José A. Alonso

Centro de gravedad de una lista

PorJosé A. Alonso 25-mayo-201626-marzo-2022

Se dice que una lista de números xs es equilibrada si existe una posición k tal que la suma de los elementos de xs en las posiciones menores que k es igual a la de los elementos de xs en las posiciones mayores que k. La posición k se llama el centro de gravedad de xs. Por ejemplo, la lista [1,3,4,5,-2,1] es equilibrada, y su centro de gravedad es 2, ya que la suma de [1,3] es igual a la de [5,-2,1]. En cambio, la lista [1,6,4,5,-2,1] no tiene centro de gravedad.

Definir la función

   centro :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

1	centro :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

tal que (centro xs) es justo el centro e gravedad de xs, si la lista xs es equilibrada y Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

   centro [1,3,4,5,-2,1]           ==  Just 2
   centro [1,6,4,5,-2,1]           ==  Nothing
   centro [1,2,3,4,3,2,1]          ==  Just 3
   centro [1,100,50,-51,1,1]       ==  Just 1
   centro [1,2,3,4,5,6]            ==  Nothing
   centro [20,10,30,10,10,15,35]   ==  Just 3
   centro [20,10,-80,10,10,15,35]  ==  Just 0
   centro [10,-80,10,10,15,35,20]  ==  Just 6
   centro [0,0,0,0,0]              ==  Just 0
   centro [-1,-2,-3,-4,-3,-2,-1]   ==  Just 3

centro [1,3,4,5,-2,1] == Just 2

centro [1,6,4,5,-2,1] == Nothing

centro [1,2,3,4,3,2,1] == Just 3

centro [1,100,50,-51,1,1] == Just 1

centro [1,2,3,4,5,6] == Nothing

centro [20,10,30,10,10,15,35] == Just 3

centro [20,10,-80,10,10,15,35] == Just 0

centro [10,-80,10,10,15,35,20] == Just 6

centro [0,0,0,0,0] == Just 0

centro [-1,-2,-3,-4,-3,-2,-1] == Just 3

Soluciones

import Data.List (inits, tails)
import Data.Maybe (listToMaybe)

-- 1ª solución
-- ===========

centro1 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int
centro1 xs 
    | null ns   = Nothing
    | otherwise = Just (head ns)
    where ns = [n | n <- [0..length xs - 1],
                    let (ys,_:zs) = splitAt n xs,
                    sum ys == sum zs]

-- 2ª solución
-- ===========

centro2 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int
centro2 xs = aux 0 0 (sum xs) xs where
    aux _ _ _ [] = Nothing
    aux k i d (z:zs) | i == d - z = Just k
                     | otherwise  = aux (k + 1) (i + z) (d - z) zs

-- 3ª solución
-- ===========

centro3 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int
centro3 xs =
  listToMaybe [ k | (k,ys,_:zs) <- zip3 [0..] (inits xs) (tails xs)
                  , sum ys == sum zs]

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

--    λ> let xs = [1..3000] in centro1 (xs ++ (0:xs))
--    Just 3000
--    (2.70 secs, 2,088,881,728 bytes)
--    λ> let xs = [1..3000] in centro2 (xs ++ (0:xs))
--    Just 3000
--    (0.03 secs, 0 bytes)
--    λ> let xs = [1..3000] in centro3 (xs ++ (0:xs))
--    Just 3000
--    (2.34 secs, 1,727,569,688 bytes)

import Data.List (inits, tails)

import Data.Maybe (listToMaybe)

-- 1ª solución

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

centro1 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

centro1 xs

| null ns = Nothing

| otherwise = Just (head ns)

where ns = [n | n <- [0..length xs - 1],

let (ys,_:zs) = splitAt n xs,

sum ys == sum zs]

-- 2ª solución

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

centro2 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

centro2 xs = aux 0 0 (sum xs) xs where

aux _ _ _ [] = Nothing

aux k i d (z:zs) | i == d - z = Just k

| otherwise = aux (k + 1) (i + z) (d - z) zs

-- 3ª solución

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

centro3 :: (Num a, Eq a) => [a] -> Maybe Int

centro3 xs =

listToMaybe [ k | (k,ys,_:zs) <- zip3 [0..] (inits xs) (tails xs)

, sum ys == sum zs]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let xs = [1..3000] in centro1 (xs ++ (0:xs))

-- Just 3000

-- (2.70 secs, 2,088,881,728 bytes)

-- λ> let xs = [1..3000] in centro2 (xs ++ (0:xs))

-- Just 3000

-- (0.03 secs, 0 bytes)

-- λ> let xs = [1..3000] in centro3 (xs ++ (0:xs))

-- Just 3000

-- (2.34 secs, 1,727,569,688 bytes)

El problema de las N torres

PorJosé A. Alonso 24-mayo-201625-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 representa 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=’2016-05-31′ expat=»06:00″]

Las soluciones se pueden escribir en los comentarios hasta el 31 de mayo.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

[/schedule]

[schedule on=’2016-05-31′ 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]

Sucesiones de listas de números

PorJosé A. Alonso 20-mayo-201626-marzo-2022

En la Olimpiada Internacional de Matemáticas del 2012 se propuso el siguiente problema:

Varios enteros positivos se escriben en una lista. Iterativamente, Alicia elige dos números adyacentes x e y tales que x > y y x está a la izquierda de y y reemplaza el par (x,y) por (y+1,x) o (x-1,x). Demostrar que sólo puede aplicar un número finito de dichas iteraciones.

Por ejemplo, las transformadas de la lista [1,3,2] son [1,2,3] y [1,3,3] y las dos obtenidas son finales (es decir, no se les puede aplicar ninguna transformación).

Definir las funciones

   soluciones       :: [Int] -> [Estado]
   finales          :: [Int] -> [[Int]]
   finalesMaximales :: [Int] -> (Int,[[Int]])

soluciones :: [Int] -> [Estado]

finales :: [Int] -> [[Int]]

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

tales que

(soluciones xs) es la lista de pares (n,ys) tales que ys es una lista obtenida aplicándole n transformaciones a xs. Por ejemplo,

     λ> soluciones [1,3,2]
     [(1,[1,3,3]),(1,[1,2,3])]
     λ> sort (nub (soluciones [3,3,2]))
     [(1,[3,3,3]),(2,[2,3,3]),(2,[3,3,3])]
     λ> sort (nub (soluciones [3,2,1]))
     [(2,[2,2,3]),(3,[2,2,3]),(3,[2,3,3]),(3,[3,3,3]),(4,[2,3,3]),(4,[3,3,3])]

λ> soluciones [1,3,2]

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

λ> sort (nub (soluciones [3,3,2]))

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

λ> sort (nub (soluciones [3,2,1]))

