type Camino = [Direccion]

-- 1ª solución (por recursión):

reducido1 :: Camino -> Camino

reducido1 [] = []

reducido1 (d:ds) | null ds' = [d]

| d == opuesta (head ds') = tail ds'

| otherwise = d:ds'

where ds' = reducido1 ds

opuesta :: Direccion -> Direccion

opuesta N = S

opuesta S = N

opuesta E = O

opuesta O = E

-- 2ª solución (por plegado)

reducido2 :: Camino -> Camino

reducido2 = foldr aux []

where aux N (S:xs) = xs

aux S (N:xs) = xs

aux E (O:xs) = xs

aux O (E:xs) = xs

aux x xs = x:xs

-- 3ª solución

reducido3 :: Camino -> Camino

reducido3 [] = []

reducido3 (N:S:ds) = reducido3 ds

reducido3 (S:N:ds) = reducido3 ds

reducido3 (E:O:ds) = reducido3 ds

reducido3 (O:E:ds) = reducido3 ds

reducido3 (d:ds) | null ds' = [d]

| d == opuesta (head ds') = tail ds'

| otherwise = d:ds'

where ds' = reducido3 ds

-- 4ª solución

reducido4 :: Camino -> Camino

reducido4 ds = reverse (aux ([],ds)) where

aux (N:xs, S:ys) = aux (xs,ys)

aux (S:xs, N:ys) = aux (xs,ys)

aux (E:xs, O:ys) = aux (xs,ys)

aux (O:xs, E:ys) = aux (xs,ys)

aux ( xs, y:ys) = aux (y:xs,ys)

aux ( xs, []) = xs

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> reducido1 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (3.87 secs, 460160736 bytes)

-- ghci> reducido2 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (1.16 secs, 216582880 bytes)

-- ghci> reducido3 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (0.58 secs, 98561872 bytes)

-- ghci> reducido4 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (0.64 secs, 176154640 bytes)

-- ghci> reducido3 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (5.43 secs, 962694784 bytes)

-- ghci> reducido4 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (9.29 secs, 1722601528 bytes)

-- ghci> length $ reducido3 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])

-- 400002

-- (4.52 secs, 547004960 bytes)

-- ghci> length $ reducido4 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])

-- 400002

-- (2.17 secs, 379049224 bytes)

Descomposiciones de N como sumas de 1, 3 ó 4.

PorJosé A. Alonso 24-mayo-201831-mayo-2018

El número 5 se puede descomponer en 6 formas distintas como sumas cuyos sumandos sean 1, 3 ó 4:

   5 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1
   5 = 1 + 1 + 3
   5 = 1 + 3 + 1
   5 = 3 + 1 + 1
   5 = 1 + 4
   5 = 4 + 1

5 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1

5 = 1 + 1 + 3

5 = 1 + 3 + 1

5 = 3 + 1 + 1

5 = 1 + 4

5 = 4 + 1

Definir las funciones

   descomposiciones  :: Integer -> [[Integer]]
   nDescomposiciones :: Integer -> Integer

1 2	descomposiciones :: Integer -> [[Integer]] nDescomposiciones :: Integer -> Integer

tales que

(descomposiciones n) es la lista de las descomposiciones de n como sumas cuyos sumandos sean 1, 3 ó 4. Por ejemplo,

      λ> descomposiciones1 4
      [[4],[3,1],[1,3],[1,1,1,1]]
      λ> descomposiciones1 5
      [[4,1],[1,4],[3,1,1],[1,3,1],[1,1,3],[1,1,1,1,1]]
      λ> descomposiciones1 6
      [[3,3],[4,1,1],[1,4,1],[1,1,4],[3,1,1,1],[1,3,1,1],[1,1,3,1],
       [1,1,1,3],[1,1,1,1,1,1]]

λ> descomposiciones1 4

[[4],[3,1],[1,3],[1,1,1,1]]

λ> descomposiciones1 5

[[4,1],[1,4],[3,1,1],[1,3,1],[1,1,3],[1,1,1,1,1]]

λ> descomposiciones1 6

[[3,3],[4,1,1],[1,4,1],[1,1,4],[3,1,1,1],[1,3,1,1],[1,1,3,1],

[1,1,1,3],[1,1,1,1,1,1]]

(nDescomposiciones n) es el número de descomposiciones de n como sumas cuyos sumandos sean 1, 3 ó 4. Por ejemplo,

     nDescomposiciones 5                       ==  6
     nDescomposiciones 10                      ==  64
     nDescomposiciones 20                      ==  7921
     nDescomposiciones 30                      ==  974169
     length (show (nDescomposiciones (10^5)))  ==  20899

nDescomposiciones 5 == 6

nDescomposiciones 10 == 64

nDescomposiciones 20 == 7921

nDescomposiciones 30 == 974169

length (show (nDescomposiciones (10^5))) == 20899

Nota: Se puede usar programación dinámica.

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Data.Array

-- 1ª definición de descomposiciones (espacios de estado)
-- ======================================================

descomposiciones1 :: Integer -> [[Integer]]
descomposiciones1 n = busca [inicial]
  where
    busca []        = []
    busca (e:es)  
      | esFinal n e = e : busca es
      | otherwise   = busca (es ++ sucesores n e)

-- Un estado es la lista de monedas usadas hasta ahora.
type Estado = [Integer] 

-- inicial es el estado inicial del problema; es decir, cuando no se
-- ha usado ninguna moneda.
inicial :: Estado
inicial = []

-- (esFinal n e) es verifica si e es un estado final del problema n. Por
-- ejemplo, 
--    esFinal (8,5,3) (4,4,0)  ==  True
--    esFinal (8,5,3) (4,0,4)  ==  False
esFinal :: Integer -> Estado -> Bool
esFinal n xs = sum xs == n

-- (sucesores n e) es la lista de los sucesores del estado e en el
-- problema n. Por ejemplo, 
--    sucesores (8,5,3) (8,0,0)  ==  [(3,5,0),(5,0,3)]
--    sucesores (8,5,3) (3,5,0)  ==  [(0,5,3),(8,0,0),(3,2,3)]
sucesores :: Integer -> Estado -> [Estado]
sucesores n xs =
     [1:xs | 1 + k <= n]
  ++ [3:xs | 3 + k <= n]
  ++ [4:xs | 4 + k <= n]
  where k = sum xs

-- 2ª definición de descomposiciones (espacios de estado)
-- ======================================================

descomposiciones2 :: Integer -> [[Integer]]
descomposiciones2 n = busca [inicial2 n]
  where
    busca []       = []
    busca (e:es)  
      | esFinal2 e = snd e : busca es
      | otherwise  = busca (es ++ sucesores2 n e)

-- Un estado es una par formado por la cantidad a conseguir y la lista
-- de monedas usadas hasta ahora.
type Estado2 = (Integer,[Integer]) 

-- (inicial2 n) es el estado inicial del problema; es decir, cuando no se
-- ha usado ninguna moneda.
inicial2 :: Integer -> Estado2
inicial2 n = (n,[])

-- (esFinal2 e) es verifica si e es un estado final del problema. Por
-- ejemplo, 
--    esFinal (8,5,3) (4,4,0)  ==  True
--    esFinal (8,5,3) (4,0,4)  ==  False
esFinal2 :: Estado2 -> Bool
esFinal2 (k,_) = k == 0

-- (sucesores2 n e) es la lista de los sucesores del estado e en el
-- problema n. Por ejemplo, 
--    sucesores (8,5,3) (8,0,0)  ==  [(3,5,0),(5,0,3)]
--    sucesores (8,5,3) (3,5,0)  ==  [(0,5,3),(8,0,0),(3,2,3)]
sucesores2 :: Integer -> Estado2 -> [Estado2]
sucesores2 n (k,xs) =
     [(k-1, 1:xs) | k >= 1]
  ++ [(k-3, 3:xs) | k >= 3]
  ++ [(k-4, 4:xs) | k >= 4]

-- 3ª definición de descomposiciones
-- =================================

descomposiciones3 :: Integer -> [[Integer]]
descomposiciones3 0 = [[]]
descomposiciones3 1 = [[1]]
descomposiciones3 2 = [[1,1]]
descomposiciones3 3 = [[1,1,1],[3]]
descomposiciones3 n =
     [1:xs | xs <- descomposiciones3 (n-1)]
  ++ [3:xs | xs <- descomposiciones3 (n-3)]
  ++ [4:xs | xs <- descomposiciones3 (n-4)]  

-- 4ª definición de descomposiciones (dinámica)
-- ============================================

descomposiciones4 :: Integer -> [[Integer]]
descomposiciones4 n = v!n
  where v = array (0,n) [(i,aux v i) | i <- [0..n]] 
        aux v 0 = [[]]
        aux v 1 = [[1]]
        aux v 2 = [[1,1]]
        aux v 3 = [[1,1,1],[3]]
        aux v k =    map (1:) (v!(k-1))
                  ++ map (3:) (v!(k-3))
                  ++ map (4:) (v!(k-4))

-- 1ª definición de nDescomposiciones
-- ==================================

nDescomposiciones1 :: Integer -> Integer
nDescomposiciones1 =
  genericLength . descomposiciones1

-- 2ª definición de nDescomposiciones
-- ==================================

nDescomposiciones2 :: Integer -> Integer
nDescomposiciones2 =
  genericLength . descomposiciones2

-- 3ª definición de nDescomposiciones
-- ==================================

nDescomposiciones3 :: Integer -> Integer
nDescomposiciones3 =
  genericLength . descomposiciones3

-- 4ª definición de nDescomposiciones
-- ==================================

nDescomposiciones4 :: Integer -> Integer
nDescomposiciones4 =
  genericLength . descomposiciones4

-- 5ª definición de nDescomposiciones (dinámica)
-- =============================================

nDescomposiciones5 :: Integer -> Integer
nDescomposiciones5 n = v!n
  where v = array (0,n) [(i,aux v i) | i <- [0..n]] 
        aux v 0 = 1
        aux v 1 = 1
        aux v 2 = 1
        aux v 3 = 2
        aux v k = v!(k-1) + v!(k-3) + v!(k-4)

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> nDescomposiciones1 20
--    7921
--    (3.21 secs, 3,199,383,064 bytes)
--    λ> nDescomposiciones2 20
--    7921
--    (3.17 secs, 3,176,666,880 bytes)
--    λ> nDescomposiciones3 20
--    7921
--    (0.08 secs, 17,714,152 bytes)
--    
--    λ> nDescomposiciones3 27
--    229970
--    (3.73 secs, 628,730,968 bytes)
--    λ> nDescomposiciones4 27
--    229970
--    (0.45 secs, 111,518,016 bytes)
--    
--    λ> nDescomposiciones4 30
--    974169
--    (2.02 secs, 454,484,992 bytes)
--    λ> nDescomposiciones5 30
--    974169
--    (0.00 secs, 0 bytes)

--    λ> nDescomposiciones2 30
--    974169
--    (2.10 secs, 441,965,208 bytes)
--    λ> nDescomposiciones3 30
--    974169
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> length (show (nDescomposiciones5 (10^5)))
--    20899
--    (3.00 secs, 1,050,991,880 bytes)

100

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181

import Data.List (genericLength)

import Data.Array

-- 1ª definición de descomposiciones (espacios de estado)

-- ======================================================

descomposiciones1 :: Integer -> [[Integer]]

descomposiciones1 n = busca [inicial]

where

busca [] = []

busca (e:es)

| esFinal n e = e : busca es

| otherwise = busca (es ++ sucesores n e)

-- Un estado es la lista de monedas usadas hasta ahora.

type Estado = [Integer]

-- inicial es el estado inicial del problema; es decir, cuando no se

-- ha usado ninguna moneda.

inicial :: Estado

inicial = []

-- (esFinal n e) es verifica si e es un estado final del problema n. Por

-- ejemplo,

-- esFinal (8,5,3) (4,4,0) == True

-- esFinal (8,5,3) (4,0,4) == False

esFinal :: Integer -> Estado -> Bool

esFinal n xs = sum xs == n

-- (sucesores n e) es la lista de los sucesores del estado e en el

-- problema n. Por ejemplo,

-- sucesores (8,5,3) (8,0,0) == [(3,5,0),(5,0,3)]

-- sucesores (8,5,3) (3,5,0) == [(0,5,3),(8,0,0),(3,2,3)]

sucesores :: Integer -> Estado -> [Estado]

sucesores n xs =

[1:xs | 1 + k <= n]

++ [3:xs | 3 + k <= n]

++ [4:xs | 4 + k <= n]

where k = sum xs

-- 2ª definición de descomposiciones (espacios de estado)

-- ======================================================

descomposiciones2 :: Integer -> [[Integer]]

descomposiciones2 n = busca [inicial2 n]

where

busca [] = []

busca (e:es)

| esFinal2 e = snd e : busca es

| otherwise = busca (es ++ sucesores2 n e)

-- Un estado es una par formado por la cantidad a conseguir y la lista

-- de monedas usadas hasta ahora.

type Estado2 = (Integer,[Integer])

-- (inicial2 n) es el estado inicial del problema; es decir, cuando no se

-- ha usado ninguna moneda.

inicial2 :: Integer -> Estado2

inicial2 n = (n,[])

-- (esFinal2 e) es verifica si e es un estado final del problema. Por

-- ejemplo,

-- esFinal (8,5,3) (4,4,0) == True

-- esFinal (8,5,3) (4,0,4) == False

esFinal2 :: Estado2 -> Bool

esFinal2 (k,_) = k == 0

-- (sucesores2 n e) es la lista de los sucesores del estado e en el

-- problema n. Por ejemplo,

-- sucesores (8,5,3) (8,0,0) == [(3,5,0),(5,0,3)]

-- sucesores (8,5,3) (3,5,0) == [(0,5,3),(8,0,0),(3,2,3)]

sucesores2 :: Integer -> Estado2 -> [Estado2]

sucesores2 n (k,xs) =

[(k-1, 1:xs) | k >= 1]

++ [(k-3, 3:xs) | k >= 3]

++ [(k-4, 4:xs) | k >= 4]

-- 3ª definición de descomposiciones

-- =================================

descomposiciones3 :: Integer -> [[Integer]]

descomposiciones3 0 = [[]]

descomposiciones3 1 = [[1]]

descomposiciones3 2 = [[1,1]]

descomposiciones3 3 = [[1,1,1],[3]]

descomposiciones3 n =

[1:xs | xs <- descomposiciones3 (n-1)]

++ [3:xs | xs <- descomposiciones3 (n-3)]

++ [4:xs | xs <- descomposiciones3 (n-4)]

-- 4ª definición de descomposiciones (dinámica)

-- ============================================

descomposiciones4 :: Integer -> [[Integer]]

descomposiciones4 n = v!n

where v = array (0,n) [(i,aux v i) | i <- [0..n]]

aux v 0 = [[]]

aux v 1 = [[1]]

aux v 2 = [[1,1]]

aux v 3 = [[1,1,1],[3]]

aux v k = map (1:) (v!(k-1))

++ map (3:) (v!(k-3))

++ map (4:) (v!(k-4))

-- 1ª definición de nDescomposiciones

-- ==================================

nDescomposiciones1 :: Integer -> Integer

nDescomposiciones1 =

genericLength . descomposiciones1

-- 2ª definición de nDescomposiciones

-- ==================================

nDescomposiciones2 :: Integer -> Integer

nDescomposiciones2 =

genericLength . descomposiciones2

-- 3ª definición de nDescomposiciones

-- ==================================

nDescomposiciones3 :: Integer -> Integer

nDescomposiciones3 =

genericLength . descomposiciones3

-- 4ª definición de nDescomposiciones

-- ==================================

nDescomposiciones4 :: Integer -> Integer

nDescomposiciones4 =

genericLength . descomposiciones4

-- 5ª definición de nDescomposiciones (dinámica)

-- =============================================

nDescomposiciones5 :: Integer -> Integer

nDescomposiciones5 n = v!n

where v = array (0,n) [(i,aux v i) | i <- [0..n]]

aux v 0 = 1

aux v 1 = 1

aux v 2 = 1

aux v 3 = 2

aux v k = v!(k-1) + v!(k-3) + v!(k-4)

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> nDescomposiciones1 20

-- 7921

-- (3.21 secs, 3,199,383,064 bytes)

-- λ> nDescomposiciones2 20

-- 7921

-- (3.17 secs, 3,176,666,880 bytes)

-- λ> nDescomposiciones3 20

-- 7921

-- (0.08 secs, 17,714,152 bytes)

-- λ> nDescomposiciones3 27

-- 229970

-- (3.73 secs, 628,730,968 bytes)

-- λ> nDescomposiciones4 27

-- 229970

-- (0.45 secs, 111,518,016 bytes)

-- λ> nDescomposiciones4 30

-- 974169

-- (2.02 secs, 454,484,992 bytes)

-- λ> nDescomposiciones5 30

-- 974169

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> nDescomposiciones2 30

-- 974169

-- (2.10 secs, 441,965,208 bytes)

-- λ> nDescomposiciones3 30

-- 974169

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (nDescomposiciones5 (10^5)))

-- 20899

-- (3.00 secs, 1,050,991,880 bytes)

Problema de las 3 jarras

PorJosé A. Alonso 23-mayo-201830-mayo-2018

En el problema de las tres jarras (A,B,C) se dispone de tres jarras de capacidades A, B y C litros con A > B > C y A par. Inicialmente la jarra mayor está llena y las otras dos vacías. Queremos, trasvasando adecuadamente el líquido entre las jarras, repartir por igual el contenido inicial entre las dos jarras mayores. Por ejemplo, para el problema (8,5,3) el contenido inicial es (8,0,0) y el final es (4,4,0).

Definir las funciones

   solucionesTresJarras :: Problema -> [[Estado]]
   tresJarras :: Problema -> Maybe [Estado]

1 2	solucionesTresJarras :: Problema -> [[Estado]] tresJarras :: Problema -> Maybe [Estado]

tales que

(solucionesTresJarras p) es la lista de soluciones del problema de las tres jarras p. Por ejemplo,

     λ> mapM_ print (solucionesTresJarras (4,2,1))
     [(4,0,0),(2,2,0)]
     [(4,0,0),(3,0,1),(1,2,1),(2,2,0)]
     [(4,0,0),(3,0,1),(3,1,0),(2,2,0)]
     [(4,0,0),(3,0,1),(3,1,0),(2,1,1),(2,2,0)]
     [(4,0,0),(3,0,1),(3,1,0),(2,1,1),(1,2,1),(2,2,0)]
     λ> mapM_ print (solucionesTresJarras (8,6,2))
     [(8,0,0),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]
     [(8,0,0),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(4,4,0)]
     [(8,0,0),(6,0,2),(0,6,2),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]
     [(8,0,0),(6,0,2),(6,2,0),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]
     [(8,0,0),(2,6,0),(0,6,2),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(4,4,0)]
     [(8,0,0),(2,6,0),(2,4,2),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(4,4,0)]
     [(8,0,0),(2,6,0),(2,4,2),(0,6,2),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(4,4,0)]
     [(8,0,0),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(0,6,2),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]
     λ> length (solucionesTresJarras (8,5,3))
     16
     λ> head (solucionesTresJarras (8,5,3))
     [(8,0,0),(3,5,0),(3,2,3),(6,2,0),(6,0,2),(1,5,2),(1,4,3),(4,4,0)]
     λ> length (solucionesTresJarras (8,6,5))
     0

λ> mapM_ print (solucionesTresJarras (4,2,1))

[(4,0,0),(2,2,0)]

[(4,0,0),(3,0,1),(1,2,1),(2,2,0)]

[(4,0,0),(3,0,1),(3,1,0),(2,2,0)]

[(4,0,0),(3,0,1),(3,1,0),(2,1,1),(2,2,0)]

[(4,0,0),(3,0,1),(3,1,0),(2,1,1),(1,2,1),(2,2,0)]

λ> mapM_ print (solucionesTresJarras (8,6,2))

[(8,0,0),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]

[(8,0,0),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(4,4,0)]

[(8,0,0),(6,0,2),(0,6,2),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]

[(8,0,0),(6,0,2),(6,2,0),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]

[(8,0,0),(2,6,0),(0,6,2),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(4,4,0)]

[(8,0,0),(2,6,0),(2,4,2),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(4,4,0)]

[(8,0,0),(2,6,0),(2,4,2),(0,6,2),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(4,4,0)]

[(8,0,0),(6,0,2),(6,2,0),(4,2,2),(0,6,2),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]

λ> length (solucionesTresJarras (8,5,3))

λ> head (solucionesTresJarras (8,5,3))

[(8,0,0),(3,5,0),(3,2,3),(6,2,0),(6,0,2),(1,5,2),(1,4,3),(4,4,0)]

λ> length (solucionesTresJarras (8,6,5))

(tresJarras p) es una solución del problema de las tres jarras p con el mínimo mínimo número de trasvase, si p tiene solución y Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

     λ> tresJarras (4,2,1)
     Just [(4,0,0),(2,2,0)]
     λ> tresJarras (8,6,2)
     Just [(8,0,0),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]
     λ> tresJarras (8,5,3)
     Just [(8,0,0),(3,5,0),(3,2,3),(6,2,0),(6,0,2),(1,5,2),(1,4,3),(4,4,0)]
     λ> tresJarras (8,6,5)
     Nothing

λ> tresJarras (4,2,1)

Just [(4,0,0),(2,2,0)]

λ> tresJarras (8,6,2)

Just [(8,0,0),(2,6,0),(2,4,2),(4,4,0)]

λ> tresJarras (8,5,3)

Just [(8,0,0),(3,5,0),(3,2,3),(6,2,0),(6,0,2),(1,5,2),(1,4,3),(4,4,0)]

λ> tresJarras (8,6,5)

Nothing

Soluciones

import Data.Maybe (listToMaybe)

-- Para simplificar la notación se definen los tipos Problema y Estado
-- como sigue.

-- Un problema es una terna de números. El primero es la capacidad de la
-- primera jarra, el segundo el de la segunda y el tercero el de la
-- tercera.
type Problema = (Int,Int,Int)

-- Un estado es una terna de números. El primero es el contenido de la
-- jarra de A litros, el segundo el de la de B litros y el tercero el de
-- la de C litros.
type Estado = (Int,Int,Int)

solucionesTresJarras :: Problema -> [[Estado]]
solucionesTresJarras p = busca [[inicial p]]
  where
    busca []        = []
    busca ((e:es):ns)  
      | esFinal p e = reverse (e:es) : busca ns
      | otherwise   = busca (ns ++ [e1:e:es | e1 <- sucesores p e
                                            , e1 `notElem` es])

-- (inicial p) es el estado inicial del problema p. Por ejemplo, 
--    inicial (8,5,3)  ==  (8,0,0)
inicial :: Problema -> Estado
inicial (a,_,_) = (a,0,0)

-- (esFinal p e) es verifica si e es un estado final del problema de las
-- tres jarras p. Por ejemplo,
--    esFinal (8,5,3) (4,4,0)  ==  True
--    esFinal (8,5,3) (4,0,4)  ==  False
esFinal :: Problema -> Estado -> Bool
esFinal (a,_,_) (x,y,z) =
  x == y && x + y == a

-- (sucesores p e) es la lista de los sucesores del estado e en el
-- problema de las tres jarras p. Por ejemplo, 
--    sucesores (8,5,3) (8,0,0)  ==  [(3,5,0),(5,0,3)]
--    sucesores (8,5,3) (3,5,0)  ==  [(0,5,3),(8,0,0),(3,2,3)]
sucesores :: Problema -> Estado -> [Estado]
sucesores (a,b,c) (x,y,z) =
     [(x-ab,y+ab,z)    | let ab = min x (b-y), ab > 0]
  ++ [(x-ac,y   ,z+ac) | let ac = min x (c-z), ac > 0]
  ++ [(x+ba,y-ba,z)    | let ba = min y (a-x), ba > 0]
  ++ [(x   ,y-bc,z+bc) | let bc = min y (c-z), bc > 0]
  ++ [(x+ca,y   ,z-ca) | let ca = min z (a-x), ca > 0]
  ++ [(x   ,y+cb,z-cb) | let cb = min z (b-y), cb > 0]
  
tresJarras :: Problema -> Maybe [Estado]
tresJarras p = listToMaybe (solucionesTresJarras p)

import Data.Maybe (listToMaybe)

-- Para simplificar la notación se definen los tipos Problema y Estado

-- como sigue.

-- Un problema es una terna de números. El primero es la capacidad de la

-- primera jarra, el segundo el de la segunda y el tercero el de la

-- tercera.

type Problema = (Int,Int,Int)

-- Un estado es una terna de números. El primero es el contenido de la

-- jarra de A litros, el segundo el de la de B litros y el tercero el de

-- la de C litros.

type Estado = (Int,Int,Int)

solucionesTresJarras :: Problema -> [[Estado]]

solucionesTresJarras p = busca [[inicial p]]

where

busca [] = []

busca ((e:es):ns)

| esFinal p e = reverse (e:es) : busca ns

| otherwise = busca (ns ++ [e1:e:es | e1 <- sucesores p e

, e1 `notElem` es])

-- (inicial p) es el estado inicial del problema p. Por ejemplo,

-- inicial (8,5,3) == (8,0,0)

inicial :: Problema -> Estado

inicial (a,_,_) = (a,0,0)

-- (esFinal p e) es verifica si e es un estado final del problema de las

-- tres jarras p. Por ejemplo,

-- esFinal (8,5,3) (4,4,0) == True

-- esFinal (8,5,3) (4,0,4) == False

esFinal :: Problema -> Estado -> Bool

esFinal (a,_,_) (x,y,z) =

x == y && x + y == a

-- (sucesores p e) es la lista de los sucesores del estado e en el

-- problema de las tres jarras p. Por ejemplo,

-- sucesores (8,5,3) (8,0,0) == [(3,5,0),(5,0,3)]

-- sucesores (8,5,3) (3,5,0) == [(0,5,3),(8,0,0),(3,2,3)]

sucesores :: Problema -> Estado -> [Estado]

sucesores (a,b,c) (x,y,z) =

[(x-ab,y+ab,z) | let ab = min x (b-y), ab > 0]

++ [(x-ac,y ,z+ac) | let ac = min x (c-z), ac > 0]

++ [(x+ba,y-ba,z) | let ba = min y (a-x), ba > 0]

++ [(x ,y-bc,z+bc) | let bc = min y (c-z), bc > 0]

++ [(x+ca,y ,z-ca) | let ca = min z (a-x), ca > 0]

++ [(x ,y+cb,z-cb) | let cb = min z (b-y), cb > 0]

tresJarras :: Problema -> Maybe [Estado]

tresJarras p = listToMaybe (solucionesTresJarras p)

Representaciones de grafos

PorJosé A. Alonso 22-mayo-201829-mayo-2018

Los grafos no dirigidos puede representarse mediante matrices de adyacencia y también mediante listas de adyacencia. Por ejemplo, el grafo

   1 ----- 2
   | \     |
   |  3    |
   | /     |
   4 ----- 5

1 ----- 2

| \ |

| 3 |

| / |

4 ----- 5

se puede representar por la matriz de adyacencia

   |0 1 1 1 0|
   |1 0 0 0 1|
   |1 0 0 1 0|
   |1 0 1 0 1|
   |0 1 0 1 0|

|0 1 1 1 0|

|1 0 0 0 1|

|1 0 0 1 0|

|1 0 1 0 1|

|0 1 0 1 0|

donde el elemento (i,j) es 1 si hay una arista entre los vértices i y j y es 0 si no la hay. También se puede representar por la lista de adyacencia

   [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

1	[(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

donde las primeras componentes son los vértices y las segundas la lista de los vértices conectados.

Definir las funciones

   matrizAlista :: Matrix Int -> [(Int,[Int])]
   listaAmatriz :: [(Int,[Int])] -> Matrix Int

1 2	matrizAlista :: Matrix Int -> [(Int,[Int])] listaAmatriz :: [(Int,[Int])] -> Matrix Int

tales que

(matrizAlista a) es la lista de adyacencia correspondiente a la matriz de adyacencia a. Por ejemplo, definiendo la matriz anterior por

     ejMatriz :: Matrix Int
     ejMatriz = fromLists [[0,1,1,1,0],
                           [1,0,0,0,1],
                           [1,0,0,1,0],
                           [1,0,1,0,1],
                           [0,1,0,1,0]]

ejMatriz :: Matrix Int

ejMatriz = fromLists [[0,1,1,1,0],

[1,0,0,0,1],

[1,0,0,1,0],

[1,0,1,0,1],

[0,1,0,1,0]]

se tiene que

     λ> matrizAlista ejMatriz
     [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

1 2	λ> matrizAlista ejMatriz [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

(listaAmatriz ps) es la matriz de adyacencia correspondiente a la lista de adyacencia ps. Por ejemplo,

     λ> listaAmatriz [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]
     ( 0 1 1 1 0 )
     ( 1 0 0 0 1 )
     ( 1 0 0 1 0 )
     ( 1 0 1 0 1 )
     ( 0 1 0 1 0 )
     λ> matrizAlista it
     [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

λ> listaAmatriz [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

( 0 1 1 1 0 )

( 1 0 0 0 1 )

( 1 0 0 1 0 )

( 1 0 1 0 1 )

( 0 1 0 1 0 )

λ> matrizAlista it

[(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

Soluciones

import Data.List (sort)
import Data.Matrix

ejMatriz :: Matrix Int
ejMatriz = fromLists [[0,1,1,1,0],
                      [1,0,0,0,1],
                      [1,0,0,1,0],
                      [1,0,1,0,1],
                      [0,1,0,1,0]]

matrizAlista :: Matrix Int -> [(Int,[Int])]
matrizAlista a = 
  [(i,[j | j <- [1..n], a!(i,j) == 1]) | i <- [1..n]]
  where n = nrows a

listaAmatriz :: [(Int,[Int])] -> Matrix Int
listaAmatriz ps = fromLists [fila n xs | (_,xs) <- sort ps]
  where n = length ps
        fila n xs = [f i | i <- [1..n]]
          where f i | i `elem` xs = 1
                    | otherwise   = 0

import Data.List (sort)

import Data.Matrix

ejMatriz :: Matrix Int

ejMatriz = fromLists [[0,1,1,1,0],

[1,0,0,0,1],

[1,0,0,1,0],

[1,0,1,0,1],

[0,1,0,1,0]]

matrizAlista :: Matrix Int -> [(Int,[Int])]

matrizAlista a =

[(i,[j | j <- [1..n], a!(i,j) == 1]) | i <- [1..n]]

where n = nrows a

listaAmatriz :: [(Int,[Int])] -> Matrix Int

listaAmatriz ps = fromLists [fila n xs | (_,xs) <- sort ps]

where n = length ps

fila n xs = [f i | i <- [1..n]]

where f i | i `elem` xs = 1

| otherwise = 0

Polinomios de Fibonacci

PorJosé A. Alonso 21-mayo-201828-mayo-2018

La sucesión de polinomios de Fibonacci se define por

   p(0) = 0
   p(1) = 1
   p(n) = x*p(n-1) + p(n-2)

p(0) = 0

p(1) = 1

p(n) = x*p(n-1) + p(n-2)

Los primeros términos de la sucesión son

   p(2) = x
   p(3) = x^2 + 1
   p(4) = x^3 + 2*x
   p(5) = x^4 + 3*x^2 + 1

p(2) = x

p(3) = x^2 + 1

p(4) = x^3 + 2*x

p(5) = x^4 + 3*x^2 + 1

Definir la lista

   sucPolFib :: [Polinomio Integer]

1	sucPolFib :: [Polinomio Integer]

tal que sus elementos son los polinomios de Fibonacci. Por ejemplo,

   λ> take 7 sucPolFib
   [0,1,1*x,x^2 + 1,x^3 + 2*x,x^4 + 3*x^2 + 1,x^5 + 4*x^3 + 3*x]
   λ> sum (map grado (take 3000 sucPolFib2))
   4495501

λ> take 7 sucPolFib

[0,1,1*x,x^2 + 1,x^3 + 2*x,x^4 + 3*x^2 + 1,x^5 + 4*x^3 + 3*x]

λ> sum (map grado (take 3000 sucPolFib2))

4495501

Comprobar con QuickCheck que el valor del n-ésimo término de sucPolFib para x=1 es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, …

Nota. Limitar la búsqueda a ejemplos pequeños usando

   quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_polFib

1	quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_polFib

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import I1M.PolOperaciones
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

sucPolFib :: [Polinomio Integer]
sucPolFib = [polFibR n | n <- [0..]]

polFibR :: Integer -> Polinomio Integer
polFibR 0 = polCero
polFibR 1 = polUnidad
polFibR n = 
  sumaPol (multPol (consPol 1 1 polCero) (polFibR (n-1)))
          (polFibR (n-2))

-- 2ª definición (dinámica)
-- ========================

sucPolFib2 :: [Polinomio Integer]
sucPolFib2 = 
  polCero : polUnidad : zipWith f (tail sucPolFib2) sucPolFib2
  where f p = sumaPol (multPol (consPol 1 1 polCero) p)

-- La propiedad es
prop_polFib :: Integer -> Property
prop_polFib n = 
    n >= 0 ==> valor (polFib n) 1 == fib n
    where polFib n = sucPolFib2 `genericIndex` n
          fib n    = fibs `genericIndex` n

fibs :: [Integer]
fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_polFib
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericIndex)

import I1M.PolOperaciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

-- ===========

sucPolFib :: [Polinomio Integer]

sucPolFib = [polFibR n | n <- [0..]]

polFibR :: Integer -> Polinomio Integer

polFibR 0 = polCero

polFibR 1 = polUnidad

polFibR n =

sumaPol (multPol (consPol 1 1 polCero) (polFibR (n-1)))

(polFibR (n-2))

-- 2ª definición (dinámica)

-- ========================

sucPolFib2 :: [Polinomio Integer]

sucPolFib2 =

polCero : polUnidad : zipWith f (tail sucPolFib2) sucPolFib2

where f p = sumaPol (multPol (consPol 1 1 polCero) p)

-- La propiedad es

prop_polFib :: Integer -> Property

prop_polFib n =

n >= 0 ==> valor (polFib n) 1 == fib n

where polFib n = sucPolFib2 `genericIndex` n

fib n = fibs `genericIndex` n

fibs :: [Integer]

fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_polFib

-- +++ OK, passed 100 tests.