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

(finales xs) son las listas obtenidas transformando xs y a las que no se les puede aplicar más transformaciones. Por ejemplo,

     finales [1,2,3]               ==  [[1,2,3]]
     finales [1,3,2]               ==  [[1,2,3],[1,3,3]]
     finales [3,2,1]               ==  [[2,2,3],[2,3,3],[3,3,3]]
     finales [1,3,2,4]             ==  [[1,2,3,4],[1,3,3,4]]
     finales [1,3,2,3]             ==  [[1,2,3,3],[1,3,3,3]]
     length (finales [9,6,0,7,2])  ==  19
     length (finales [80,60..0])   ==  420

finales [1,2,3] == [[1,2,3]]

finales [1,3,2] == [[1,2,3],[1,3,3]]

finales [3,2,1] == [[2,2,3],[2,3,3],[3,3,3]]

finales [1,3,2,4] == [[1,2,3,4],[1,3,3,4]]

finales [1,3,2,3] == [[1,2,3,3],[1,3,3,3]]

length (finales [9,6,0,7,2]) == 19

length (finales [80,60..0]) == 420

(finalesMaximales xs) es el par (n,yss) tal que la longitud de las cadenas más largas de transformaciones a partir de xs e yss es la lista de los estados finales a partir de xs con n transformaciones. Por ejemplo,

     finalesMaximales [9,5,7]   ==  (2,[[6,8,9],[8,8,9]])
     finalesMaximales [3,2,1]   ==  (4,[[2,3,3],[3,3,3]])
     finalesMaximales [3,2..0]  ==  (10,[[2,3,3,3],[3,3,3,3]])
     finalesMaximales [4,3..0]  ==  (20,[[3,4,4,4,4],[4,4,4,4,4]])

finalesMaximales [9,5,7] == (2,[[6,8,9],[8,8,9]])

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

finalesMaximales [3,2..0] == (10,[[2,3,3,3],[3,3,3,3]])

finalesMaximales [4,3..0] == (20,[[3,4,4,4,4],[4,4,4,4,4]])

Soluciones

import Data.List (nub, sort)
import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)

type Estado = (Int,[Int])

inicial :: [Int] -> Estado
inicial xs = (0,xs)

esFinal :: Estado -> Bool
esFinal e = null (sucesores e)

--    λ> sucesores [9,6,0,7,2]
--    [[7,9,0,7,2],[8,9,0,7,2],[9,1,6,7,2],[9,5,6,7,2],[9,6,0,3,7],[9,6,0,6,7]]
sucesores :: Estado -> [Estado]
sucesores (_,[])  = []
sucesores (_,[_]) = []
sucesores (n,x:y:xs) | x > y     = [(n+1,y+1:x:xs), (n+1,x-1:x:xs)] ++ yss
                     | otherwise = yss
    where yss = [(m,x:ys) | (m,ys) <- sucesores (n,y:xs)]
                       

soluciones :: [Int] -> [Estado]
soluciones xs =
    buscaEE sucesores esFinal (inicial xs)

finales :: [Int] -> [[Int]]
finales xs =
    sort (nub (map snd (soluciones xs)))
            
finalesMaximales :: [Int] -> (Int,[[Int]])
finalesMaximales xs =
    (m, [xs | (n,xs) <- es, n == m])
    where es    = sort (nub (soluciones xs))
          (m,_) = maximum es

import Data.List (nub, sort)

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)

type Estado = (Int,[Int])

inicial :: [Int] -> Estado

inicial xs = (0,xs)

esFinal :: Estado -> Bool

esFinal e = null (sucesores e)

-- λ> sucesores [9,6,0,7,2]

-- [[7,9,0,7,2],[8,9,0,7,2],[9,1,6,7,2],[9,5,6,7,2],[9,6,0,3,7],[9,6,0,6,7]]

sucesores :: Estado -> [Estado]

sucesores (_,[]) = []

sucesores (_,[_]) = []

sucesores (n,x:y:xs) | x > y = [(n+1,y+1:x:xs), (n+1,x-1:x:xs)] ++ yss

| otherwise = yss

where yss = [(m,x:ys) | (m,ys) <- sucesores (n,y:xs)]

soluciones :: [Int] -> [Estado]

soluciones xs =

buscaEE sucesores esFinal (inicial xs)

finales :: [Int] -> [[Int]]

finales xs =

sort (nub (map snd (soluciones xs)))

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

finalesMaximales xs =

(m, [xs | (n,xs) <- es, n == m])

where es = sort (nub (soluciones xs))

(m,_) = maximum es

Particiones de longitud fija

PorJosé A. Alonso 19-mayo-201626-mayo-2016

Definir la función

   particionesFijas :: Int -> Int -> [[Int]]

1	particionesFijas :: Int -> Int -> [[Int]]

tal que (particionesFijas n k) es la lista de listas de k números naturales no crecientes cuya suma es n. Por ejemplo,

   ghci> particionesFijas 8 2
   [[4,4],[5,3],[6,2],[7,1]]
   ghci> particionesFijas 8 3
   [[3,3,2],[4,2,2],[4,3,1],[5,2,1],[6,1,1]]
   ghci> particionesFijas 9 3
   [[3,3,3],[4,3,2],[4,4,1],[5,2,2],[5,3,1],[6,2,1],[7,1,1]]
   ghci> length (particionesFijas 67 5)
   8056

ghci> particionesFijas 8 2

[[4,4],[5,3],[6,2],[7,1]]

ghci> particionesFijas 8 3

[[3,3,2],[4,2,2],[4,3,1],[5,2,1],[6,1,1]]

ghci> particionesFijas 9 3

[[3,3,3],[4,3,2],[4,4,1],[5,2,2],[5,3,1],[6,2,1],[7,1,1]]

ghci> length (particionesFijas 67 5)

8056

Soluciones

-- 1ª definición
particionesFijas :: Int -> Int -> [[Int]]
particionesFijas n 1 = [[n]]
particionesFijas n k 
    | k < 1     = []
    | otherwise = [x:y:ys | x <- [1..n-1], 
                            (y:ys) <- particionesFijas (n-x) (k-1),
                            x >= y]

-- 2ª definición
particionesFijas2 :: Int -> Int -> [[Int]]
particionesFijas2 n k
    | k <= 0    = []
    | k == 1    = [[n]]
    | k == n    = [replicate k 1]
    | k > n     = []
    | otherwise = [xs ++ [1] | xs <- particionesFijas2 (n-1) (k-1)] ++
                  [[x+1 | x <- xs] | xs <- particionesFijas2 (n-k) k]

-- Comparación:
--    ghci> length (particionesFijas 800 3)
--    53333
--    (1.01 secs, 97696476 bytes)
--    
--    ghci> length (particionesFijas2 800 3)
--    53333
--    (4.52 secs, 693969028 bytes)

-- 1ª definición

particionesFijas :: Int -> Int -> [[Int]]

particionesFijas n 1 = [[n]]

particionesFijas n k

| k < 1 = []

| otherwise = [x:y:ys | x <- [1..n-1],

(y:ys) <- particionesFijas (n-x) (k-1),

x >= y]

-- 2ª definición

particionesFijas2 :: Int -> Int -> [[Int]]

particionesFijas2 n k

| k <= 0 = []

| k == 1 = [[n]]

| k == n = [replicate k 1]

| k > n = []

| otherwise = [xs ++ [1] | xs <- particionesFijas2 (n-1) (k-1)] ++

[[x+1 | x <- xs] | xs <- particionesFijas2 (n-k) k]

-- Comparación:

-- ghci> length (particionesFijas 800 3)

-- 53333

-- (1.01 secs, 97696476 bytes)

-- ghci> length (particionesFijas2 800 3)

-- 53333

-- (4.52 secs, 693969028 bytes)

Problema de las jarras

PorJosé A. Alonso 18-mayo-201626-marzo-2022

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 la jarra de A litros de capacidad.