Caminos en un grafo

PorJosé A. Alonso 18-mayo-201825-abril-2021

Definir las funciones

   grafo   :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int
   caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

1 2	grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

tales que

(grafo as) es el grafo no dirigido definido cuyas aristas son as. Por ejemplo,

     ghci> grafo [(2,4),(4,5)]
     G ND (array (2,5) [(2,[(4,0)]),(3,[]),(4,[(2,0),(5,0)]),(5,[(4,0)])])

1 2	ghci> grafo [(2,4),(4,5)] G ND (array (2,5) [(2,[(4,0)]),(3,[]),(4,[(2,0),(5,0)]),(5,[(4,0)])])

(caminos g a b) es la lista los caminos en el grafo g desde a hasta b sin pasar dos veces por el mismo nodo. Por ejemplo,

     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 7)
     [[1,3,5,7],[1,3,7]]
     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 2 7)
     [[2,5,3,7],[2,5,7]]
     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 2)
     [[1,3,5,2],[1,3,7,5,2]]
     ghci> caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 4
     []
     ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
     109601

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 7)

[[1,3,5,7],[1,3,7]]

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 2 7)

[[2,5,3,7],[2,5,7]]

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 2)

[[1,3,5,2],[1,3,7,5,2]]

ghci> caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 4

[]

ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

109601

Soluciones

import Data.List (sort)
import I1M.Grafo
import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int
grafo as = creaGrafo ND (m,n) [(x,y,0) | (x,y) <- as]
    where ns = map fst as ++ map snd as
          m  = minimum ns
          n  = maximum ns

-- 1ª solución
-- ===========

caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]
caminos g a b = aux [[b]] where 
    aux [] = []
    aux ((x:xs):yss)
        | x == a    = (x:xs) : aux yss
        | otherwise = aux ([z:x:xs | z <- adyacentes g x
                                   , z `notElem` (x:xs)] 
                           ++ yss) 

-- 2ª solución (mediante espacio de estados)
-- =========================================

caminos2 :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]
caminos2 g a b = buscaEE sucesores esFinal inicial
    where inicial          = [b]
          sucesores (x:xs) = [z:x:xs | z <- adyacentes g x
                                     , z `notElem` (x:xs)] 
          esFinal (x:xs)   = x == a

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
--    109601
--    (3.57 secs, 500533816 bytes)
--    ghci> length (caminos2 (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
--    109601
--    (3.53 secs, 470814096 bytes)

import Data.List (sort)

import I1M.Grafo

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int

grafo as = creaGrafo ND (m,n) [(x,y,0) | (x,y) <- as]

where ns = map fst as ++ map snd as

m = minimum ns

n = maximum ns

-- 1ª solución

-- ===========

caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

caminos g a b = aux [[b]] where

aux [] = []

aux ((x:xs):yss)

| x == a = (x:xs) : aux yss

| otherwise = aux ([z:x:xs | z <- adyacentes g x

, z `notElem` (x:xs)]

++ yss)

-- 2ª solución (mediante espacio de estados)

-- =========================================

caminos2 :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

caminos2 g a b = buscaEE sucesores esFinal inicial

where inicial = [b]

sucesores (x:xs) = [z:x:xs | z <- adyacentes g x

, z `notElem` (x:xs)]

esFinal (x:xs) = x == a

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

-- 109601

-- (3.57 secs, 500533816 bytes)

-- ghci> length (caminos2 (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

-- 109601

-- (3.53 secs, 470814096 bytes)

Sustitución de pares de elementos consecutivos iguales

PorJosé A. Alonso 17-mayo-201827-mayo-2018

Dada una lista xs se reemplaza el primer par de elementos consecutivos iguales x por x+1 y se repite el proceso con las listas obtenidas hasta que no haya ningún par de elementos consecutivos iguales. Por ejemplo, para [5,2,1,1,2,2] se tiene el siguiente proceso

       [5,2,1,1,2,2] 
   ==> [5,2,2,  2,2]
   ==> [5,3,    2,2]
   ==> [5,3,    3]
   ==> [5,4]

[5,2,1,1,2,2]

==> [5,2,2, 2,2]

==> [5,3, 2,2]

==> [5,3, 3]

==> [5,4]

Definir la función

   sustitucion :: [Int] -> [Int]

1	sustitucion :: [Int] -> [Int]

tal que (sustitucion xs) es la lista obtenida aplicándole a xs el proceso anterior. Por ejemplo,

   sustitucion [5,2,1,1,2,2]         ==  [5,4]
   sustitucion [4,2,1,1,2,2]         ==  [5]
   sustitucion [4,5,11,2,5,7,2]      ==  [4,5,11,2,5,7,2]
   sustitucion (1:[1..2*10^6])       ==  [2000001]
   length (sustitucion [1..2*10^6])  ==  2000000

sustitucion [5,2,1,1,2,2] == [5,4]

sustitucion [4,2,1,1,2,2] == [5]

sustitucion [4,5,11,2,5,7,2] == [4,5,11,2,5,7,2]

sustitucion (1:[1..2*10^6]) == [2000001]

length (sustitucion [1..2*10^6]) == 2000000

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

sustitucion :: [Int] -> [Int]
sustitucion xs
  | xs == ys  = xs
  | otherwise = sustitucion ys
  where ys = sustitucionElemental xs

sustitucionElemental :: [Int] -> [Int]
sustitucionElemental []  = []
sustitucionElemental [x] = [x]
sustitucionElemental (x:y:zs)
  | x == y = x+1:zs
  | otherwise = x : sustitucionElemental (y:zs)

-- 2ª solución
-- ===========

sustitucion2 :: [Int] -> [Int]
sustitucion2 xs = until esPuntoFijo sustitucionElemental xs
  where esPuntoFijo ys = sustitucionElemental ys == ys

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> sustitucion (1:[1..2*10^6])
--    [2000001]
--    (1.54 secs, 800,143,448 bytes)
--    λ> sustitucion2 (1:[1..2*10^6])
--    [2000001]
--    (2.21 secs, 1,072,143,584 bytes)

-- 1ª solución

-- ===========

sustitucion :: [Int] -> [Int]

sustitucion xs

| xs == ys = xs

| otherwise = sustitucion ys

where ys = sustitucionElemental xs

sustitucionElemental :: [Int] -> [Int]

sustitucionElemental [] = []

sustitucionElemental [x] = [x]

sustitucionElemental (x:y:zs)

| x == y = x+1:zs

| otherwise = x : sustitucionElemental (y:zs)

-- 2ª solución

-- ===========

sustitucion2 :: [Int] -> [Int]

sustitucion2 xs = until esPuntoFijo sustitucionElemental xs

where esPuntoFijo ys = sustitucionElemental ys == ys

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> sustitucion (1:[1..2*10^6])

-- [2000001]

-- (1.54 secs, 800,143,448 bytes)

-- λ> sustitucion2 (1:[1..2*10^6])

-- [2000001]

-- (2.21 secs, 1,072,143,584 bytes)

Problema del dominó

PorJosé A. Alonso 16-mayo-201823-mayo-2018

Las fichas del dominó se pueden representar por pares de números enteros. El problema del dominó consiste en colocar todas las fichas de una lista dada de forma que el segundo número de cada ficha coincida con el primero de la siguiente.

Definir la función

   domino :: [(Int,Int)] -> [[(Int,Int)]]

1	domino :: [(Int,Int)] -> [[(Int,Int)]]

tal que (domino fs) es la lista de las soluciones del problema del dominó correspondiente a las fichas fs. Por ejemplo,

   λ> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]
   [[(4,1),(1,2),(2,3)],[(3,2),(2,1),(1,4)]]
   λ> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]
   [[(4,1),(1,1),(1,2)],[(2,1),(1,1),(1,4)]]
   λ> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]
   [[(1,2),(2,3),(3,4)]]
   λ> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]
   []
   λ> domino [(x,y) | x <- [1..2], y <- [x..2]]
   [[(2,2),(2,1),(1,1)],[(1,1),(1,2),(2,2)]]
   λ> [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]]
   [(1,1),(1,2),(1,3),(2,2),(2,3),(3,3)]
   λ> mapM_ print (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])
   [(1,3),(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1)]
   [(1,2),(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1)]
   [(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2)]
   [(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3)]
   [(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2)]
   [(2,1),(1,1),(1,3),(3,3),(3,2),(2,2)]
   [(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3)]
   [(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3),(3,3)]
   [(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3),(3,3)]
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])
   9
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..4], y <- [x..4]])
   0
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..5], y <- [x..5]])
   84480

λ> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]

[[(4,1),(1,2),(2,3)],[(3,2),(2,1),(1,4)]]

λ> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]

[[(4,1),(1,1),(1,2)],[(2,1),(1,1),(1,4)]]

λ> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]

[[(1,2),(2,3),(3,4)]]

λ> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]

[]

λ> domino [(x,y) | x <- [1..2], y <- [x..2]]

[[(2,2),(2,1),(1,1)],[(1,1),(1,2),(2,2)]]

λ> [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]]

[(1,1),(1,2),(1,3),(2,2),(2,3),(3,3)]

λ> mapM_ print (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])

[(1,3),(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1)]

[(1,2),(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1)]

[(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2)]

[(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3)]

[(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2)]

[(2,1),(1,1),(1,3),(3,3),(3,2),(2,2)]

[(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3)]

[(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3),(3,3)]

[(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3),(3,3)]

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..4], y <- [x..4]])

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..5], y <- [x..5]])

84480

Soluciones

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)
import Data.List (delete)

-- 1ª solución (por búsqueda en anchura)
-- =====================================

-- Las fichas son pares de números enteros.
type Ficha  = (Int,Int)

-- Un problema está definido por la lista de fichas que hay que colocar
type Problema = [Ficha]

-- Los estados son los pares formados por la listas sin colocar y las
-- colocadas. 
type Estado = ([Ficha],[Ficha])

-- (inicial p) es el estado inicial del problema p.
inicial :: Problema -> Estado
inicial p = (p,[])

-- (es final e) se verifica si e es un estado final.
esFinal :: Estado -> Bool
esFinal (fs,_) = null fs 

sucesores :: Estado -> [Estado]
sucesores (fs,[]) =
  [(delete f fs, [f]) | f <- fs]
sucesores (fs,n@((x,y):qs)) =
  [(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u /= v, v == x] ++
  [(delete (u,v) fs,(v,u):n) | (u,v) <- fs, u /= v, u == x] ++
  [(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u == v, u == x] 

soluciones :: Problema -> [Estado]
soluciones p = busca [(inicial p)]
  where
    busca []        = []
    busca (e:es)  
      | esFinal e = e : busca es
      | otherwise = busca (es ++ sucesores e)

domino :: Problema -> [[Ficha]]
domino ps = map snd (soluciones ps)
      
-- 2ª solución (por búsqueda en profundidad)
-- =========================================

soluciones2 :: Problema -> [Estado]
soluciones2 p = busca [(inicial p)]
  where
    busca []        = []
    busca (e:es)  
      | esFinal e = e : busca es
      | otherwise = busca (sucesores e ++ es)

domino2 :: Problema -> [[Ficha]]
domino2 ps = map snd (soluciones2 ps)
      
-- 3ª solución (con I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados)
-- =================================================

domino3 :: Problema -> [[Ficha]]
domino3 ps = map snd (soluciones3 ps)

soluciones3 :: Problema -> [Estado]
soluciones3 ps = buscaEE sucesores
                         esFinal         
                         (inicial ps)

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)

import Data.List (delete)

-- 1ª solución (por búsqueda en anchura)

-- =====================================

-- Las fichas son pares de números enteros.

type Ficha = (Int,Int)

-- Un problema está definido por la lista de fichas que hay que colocar

type Problema = [Ficha]

-- Los estados son los pares formados por la listas sin colocar y las

-- colocadas.

type Estado = ([Ficha],[Ficha])

-- (inicial p) es el estado inicial del problema p.

inicial :: Problema -> Estado

inicial p = (p,[])

-- (es final e) se verifica si e es un estado final.

esFinal :: Estado -> Bool

esFinal (fs,_) = null fs

sucesores :: Estado -> [Estado]

sucesores (fs,[]) =

[(delete f fs, [f]) | f <- fs]

sucesores (fs,n@((x,y):qs)) =

[(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u /= v, v == x] ++

[(delete (u,v) fs,(v,u):n) | (u,v) <- fs, u /= v, u == x] ++

[(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u == v, u == x]

soluciones :: Problema -> [Estado]

soluciones p = busca [(inicial p)]

where

busca [] = []

busca (e:es)

| esFinal e = e : busca es

| otherwise = busca (es ++ sucesores e)

domino :: Problema -> [[Ficha]]

domino ps = map snd (soluciones ps)

-- 2ª solución (por búsqueda en profundidad)

-- =========================================

soluciones2 :: Problema -> [Estado]

soluciones2 p = busca [(inicial p)]

where

busca [] = []

busca (e:es)

| esFinal e = e : busca es

| otherwise = busca (sucesores e ++ es)

domino2 :: Problema -> [[Ficha]]

domino2 ps = map snd (soluciones2 ps)

-- 3ª solución (con I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados)

-- =================================================

domino3 :: Problema -> [[Ficha]]

domino3 ps = map snd (soluciones3 ps)

soluciones3 :: Problema -> [Estado]

soluciones3 ps = buscaEE sucesores

esFinal

(inicial ps)

El problema de las celebridades

PorJosé A. Alonso 15-mayo-201822-mayo-2018

La celebridad de una reunión es una persona al que todos conocen pero que no conoce a nadie. Por ejemplo, si en la reunión hay tres personas tales que la 1 conoce a la 3 y la 2 conoce a la 1 y a la 3, entonces la celebridad de la reunión es la 3.

La relación de conocimiento se puede representar mediante una lista de pares (x,y) indicando que x conoce a y. Por ejemplo, la reunión anterior se puede representar por [(1,3),(2,1),(2,3)].

Definir la función

   celebridad :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

1	celebridad :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

tal que (celebridad r) es el justo la celebridad de r, si en r hay una celebridad y Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

   celebridad [(1,3),(2,1),(2,3)]            ==  Just 3
   celebridad [(1,3),(2,1),(3,2)]            ==  Nothing
   celebridad [(1,3),(2,1),(2,3),(3,1)]      ==  Nothing
   celebridad [(x,1) | x <- [2..10^6]]       ==  Just 1
   celebridad [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]  ==  Just 1000000

celebridad [(1,3),(2,1),(2,3)] == Just 3

celebridad [(1,3),(2,1),(3,2)] == Nothing

celebridad [(1,3),(2,1),(2,3),(3,1)] == Nothing

celebridad [(x,1) | x <- [2..10^6]] == Just 1

celebridad [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]] == Just 1000000

Soluciones

import Data.List (delete, nub)
import Data.Maybe (listToMaybe)
import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución
-- ===========

celebridad1 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad1 r =
  listToMaybe [x | x <- personas r, esCelebridad r x]

personas :: Ord a => [(a,a)] -> [a]
personas r =
  nub (map fst r ++ map snd r)

esCelebridad :: Ord a => [(a,a)] -> a -> Bool
esCelebridad r x =
     [y | y <- ys, (y,x) `elem` r] == ys
  && null [y | y <- ys, (x,y) `elem` r]
  where ys = delete x (personas r)

-- 2ª solución
-- ===========

celebridad2 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad2 r =
  listToMaybe [x | x <- personas2 c, esCelebridad2 c x]
  where c = S.fromList r

--    λ> personas2 (S.fromList [(1,3),(2,1),(2,3)])
--    [1,2,3]
personas2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> [a]
personas2 c =
  S.toList (S.map fst c `S.union` S.map snd c)

esCelebridad2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> a -> Bool
esCelebridad2 c x = 
      [y | y <- ys, (y,x) `S.member` c] == ys
   && null [y | y <- ys, (x,y) `S.member` c]
   where ys = delete x (personas2 c)

-- 3ª definición
-- =============

celebridad3 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad3 r
  | S.null candidatos = Nothing
  | esCelebridad      = Just candidato
  | otherwise         = Nothing
  where
    conjunto          = S.fromList r
    dominio           = S.map fst conjunto
    rango             = S.map snd conjunto
    total             = dominio `S.union` rango
    candidatos        = rango `S.difference` dominio
    candidato         = S.findMin candidatos
    noCandidatos      = S.delete candidato total
    esCelebridad      =
      S.filter (\x -> (x,candidato) `S.member` conjunto) total == noCandidatos
     
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> celebridad1 [(x,1) | x <- [2..300]]
--    Just 1
--    (2.70 secs, 38,763,888 bytes)
--    λ> celebridad2 [(x,1) | x <- [2..300]]
--    Just 1
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> celebridad2 [(x,1000) | x <- [1..999]]
--    Just 1000
--    (2.23 secs, 483,704,224 bytes)
--    λ> celebridad3 [(x,1000) | x <- [1..999]]
--    Just 1000
--    (0.02 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> celebridad3 [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]
--    Just 1000000
--    (9.56 secs, 1,572,841,088 bytes)
--    λ> celebridad3 [(x,1) | x <- [2..10^6]]
--    Just 1
--    (6.17 secs, 696,513,320 bytes)

import Data.List (delete, nub)

import Data.Maybe (listToMaybe)

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución

-- ===========

celebridad1 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad1 r =

listToMaybe [x | x <- personas r, esCelebridad r x]

personas :: Ord a => [(a,a)] -> [a]

personas r =

nub (map fst r ++ map snd r)

esCelebridad :: Ord a => [(a,a)] -> a -> Bool

esCelebridad r x =

[y | y <- ys, (y,x) `elem` r] == ys

&& null [y | y <- ys, (x,y) `elem` r]

where ys = delete x (personas r)

-- 2ª solución

-- ===========

celebridad2 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad2 r =

listToMaybe [x | x <- personas2 c, esCelebridad2 c x]

where c = S.fromList r

-- λ> personas2 (S.fromList [(1,3),(2,1),(2,3)])

-- [1,2,3]

personas2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> [a]

personas2 c =

S.toList (S.map fst c `S.union` S.map snd c)

esCelebridad2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> a -> Bool

esCelebridad2 c x =

[y | y <- ys, (y,x) `S.member` c] == ys

&& null [y | y <- ys, (x,y) `S.member` c]

where ys = delete x (personas2 c)

-- 3ª definición

-- =============

celebridad3 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad3 r

| S.null candidatos = Nothing

| esCelebridad = Just candidato

| otherwise = Nothing

where

conjunto = S.fromList r

dominio = S.map fst conjunto

rango = S.map snd conjunto

total = dominio `S.union` rango

candidatos = rango `S.difference` dominio

candidato = S.findMin candidatos

noCandidatos = S.delete candidato total

esCelebridad =

S.filter (\x -> (x,candidato) `S.member` conjunto) total == noCandidatos

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> celebridad1 [(x,1) | x <- [2..300]]

-- Just 1

-- (2.70 secs, 38,763,888 bytes)

-- λ> celebridad2 [(x,1) | x <- [2..300]]

-- Just 1

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> celebridad2 [(x,1000) | x <- [1..999]]

-- Just 1000

-- (2.23 secs, 483,704,224 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,1000) | x <- [1..999]]

-- Just 1000

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]

-- Just 1000000

-- (9.56 secs, 1,572,841,088 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,1) | x <- [2..10^6]]

-- Just 1

-- (6.17 secs, 696,513,320 bytes)

Grafo de divisibilidad

PorJosé A. Alonso 14-mayo-201825-abril-2021

El grafo de divisibilidad de orden n es el grafo cuyos nodos son los números naturales entre 1 y n, cuyas aristas son los pares (x,y) tales que x divide a y o y divide a x. El coste de cada arista es el cociente entre su mayor y menor elemento.

Definir las siguientes funciones:

   grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int
   coste              :: Int -> Int

1 2	grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int coste :: Int -> Int

tales que

(grafoDivisibilidad n) es el grafo de divisibilidad de orden n. Por ejemplo,

      λ> grafoDivisibilidad 12
      G ND (array (1,12)
                  [(1,[(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(6,6),(7,7),
                       (8,8),(9,9),(10,10),(11,11),(12,12)]),
                   (2,[(1,2),(4,2),(6,3),(8,4),(10,5),(12,6)]),
                   (3,[(1,3),(6,2),(9,3),(12,4)]),
                   (4,[(1,4),(2,2),(8,2),(12,3)]),
                   (5,[(1,5),(10,2)]),
                   (6,[(1,6),(2,3),(3,2),(12,2)]),
                   (7,[(1,7)]),
                   (8,[(1,8),(2,4),(4,2)]),
                   (9,[(1,9),(3,3)]),
                   (10,[(1,10),(2,5),(5,2)]),
                   (11,[(1,11)]),
                   (12,[(1,12),(2,6),(3,4),(4,3),(6,2)])])

λ> grafoDivisibilidad 12

G ND (array (1,12)

[(1,[(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(6,6),(7,7),

(8,8),(9,9),(10,10),(11,11),(12,12)]),

(2,[(1,2),(4,2),(6,3),(8,4),(10,5),(12,6)]),

(3,[(1,3),(6,2),(9,3),(12,4)]),

(4,[(1,4),(2,2),(8,2),(12,3)]),

(5,[(1,5),(10,2)]),

(6,[(1,6),(2,3),(3,2),(12,2)]),

(7,[(1,7)]),

(8,[(1,8),(2,4),(4,2)]),

(9,[(1,9),(3,3)]),

(10,[(1,10),(2,5),(5,2)]),

(11,[(1,11)]),

(12,[(1,12),(2,6),(3,4),(4,3),(6,2)])])

(coste n) es el coste del árbol de expansión mínimo del grafo de divisibilidad de orden n. Por ejemplo,

      coste 12        ==  41
      coste 3000      ==  605305
      coste (2*10^5)  ==  1711798835

coste 12 == 41

coste 3000 == 605305

coste (2*10^5) == 1711798835

Soluciones

import Data.Ix
import Data.List (delete, sort)
import qualified Data.Set as S
import I1M.Grafo
import I1M.Tabla
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int
grafoDivisibilidad n =
  creaGrafo ND (1,n) [(x,y,y `div` x) | y <- [1..n]
                                      , x <- [1..y-1]
                                      , y `mod` x == 0]

-- 1ª solución (con el algoritmo de Kruskal)
-- =========================================

coste1 :: Int -> Int
coste1 n = sum [p | (p,x,y) <- kruskal (grafoDivisibilidad n)]

-- (kruskal g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Kruskal. Por ejemplo,
--    λ> kruskal (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(5,1,5),(3,3,9),(3,1,3),(2,6,12),(2,5,10),
--     (2,4,8),(2,3,6),(2,2,4),(2,1,2)]
kruskal :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
kruskal g = kruskal' cola                           -- Cola ordenada
                     (tabla [(x,x) | x <- nodos g]) -- Tabla de raices
                     []                             -- Árbol de expansión
                     (length (nodos g) - 1)         -- Aristas por
                                                    -- colocar
    where cola = sort [(p,x,y) | (x,y,p) <- aristas g]

kruskal' ((p,x,y):as) t ae n 
  | n == 0      = ae
  | actualizado = kruskal' as t' ((p,x,y):ae) (n-1)
  | otherwise   = kruskal' as t  ae           n
  where (actualizado,t') = buscaActualiza (x,y) t

-- (raiz t n) es la raíz de n en la tabla t. Por ejemplo,
--    raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 5  == 1
--    raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 2  == 6
raiz:: Eq n => Tabla n n -> n -> n
raiz t x | v == x    = v
         | otherwise = raiz t v
         where v = valor t x

-- (buscaActualiza a t) es el par formado por False y la tabla t, si los
-- dos vértices de la arista a tienen la misma raíz en t y el par
-- formado por True y la tabla obtenida añadiéndole a t la arista
-- formada por el vértice de a de mayor raíz y la raíz del vértice de
-- a de menor raíz. Por ejemplo,
--    ghci> let t = crea [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)]
--    ghci> buscaActualiza (2,3) t
--    (True,Tbl [(1,1),(2,1),(3,1),(4,1)])
--    ghci> buscaActualiza (3,4) t
--    (False,Tbl [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)])
buscaActualiza :: (Eq n, Ord n) => (n,n) -> Tabla n n -> (Bool,Tabla n n)
buscaActualiza (x,y) t 
  | x' == y'  = (False, t) 
  | y' <  x'  = (True, modifica (x,y') t)
  | otherwise = (True, modifica (y,x') t)
  where x' = raiz t x 
        y' = raiz t y

-- 2ª solución (con el algoritmo de Prim)
-- ======================================

coste2 :: Int -> Int
coste2 n = sum [p | (p,x,y) <- prim (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,
--    λ> prim (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),
--     (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]
prim :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
prim g = prim' [n]              -- Nodos colocados
               ns               -- Nodos por colocar 
               []               -- Árbol de expansión
               (aristas g)      -- Aristas del grafo
         where (n:ns) = nodos g

prim' t [] ae as = ae
prim' t r  ae as = prim' (v':t) (delete v' r) (e:ae) as
  where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,
                                         u `elem` t, 
                                         v `elem` r]

-- 3ª solución (con el algoritmo de Prim con conjuntos)
-- ====================================================

coste3 :: Int -> Int
coste3 n = sum [p | (p,x,y) <- prim2 (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim2 g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,
--    λ> prim2 (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),
--     (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]
prim2 :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
prim2 g = prim2' (S.singleton n)  -- Nodos colocados
                 (S.fromList ns)  -- Nodos por colocar 
                 []               -- Árbol de expansión
                 (aristas g)      -- Aristas del grafo
  where (n:ns) = nodos g

prim2' t r ae as
  | S.null r  = ae
  | otherwise = prim2' (S.insert v' t)
                       (S.delete v' r)
                       (e:ae)
                       as
  where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,
                                         S.member u t, 
                                         S.member v r]

-- 4ª solución
-- ===========

coste4 :: Int -> Int
coste4 n = sum [head (primeFactors x) | x <- [2..n]]

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> coste1 400
--    14923
--    (0.08 secs, 31,336,440 bytes)
--    λ> coste2 400
--    14923
--    (4.54 secs, 220,745,608 bytes)
--    λ> coste3 400
--    14923
--    (0.69 secs, 217,031,144 bytes)
--    λ> coste4 400
--    14923
--    (0.01 secs, 2,192,336 bytes)
--    
--    λ> coste1 2000
--    284105
--    (2.09 secs, 842,601,904 bytes)
--    λ> coste4 2000
--    284105
--    (0.02 secs, 14,586,888 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

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142

143

144

import Data.Ix

import Data.List (delete, sort)

import qualified Data.Set as S

import I1M.Grafo

import I1M.Tabla

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int

grafoDivisibilidad n =

creaGrafo ND (1,n) [(x,y,y `div` x) | y <- [1..n]

, x <- [1..y-1]

, y `mod` x == 0]

-- 1ª solución (con el algoritmo de Kruskal)

-- =========================================

coste1 :: Int -> Int

coste1 n = sum [p | (p,x,y) <- kruskal (grafoDivisibilidad n)]

-- (kruskal g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Kruskal. Por ejemplo,

-- λ> kruskal (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(5,1,5),(3,3,9),(3,1,3),(2,6,12),(2,5,10),

-- (2,4,8),(2,3,6),(2,2,4),(2,1,2)]

kruskal :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

kruskal g = kruskal' cola -- Cola ordenada

(tabla [(x,x) | x <- nodos g]) -- Tabla de raices

[] -- Árbol de expansión

(length (nodos g) - 1) -- Aristas por

-- colocar

where cola = sort [(p,x,y) | (x,y,p) <- aristas g]

kruskal' ((p,x,y):as) t ae n

| n == 0 = ae

| actualizado = kruskal' as t' ((p,x,y):ae) (n-1)

| otherwise = kruskal' as t ae n

where (actualizado,t') = buscaActualiza (x,y) t

-- (raiz t n) es la raíz de n en la tabla t. Por ejemplo,

-- raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 5 == 1

-- raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 2 == 6

raiz:: Eq n => Tabla n n -> n -> n

raiz t x | v == x = v

| otherwise = raiz t v

where v = valor t x

-- (buscaActualiza a t) es el par formado por False y la tabla t, si los

-- dos vértices de la arista a tienen la misma raíz en t y el par

-- formado por True y la tabla obtenida añadiéndole a t la arista

-- formada por el vértice de a de mayor raíz y la raíz del vértice de

-- a de menor raíz. Por ejemplo,

-- ghci> let t = crea [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)]

-- ghci> buscaActualiza (2,3) t

-- (True,Tbl [(1,1),(2,1),(3,1),(4,1)])

-- ghci> buscaActualiza (3,4) t

-- (False,Tbl [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)])

buscaActualiza :: (Eq n, Ord n) => (n,n) -> Tabla n n -> (Bool,Tabla n n)

buscaActualiza (x,y) t

| x' == y' = (False, t)

| y' < x' = (True, modifica (x,y') t)

| otherwise = (True, modifica (y,x') t)

where x' = raiz t x

y' = raiz t y

-- 2ª solución (con el algoritmo de Prim)

-- ======================================

coste2 :: Int -> Int

coste2 n = sum [p | (p,x,y) <- prim (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,

-- λ> prim (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),

-- (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]

prim :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

prim g = prim' [n] -- Nodos colocados

ns -- Nodos por colocar

[] -- Árbol de expansión

(aristas g) -- Aristas del grafo

where (n:ns) = nodos g

prim' t [] ae as = ae

prim' t r ae as = prim' (v':t) (delete v' r) (e:ae) as

where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,

u `elem` t,

v `elem` r]

-- 3ª solución (con el algoritmo de Prim con conjuntos)

-- ====================================================

coste3 :: Int -> Int

coste3 n = sum [p | (p,x,y) <- prim2 (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim2 g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,

-- λ> prim2 (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),

-- (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]

prim2 :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

prim2 g = prim2' (S.singleton n) -- Nodos colocados

(S.fromList ns) -- Nodos por colocar

[] -- Árbol de expansión

(aristas g) -- Aristas del grafo

where (n:ns) = nodos g

prim2' t r ae as

| S.null r = ae

| otherwise = prim2' (S.insert v' t)

(S.delete v' r)

(e:ae)

where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,

S.member u t,

S.member v r]

-- 4ª solución

-- ===========

coste4 :: Int -> Int

coste4 n = sum [head (primeFactors x) | x <- [2..n]]

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> coste1 400

-- 14923

-- (0.08 secs, 31,336,440 bytes)

-- λ> coste2 400

-- 14923

-- (4.54 secs, 220,745,608 bytes)

-- λ> coste3 400

-- 14923

-- (0.69 secs, 217,031,144 bytes)

-- λ> coste4 400

-- 14923

-- (0.01 secs, 2,192,336 bytes)

-- λ> coste1 2000

-- 284105

-- (2.09 secs, 842,601,904 bytes)

-- λ> coste4 2000

-- 284105

-- (0.02 secs, 14,586,888 bytes)

Sucesión de Recamán

PorJosé A. Alonso 11-mayo-201826-marzo-2022

La sucesión de Recamán está definida como sigue:

   a(0) = 0
   a(n) = a(n-1) - n, si a(n-1) > n y no figura ya en la sucesión
   a(n) = a(n-1) + n, en caso contrario.

a(0) = 0

a(n) = a(n-1) - n, si a(n-1) > n y no figura ya en la sucesión

a(n) = a(n-1) + n, en caso contrario.

Definir las funciones

   sucRecaman :: [Int]
   invRecaman :: Int -> Int
   graficaSucRecaman :: Int -> IO ()
   graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

sucRecaman :: [Int]

invRecaman :: Int -> Int

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

tales que

sucRecaman es la lista de los términos de la sucesión de Recamám. Por ejemplo,

      λ> take 25 sucRecaman3
      [0,1,3,6,2,7,13,20,12,21,11,22,10,23,9,24,8,25,43,62,42,63,41,18,42]
      λ> sucRecaman !! 1000
      3686
      λ> sucRecaman !! 1000001
      1057163

λ> take 25 sucRecaman3

[0,1,3,6,2,7,13,20,12,21,11,22,10,23,9,24,8,25,43,62,42,63,41,18,42]

λ> sucRecaman !! 1000

3686

λ> sucRecaman !! 1000001

1057163

(invRecaman n) es la primera posición de n en la sucesión de Recamán. Por ejemplo,

      invRecaman 10       ==  12
      invRecaman 3686     ==  1000
      invRecaman 1057163  ==  1000001

invRecaman 10 == 12

invRecaman 3686 == 1000

invRecaman 1057163 == 1000001

(graficaSucRecaman n) dibuja los n primeros términos de la sucesión de Recamán. Por ejemplo, (graficaSucRecaman 300) dibuja
(graficaInvRecaman n) dibuja los valores de (invRecaman k) para k entre 0 y n. Por ejemplo, (graficaInvRecaman 17) dibuja

y (graficaInvRecaman 100) dibuja

Soluciones

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución
-- ===========

sucRecaman1 :: [Int]
sucRecaman1 = map suc1 [0..]

suc1 :: Int -> Int
suc1 0 = 0
suc1 n | y > n && y - n `notElem` ys = y - n
       | otherwise                   = y + n
  where y  = suc1 (n - 1)
        ys = [suc1 k | k <- [0..n - 1]]

-- 2ª solución
-- ===========

sucRecaman2 :: [Int]
sucRecaman2 = 0:zipWith3 f sucRecaman2 [1..] (repeat sucRecaman2)
  where f y n ys | y > n && y - n `notElem` take n ys = y - n
                 | otherwise                          = y + n

-- 3ª solución
-- ===========

sucRecaman3 :: [Int]
sucRecaman3 = 0 : recaman (S.singleton 0) 1 0

recaman :: S.Set Int -> Int -> Int -> [Int]
recaman s n x
  | x > n && (x-n) `S.notMember` s =
    (x-n) : recaman (S.insert (x-n) s) (n+1) (x-n)
  | otherwise =
    (x+n):recaman (S.insert (x+n) s) (n+1) (x+n) 

-- Comparación de eficiencia:
--    λ> sucRecaman1 !! 25
--    17
--    (3.76 secs, 2,394,593,952 bytes)
--    λ> sucRecaman2 !! 25
--    17
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> sucRecaman3 !! 25
--    17
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--
--    λ> sucRecaman2 !! (2*10^4)
--    14358
--    (2.69 secs, 6,927,559,784 bytes)
--    λ> sucRecaman3 !! (2*10^4)
--    14358
--    (0.04 secs, 0 bytes)

-- Definición de invRecaman
invRecaman :: Int -> Int
invRecaman n =
  length (takeWhile (/=n) sucRecaman3)

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()
graficaSucRecaman n =
  plotList [Key Nothing]
           (take n sucRecaman3)

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()
graficaInvRecaman n =
  plotList [Key Nothing]
           [invRecaman k | k <- [0..n]]

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución

-- ===========

sucRecaman1 :: [Int]

sucRecaman1 = map suc1 [0..]

suc1 :: Int -> Int

suc1 0 = 0

suc1 n | y > n && y - n `notElem` ys = y - n

| otherwise = y + n

where y = suc1 (n - 1)

ys = [suc1 k | k <- [0..n - 1]]

-- 2ª solución

-- ===========

sucRecaman2 :: [Int]

sucRecaman2 = 0:zipWith3 f sucRecaman2 [1..] (repeat sucRecaman2)

where f y n ys | y > n && y - n `notElem` take n ys = y - n

| otherwise = y + n

-- 3ª solución

-- ===========

sucRecaman3 :: [Int]

sucRecaman3 = 0 : recaman (S.singleton 0) 1 0

recaman :: S.Set Int -> Int -> Int -> [Int]

recaman s n x

| x > n && (x-n) `S.notMember` s =

(x-n) : recaman (S.insert (x-n) s) (n+1) (x-n)

| otherwise =

(x+n):recaman (S.insert (x+n) s) (n+1) (x+n)

-- Comparación de eficiencia:

-- λ> sucRecaman1 !! 25

-- 17

-- (3.76 secs, 2,394,593,952 bytes)

-- λ> sucRecaman2 !! 25

-- 17

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> sucRecaman3 !! 25

-- 17

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> sucRecaman2 !! (2*10^4)

-- 14358

-- (2.69 secs, 6,927,559,784 bytes)

-- λ> sucRecaman3 !! (2*10^4)

-- 14358

-- (0.04 secs, 0 bytes)

-- Definición de invRecaman

invRecaman :: Int -> Int

invRecaman n =

length (takeWhile (/=n) sucRecaman3)

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()

graficaSucRecaman n =

plotList [Key Nothing]

(take n sucRecaman3)

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

graficaInvRecaman n =

plotList [Key Nothing]

[invRecaman k | k <- [0..n]]

Problema de las jarras

PorJosé A. Alonso 10-mayo-201817-mayo-2018

En el problema de las jarras (A,B,C) se tienen dos jarras sin marcas de medición, una de A litros de capacidad y otra de B. También se dispone de una bomba que permite llenar las jarras de agua.