Definir, mediante búsqueda en espacio de estados, la función

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

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

tal (jarras (a,b,c)) es la lista de las soluciones del problema de las
jarras (a,b,c). Por ejemplo,

   λ> take 2 (map snd (sort [(length xs,xs) | xs <- jarras (4,3,2)]))
   [[(0,0),(0,3),(3,0),(3,3),(4,2),(0,2),(2,0)],
    [(0,0),(4,0),(1,3),(1,0),(0,1),(4,1),(2,3)]]

λ> take 2 (map snd (sort [(length xs,xs) | xs <- jarras (4,3,2)]))

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

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

La interpretación [(0,0),(4,0),(1,3),(1,0),(0,1),(4,1),(2,3)] es:

(0,0) se inicia con las dos jarras vacías,
(4,0) se llena la jarra de 4 con el grifo,
(1,3) se llena la de 3 con la de 4,
(1,0) se vacía la de 3,
(0,1) se pasa el contenido de la primera a la segunda,
(4,1) se llena la primera con el grifo,
(2,3) se llena la segunda con la primera.

Otros ejemplos

   λ> (snd . head . sort) [(length xs,xs) | xs <- jarras (15,10,5)]
   [(0,0),(15,0),(5,10)]
   λ> jarras (15,10,4)
   []

λ> (snd . head . sort) [(length xs,xs) | xs <- jarras (15,10,5)]

[(0,0),(15,0),(5,10)]

λ> jarras (15,10,4)

[]

Nota: Las librerías necesarias se encuentran en la página de códigos.

Soluciones

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

-- Un problema queda determinado por las capacidades de las dos jarras y
-- el contenido que se desea lograr 

-- Un estado es una lista de dos números. El primero es el contenido de
-- la jarra de 4 litros y el segundo el de la de 3 litros. 
type EstadoJarras = (Int,Int)

inicialJarras :: EstadoJarras
inicialJarras = (0,0)

esFinalJarras :: (Int,Int,Int) -> EstadoJarras -> Bool
esFinalJarras (_,_,c) (x,_) = x == c

sucesoresEjarras :: (Int,Int,Int) -> EstadoJarras -> [EstadoJarras]
sucesoresEjarras (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 > 0, x + y > a] ++
    [(x-(b-y),b) | x > 0, y < b, x + y > b] ++
    [(x+y,0) | y > 0, x + y <= a] ++ 
    [(0,x+y) | x > 0, x + y <= b]

-- Los nodos son las soluciones parciales
type NodoJarras = [EstadoJarras]

inicialNjarras :: NodoJarras
inicialNjarras = [inicialJarras]

esFinalNjarras :: (Int,Int,Int) -> NodoJarras -> Bool
esFinalNjarras p (e:_) = esFinalJarras p e

sucesoresNjarras :: (Int,Int,Int) -> NodoJarras -> [NodoJarras]
sucesoresNjarras p n@(e:es) =
    [e':n | e' <- sucesoresEjarras p e,
            e' `notElem` n]

solucionesJarras :: (Int,Int,Int) -> [NodoJarras]
solucionesJarras p = buscaEE (sucesoresNjarras p)
                             (esFinalNjarras p)
                             inicialNjarras

jarras :: (Int,Int,Int) -> [[(Int,Int)]]
jarras p = map reverse (solucionesJarras p)

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

-- Un problema queda determinado por las capacidades de las dos jarras y

-- el contenido que se desea lograr

-- Un estado es una lista de dos números. El primero es el contenido de

-- la jarra de 4 litros y el segundo el de la de 3 litros.

type EstadoJarras = (Int,Int)

inicialJarras :: EstadoJarras

inicialJarras = (0,0)

esFinalJarras :: (Int,Int,Int) -> EstadoJarras -> Bool

esFinalJarras (_,_,c) (x,_) = x == c

sucesoresEjarras :: (Int,Int,Int) -> EstadoJarras -> [EstadoJarras]

sucesoresEjarras (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 > 0, x + y > a] ++

[(x-(b-y),b) | x > 0, y < b, x + y > b] ++

[(x+y,0) | y > 0, x + y <= a] ++

[(0,x+y) | x > 0, x + y <= b]

-- Los nodos son las soluciones parciales

type NodoJarras = [EstadoJarras]

inicialNjarras :: NodoJarras

inicialNjarras = [inicialJarras]

esFinalNjarras :: (Int,Int,Int) -> NodoJarras -> Bool

esFinalNjarras p (e:_) = esFinalJarras p e

sucesoresNjarras :: (Int,Int,Int) -> NodoJarras -> [NodoJarras]

sucesoresNjarras p n@(e:es) =

[e':n | e' <- sucesoresEjarras p e,

e' `notElem` n]

solucionesJarras :: (Int,Int,Int) -> [NodoJarras]

solucionesJarras p = buscaEE (sucesoresNjarras p)

(esFinalNjarras p)

inicialNjarras

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

jarras p = map reverse (solucionesJarras p)

Problema del dominó

PorJosé A. Alonso 17-mayo-201626-marzo-2022

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, mediante búsqueda en espacio de estados, 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,

   ghci> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]
   [[(4,1),(1,2),(2,3)],[(3,2),(2,1),(1,4)]]
   ghci> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]
   [[(4,1),(1,1),(1,2)],[(2,1),(1,1),(1,4)]]
   ghci> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]
   [[(1,2),(2,3),(3,4)]]
   ghci> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]
   []
   ghci> 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)]
   ghci> length (domino [(x,y) | x <- [1..4], y <- [x..4]])
   0

ghci> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]

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

ghci> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]

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

ghci> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]

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

ghci> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]

[]

ghci> 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)]

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

Nota: Las librerías necesarias se encuentran en la página de códigos.

Soluciones

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

type Ficha  = (Int,Int)

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

inicialDomino :: [Ficha] -> EstadoDomino
inicialDomino fs = (fs,[])

esFinalDomino :: EstadoDomino -> Bool
esFinalDomino (fs,_) = null fs 

sucesoresDomino :: EstadoDomino -> [EstadoDomino]
sucesoresDomino (fs,[]) = [(delete f fs, [f]) | f <- fs]
sucesoresDomino (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] 

solucionesDomino :: [Ficha] -> [EstadoDomino]
solucionesDomino ps = buscaEE sucesoresDomino
                              esFinalDomino         
                              (inicialDomino ps)

domino :: [(Int,Int)] -> [[(Int,Int)]]
domino ps = map snd (solucionesDomino ps)

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)

import Data.List (delete)

type Ficha = (Int,Int)

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

-- colocadas.

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

inicialDomino :: [Ficha] -> EstadoDomino

inicialDomino fs = (fs,[])

esFinalDomino :: EstadoDomino -> Bool

esFinalDomino (fs,_) = null fs

sucesoresDomino :: EstadoDomino -> [EstadoDomino]

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

sucesoresDomino (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]

solucionesDomino :: [Ficha] -> [EstadoDomino]

solucionesDomino ps = buscaEE sucesoresDomino

esFinalDomino

(inicialDomino ps)

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

domino ps = map snd (solucionesDomino ps)

Sucesión duplicadora

PorJosé A. Alonso 16-mayo-201625-abril-2021

Para cada entero positivo n, existe una única sucesión que empieza en 1, termina en n y en la que cada uno de sus elementos es el doble de su anterior o el doble más uno. Dicha sucesión se llama la sucesión duplicadora de n. Por ejemplo, la sucesión duplicadora de 13 es [1, 3, 6, 13], ya que

    3 = 2*1 +1
    6 = 2*3
   13 = 2*6 +1

3 = 2*1 +1

6 = 2*3

13 = 2*6 +1

Definir la función

   duplicadora :: Integer -> [Integer]

1	duplicadora :: Integer -> [Integer]

tal que (duplicadora n) es la sucesión duplicadora de n. Por ejemplo,

   duplicadora 13                   ==  [1,3,6,13]
   duplicadora 17                   ==  [1,2,4,8,17]
   length (duplicadora (10^40000))  ==  132878

duplicadora 13 == [1,3,6,13]

duplicadora 17 == [1,2,4,8,17]

length (duplicadora (10^40000)) == 132878

Soluciones

-- 1ª solución
duplicadora :: Integer -> [Integer]
duplicadora x =
    reverse (takeWhile (>=1) (iterate (`div` 2) x))

-- 2ª definición
duplicadora2 :: Integer -> [Integer]
duplicadora2  =
    reverse . takeWhile (>=1) . iterate (`div` 2)

-- 1ª solución

duplicadora :: Integer -> [Integer]

duplicadora x =

reverse (takeWhile (>=1) (iterate (`div` 2) x))

-- 2ª definición

duplicadora2 :: Integer -> [Integer]

duplicadora2 =

reverse . takeWhile (>=1) . iterate (`div` 2)

Problema de las puertas

PorJosé A. Alonso 13-mayo-201625-abril-2021

Un hotel dispone de n habitaciones y n camareros. Los camareros tienen la costumbre de cambiar de estado las puestas (es decir, abrir las cerradas y cerrar las abiertas). El proceso es el siguiente:

Inicialmente todas las puertas están cerradas.
El primer camarero cambia de estado las puertas de todas las habitaciones.
El segundo cambia de estado de las puertas de las habitaciones pares.
El tercero cambia de estado todas las puertas que son múltiplos de 3.
El cuarto cambia de estado todas las puertas que son múltiplos de 4
Así, hasta que ha pasado el último camarero.

Por ejemplo, para n = 5

   Pase    | Puerta 1 | Puerta 2 | Puerta 3 | Puerta 4 | Puerta 5
   --------+----------+----------+----------+----------+----------
   Inicial | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada
   Pase 1  | Abierta  | Abierta  | Abierta  | Abierta  | Abierta
   Pase 2  | Abierta  | Cerrada  | Abierta  | Cerrada  | Abierta
   Pase 3  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta
   Pase 4  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta  | Abierta
   Pase 5  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta  | Cerrada

--------+----------+----------+----------+----------+----------

Los estados de las puertas se representan por el siguiente tipo de datos

   data Estado = Abierta | Cerrada 
                 deriving (Eq, Show)

1 2	data Estado = Abierta \| Cerrada deriving (Eq, Show)

Definir la función

   final :: Int -> [Estado]

1	final :: Int -> [Estado]

tal que (final n) es la lista de los estados de las n puertas después
de que hayan pasado los n camareros. Por
ejemplo,

   ghci> final 5
   [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]
   ghci> final 7
   [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

ghci> final 5

[Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]

ghci> final 7

[Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

data Estado = Abierta | Cerrada 
              deriving (Eq, Show)
 
cambia Abierta = Cerrada
cambia Cerrada = Abierta

-- (inicial n) es el estado inicial para el problema de las n
-- habitaciones. Por ejemplo,
--    inicial 5  ==  [Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada]
inicial :: Int -> [Estado]
inicial n = replicate n Cerrada

-- (pase k es) es la lista de los estados de las puertas después de pasar el
-- camarero k que las encuentra en los estados es. Por ejemplo,
--    ghci> pase 1 (inicial 5)
--    [Abierta,Abierta,Abierta,Abierta,Abierta]
--    ghci> pase 2 it
--    [Abierta,Cerrada,Abierta,Cerrada,Abierta]
--    ghci> pase 3 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Abierta]
--    ghci> pase 4 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Abierta]
--    ghci> pase 5 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]
pase :: [Estado] -> Int -> [Estado] 
pase es k = zipWith cambiaK  es[1..] 
  where cambiaK e n | n `mod` k == 0 = cambia e
                    | otherwise      = e
               
final :: Int -> [Estado]
final n = aux [1..n] (inicial n) 
    where aux []     es = es  
          aux (k:ks) es = aux ks (pase es k)

-- 2ª solución (con foldl')
-- ========================

final2 :: Int -> [Estado]
final2 n = foldl pase (inicial n) [1..n] 

-- 3ª definición (basada en los cambios de cada posición)
-- ======================================================

final3 :: Int -> [Estado]
final3 n = map f [1..n]
    where f x | even (length (divisores x)) = Cerrada
              | otherwise                   = Abierta

divisores :: Int -> [Int]
divisores n = [x| x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- 4ª definición (basada en posiciones de abiertas)
-- ================================================

-- En primer lugar, vamos a determinar la lista de las posiciones
-- (comenzando a contar en 1) de las puertas que quedan abierta en el
-- problema de las n puertas. 
posicionesAbiertas :: Int -> [Int]
posicionesAbiertas n = 
    [x | (x,y) <- zip [1..] (final n), y == Abierta]

-- Al calcularlas,
--    ghci> posicionesAbiertas 200
--    [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144,169,196]
-- Se observa las que quedan abiertas son las que sus posiciones son
-- cuadrados perfectos. Usando esta observación se construye la
-- siguiente definición

final4 :: Int -> [Estado]
final4 n = aux [1..n] [k*k | k <- [1..]] 
    where aux (x:xs) (y:ys) | x == y  =  Abierta : aux xs ys
          aux (x:xs) ys               =  Cerrada : aux xs ys
          aux []     _                =  []

-- 1ª solución

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

data Estado = Abierta | Cerrada

deriving (Eq, Show)

cambia Abierta = Cerrada

cambia Cerrada = Abierta

-- (inicial n) es el estado inicial para el problema de las n

-- habitaciones. Por ejemplo,

-- inicial 5 == [Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

inicial :: Int -> [Estado]

inicial n = replicate n Cerrada

-- (pase k es) es la lista de los estados de las puertas después de pasar el

-- camarero k que las encuentra en los estados es. Por ejemplo,

-- ghci> pase 1 (inicial 5)

-- [Abierta,Abierta,Abierta,Abierta,Abierta]

-- ghci> pase 2 it

-- [Abierta,Cerrada,Abierta,Cerrada,Abierta]

-- ghci> pase 3 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Abierta]

-- ghci> pase 4 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Abierta]

-- ghci> pase 5 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]

pase :: [Estado] -> Int -> [Estado]

pase es k = zipWith cambiaK es[1..]

where cambiaK e n | n `mod` k == 0 = cambia e

| otherwise = e

final :: Int -> [Estado]

final n = aux [1..n] (inicial n)

where aux [] es = es

aux (k:ks) es = aux ks (pase es k)