El problema de las jarras (A,B,C) consiste en determinar cómo se puede lograr tener exactamente C litros de agua en alguna de las dos jarras.

Definir la función

   jarras :: (Int,Int,Int) -> Maybe [(Int,Int)]

1	jarras :: (Int,Int,Int) -> Maybe [(Int,Int)]

tal (jarras (a,b,c)) es una solución del problema de las jarras (a,b,c) con el mínimo número de movimientos, si el problema tiene solución y Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

   λ> jarras (5,3,4)
   Just [(0,0),(5,0),(2,3),(2,0),(0,2),(5,2),(4,3)]

1 2	λ> jarras (5,3,4) Just [(0,0),(5,0),(2,3),(2,0),(0,2),(5,2),(4,3)]

La interpretación de la solución anterior es

   (0,0) se inicia con las dos jarras vacías,
   (5,0) se llena la jarra de 5 con el grifo,
   (2,3) se llena la de 3 con la de 5,
   (2,0) se vacía la de 3,
   (0,2) se pasa el contenido de la primera a la segunda,
   (5,2) se llena la primera con el grifo,
   (4,3) se llena la segunda con la primera.

(0,0) se inicia con las dos jarras vacías,

(5,0) se llena la jarra de 5 con el grifo,

(2,3) se llena la de 3 con la de 5,

(2,0) se vacía la de 3,

(0,2) se pasa el contenido de la primera a la segunda,

(5,2) se llena la primera con el grifo,

(4,3) se llena la segunda con la primera.

Otros ejemplos:

   λ> jarras (3,5,4)
   Just [(0,0),(0,5),(3,2),(0,2),(2,0),(2,5),(3,4)]
   λ> jarras (15,10,5)
   Just [(0,0),(15,0),(5,10)]
   λ> jarras (15,10,4)
   Nothing
   λ> length <$> jarras (181,179,100)
   Just 199

λ> jarras (3,5,4)

Just [(0,0),(0,5),(3,2),(0,2),(2,0),(2,5),(3,4)]

λ> jarras (15,10,5)

Just [(0,0),(15,0),(5,10)]

λ> jarras (15,10,4)

Nothing

λ> length <$> jarras (181,179,100)

Just 199

Soluciones

import Data.Maybe (listToMaybe, isJust)

-- Para simplificar la notación se definen los tipos Problema y Estado
-- como sigue.

-- Un problema es una terna de números. El primero es la capacidad de la
-- primera jarra, el segundo el de la segunda y el tercero es el número
-- de litros que hay que obtener.
type Problema = (Int,Int,Int)

-- Un estado es un par de números. El primero es el contenido de la
-- jarra de A litros y el segundo el de la de B litros.  
type Estado = (Int,Int)

jarras :: Problema -> Maybe [Estado]
jarras p | null ns   = Nothing
         | otherwise = Just (head ns)
  where ns = soluciones p

-- (soluciones p) es la lista de soluciones del problema p. Por ejemplo, 
--    λ> take 2 (soluciones (15,10,5))
--    [[(0,0),(15,0),(5,10)],[(0,0),(0,10),(15,10),(15,0),(5,10)]]
--    λ> length (soluciones (15,10,5))
--    6
--    λ> soluciones (15,10,4)
--    []
soluciones :: Problema -> [[Estado]]
soluciones p = busca [[inicial]]
  where
    busca []        = []
    busca ((e:es):ns)  
      | esFinal p e = (reverse (e:es)) : busca ns
      | otherwise   = busca (ns ++ [e1:e:es | e1 <- sucesores p e
                                            , e1 `notElem` es])

-- inicial es el estado inicial
inicial :: Estado
inicial = (0,0)

-- (esFinal p e) es verifica si e es un estado final del problema de las
-- jarras p. Por ejemplo,
--    esFinal (5,4,3) (3,2)  ==  True
--    esFinal (5,4,3) (2,3)  ==  True
--    esFinal (5,4,1) (2,3)  ==  False
esFinal :: Problema -> Estado -> Bool
esFinal (_,_,c) (x,y) = x == c || y == c

-- (sucesores p e) es la lista de los sucesores del estado e. Por
-- ejemplo, 
--    λ> sucesores (7,4,3) (1,2)
--    [(7,2),(1,4),(0,2),(1,0),(3,0),(0,3)]
--    λ> sucesores (7,4,3) (6,3)
--    [(7,3),(6,4),(0,3),(6,0),(7,2),(5,4)]
sucesores :: Problema -> Estado -> [Estado]
sucesores (a,b,_) (x,y) =
    [(a,y) | x < a] ++
    [(x,b) | y < b] ++
    [(0,y) | x > 0] ++
    [(x,0) | y > 0] ++
    [(a,y-(a-x)) | x < a, y > a - x] ++
    [(x-(b-y),b) | y < b, x > b - y] ++
    [(x+y,0) | y > 0, x + y <= a] ++ 
    [(0,x+y) | x > 0, x + y <= b]

-- La definición de jarras se puede simplificar usando listToMaybe
jarras2 :: Problema -> Maybe [Estado]
jarras2 p = listToMaybe (soluciones p)

import Data.Maybe (listToMaybe, isJust)

-- Para simplificar la notación se definen los tipos Problema y Estado

-- como sigue.

-- Un problema es una terna de números. El primero es la capacidad de la

-- primera jarra, el segundo el de la segunda y el tercero es el número

-- de litros que hay que obtener.

type Problema = (Int,Int,Int)

-- Un estado es un par de números. El primero es el contenido de la

-- jarra de A litros y el segundo el de la de B litros.

type Estado = (Int,Int)

jarras :: Problema -> Maybe [Estado]

jarras p | null ns = Nothing

| otherwise = Just (head ns)

where ns = soluciones p

-- (soluciones p) es la lista de soluciones del problema p. Por ejemplo,

-- λ> take 2 (soluciones (15,10,5))

-- [[(0,0),(15,0),(5,10)],[(0,0),(0,10),(15,10),(15,0),(5,10)]]

-- λ> length (soluciones (15,10,5))

-- 6

-- λ> soluciones (15,10,4)

-- []

soluciones :: Problema -> [[Estado]]

soluciones p = busca [[inicial]]

where

busca [] = []

busca ((e:es):ns)

| esFinal p e = (reverse (e:es)) : busca ns

| otherwise = busca (ns ++ [e1:e:es | e1 <- sucesores p e

, e1 `notElem` es])

-- inicial es el estado inicial

inicial :: Estado

inicial = (0,0)

-- (esFinal p e) es verifica si e es un estado final del problema de las

-- jarras p. Por ejemplo,

-- esFinal (5,4,3) (3,2) == True

-- esFinal (5,4,3) (2,3) == True

-- esFinal (5,4,1) (2,3) == False

esFinal :: Problema -> Estado -> Bool

esFinal (_,_,c) (x,y) = x == c || y == c

-- (sucesores p e) es la lista de los sucesores del estado e. Por

-- ejemplo,

-- λ> sucesores (7,4,3) (1,2)

-- [(7,2),(1,4),(0,2),(1,0),(3,0),(0,3)]

-- λ> sucesores (7,4,3) (6,3)

-- [(7,3),(6,4),(0,3),(6,0),(7,2),(5,4)]

sucesores :: Problema -> Estado -> [Estado]

sucesores (a,b,_) (x,y) =

[(a,y) | x < a] ++

[(x,b) | y < b] ++

[(0,y) | x > 0] ++

[(x,0) | y > 0] ++

[(a,y-(a-x)) | x < a, y > a - x] ++

[(x-(b-y),b) | y < b, x > b - y] ++

[(x+y,0) | y > 0, x + y <= a] ++

[(0,x+y) | x > 0, x + y <= b]

-- La definición de jarras se puede simplificar usando listToMaybe

jarras2 :: Problema -> Maybe [Estado]

jarras2 p = listToMaybe (soluciones p)

Mayor número de atracciones visitables

PorJosé A. Alonso 9-mayo-201816-mayo-2018

En el siguiente gráfico se representa en una cuadrícula el plano de Manhattan. Cada línea es una opción a seguir; el número representa las atracciones que se pueden visitar si se elige esa opción.

         3         2         4         0
    * ------- * ------- * ------- * ------- *
    |         |         |         |         |
    |1        |0        |2        |4        |3
    |    3    |    2    |    4    |    2    |
    * ------- * ------- * ------- * ------- *
    |         |         |         |         |
    |4        |6        |5        |2        |1
    |    0    |    7    |    3    |    4    |
    * ------- * ------- * ------- * ------- *
    |         |         |         |         |
    |4        |4        |5        |2        |1
    |    3    |    3    |    0    |    2    |
    * ------- * ------- * ------- * ------- *
    |         |         |         |         |
    |5        |6        |8        |5        |3
    |    1    |    3    |    2    |    2    |
    * ------- * ------- * ------- * ------- *

3 2 4 0

* ------- * ------- * ------- * ------- *

| | | | |

|1 |0 |2 |4 |3

| 3 | 2 | 4 | 2 |

* ------- * ------- * ------- * ------- *

| | | | |

|4 |6 |5 |2 |1

| 0 | 7 | 3 | 4 |

* ------- * ------- * ------- * ------- *

| | | | |

|4 |4 |5 |2 |1

| 3 | 3 | 0 | 2 |

* ------- * ------- * ------- * ------- *

| | | | |

|5 |6 |8 |5 |3

| 1 | 3 | 2 | 2 |

* ------- * ------- * ------- * ------- *

El turista entra por el extremo superior izquierda y sale por el extremo inferior derecha. Sólo puede moverse en las direcciones Sur y Este (es decir, hacia abajo o hacia la derecha).

Representamos el mapa mediante una matriz p tal que p(i,j) = (a,b), donde a = nº de atracciones si se va hacia el sur y b = nº de atracciones si se va al este. Además, ponemos un 0 en el valor del número de atracciones por un camino que no se puede elegir. De esta forma, el mapa anterior se representa por la matriz siguiente:

   ( (1,3)   (0,2)   (2,4)   (4,0)  (3,0) )
   ( (4,3)   (6,2)   (5,4)   (2,2)  (1,0) )
   ( (4,0)   (4,7)   (5,3)   (2,4)  (1,0) )
   ( (5,3)   (6,3)   (8,0)   (5,2)  (3,0) )
   ( (0,1)   (0,3)   (0,2)   (0,2)  (0,0) )

( (1,3) (0,2) (2,4) (4,0) (3,0) )

( (4,3) (6,2) (5,4) (2,2) (1,0) )

( (4,0) (4,7) (5,3) (2,4) (1,0) )

( (5,3) (6,3) (8,0) (5,2) (3,0) )

( (0,1) (0,3) (0,2) (0,2) (0,0) )

En este caso, si se hace el recorrido

   [S, E, S, E, S, S, E, E],

1	[S, E, S, E, S, S, E, E],

el número de atracciones es

    1  3  6  7  5  8  2  2

1	1 3 6 7 5 8 2 2

cuya suma es 34.

Definir la función

   mayorNumeroV:: M.Matrix (Int,Int) -> Int

1	mayorNumeroV:: M.Matrix (Int,Int) -> Int

tal que (mayorNumeroV p) es el máximo número de atracciones que se pueden visitar en el plano representado por la matriz p. Por ejemplo, si se define la matriz anterior por

   ejMapa :: M.Matrix (Int,Int)
   ejMapa = M.fromLists [[(1,3),(0,2),(2,4),(4,0),(3,0)], 
                         [(4,3),(6,2),(5,4),(2,2),(1,0)],
                         [(4,0),(4,7),(5,3),(2,4),(1,0)],
                         [(5,3),(6,3),(8,0),(5,2),(3,0)],
                         [(0,1),(0,3),(0,2),(0,2),(0,0)]]

ejMapa :: M.Matrix (Int,Int)

ejMapa = M.fromLists [[(1,3),(0,2),(2,4),(4,0),(3,0)],

[(4,3),(6,2),(5,4),(2,2),(1,0)],

[(4,0),(4,7),(5,3),(2,4),(1,0)],

[(5,3),(6,3),(8,0),(5,2),(3,0)],

[(0,1),(0,3),(0,2),(0,2),(0,0)]]

entonces

   mayorNumeroV ejMapa                                     ==  34
   mayorNumeroV (fromLists [[(1,3),(0,0)],[(0,3),(0,0)]])  ==  4
   mayorNumeroV (fromLists [[(1,3),(6,0)],[(0,3),(0,0)]])  ==  9

mayorNumeroV ejMapa == 34

mayorNumeroV (fromLists [[(1,3),(0,0)],[(0,3),(0,0)]]) == 4

mayorNumeroV (fromLists [[(1,3),(6,0)],[(0,3),(0,0)]]) == 9

Para los siguientes ejemplos se define un generador de mapas

   genMapa :: Int -> Matrix (Int,Int)
   genMapa n =
     extendTo (0,0) n n (fromList (n-1) (n-1) [(k,k+1) | k <- [1..]])

genMapa :: Int -> Matrix (Int,Int)

genMapa n =

extendTo (0,0) n n (fromList (n-1) (n-1) [(k,k+1) | k <- [1..]])

Entonces,

   mayorNumeroV (genMapa 10)  ==  962
   mayorNumeroV (genMapa 500)  ==  185880992

1 2	mayorNumeroV (genMapa 10) == 962 mayorNumeroV (genMapa 500) == 185880992

Soluciones

import Data.Matrix

ejMapa :: Matrix (Int,Int)
ejMapa = fromLists  [[(1,3),(0,2),(2,4),(4,0),(3,0)], 
                     [(4,3),(6,2),(5,4),(2,2),(1,0)],
                     [(4,0),(4,7),(5,3),(2,4),(1,0)],
                     [(5,3),(6,3),(8,0),(5,2),(3,0)],
                     [(0,1),(0,3),(0,2),(0,2),(0,0)]]

genMapa :: Int -> Matrix (Int,Int)
genMapa n =
  extendTo (0,0) n n (fromList (n-1) (n-1) [(k,k+1) | k <- [1..]])

-- 1ª definición (por recursión)
-- =============================

mayorNumeroV1 :: Matrix (Int,Int) -> Int
mayorNumeroV1 p = aux m n
  where m = nrows p
        n = ncols p
        aux 1 1 = 0
        aux 1 j = sum [snd (p !(1,k)) | k <- [1..j-1]]
        aux i 1 = sum [fst (p !(k,1)) | k <- [1..i-1]]
        aux i j = max ((aux (i-1) j) + fst (p !(i-1,j)))
                      ((aux i (j-1)) + snd (p !(i,j-1)))

-- 2ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

mayorNumeroV2 :: Matrix (Int,Int) -> Int
mayorNumeroV2 p = (matrizNumeroV p) ! (m,n)
  where m = nrows p
        n = ncols p

matrizNumeroV :: Matrix (Int,Int) -> Matrix Int
matrizNumeroV p = q
  where m = nrows p
        n = ncols p
        q = matrix m n f
        f (1,1) = 0
        f (1,j) = snd (p!(1,j-1)) + q!(1,j-1)
        f (i,1) = fst (p!(i-1,1)) + q!(i-1,1)
        f (i,j) = max (fst (p!(i-1,j)) + q!(i-1,j))
                      (snd (p!(i,j-1)) + q!(i,j-1))

-- 3ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

mayorNumeroV3 :: Matrix (Int, Int) -> Int
mayorNumeroV3 mapa = m ! (1,1)
  where m = matrix r c f
        r = nrows mapa
        c = ncols mapa
        f (i,j) | i == r && j == c = 0
                | i == r           = e + m !(r,j+1)
                | j == c           = s + m !(i+1,c)
                | otherwise        = max (e + m !(i, j+1)) (s + m !(i+1, j))
          where (s,e) = mapa ! (i,j)

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> mayorNumeroV1 (genMapa 11)
--    1334
--    (2.07 secs, 352,208,752 bytes)
--    λ> mayorNumeroV2 (genMapa 11)
--    1334
--    (0.01 secs, 319,792 bytes)
--    λ> mayorNumeroV3 (genMapa 11)
--    1334
--    (0.01 secs, 299,936 bytes)
--    
--    λ> mayorNumeroV2 (genMapa 500)
--    185880992
--    (2.26 secs, 374,557,416 bytes)
--    λ> mayorNumeroV3 (genMapa 500)
--    185880992
--    (3.15 secs, 401,098,336 bytes)

import Data.Matrix

ejMapa :: Matrix (Int,Int)

ejMapa = fromLists [[(1,3),(0,2),(2,4),(4,0),(3,0)],

[(4,3),(6,2),(5,4),(2,2),(1,0)],

[(4,0),(4,7),(5,3),(2,4),(1,0)],

[(5,3),(6,3),(8,0),(5,2),(3,0)],

[(0,1),(0,3),(0,2),(0,2),(0,0)]]

genMapa :: Int -> Matrix (Int,Int)

genMapa n =

extendTo (0,0) n n (fromList (n-1) (n-1) [(k,k+1) | k <- [1..]])