-- 2ª solución (con foldl')

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

final2 :: Int -> [Estado]

final2 n = foldl pase (inicial n) [1..n]

-- 3ª definición (basada en los cambios de cada posición)

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

final3 :: Int -> [Estado]

final3 n = map f [1..n]

where f x | even (length (divisores x)) = Cerrada

| otherwise = Abierta

divisores :: Int -> [Int]

divisores n = [x| x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- 4ª definición (basada en posiciones de abiertas)

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

-- En primer lugar, vamos a determinar la lista de las posiciones

-- (comenzando a contar en 1) de las puertas que quedan abierta en el

-- problema de las n puertas.

posicionesAbiertas :: Int -> [Int]

posicionesAbiertas n =

[x | (x,y) <- zip [1..] (final n), y == Abierta]

-- Al calcularlas,

-- ghci> posicionesAbiertas 200

-- [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144,169,196]

-- Se observa las que quedan abiertas son las que sus posiciones son

-- cuadrados perfectos. Usando esta observación se construye la

-- siguiente definición

final4 :: Int -> [Estado]

final4 n = aux [1..n] [k*k | k <- [1..]]

where aux (x:xs) (y:ys) | x == y = Abierta : aux xs ys

aux (x:xs) ys = Cerrada : aux xs ys

aux [] _ = []

Juego de bloques con letras

PorJosé A. Alonso 12-mayo-201619-mayo-2016

Para el juego de los bloques se dispone de un conjunto de bloques con una letra en cada una de sus dos caras. El objetivo del juego consiste en formar palabras sin que se pueda usar un bloque más de una vez y sin diferenciar mayúsculas de minúsculas. Por ejemplo, si se tiene tres bloques de forma que el 1º tiene las letras A y B, el 2ª la N y la O y el 3º la O y la A entonces se puede obtener la palabra ANA de dos formas: una con los bloques 1, 2 y 3 y otra con los 3, 2 y 1.

Definir la función

   soluciones :: [String] -> String -> [[String]]

1	soluciones :: [String] -> String -> [[String]]

tal que (soluciones bs cs) es la lista de las soluciones del juego de los bloque usando los bloques bs (cada bloque es una cadena de dos letras mayúsculas) para formar la palabra cs. Por ejemplo,

   ghci> soluciones ["AB","NO","OA"] "ANA"
   [["AB","NO","OA"],["OA","NO","AB"]]
   ghci> soluciones ["AB","NE","OA"] "Bea"
   [["AB","NE","OA"]]
   ghci> soluciones ["AB","NE","OA"] "EvA"
   []
   ghci> soluciones ["AB","NO","OA","NC"] "ANA"
   [["AB","NO","OA"],["AB","NC","OA"],["OA","NO","AB"],["OA","NC","AB"]]
   ghci> soluciones ["AB","NO","OA","NC"] "Anca"
   [["AB","NO","NC","OA"],["OA","NO","NC","AB"]]
   ghci> soluciones (["AB","NO","OA"] ++ replicate (10^6) "PQ") "ANA"
   [["AB","NO","OA"],["OA","NO","AB"]]

ghci> soluciones ["AB","NO","OA"] "ANA"

[["AB","NO","OA"],["OA","NO","AB"]]

ghci> soluciones ["AB","NE","OA"] "Bea"

[["AB","NE","OA"]]

ghci> soluciones ["AB","NE","OA"] "EvA"

[]

ghci> soluciones ["AB","NO","OA","NC"] "ANA"

[["AB","NO","OA"],["AB","NC","OA"],["OA","NO","AB"],["OA","NC","AB"]]

ghci> soluciones ["AB","NO","OA","NC"] "Anca"

[["AB","NO","NC","OA"],["OA","NO","NC","AB"]]

ghci> soluciones (["AB","NO","OA"] ++ replicate (10^6) "PQ") "ANA"

[["AB","NO","OA"],["OA","NO","AB"]]

Soluciones

import Data.List (delete)
import Data.Char (toUpper)

soluciones :: [String] -> String -> [[String]]
soluciones _ []      = [[]]
soluciones bs (c:cs) = [b:rs | b <- bs, 
                               toUpper c `elem` b,
                               rs <- soluciones (delete b bs) cs]

import Data.List (delete)

import Data.Char (toUpper)

soluciones :: [String] -> String -> [[String]]

soluciones _ [] = [[]]

soluciones bs (c:cs) = [b:rs | b <- bs,

toUpper c `elem` b,

rs <- soluciones (delete b bs) cs]

Densidad de números no monótonos

PorJosé A. Alonso 11-mayo-201618-mayo-2016

Un número entero positivo se dice que es

creciente si cada uno de sus dígitos es menor o igual que el que está a su derecha; por ejemplo, 134479.
decreciente si cada uno de sus dígitos es menor o igual que el que está a su derecha; por ejemplo, 664210.
no monótono si no es creciente ni decreciente; por ejemplo, 155369.

Para cada entero positivo n, la densidad números no monótonos hasta n es el cociente entre la cantidad de n números no monótonos entre menores o iguales que n y el número n. Por ejemplo, hasta 150 hay 19 números no monótonos (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 120, 121, 130, 131, 132, 140, 141, 142, 143 y 150); por tanto, la densidad hasta 150 es 19/150 = 0.12666667

Definir las siguientes funciones

   densidad              :: Integer -> Float
   menorConDensidadMayor :: Float -> Integer

1 2	densidad :: Integer -> Float menorConDensidadMayor :: Float -> Integer

tales que

(densidad n) es la densidad de números no monótonos hasta n. Por ejemplo,

     densidad 100  ==  0.0
     densidad 200  ==  0.265
     densidad 400  ==  0.4375
     densidad 800  ==  0.53375

densidad 100 == 0.0

densidad 200 == 0.265

densidad 400 == 0.4375

densidad 800 == 0.53375

(menorConDensidadMayor x) es el menor número n tal que la densidad de números no monótonos hasta n es mayor o igual que x. Por ejemplo,

     menorConDensidadMayor 0.5   ==  538
     densidad 537                ==  0.49906892
     densidad 538                ==  0.5
     menorConDensidadMayor 0.9   ==  21780
     densidad 21779              ==  0.8999954
     densidad 21780              ==  0.9
     menorConDensidadMayor 0.99  ==  1586996

menorConDensidadMayor 0.5 == 538

densidad 537 == 0.49906892

densidad 538 == 0.5

menorConDensidadMayor 0.9 == 21780

densidad 21779 == 0.8999954

densidad 21780 == 0.9

menorConDensidadMayor 0.99 == 1586996

Soluciones

import Data.List (genericLength, sort)

-- 1ª definición
-- =============

densidad :: Integer -> Float
densidad n = 
    genericLength [x | x <- [1..n], esNoMonotono x] / fromIntegral n

esNoMonotono :: Integer -> Bool
esNoMonotono x = not (esCreciente x) && not (esDecreciente x)

esCreciente :: Integer -> Bool
esCreciente x = show x == sort (show x)

esDecreciente :: Integer -> Bool
esDecreciente x = reverse (show x) == sort (show x)

menorConDensidadMayor :: Float -> Integer 
menorConDensidadMayor x  = 
    buscaProporcion x (filter esNoMonotono [1..])
    where buscaProporcion x = 
              snd . head . filter condicion . zip [1..]
              where condicion (a,b) = a >= x * fromIntegral b

import Data.List (genericLength, sort)

-- 1ª definición

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

densidad :: Integer -> Float

densidad n =

genericLength [x | x <- [1..n], esNoMonotono x] / fromIntegral n

esNoMonotono :: Integer -> Bool

esNoMonotono x = not (esCreciente x) && not (esDecreciente x)

esCreciente :: Integer -> Bool

esCreciente x = show x == sort (show x)

esDecreciente :: Integer -> Bool

esDecreciente x = reverse (show x) == sort (show x)

menorConDensidadMayor :: Float -> Integer

menorConDensidadMayor x =

buscaProporcion x (filter esNoMonotono [1..])

where buscaProporcion x =

snd . head . filter condicion . zip [1..]

where condicion (a,b) = a >= x * fromIntegral b

Sucesión fractal

PorJosé A. Alonso 10-mayo-201625-abril-2021

La sucesión fractal

   0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 
   10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

1 2	0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

está construida de la siguiente forma:

los términos pares forman la sucesión de los números naturales

     0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

1	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

los términos impares forman la misma sucesión original

     0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, ...

1	0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, ...

Definir las funciones

   sucFractal     :: [Integer]
   sumaSucFractal :: Integer -> Integer

1 2	sucFractal :: [Integer] sumaSucFractal :: Integer -> Integer

tales que

sucFractal es la lista de los términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     take 20 sucFractal   == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]
     sucFractal !! 30     == 15
     sucFractal !! (10^7) == 5000000

take 20 sucFractal == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]

sucFractal !! 30 == 15

sucFractal !! (10^7) == 5000000

(sumaSucFractal n) es la suma de los n primeros términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     sumaSucFractal 10      ==  13
     sumaSucFractal (10^5)  == 1666617368
     sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669
     sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954
     sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198
     length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000
     sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9)    == 455972157

sumaSucFractal 10 == 13

sumaSucFractal (10^5) == 1666617368

sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669

sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954

sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198

length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000

sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9) == 455972157

Soluciones

-- 1ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal1 :: [Integer]
sucFractal1 = 
    map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,
--   termino 0            ==  0
--   termino 1            ==  0
--   map termino [0..10]  ==  [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]
termino :: Integer -> Integer
termino 0 = 0
termino n 
    | even n    = n `div` 2
    | otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal2 :: [Integer]
sucFractal2 =
    0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas
-- xs e ys. Por ejemplo,
--    take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..])  ==  [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]
mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
mezcla (x:xs) (y:ys) =
    x:y:mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal
-- =======================================================

--    λ> sum (take (10^6) sucFractal1)
--    166666169612
--    (5.56 secs, 842,863,264 bytes)
--    λ> sum (take (10^6) sucFractal2)
--    166666169612
--    (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición
sucFractal :: [Integer]
sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal1 n =
    sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal2 n =
    sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal3 0 = 0
sumaSucFractal3 1 = 0
sumaSucFractal3 n
    | even n    = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
    | otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
    where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal
-- ===========================================================

--    λ> sumaSucFractal1 (10^6)
--    166666169612
--    (5.25 secs, 810,622,504 bytes)
--    λ> sumaSucFractal2 (10^6)
--    166666169612
--    (1.72 secs, 286,444,048 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^6)
--    166666169612
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> sumaSucFractal2 (10^7)
--    16666661685034
--    (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^7)
--    16666661685034
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición de sucFractal

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

sucFractal1 :: [Integer]

sucFractal1 =

map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,

-- termino 0 == 0

-- termino 1 == 0

-- map termino [0..10] == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]

termino :: Integer -> Integer

termino 0 = 0

termino n

| even n = n `div` 2

| otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal

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

sucFractal2 :: [Integer]

sucFractal2 =

0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas

-- xs e ys. Por ejemplo,

-- take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..]) == [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]

mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

mezcla (x:xs) (y:ys) =

x:y:mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal

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

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal1)

-- 166666169612

-- (5.56 secs, 842,863,264 bytes)

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal2)

-- 166666169612

-- (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

sucFractal :: [Integer]

sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal1 n =

sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal2 n =

sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal3 0 = 0

sumaSucFractal3 1 = 0

sumaSucFractal3 n

| even n = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

| otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal

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

-- λ> sumaSucFractal1 (10^6)

-- 166666169612

-- (5.25 secs, 810,622,504 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^6)

-- 166666169612

-- (1.72 secs, 286,444,048 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^6)

-- 166666169612

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^7)

-- 16666661685034

-- (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^7)

-- 16666661685034

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Referencia

Fractal sequences and restricted Nim por Lionel Levine.

Conjuntos de primos emparejables

PorJosé A. Alonso 9-mayo-201625-abril-2021

Un conjunto de primos emparejables es un conjunto S de números primos tales que al concatenar cualquier par de elementos de S se obtiene un número primo. Por ejemplo, {3, 7, 109, 673} es un conjunto de primos emparejables ya que sus elementos son primos y las concatenaciones de sus parejas son 37, 3109, 3673, 73, 7109, 7673, 1093, 1097, 109673, 6733, 6737 y 673109 son primos.

Definir la función

   emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

1	emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

tal que (emparejables n m) es el conjunto de los conjuntos emparejables de n elementos menores que n. Por ejemplo,

   take 5 (emparejables 2   10)  ==  [[3,7]]
   take 5 (emparejables 3   10)  ==  []
   take 5 (emparejables 2  100)  ==  [[3,7],[3,11],[3,17],[3,31],[3,37]]
   take 5 (emparejables 3  100)  ==  [[3,37,67],[7,19,97]]
   take 5 (emparejables 4  100)  ==  []
   take 5 (emparejables 4 1000)  ==  [[3,7,109,673],[23,311,677,827]]

take 5 (emparejables 2 10) == [[3,7]]

take 5 (emparejables 3 10) == []

take 5 (emparejables 2 100) == [[3,7],[3,11],[3,17],[3,31],[3,37]]

take 5 (emparejables 3 100) == [[3,37,67],[7,19,97]]

take 5 (emparejables 4 100) == []

take 5 (emparejables 4 1000) == [[3,7,109,673],[23,311,677,827]]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)
import Data.List (nub, sort)
import qualified Data.Set as S

-- 1ª definición
-- =============

emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables 0 _ = [[]]
emparejables n m = 
    nub [sort (x:xs) | x <- takeWhile (<=m) primes,
                       xs <- xss,
                       all (x `emparejable`) xs]
    where xss = emparejables (n-1) m

emparejable :: Integer -> Integer -> Bool
emparejable x y =
    isPrime (concatenacion x y) &&
    isPrime (concatenacion y x)

concatenacion :: Integer -> Integer -> Integer
concatenacion x y =
    read (show x ++ show y)

-- 2ª definición
-- =============

emparejables2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables2 n m = map reverse (aux n m)
    where aux 1 m = [[x] | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = 
              [p:ys | ys@(x:xs) <- xss,
                      p <- dropWhile (<x) ps,
                      all (p `emparejable`) ys]
              where ps  = takeWhile (<=m) primes
                    xss = aux (n-1) m