-- 1ª definición (por recursión)

-- =============================

mayorNumeroV1 :: Matrix (Int,Int) -> Int

mayorNumeroV1 p = aux m n

where m = nrows p

n = ncols p

aux 1 1 = 0

aux 1 j = sum [snd (p !(1,k)) | k <- [1..j-1]]

aux i 1 = sum [fst (p !(k,1)) | k <- [1..i-1]]

aux i j = max ((aux (i-1) j) + fst (p !(i-1,j)))

((aux i (j-1)) + snd (p !(i,j-1)))

-- 2ª solución (con programación dinámica)

-- =======================================

mayorNumeroV2 :: Matrix (Int,Int) -> Int

mayorNumeroV2 p = (matrizNumeroV p) ! (m,n)

where m = nrows p

n = ncols p

matrizNumeroV :: Matrix (Int,Int) -> Matrix Int

matrizNumeroV p = q

where m = nrows p

n = ncols p

q = matrix m n f

f (1,1) = 0

f (1,j) = snd (p!(1,j-1)) + q!(1,j-1)

f (i,1) = fst (p!(i-1,1)) + q!(i-1,1)

f (i,j) = max (fst (p!(i-1,j)) + q!(i-1,j))

(snd (p!(i,j-1)) + q!(i,j-1))

-- 3ª solución (con programación dinámica)

-- =======================================

mayorNumeroV3 :: Matrix (Int, Int) -> Int

mayorNumeroV3 mapa = m ! (1,1)

where m = matrix r c f

r = nrows mapa

c = ncols mapa

f (i,j) | i == r && j == c = 0

| i == r = e + m !(r,j+1)

| j == c = s + m !(i+1,c)

| otherwise = max (e + m !(i, j+1)) (s + m !(i+1, j))

where (s,e) = mapa ! (i,j)

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> mayorNumeroV1 (genMapa 11)

-- 1334

-- (2.07 secs, 352,208,752 bytes)

-- λ> mayorNumeroV2 (genMapa 11)

-- 1334

-- (0.01 secs, 319,792 bytes)

-- λ> mayorNumeroV3 (genMapa 11)

-- 1334

-- (0.01 secs, 299,936 bytes)

-- λ> mayorNumeroV2 (genMapa 500)

-- 185880992

-- (2.26 secs, 374,557,416 bytes)

-- λ> mayorNumeroV3 (genMapa 500)

-- 185880992

-- (3.15 secs, 401,098,336 bytes)

Números construidos con los dígitos de un conjunto dado

PorJosé A. Alonso 8-mayo-201815-mayo-2018

Definir las siguientes funciones

   numerosCon      :: [Integer] -> [Integer]
   numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

1 2	numerosCon :: [Integer] -> [Integer] numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

tales que

(numerosCon ds) es la lista de los números que se pueden construir con los dígitos de ds (cuyos elementos son distintos elementos del 1 al 9) . Por ejemplo,

     λ> take 22 (numerosCon [1,4,6,9])
     [1,4,6,9,11,14,16,19,41,44,46,49,61,64,66,69,91,94,96,99,111,114]
     λ> take 15 (numerosCon [4,6,9])
     [4,6,9,44,46,49,64,66,69,94,96,99,444,446,449]
     λ> take 15 (numerosCon [6,9])
     [6,9,66,69,96,99,666,669,696,699,966,969,996,999,6666]

λ> take 22 (numerosCon [1,4,6,9])

[1,4,6,9,11,14,16,19,41,44,46,49,61,64,66,69,91,94,96,99,111,114]

λ> take 15 (numerosCon [4,6,9])

[4,6,9,44,46,49,64,66,69,94,96,99,444,446,449]

λ> take 15 (numerosCon [6,9])

[6,9,66,69,96,99,666,669,696,699,966,969,996,999,6666]

(numeroDeDigitos ds k) es el número de dígitos que tiene el k-ésimo elemento (empezando a contar en 0) de la sucesión (numerosCon ds). Por ejemplo,

     numeroDeDigitos [1,4,6,9]   3  ==  1
     numeroDeDigitos [1,4,6,9]   6  ==  2
     numeroDeDigitos [1,4,6,9]  22  ==  3
     numeroDeDigitos [4,6,9]    15  ==  3
     numeroDeDigitos [6,9]      15  ==  4
     numeroDeDigitos [1,4,6,9] (10^(10^5))  ==  166097
     numeroDeDigitos   [4,6,9] (10^(10^5))  ==  209590
     numeroDeDigitos     [6,9] (10^(10^5))  ==  332192

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 3 == 1

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 6 == 2

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 22 == 3

numeroDeDigitos [4,6,9] 15 == 3

numeroDeDigitos [6,9] 15 == 4

numeroDeDigitos [1,4,6,9] (10^(10^5)) == 166097

numeroDeDigitos [4,6,9] (10^(10^5)) == 209590

numeroDeDigitos [6,9] (10^(10^5)) == 332192

Soluciones

import Data.List (genericIndex, genericLength)

-- Definición de numerosCon
-- ========================

numerosCon :: [Integer] -> [Integer]
numerosCon xs = [n | n <- [0..]
                   , n `tieneSusDigitosEn` xs]

-- (tieneSusDigitosEn xs n) se verifica si los dígitos de n están contenidos en
-- xs. Por ejemplo,
--    4149 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9]  ==  True
--    4143 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9]  ==  False
tieneSusDigitosEn :: Integer -> [Integer] -> Bool
tieneSusDigitosEn n xs =
  digitos n `esSubconjunto` xs

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 325  ==  [3,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- (esSubconjunto xs ys) se verifica si xs es subconjunto de ys. Por
-- ejemplo, 
--    esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7,3]  ==  True
--    esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7]  ==  False
esSubconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
esSubconjunto xs ys = all (`elem` ys) xs

-- 1ª definición de numeroDeDigitos
-- ================================

numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int
numeroDeDigitos xs n =
  length (show (numerosCon xs `genericIndex` n))

-- 2ª definición de numeroDeDigitos
-- ================================

-- Observando que si el conjunto de dígitos tiene n elementos, entonces
-- hay n^k números con k dígitos.

numeroDeDigitos2 :: [Integer] -> Integer -> Int
numeroDeDigitos2 xs n =
  1 + length (takeWhile (<= n) (sumasDePotencias (genericLength xs)))

-- (potencia n) son las potencias de n. Por ejemplo,
--    take 5 (potencias 3)  ==  [3,9,27,81,243]
potencias :: Integer -> [Integer]
potencias k = iterate (*k) k 

-- (sumasDePotencias n) es la lista de las sumas acumuladas de las
-- potencias de n. Por ejemplo,
--    take 5 (sumasDePotencias 3)  ==  [3,12,39,120,363]
sumasDePotencias :: Integer -> [Integer]
sumasDePotencias k = scanl1 (+) (potencias k)

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> numeroDeDigitos [1,4,6,9] 2000
--    6
--    (3.98 secs, 1,424,390,064 bytes)
--    λ> numeroDeDigitos2 [1,4,6,9] 2000
--    6
--    (0.01 secs, 127,464 bytes)

import Data.List (genericIndex, genericLength)

-- Definición de numerosCon

-- ========================

numerosCon :: [Integer] -> [Integer]

numerosCon xs = [n | n <- [0..]

, n `tieneSusDigitosEn` xs]

-- (tieneSusDigitosEn xs n) se verifica si los dígitos de n están contenidos en

-- xs. Por ejemplo,

-- 4149 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9] == True

-- 4143 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9] == False

tieneSusDigitosEn :: Integer -> [Integer] -> Bool

tieneSusDigitosEn n xs =

digitos n `esSubconjunto` xs

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- digitos 325 == [3,2,5]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- (esSubconjunto xs ys) se verifica si xs es subconjunto de ys. Por

-- ejemplo,

-- esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7,3] == True

-- esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7] == False

esSubconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool

esSubconjunto xs ys = all (`elem` ys) xs

-- 1ª definición de numeroDeDigitos

-- ================================

numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

numeroDeDigitos xs n =

length (show (numerosCon xs `genericIndex` n))

-- 2ª definición de numeroDeDigitos

-- ================================

-- Observando que si el conjunto de dígitos tiene n elementos, entonces

-- hay n^k números con k dígitos.

numeroDeDigitos2 :: [Integer] -> Integer -> Int

numeroDeDigitos2 xs n =

1 + length (takeWhile (<= n) (sumasDePotencias (genericLength xs)))

-- (potencia n) son las potencias de n. Por ejemplo,

-- take 5 (potencias 3) == [3,9,27,81,243]

potencias :: Integer -> [Integer]

potencias k = iterate (*k) k

-- (sumasDePotencias n) es la lista de las sumas acumuladas de las

-- potencias de n. Por ejemplo,

-- take 5 (sumasDePotencias 3) == [3,12,39,120,363]

sumasDePotencias :: Integer -> [Integer]

sumasDePotencias k = scanl1 (+) (potencias k)

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> numeroDeDigitos [1,4,6,9] 2000

-- 6

-- (3.98 secs, 1,424,390,064 bytes)

-- λ> numeroDeDigitos2 [1,4,6,9] 2000

-- 6

-- (0.01 secs, 127,464 bytes)

Número de triangulaciones de un polígono

PorJosé A. Alonso 7-mayo-201825-abril-2021

Una triangulación de un polígono es una división del área en un conjunto de triángulos, de forma que la unión de todos ellos es igual al polígono original, y cualquier par de triángulos es disjunto o comparte únicamente un vértice o un lado. En el caso de polígonos convexos, la cantidad de triangulaciones posibles depende únicamente del número de vértices del polígono.

Si llamamos T(n) al número de triangulaciones de un polígono de n vértices, se verifica la siguiente relación de recurrencia:

    T(2) = 1
    T(n) = T(2)*T(n-1) + T(3)*T(n-2) + ... + T(n-1)*T(2)

1 2	T(2) = 1 T(n) = T(2)T(n-1) + T(3)T(n-2) + ... + T(n-1)*T(2)

Definir la función

   numeroTriangulaciones :: Integer -> Integer

1	numeroTriangulaciones :: Integer -> Integer

tal que (numeroTriangulaciones n) es el número de triangulaciones de un polígono convexo de n vértices. Por ejemplo,

   numeroTriangulaciones 3  == 1
   numeroTriangulaciones 5  == 5
   numeroTriangulaciones 6  == 14
   numeroTriangulaciones 7  == 42
   numeroTriangulaciones 50 == 131327898242169365477991900
   length (show (numeroTriangulaciones   800)) ==  476
   length (show (numeroTriangulaciones  1000)) ==  597
   length (show (numeroTriangulaciones 10000)) == 6014

numeroTriangulaciones 3 == 1

numeroTriangulaciones 5 == 5

numeroTriangulaciones 6 == 14

numeroTriangulaciones 7 == 42

numeroTriangulaciones 50 == 131327898242169365477991900

length (show (numeroTriangulaciones 800)) == 476

length (show (numeroTriangulaciones 1000)) == 597

length (show (numeroTriangulaciones 10000)) == 6014

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), array)
import Data.List  (genericIndex)
import qualified Data.Vector as V

-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================

numeroTriangulaciones :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones 2 = 1
numeroTriangulaciones n = sum (zipWith (*) ts (reverse ts))
  where ts = [numeroTriangulaciones k | k <- [2..n-1]]

-- 2ª solución
-- ===========

--    λ> map numeroTriangulaciones2 [2..15]
--    [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900]
numeroTriangulaciones2 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones2 n = 
  head (sucNumeroTriangulacionesInversas `genericIndex` (n-2))

--    λ> mapM_ print (take 10 sucNumeroTriangulacionesInversas)
--    [1]
--    [1,1]
--    [2,1,1]
--    [5,2,1,1]
--    [14,5,2,1,1]
--    [42,14,5,2,1,1]
--    [132,42,14,5,2,1,1]
--    [429,132,42,14,5,2,1,1]
--    [1430,429,132,42,14,5,2,1,1]
--    [4862,1430,429,132,42,14,5,2,1,1]
sucNumeroTriangulacionesInversas :: [[Integer]]        
sucNumeroTriangulacionesInversas = iterate f [1]
  where f ts = sum (zipWith (*) ts (reverse ts)) : ts

-- 3ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

numeroTriangulaciones3 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones3 n = vectorTriang n ! n

--    λ> vectorTriang 9
--    array (2,9) [(2,1),(3,1),(4,2),(5,5),(6,14),(7,42),(8,132),(9,429)]
vectorTriang :: Integer -> Array Integer Integer
vectorTriang n = v
  where v = array (2,n) [(i, f i) | i <-[2..n]]
        f 2 = 1
        f i = sum [v!j*v!(i-j+1) | j <-[2..i-1]]

-- 4ª solución (con los números de Catalan)
-- ========================================

-- Al calcular por primeros números de triangulaciones se obtiene
--    λ> map numeroTriangulaciones [2..12]
--    [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796]
-- Se observa que se corresponden con los números de Catalan
-- http://bit.ly/2FOc1S1
-- 
-- El n-ésimo número de Catalan es
--    (2n)! / (n! * (n+1)!)
-- El número de triangulaciones de un polígono de n lados es el
-- (n-2)-ésimo número de Catalan.

numeroTriangulaciones4 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones4 n = numeroCatalan (n-2) 

numeroCatalan :: Integer -> Integer
numeroCatalan n =
  factorial (2*n) `div` (factorial (n+1) * factorial n)

factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 5ª solución
-- ===========

numeroTriangulaciones5 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones5 n = v V.! (m-2)
   where v = V.constructN m
           (\w -> if   V.null w then 1
                  else V.sum (V.zipWith (*) w (V.reverse w)))
         m = fromIntegral n


-- 6ª solución
-- ===========

numeroTriangulaciones6 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones6 n = nCr (2*n-4, n-2) `div` (n-1)
  where nCr (n,m)   = factorial n `div` (factorial (n-m) * factorial m)
        factorial n = product [1..n]

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> numeroTriangulaciones 22
--    6564120420
--    (3.97 secs, 668,070,936 bytes)
--    λ> numeroTriangulaciones2 22
--    6564120420
--    (0.01 secs, 180,064 bytes)
--    λ> numeroTriangulaciones3 22
--    6564120420
--    (0.01 secs, 285,792 bytes)
--    
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones2 800))
--    476
--    (0.59 secs, 125,026,824 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones3 800))
--    476
--    (1.95 secs, 334,652,936 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones4 800))
--    476
--    (0.01 secs, 2,960,088 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones5 800))
--    476
--    (0.65 secs, 200,415,640 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones6 800))
--    476
--    (0.01 secs, 2,960,224 bytes)
--    
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones4 (10^4)))
--    6014
--    (1.80 secs, 542,364,320 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones6 (10^4)))
--    6014
--    (1.87 secs, 542,351,136 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

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115

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119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

import Data.Array (Array, (!), array)

import Data.List (genericIndex)

import qualified Data.Vector as V

-- 1ª solución (por recursión)

-- ===========================

numeroTriangulaciones :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones 2 = 1

numeroTriangulaciones n = sum (zipWith (*) ts (reverse ts))

where ts = [numeroTriangulaciones k | k <- [2..n-1]]

-- 2ª solución

-- ===========

-- λ> map numeroTriangulaciones2 [2..15]

-- [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900]

numeroTriangulaciones2 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones2 n =

head (sucNumeroTriangulacionesInversas `genericIndex` (n-2))

-- λ> mapM_ print (take 10 sucNumeroTriangulacionesInversas)

-- [1]

-- [1,1]

-- [2,1,1]

-- [5,2,1,1]

-- [14,5,2,1,1]

-- [42,14,5,2,1,1]

-- [132,42,14,5,2,1,1]

-- [429,132,42,14,5,2,1,1]

-- [1430,429,132,42,14,5,2,1,1]

-- [4862,1430,429,132,42,14,5,2,1,1]

sucNumeroTriangulacionesInversas :: [[Integer]]

sucNumeroTriangulacionesInversas = iterate f [1]

where f ts = sum (zipWith (*) ts (reverse ts)) : ts

-- 3ª solución (con programación dinámica)

-- =======================================

numeroTriangulaciones3 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones3 n = vectorTriang n ! n

-- λ> vectorTriang 9

-- array (2,9) [(2,1),(3,1),(4,2),(5,5),(6,14),(7,42),(8,132),(9,429)]

vectorTriang :: Integer -> Array Integer Integer

vectorTriang n = v

where v = array (2,n) [(i, f i) | i <-[2..n]]

f 2 = 1

f i = sum [v!j*v!(i-j+1) | j <-[2..i-1]]

-- 4ª solución (con los números de Catalan)

-- ========================================

-- Al calcular por primeros números de triangulaciones se obtiene

-- λ> map numeroTriangulaciones [2..12]

-- [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796]

-- Se observa que se corresponden con los números de Catalan

-- http://bit.ly/2FOc1S1

-- El n-ésimo número de Catalan es

-- (2n)! / (n! * (n+1)!)