-- 3ª definición
-- =============

emparejables3 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables3 n m = map S.toList (aux n m)
    where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = [S.insert x xs | x <- takeWhile (<=m) primes,
                                     xs <- xss,
                                     all (x `emparejable`) xs]
              where xss = aux (n-1) m

-- 2ª definición
-- =============

emparejables4 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables4 n m = map S.toList (aux n m)
    where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = 
              [S.insert p ys | ys <- xss,
                               let (x,xs) = S.deleteFindMax ys,
                               p <- dropWhile (<x) ps,
                               all (p `emparejable`) ys]
              where ps  = takeWhile (<=m) primes
                    xss = aux (n-1) m

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

--    λ> head (emparejables 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (20.36 secs, 11,781,891,120 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables2 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables3 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (38.04 secs, 21,542,334,024 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables4 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (0.03 secs, 0 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

import Data.List (nub, sort)

import qualified Data.Set as S

-- 1ª definición

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

emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables 0 _ = [[]]

emparejables n m =

nub [sort (x:xs) | x <- takeWhile (<=m) primes,

xs <- xss,

all (x `emparejable`) xs]

where xss = emparejables (n-1) m

emparejable :: Integer -> Integer -> Bool

emparejable x y =

isPrime (concatenacion x y) &&

isPrime (concatenacion y x)

concatenacion :: Integer -> Integer -> Integer

concatenacion x y =

read (show x ++ show y)

-- 2ª definición

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

emparejables2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables2 n m = map reverse (aux n m)

where aux 1 m = [[x] | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m =

[p:ys | ys@(x:xs) <- xss,

p <- dropWhile (<x) ps,

all (p `emparejable`) ys]

where ps = takeWhile (<=m) primes

xss = aux (n-1) m

-- 3ª definición

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

emparejables3 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables3 n m = map S.toList (aux n m)

where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m = [S.insert x xs | x <- takeWhile (<=m) primes,

xs <- xss,

all (x `emparejable`) xs]

where xss = aux (n-1) m

-- 2ª definición

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

emparejables4 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables4 n m = map S.toList (aux n m)

where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m =

[S.insert p ys | ys <- xss,

let (x,xs) = S.deleteFindMax ys,

p <- dropWhile (<x) ps,

all (p `emparejable`) ys]

where ps = takeWhile (<=m) primes

xss = aux (n-1) m

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> head (emparejables 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (20.36 secs, 11,781,891,120 bytes)

-- λ> head (emparejables2 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> head (emparejables3 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (38.04 secs, 21,542,334,024 bytes)

-- λ> head (emparejables4 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (0.03 secs, 0 bytes)

Cadenas de divisores

PorJosé A. Alonso 6-mayo-201625-abril-2021

Una cadena de divisores de un número n es una lista donde cada elemento es un divisor de su siguiente elemento en la lista. Por ejemplo, las cadenas de divisores de 12 son [2,4,12], [2,6,12], [2,12], [3,6,12], [3,12], [4,12], [6,12] y [12].

Definir la función

   cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

1	cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

tal que (cadenasDivisores n) es la lista de las cadenas de divisores de n. Por ejemplo,

   λ> cadenasDivisores 12
   [[2,4,12],[2,6,12],[2,12],[3,6,12],[3,12],[4,12],[6,12],[12]]
   λ> length (cadenaDivisores 48)
   48
   λ> length (cadenaDivisores 120)
   132

λ> cadenasDivisores 12

[[2,4,12],[2,6,12],[2,12],[3,6,12],[3,12],[4,12],[6,12],[12]]

λ> length (cadenaDivisores 48)

λ> length (cadenaDivisores 120)

132

Soluciones

import Data.List (sort)
import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición
-- =============

cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores n = sort (extiendeLista [[n]])
    where extiendeLista []           = []
          extiendeLista ((1:xs):yss) = xs : extiendeLista yss
          extiendeLista ((x:xs):yss) =
              extiendeLista ([y:x:xs | y <- divisores x] ++ yss)

-- (divisores x) es la lista decreciente de los divisores de x distintos
-- de x. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [6,4,3,2,1]
divisores :: Int -> [Int]
divisores x = 
    [y | y <- [a,a-1..1], x `mod` y == 0]
    where a = x `div` 2

-- 2ª definición
-- =============

cadenasDivisores2 :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores2 = sort . aux
    where aux 1 = [[]]
          aux n = [xs ++ [n] | xs <- concatMap aux (divisores n)]

-- 3ª definición
-- =============

cadenasDivisores3 :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores3 = sort . map reverse . aux
    where aux 1 = [[]]
          aux n = map (n:) (concatMap aux (divisores3 n))

-- (divisores3 x) es la lista creciente de los divisores de x distintos
-- de x. Por ejemplo,
--    divisores3 12  ==  [1,2,3,4,6]
divisores3 :: Int -> [Int]
divisores3 x = 
    [y | y <- [1..a], x `mod` y == 0]
    where a = x `div` 2

-- 1ª definición de nCadenasDivisores
-- ==================================

nCadenasDivisores1 :: Int -> Int
nCadenasDivisores1 = length . cadenasDivisores

-- 2ª definición de nCadenasDivisores
-- ==================================

nCadenasDivisores2 :: Int -> Int
nCadenasDivisores2 1 = 1
nCadenasDivisores2 n = 
    sum [nCadenasDivisores2 x | x <- divisores n]

import Data.List (sort)

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición

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

cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores n = sort (extiendeLista [[n]])

where extiendeLista [] = []

extiendeLista ((1:xs):yss) = xs : extiendeLista yss

extiendeLista ((x:xs):yss) =

extiendeLista ([y:x:xs | y <- divisores x] ++ yss)

-- (divisores x) es la lista decreciente de los divisores de x distintos

-- de x. Por ejemplo,

-- divisores 12 == [6,4,3,2,1]

divisores :: Int -> [Int]

divisores x =

[y | y <- [a,a-1..1], x `mod` y == 0]

where a = x `div` 2

-- 2ª definición

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

cadenasDivisores2 :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores2 = sort . aux

where aux 1 = [[]]

aux n = [xs ++ [n] | xs <- concatMap aux (divisores n)]

-- 3ª definición

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

cadenasDivisores3 :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores3 = sort . map reverse . aux

where aux 1 = [[]]

aux n = map (n:) (concatMap aux (divisores3 n))

-- (divisores3 x) es la lista creciente de los divisores de x distintos

-- de x. Por ejemplo,

-- divisores3 12 == [1,2,3,4,6]

divisores3 :: Int -> [Int]

divisores3 x =

[y | y <- [1..a], x `mod` y == 0]

where a = x `div` 2

-- 1ª definición de nCadenasDivisores

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

nCadenasDivisores1 :: Int -> Int

nCadenasDivisores1 = length . cadenasDivisores

-- 2ª definición de nCadenasDivisores

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

nCadenasDivisores2 :: Int -> Int

nCadenasDivisores2 1 = 1

nCadenasDivisores2 n =

sum [nCadenasDivisores2 x | x <- divisores n]

Referencias

Sucesión A163272 de OEIS.
Ordered and unordered factorizations of integers por A. Knopfmacher y M. Mays