-- El número de triangulaciones de un polígono de n lados es el

-- (n-2)-ésimo número de Catalan.

numeroTriangulaciones4 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones4 n = numeroCatalan (n-2)

numeroCatalan :: Integer -> Integer

numeroCatalan n =

factorial (2*n) `div` (factorial (n+1) * factorial n)

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 5ª solución

-- ===========

numeroTriangulaciones5 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones5 n = v V.! (m-2)

where v = V.constructN m

(\w -> if V.null w then 1

else V.sum (V.zipWith (*) w (V.reverse w)))

m = fromIntegral n

-- 6ª solución

-- ===========

numeroTriangulaciones6 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones6 n = nCr (2*n-4, n-2) `div` (n-1)

where nCr (n,m) = factorial n `div` (factorial (n-m) * factorial m)

factorial n = product [1..n]

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> numeroTriangulaciones 22

-- 6564120420

-- (3.97 secs, 668,070,936 bytes)

-- λ> numeroTriangulaciones2 22

-- 6564120420

-- (0.01 secs, 180,064 bytes)

-- λ> numeroTriangulaciones3 22

-- 6564120420

-- (0.01 secs, 285,792 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones2 800))

-- 476

-- (0.59 secs, 125,026,824 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones3 800))

-- 476

-- (1.95 secs, 334,652,936 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones4 800))

-- 476

-- (0.01 secs, 2,960,088 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones5 800))

-- 476

-- (0.65 secs, 200,415,640 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones6 800))

-- 476

-- (0.01 secs, 2,960,224 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones4 (10^4)))

-- 6014

-- (1.80 secs, 542,364,320 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones6 (10^4)))

-- 6014

-- (1.87 secs, 542,351,136 bytes)

Sucesiones suaves

PorJosé A. Alonso 4-mayo-201811-mayo-2018

Una sucesión es suave si valor absoluto de la diferencia de sus términos consecutivos es 1.

Definir la función

   suaves :: Int -> [[Int]]

1	suaves :: Int -> [[Int]]

tal que (suaves n) es la lista de las sucesiones suaves de longitud n cuyo último término es 0. Por ejemplo,

   suaves 2  ==  [[1,0],[-1,0]]
   suaves 3  ==  [[2,1,0],[0,1,0],[0,-1,0],[-2,-1,0]]

1 2	suaves 2 == [[1,0],[-1,0]] suaves 3 == [[2,1,0],[0,1,0],[0,-1,0],[-2,-1,0]]

Soluciones

suaves :: Int -> [[Int]]
suaves 0 = []
suaves 1 = [[0]]
suaves n = concat [[x+1:x:xs,x-1:x:xs] | (x:xs) <- suaves (n-1)]

suaves :: Int -> [[Int]]

suaves 0 = []

suaves 1 = [[0]]

suaves n = concat [[x+1:x:xs,x-1:x:xs] | (x:xs) <- suaves (n-1)]

Máximos de expresiones aritméticas

PorJosé A. Alonso 3-mayo-201810-mayo-2018

Las expresiones aritméticas se pueden definir usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = N Int 
             | X 
             | S Expr Expr 
             | R Expr Expr 
             | P Expr Expr 
             | E Expr Int
             deriving (Eq, Show)

data Expr = N Int

| X

| S Expr Expr

| R Expr Expr

| P Expr Expr

| E Expr Int

deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, la expresión

   3*x - (x+2)^7

1	3*x - (x+2)^7

se puede definir por

   R (P (N 3) X) (E (S X (N 2)) 7)

1	R (P (N 3) X) (E (S X (N 2)) 7)

Definir la función

   maximo :: Expr -> [Int] -> (Int,[Int])

1	maximo :: Expr -> [Int] -> (Int,[Int])

tal que (maximo e xs) es el par formado por el máximo valor de la expresión e para los puntos de xs y en qué puntos alcanza el máximo. Por ejemplo,

   λ> maximo (E (S (N 10) (P (R (N 1) X) X)) 2) [-3..3]
   (100,[0,1])

1 2	λ> maximo (E (S (N 10) (P (R (N 1) X) X)) 2) [-3..3] (100,[0,1])

Soluciones

data Expr = N Int 
          | X 
          | S Expr Expr 
          | R Expr Expr 
          | P Expr Expr 
          | E Expr Int
          deriving (Eq, Show)

maximo :: Expr -> [Int] -> (Int,[Int])
maximo e ns = (m,[n | n <- ns, valor e n == m])  
    where m = maximum [valor e n | n <- ns]

valor :: Expr -> Int -> Int
valor (N x) _ = x
valor X     n = n
valor (S e1 e2) n = (valor e1 n) + (valor e2 n)
valor (R e1 e2) n = (valor e1 n) - (valor e2 n)
valor (P e1 e2) n = (valor e1 n) * (valor e2 n)
valor (E e  m ) n = (valor e  n)^m

data Expr = N Int

| X

| S Expr Expr

| R Expr Expr

| P Expr Expr

| E Expr Int

deriving (Eq, Show)

maximo :: Expr -> [Int] -> (Int,[Int])

maximo e ns = (m,[n | n <- ns, valor e n == m])

where m = maximum [valor e n | n <- ns]

valor :: Expr -> Int -> Int

valor (N x) _ = x

valor X n = n

valor (S e1 e2) n = (valor e1 n) + (valor e2 n)

valor (R e1 e2) n = (valor e1 n) - (valor e2 n)

valor (P e1 e2) n = (valor e1 n) * (valor e2 n)

valor (E e m ) n = (valor e n)^m

Clausura respecto de una operación binaria

PorJosé A. Alonso 2-mayo-20189-mayo-2018

Se dice que una operador @ es interno en un conjunto A si al @ sobre elementos de A se obtiene como resultado otro elemento de A. Por ejemplo, la suma es un operador interno en el conjunto de los números naturales pares.

La clausura de un conjunto A con respecto a un operador @ es el menor conjunto B tal que A está contenido en B y el operador @ es interno en el conjunto B. Por ejemplo, la clausura del conjunto {2} con respecto a la suma es el conjunto de los números pares positivos:

   {2, 4, 6, 8, ...} = {2*k | k <- [1..]}

1	{2, 4, 6, 8, ...} = {2*k \| k <- [1..]}

Definir la función

   clausuraOperador :: (Int -> Int -> Int) -> Set Int -> Set Int

1	clausuraOperador :: (Int -> Int -> Int) -> Set Int -> Set Int

tal que (clausuraOperador op xs) es la clausura del conjunto xs con respecto a la operación op. Por ejemplo,

   clausuraOperador gcd (fromList [6,9,10])     ==
      fromList [1,2,3,6,9,10]
   clausuraOperador gcd (fromList [42,70,105])  ==
      fromList [7,14,21,35,42,70,105]
   clausuraOperador lcm (fromList [6,9,10])     ==
      fromList [6,9,10,18,30,90]
   clausuraOperador lcm (fromList [2,3,5,7])    ==
      fromList [2,3,5,6,7,10,14,15,21,30,35,42,70,105,210]

clausuraOperador gcd (fromList [6,9,10]) ==

fromList [1,2,3,6,9,10]

clausuraOperador gcd (fromList [42,70,105]) ==

fromList [7,14,21,35,42,70,105]

clausuraOperador lcm (fromList [6,9,10]) ==

fromList [6,9,10,18,30,90]

clausuraOperador lcm (fromList [2,3,5,7]) ==

fromList [2,3,5,6,7,10,14,15,21,30,35,42,70,105,210]

Soluciones

import Prelude hiding (map)
import Data.Set ( Set
                , elems
                , fromList
                , map
                , notMember
                , union
                , unions
                ) 

-- 1ª definición 
clausuraOperador :: (Int -> Int -> Int) -> Set Int -> Set Int
clausuraOperador op =
  until (\ xs -> null [(x,y) | x <- elems xs,
                               y <- elems xs,
                               notMember (op x y) xs])
        (\ xs -> union xs (fromList [op x y | x <- elems xs,
                                              y <- elems xs]))

-- 2ª definición 
clausuraOperador2 :: (Int -> Int -> Int) -> Set Int -> Set Int
clausuraOperador2 op = until ((==) <*> g) g
  where g ys = unions [map (`op` y) ys | y <- elems ys]

import Prelude hiding (map)

import Data.Set ( Set

, elems

, fromList

, map

, notMember

, union

, unions

)

-- 1ª definición

clausuraOperador :: (Int -> Int -> Int) -> Set Int -> Set Int

clausuraOperador op =

until (\ xs -> null [(x,y) | x <- elems xs,

y <- elems xs,

notMember (op x y) xs])

(\ xs -> union xs (fromList [op x y | x <- elems xs,

y <- elems xs]))

-- 2ª definición

clausuraOperador2 :: (Int -> Int -> Int) -> Set Int -> Set Int

clausuraOperador2 op = until ((==) <*> g) g

where g ys = unions [map (`op` y) ys | y <- elems ys]

Polinomio digital

PorJosé A. Alonso 1-mayo-20188-mayo-2018

Definir la función

   polinomioDigital :: Int -> Polinomio Int

1	polinomioDigital :: Int -> Polinomio Int

tal que (polinomioDigital n) es el polinomio cuyos coeficientes son los dígitos de n. Por ejemplo,

   λ> polinomioDigital 5703 
   5*x^3 + 7*x^2 + 3

1 2	λ> polinomioDigital 5703 5x^3 + 7x^2 + 3

Nota: Este ejercicio debe realizarse usando únicamente las funciones de la librería I1M.Pol que se encuentra aquí y se describe aquí.

Soluciones

import I1M.Pol

polinomioDigital :: Int -> Polinomio Int
polinomioDigital = creaPolDensa . digitos

-- (digitos n) es la lista de las dígitos de n. Por ejemplo,        
--    dígitos 142857  ==  [1,4,2,8,5,7]
digitos :: Int -> [Int]
digitos n = [read [x]| x <- show n]

-- (creaPolDensa xs) es el polinomio cuya representación densa es
-- xs. Por ejemplo, 
--    creaPolDensa [7,0,0,4,0,3]  ==  7*x^5 + 4*x^2 + 3
creaPolDensa :: (Num a, Eq a) => [a] -> Polinomio a
creaPolDensa []     = polCero
creaPolDensa (x:xs) = consPol (length xs) x (creaPolDensa xs)

import I1M.Pol

polinomioDigital :: Int -> Polinomio Int

polinomioDigital = creaPolDensa . digitos

-- (digitos n) es la lista de las dígitos de n. Por ejemplo,

-- dígitos 142857 == [1,4,2,8,5,7]

digitos :: Int -> [Int]

digitos n = [read [x]| x <- show n]

-- (creaPolDensa xs) es el polinomio cuya representación densa es

-- xs. Por ejemplo,

-- creaPolDensa [7,0,0,4,0,3] == 7*x^5 + 4*x^2 + 3

creaPolDensa :: (Num a, Eq a) => [a] -> Polinomio a

creaPolDensa [] = polCero

creaPolDensa (x:xs) = consPol (length xs) x (creaPolDensa xs)

Las sucesiones de Loomis

PorJosé A. Alonso 30-abril-201825-abril-2021

La sucesión de Loomis generada por un número entero positivo x es la sucesión cuyos términos se definen por

f(0) es x
f(n) es la suma de f(n-1) y el producto de los dígitos no nulos de f(n-1)

Los primeros términos de las primeras sucesiones de Loomis son

Generada por 1: 1, 2, 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, …
Generada por 2: 2, 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, …
Generada por 3: 3, 6, 12, 14, 18, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, …
Generada por 4: 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, 138, …
Generada por 5: 5, 10, 11, 12, 14, 18, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, …

Se observa que a partir de un término todas coinciden con la generada por 1. Dicho término se llama el punto de convergencia. Por ejemplo,

la generada por 2 converge a 2
la generada por 3 converge a 26
la generada por 4 converge a 4
la generada por 5 converge a 26

Definir las siguientes funciones

   sucLoomis           :: Integer -> [Integer]
   convergencia        :: Integer -> Integer
   graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

sucLoomis :: Integer -> [Integer]

convergencia :: Integer -> Integer

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

tales que

(sucLoomis x) es la sucesión de Loomis generada por x. Por ejemplo,

     λ> take 15 (sucLoomis 1)
     [1,2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122]
     λ> take 15 (sucLoomis 2)
     [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]
     λ> take 15 (sucLoomis 3)
     [3,6,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]
     λ> take 15 (sucLoomis 4)
     [4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138]
     λ> take 15 (sucLoomis 5)
     [5,10,11,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122]
     λ> take 15 (sucLoomis 20)
     [20,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138,162,174]
     λ> take 15 (sucLoomis 100)
     [100,101,102,104,108,116,122,126,138,162,174,202,206,218,234]
     λ> sucLoomis 1 !! (2*10^5)
     235180736652

λ> take 15 (sucLoomis 1)

[1,2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122]

λ> take 15 (sucLoomis 2)

[2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]

λ> take 15 (sucLoomis 3)

[3,6,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]

λ> take 15 (sucLoomis 4)

[4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138]

λ> take 15 (sucLoomis 5)

[5,10,11,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122]

λ> take 15 (sucLoomis 20)

[20,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138,162,174]

λ> take 15 (sucLoomis 100)

[100,101,102,104,108,116,122,126,138,162,174,202,206,218,234]

λ> sucLoomis 1 !! (2*10^5)

235180736652

(convergencia x) es el término de convergencia de la sucesioń de Loomis generada por x xon la geerada por 1. Por ejemplo,

     convergencia  2      ==  2
     convergencia  3      ==  26
     convergencia  4      ==  4
     convergencia 17      ==  38
     convergencia 19      ==  102
     convergencia 43      ==  162
     convergencia 27      ==  202
     convergencia 58      ==  474
     convergencia 63      ==  150056
     convergencia 81      ==  150056
     convergencia 89      ==  150056
     convergencia (10^12) ==  1000101125092

convergencia 2 == 2

convergencia 3 == 26

convergencia 4 == 4

convergencia 17 == 38

convergencia 19 == 102

convergencia 43 == 162

convergencia 27 == 202

convergencia 58 == 474

convergencia 63 == 150056

convergencia 81 == 150056

convergencia 89 == 150056

convergencia (10^12) == 1000101125092

(graficaConvergencia xs) dibuja la gráfica de los términos de convergencia de las sucesiones de Loomis generadas por los elementos de xs. Por ejemplo, (graficaConvergencia ([1..50]) dibuja

y graficaConvergencia ([1..148] \ [63,81,89,137]) dibuja

Soluciones

import Data.List               ((\\))
import Data.Char               (digitToInt)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, Title, XRange, PNG))

-- 1ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis :: Integer -> [Integer]
sucLoomis x = map (loomis x) [0..]

loomis :: Integer -> Integer -> Integer
loomis x 0 = x
loomis x n = y + productoDigitosNoNulos y
  where y = loomis x (n-1)

productoDigitosNoNulos :: Integer -> Integer
productoDigitosNoNulos = product . digitosNoNulos

digitosNoNulos :: Integer -> [Integer]
digitosNoNulos x =
  [read [c] | c <- show x, c /= '0']

-- 2ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis2 :: Integer -> [Integer]
sucLoomis2 = iterate siguienteLoomis 

siguienteLoomis :: Integer -> Integer
siguienteLoomis y = y + productoDigitosNoNulos y

-- 3ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis3 :: Integer -> [Integer]
sucLoomis3 =
  iterate ((+) <*> product .
           map (toInteger . digitToInt) .
           filter (/= '0') . show)


-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> sucLoomis 1 !! 30000
--    6571272766
--    (2.45 secs, 987,955,944 bytes)
--    λ> sucLoomis2 1 !! 30000
--    6571272766
--    (2.26 secs, 979,543,328 bytes)
--    λ> sucLoomis3 1 !! 30000
--    6571272766
--    (0.31 secs, 88,323,832 bytes)

-- 1ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia1 :: Integer -> Integer
convergencia1 x =
  head (dropWhile noEnSucLoomisDe1 (sucLoomis x))

noEnSucLoomisDe1 :: Integer -> Bool
noEnSucLoomisDe1 x = not (pertenece x sucLoomisDe1)

sucLoomisDe1 :: [Integer]
sucLoomisDe1 = sucLoomis 1

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool
pertenece x ys =
  x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia2 :: Integer -> Integer
convergencia2 = aux (sucLoomis3 1) . sucLoomis3
 where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) | x == y    = x
                               | x < y     = aux xs bs
                               | otherwise = aux as ys

-- 3ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia3 :: Integer -> Integer
convergencia3 = head . interseccion (sucLoomis3 1) . sucLoomis3
 
-- (interseccion xs ys) es la intersección entre las listas ordenadas xs
-- e ys. Por ejemplo,
--    λ> take 10 (interseccion (sucLoomis3 1) (sucLoomis3 2))
--    [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102]
interseccion :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
interseccion = aux
  where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) = case compare x y of
                                    LT ->     aux xs bs
                                    EQ -> x : aux xs ys
                                    GT ->     aux as ys
        aux _         _         = []                           

-- 4ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia4 :: Integer -> Integer
convergencia4 x = perteneceA (sucLoomis3 x) 1
  where perteneceA (y:ys) n | y == c    = y
                            | otherwise = perteneceA ys c
          where c = head $ dropWhile (< y) $ sucLoomis3 n

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> convergencia1 (10^4)
--    150056
--    (2.94 secs, 1,260,809,808 bytes)
--    λ> convergencia2 (10^4)
--    150056
--    (0.03 secs, 700,240 bytes)
--    λ> convergencia3 (10^4)
--    150056
--    (0.03 secs, 1,165,496 bytes)
--    λ> convergencia4 (10^4)
--    150056
--    (0.02 secs, 1,119,648 bytes)
--    
--    λ> convergencia2 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.81 secs, 714,901,080 bytes)
--    λ> convergencia3 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.92 secs, 744,932,184 bytes)
--    λ> convergencia4 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.82 secs, 941,053,328 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia
-- ==================================

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()
graficaConvergencia xs =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Convergencia de sucesiones de Loomis"
           , XRange (fromIntegral (minimum xs),fromIntegral (maximum xs))
           , PNG "Las_sucesiones_de_Loomis_2.png"
           ]
           [(x,convergencia2 x) | x <- xs]

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

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113

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115

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118

119

120

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122

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124

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126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

import Data.List ((\\))

import Data.Char (digitToInt)

import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, Title, XRange, PNG))

-- 1ª definición de sucLoomis

-- ==========================

sucLoomis :: Integer -> [Integer]

sucLoomis x = map (loomis x) [0..]

loomis :: Integer -> Integer -> Integer

loomis x 0 = x

loomis x n = y + productoDigitosNoNulos y

where y = loomis x (n-1)

productoDigitosNoNulos :: Integer -> Integer

productoDigitosNoNulos = product . digitosNoNulos

digitosNoNulos :: Integer -> [Integer]

digitosNoNulos x =

[read [c] | c <- show x, c /= '0']

-- 2ª definición de sucLoomis

-- ==========================

sucLoomis2 :: Integer -> [Integer]

sucLoomis2 = iterate siguienteLoomis

siguienteLoomis :: Integer -> Integer

siguienteLoomis y = y + productoDigitosNoNulos y

-- 3ª definición de sucLoomis

-- ==========================

sucLoomis3 :: Integer -> [Integer]

sucLoomis3 =

iterate ((+) <*> product .

map (toInteger . digitToInt) .

filter (/= '0') . show)

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> sucLoomis 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (2.45 secs, 987,955,944 bytes)

-- λ> sucLoomis2 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (2.26 secs, 979,543,328 bytes)

-- λ> sucLoomis3 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (0.31 secs, 88,323,832 bytes)

-- 1ª definición de convergencia

-- =============================

convergencia1 :: Integer -> Integer

convergencia1 x =

head (dropWhile noEnSucLoomisDe1 (sucLoomis x))

noEnSucLoomisDe1 :: Integer -> Bool

noEnSucLoomisDe1 x = not (pertenece x sucLoomisDe1)

sucLoomisDe1 :: [Integer]

sucLoomisDe1 = sucLoomis 1

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool

pertenece x ys =

x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición de convergencia

-- =============================

convergencia2 :: Integer -> Integer

convergencia2 = aux (sucLoomis3 1) . sucLoomis3

where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) | x == y = x

| x < y = aux xs bs

| otherwise = aux as ys

-- 3ª definición de convergencia

-- =============================

convergencia3 :: Integer -> Integer

convergencia3 = head . interseccion (sucLoomis3 1) . sucLoomis3

-- (interseccion xs ys) es la intersección entre las listas ordenadas xs

-- e ys. Por ejemplo,

-- λ> take 10 (interseccion (sucLoomis3 1) (sucLoomis3 2))

-- [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102]

interseccion :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]

interseccion = aux

where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) = case compare x y of

LT -> aux xs bs

EQ -> x : aux xs ys

GT -> aux as ys

aux _ _ = []

-- 4ª definición de convergencia

-- =============================

convergencia4 :: Integer -> Integer

convergencia4 x = perteneceA (sucLoomis3 x) 1

where perteneceA (y:ys) n | y == c = y

| otherwise = perteneceA ys c

where c = head $ dropWhile (< y) $ sucLoomis3 n

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> convergencia1 (10^4)

-- 150056

-- (2.94 secs, 1,260,809,808 bytes)

-- λ> convergencia2 (10^4)

-- 150056

-- (0.03 secs, 700,240 bytes)

-- λ> convergencia3 (10^4)

-- 150056

-- (0.03 secs, 1,165,496 bytes)

-- λ> convergencia4 (10^4)

-- 150056

-- (0.02 secs, 1,119,648 bytes)

-- λ> convergencia2 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.81 secs, 714,901,080 bytes)

-- λ> convergencia3 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.92 secs, 744,932,184 bytes)

-- λ> convergencia4 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.82 secs, 941,053,328 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia

-- ==================================

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

graficaConvergencia xs =

plotList [ Key Nothing

, Title "Convergencia de sucesiones de Loomis"

, XRange (fromIntegral (minimum xs),fromIntegral (maximum xs))

, PNG "Las_sucesiones_de_Loomis_2.png"

]

[(x,convergencia2 x) | x <- xs]

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 27-abril-201825-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

[1,1,1,1,1,1,1]

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

Diccionario inverso

PorJosé A. Alonso 26-abril-20187-mayo-2018

El inverso de un diccionario d es el diccionario que a cada valor x le asigna la lista de claves cuyo valor en d es x. Por ejemplo, el inverso de

   [("a",3),("b",2),("c",3),("d",2),("e",1)])

1	[("a",3),("b",2),("c",3),("d",2),("e",1)])

   [(1,["e"]),(2,["d","b"]),(3,["c","a"])]

1	[(1,["e"]),(2,["d","b"]),(3,["c","a"])]

Definir la función

   inverso :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]

1	inverso :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]

tal que (inverso d) es el inverso del diccionario d. Por ejemplo,

   λ> inverso (fromList [("a",3),("b",2),("c",3),("d",2),("e",1)])
   fromList [(1,["e"]),(2,["d","b"]),(3,["c","a"])]
   λ> inverso (fromList [(x,x^2) | x <- [-3,-2..3]])
   fromList [(0,[0]),(1,[1,-1]),(4,[2,-2]),(9,[3,-3])]

λ> inverso (fromList [("a",3),("b",2),("c",3),("d",2),("e",1)])

fromList [(1,["e"]),(2,["d","b"]),(3,["c","a"])]

λ> inverso (fromList [(x,x^2) | x <- [-3,-2..3]])

fromList [(0,[0]),(1,[1,-1]),(4,[2,-2]),(9,[3,-3])]

Soluciones

import Data.Map ( Map
                , assocs
                , deleteFindMin
                , empty
                , fromList
                , fromListWith
                , insertWith
                )
import qualified Data.Map as M 


-- 1ª definición
inverso :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]
inverso d = fromListWith (++) [(y,[x]) | (x,y) <- assocs d]

-- 2ª definición
inverso2 :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]
inverso2 d
  | M.null d  = empty
  | otherwise = insertWith (++) y [x] (inverso2 e)
  where ((x,y),e) = deleteFindMin d

import Data.Map ( Map

, assocs

, deleteFindMin

, empty

, fromList

, fromListWith

, insertWith

)

import qualified Data.Map as M

-- 1ª definición

inverso :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]

inverso d = fromListWith (++) [(y,[x]) | (x,y) <- assocs d]

-- 2ª definición

inverso2 :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]

inverso2 d

| M.null d = empty

| otherwise = insertWith (++) y [x] (inverso2 e)

where ((x,y),e) = deleteFindMin d

Subconjuntos con suma dada

PorJosé A. Alonso 25-abril-20182-mayo-2018

Sea S un conjunto finito de números enteros positivos y n un número natural. El problema consiste en calcular los subconjuntos de S cuya suma es n.

Definir la función

   subconjuntosSuma:: [Int] -> Int -> [[Int]] tal que

1	subconjuntosSuma:: [Int] -> Int -> [[Int]] tal que

tal que (subconjuntosSuma xs n) es la lista de los subconjuntos de xs cuya suma es n. Por ejemplo,

   λ> subconjuntosSuma [3,34,4,12,5,2] 9
   [[4,5],[3,4,2]]
   λ> subconjuntosSuma [3,34,4,12,5,2] 13
   []
   λ> length (subconjuntosSuma [1..100] (sum [1..100]))
   1

λ> subconjuntosSuma [3,34,4,12,5,2] 9

[[4,5],[3,4,2]]

λ> subconjuntosSuma [3,34,4,12,5,2] 13

[]

λ> length (subconjuntosSuma [1..100] (sum [1..100]))

Soluciones

import Data.Array
import qualified Data.Matrix as M
import Data.Maybe
import Data.List
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición (Calculando todos los subconjuntos)
-- =================================================

subconjuntosSuma1 :: [Int] -> Int -> [[Int]]
subconjuntosSuma1 xs n =
  [ys | ys <- subsequences xs, sum ys == n]

-- 2ª definición (por recursión)
-- =============================

subconjuntosSuma2 :: [Int] -> Int -> [[Int]]
subconjuntosSuma2 _  0 = [[]]
subconjuntosSuma2 [] _ = []
subconjuntosSuma2 (x:xs) n
  | n < x     = subconjuntosSuma2 xs n
  | otherwise = subconjuntosSuma2 xs n ++
                [x:ys | ys <- subconjuntosSuma2 xs (n-x)]

-- 3ª definición (por programación dinámica)
-- =========================================

subconjuntosSuma3 :: [Int] -> Int -> [[Int]]
subconjuntosSuma3 xs n =
  map reverse (matrizSubconjuntosSuma3 xs n ! (length xs,n))

-- (matrizSubconjuntosSuma3 xs m) es la matriz q tal que q(i,j) es la
-- lista de los subconjuntos de (take i xs) que suman j. Por ejemplo,
--    λ> elems (matrizSubconjuntosSuma3 [1,3,5] 9)
--    [[[]],[],   [],[],   [],     [],   [],     [],[],    [],
--     [[]],[[1]],[],[],   [],     [],   [],     [],[],    [],
--     [[]],[[1]],[],[[3]],[[3,1]],[],   [],     [],[],    [],
--     [[]],[[1]],[],[[3]],[[3,1]],[[5]],[[5,1]],[],[[5,3]],[[5,3,1]]]
-- Con las cabeceras,
--            0    1     2  3     4       5     6       7  8       9 
--    []     [[[]],[],   [],[],   [],     [],   [],     [],[],    [],
--    [1]     [[]],[[1]],[],[],   [],     [],   [],     [],[],    [],
--    [1,3]   [[]],[[1]],[],[[3]],[[3,1]],[],   [],     [],[],    [],
--    [1,3,5] [[]],[[1]],[],[[3]],[[3,1]],[[5]],[[5,1]],[],[[5,3]],[[5,3,1]]]
matrizSubconjuntosSuma3 :: [Int] -> Int -> Array (Int,Int) [[Int]]
matrizSubconjuntosSuma3 xs n = q
  where m = length xs
        v = listArray (1,m) xs
        q = array ((0,0),(m,n)) [((i,j), f i j) | i <- [0..m],
                                                  j <- [0..n]]
        f _ 0 = [[]]
        f 0 _ = []
        f i j | j < v ! i = q ! (i-1,j)
              | otherwise = q ! (i-1,j) ++
                            [v!i:ys | ys <- q ! (i-1,j-v!i)]

-- 4ª definición (ordenando y por recursión)
-- =========================================

subconjuntosSuma4 :: [Int] -> Int -> [[Int]]
subconjuntosSuma4 xs = aux (sort xs)
  where aux _  0 = [[]]
        aux [] _ = []
        aux (y:ys) n
          | y > n     = []
          | otherwise = aux ys n ++ [y:zs | zs <- aux ys (n-y)]

-- 5ª definición (ordenando y dinámica)
-- ====================================

subconjuntosSuma5 :: [Int] -> Int -> [[Int]]
subconjuntosSuma5 xs n =
  matrizSubconjuntosSuma5 (reverse (sort xs)) n ! (length xs,n)

matrizSubconjuntosSuma5 :: [Int] -> Int -> Array (Int,Int) [[Int]]
matrizSubconjuntosSuma5 xs n = q
  where m = length xs
        v = listArray (1,m) xs
        q = array ((0,0),(m,n)) [((i,j), f i j) | i <- [0..m],
                                                  j <- [0..n]]
        f _ 0 = [[]]
        f 0 _ = []
        f i j | v ! i > j = []
              | otherwise = q ! (i-1,j) ++
                            [v!i:ys | ys <- q ! (i-1,j-v!i)]

-- Equivalencia
-- ============

prop_subconjuntosSuma :: [Int] -> Int -> Bool
prop_subconjuntosSuma xs n =
  all (`igual` subconjuntosSuma2 ys m) [ subconjuntosSuma3 ys m
                                       , subconjuntosSuma4 ys m
                                       , subconjuntosSuma5 ys m ]
  where ys = map (\y -> 1 + abs y) xs 
        m  = abs n
        ordenado = sort . map sort
        igual xss yss = ordenado xss == ordenado yss

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_subconjuntosSuma
--    +++ OK, passed 100 tests.

100

101

102

import Data.Array

import qualified Data.Matrix as M

import Data.Maybe

import Data.List

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición (Calculando todos los subconjuntos)

-- =================================================

subconjuntosSuma1 :: [Int] -> Int -> [[Int]]

subconjuntosSuma1 xs n =

[ys | ys <- subsequences xs, sum ys == n]

-- 2ª definición (por recursión)

-- =============================

subconjuntosSuma2 :: [Int] -> Int -> [[Int]]

subconjuntosSuma2 _ 0 = [[]]

subconjuntosSuma2 [] _ = []

subconjuntosSuma2 (x:xs) n

| n < x = subconjuntosSuma2 xs n

| otherwise = subconjuntosSuma2 xs n ++

[x:ys | ys <- subconjuntosSuma2 xs (n-x)]

-- 3ª definición (por programación dinámica)

-- =========================================

subconjuntosSuma3 :: [Int] -> Int -> [[Int]]

subconjuntosSuma3 xs n =

map reverse (matrizSubconjuntosSuma3 xs n ! (length xs,n))

-- (matrizSubconjuntosSuma3 xs m) es la matriz q tal que q(i,j) es la

-- lista de los subconjuntos de (take i xs) que suman j. Por ejemplo,

-- λ> elems (matrizSubconjuntosSuma3 [1,3,5] 9)

-- [[[]],[], [],[], [], [], [], [],[], [],

-- [[]],[[1]],[],[], [], [], [], [],[], [],

-- [[]],[[1]],[],[[3]],[[3,1]],[], [], [],[], [],

-- [[]],[[1]],[],[[3]],[[3,1]],[[5]],[[5,1]],[],[[5,3]],[[5,3,1]]]

-- Con las cabeceras,

-- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-- [] [[[]],[], [],[], [], [], [], [],[], [],

-- [1] [[]],[[1]],[],[], [], [], [], [],[], [],

-- [1,3] [[]],[[1]],[],[[3]],[[3,1]],[], [], [],[], [],

-- [1,3,5] [[]],[[1]],[],[[3]],[[3,1]],[[5]],[[5,1]],[],[[5,3]],[[5,3,1]]]

matrizSubconjuntosSuma3 :: [Int] -> Int -> Array (Int,Int) [[Int]]

matrizSubconjuntosSuma3 xs n = q

where m = length xs

v = listArray (1,m) xs

q = array ((0,0),(m,n)) [((i,j), f i j) | i <- [0..m],

j <- [0..n]]

f _ 0 = [[]]

f 0 _ = []

f i j | j < v ! i = q ! (i-1,j)

| otherwise = q ! (i-1,j) ++

[v!i:ys | ys <- q ! (i-1,j-v!i)]

-- 4ª definición (ordenando y por recursión)

-- =========================================

subconjuntosSuma4 :: [Int] -> Int -> [[Int]]

subconjuntosSuma4 xs = aux (sort xs)

where aux _ 0 = [[]]

aux [] _ = []

aux (y:ys) n

| y > n = []

| otherwise = aux ys n ++ [y:zs | zs <- aux ys (n-y)]

-- 5ª definición (ordenando y dinámica)

-- ====================================

subconjuntosSuma5 :: [Int] -> Int -> [[Int]]

subconjuntosSuma5 xs n =

matrizSubconjuntosSuma5 (reverse (sort xs)) n ! (length xs,n)

matrizSubconjuntosSuma5 :: [Int] -> Int -> Array (Int,Int) [[Int]]

matrizSubconjuntosSuma5 xs n = q

where m = length xs

v = listArray (1,m) xs

q = array ((0,0),(m,n)) [((i,j), f i j) | i <- [0..m],

j <- [0..n]]

f _ 0 = [[]]

f 0 _ = []

f i j | v ! i > j = []

| otherwise = q ! (i-1,j) ++

[v!i:ys | ys <- q ! (i-1,j-v!i)]

-- Equivalencia

-- ============

prop_subconjuntosSuma :: [Int] -> Int -> Bool

prop_subconjuntosSuma xs n =

all (`igual` subconjuntosSuma2 ys m) [ subconjuntosSuma3 ys m

, subconjuntosSuma4 ys m

, subconjuntosSuma5 ys m ]

where ys = map (\y -> 1 + abs y) xs

m = abs n

ordenado = sort . map sort

igual xss yss = ordenado xss == ordenado yss

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_subconjuntosSuma

-- +++ OK, passed 100 tests.

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