Número de divisiones en el algoritmo de Euclides

PorJosé A. Alonso 5-mayo-201612-mayo-2016

Dados dos números naturales, a y b, es posible calcular su máximo común divisor mediante el Algoritmo de Euclides. Este algoritmo se puede resumir en la siguiente fórmula:

   mcd(a,b) = a,                   si b = 0
            = b,                   si a = 0               
            = mcd (a módulo b, b), si a > b
            = mcd (a, b módulo a), si b >= a

mcd(a,b) = a, si b = 0

= b, si a = 0

= mcd (a módulo b, b), si a > b

= mcd (a, b módulo a), si b >= a

Definir la función

   mcdYdivisiones :: Int -> Int -> (Int,Int)

1	mcdYdivisiones :: Int -> Int -> (Int,Int)

tal que (mcdYdivisiones a b) es el número de divisiones usadas en el cálculo del máximo común divisor de a y b mediante el algoritmo de Euclides. Por ejemplo,

   mcdYdivisiones 252 198 == (18,4)

1	mcdYdivisiones 252 198 == (18,4)

ya que los 4 divisiones del cálculo son

     mcd 252 198
   = mcd  54 198
   = mcd  54  36
   = mcd  18  36
   = mcd  18   0

mcd 252 198

= mcd 54 198

= mcd 54 36

= mcd 18 36

= mcd 18 0

Comprobar con QuickCheck que el número de divisiones requeridas por el algoritmo de Euclides para calcular el MCD de a y b es igual o menor que cinco veces el número de dígitos de menor de los números a y b.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Debug.Trace 

mcdYdivisiones :: Int -> Int -> (Int,Int)
mcdYdivisiones a b = mcd a b 0
    where mcd a 0 n = (a,n)
          mcd 0 b n = (b,n)
          mcd a b n | a > b     = mcd (a `mod` b) b (n+1)
                    | otherwise = mcd a (b `mod` a) (n+1) 

-- La propiedad es
prop_mcdYdivisiones :: Int -> Int -> Property
prop_mcdYdivisiones a b =
    a > 0 && b > 0 ==>
      n < 5 * length (show (min a b))  
    where (_,n) = mcdYdivisiones a b
                 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_mcdYdivisiones
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- 2ª definición (con traza)
mcdYdivisiones2 :: Int -> Int -> (Int,Int)
mcdYdivisiones2 a b = mcd a b 0
    where mcd a b n
              | trace (show a ++ ", " ++ show b) False = undefined
          mcd a 0 n = (a,n)
          mcd 0 b n = (b,n)
          mcd a b n | a > b     = mcd (a `mod` b) b (n+1)
                    | otherwise = mcd a (b `mod` a) (n+1) 

-- Por ejemplo,
--    λ> mcdYdivisiones2 252 198
--    252, 198
--    54, 198
--    54, 36
--    18, 36
--    18, 0
--    (18,4)

import Test.QuickCheck

import Debug.Trace

mcdYdivisiones :: Int -> Int -> (Int,Int)

mcdYdivisiones a b = mcd a b 0

where mcd a 0 n = (a,n)

mcd 0 b n = (b,n)

mcd a b n | a > b = mcd (a `mod` b) b (n+1)

| otherwise = mcd a (b `mod` a) (n+1)

-- La propiedad es

prop_mcdYdivisiones :: Int -> Int -> Property

prop_mcdYdivisiones a b =

a > 0 && b > 0 ==>

n < 5 * length (show (min a b))

where (_,n) = mcdYdivisiones a b

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_mcdYdivisiones

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- 2ª definición (con traza)

mcdYdivisiones2 :: Int -> Int -> (Int,Int)

mcdYdivisiones2 a b = mcd a b 0

where mcd a b n

| trace (show a ++ ", " ++ show b) False = undefined

mcd a 0 n = (a,n)

mcd 0 b n = (b,n)

mcd a b n | a > b = mcd (a `mod` b) b (n+1)

| otherwise = mcd a (b `mod` a) (n+1)

-- Por ejemplo,

-- λ> mcdYdivisiones2 252 198

-- 252, 198

-- 54, 198

-- 54, 36

-- 18, 36

-- 18, 0

-- (18,4)

Período de una lista

PorJosé A. Alonso 4-mayo-201625-abril-2021

El período de una lista xs es la lista más corta ys tal que xs se puede obtener concatenando varias veces la lista ys. Por ejemplo, el período «abababab» es «ab» ya que «abababab» se obtiene repitiendo tres veces la lista «ab».

Definir la función

   periodo :: Eq a => [a] -> [a]

1	periodo :: Eq a => [a] -> [a]

tal que (periodo xs) es el período de xs. Por ejemplo,

   periodo "ababab"      ==  "ab"
   periodo "buenobueno"  ==  "bueno"
   periodo "oooooo"      ==  "o"
   periodo "sevilla"     ==  "sevilla"

periodo "ababab" == "ab"

periodo "buenobueno" == "bueno"

periodo "oooooo" == "o"

periodo "sevilla" == "sevilla"

Soluciones

periodo :: Eq a => [a] -> [a]
periodo xs = take n xs
    where l = length xs
          n = head [m | m <- divisores l, 
                        concat (replicate (l `div` m) (take m xs)) == xs]

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,
--    divisores 96  ==  [1,2,3,4,6,8,12,16,24,32,48,96]
divisores :: Int -> [Int]
divisores n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]

periodo :: Eq a => [a] -> [a]

periodo xs = take n xs

where l = length xs

n = head [m | m <- divisores l,

concat (replicate (l `div` m) (take m xs)) == xs]

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,

-- divisores 96 == [1,2,3,4,6,8,12,16,24,32,48,96]

divisores :: Int -> [Int]

divisores n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]

Mezcla de infinitas listas infinitas

PorJosé A. Alonso 3-mayo-201610-mayo-2016

Definir la función

   mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]

1	mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]

tal que (mezclaTodas xss) es la mezcla ordenada de xss, donde tanto xss como sus elementos son listas infinitas ordenadas. Por ejemplo,

   ghci> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2..]])
   [2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]
   ghci> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2,9..]])
   [2,4,6,8,9,10,12,14,16,18]

ghci> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2..]])

[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]

ghci> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2,9..]])

[2,4,6,8,9,10,12,14,16,18]

Soluciones

mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]
mezclaTodas = foldr1 xmezcla
    where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y  = x : mezcla xs (y:ys)
                     | x == y = x : mezcla xs ys
                     | x > y  = y : mezcla (x:xs) ys

mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]

mezclaTodas = foldr1 xmezcla

where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]

mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y = x : mezcla xs (y:ys)

| x == y = x : mezcla xs ys

| x > y = y : mezcla (x:xs) ys

Expresiones aritmética normalizadas

PorJosé A. Alonso 2-mayo-201625-abril-2021

El siguiente tipo de dato representa expresiones construidas con variables, sumas y productos

   data Expr = Var String
             | S Expr Expr
             | P Expr Expre

data Expr = Var String

| S Expr Expr

| P Expr Expre

Por ejemplo, x.(y+z) se representa por (P (V «x») (S (V «y») (V «z»)))

Una expresión es un término si es un producto de variables. Por ejemplo, x.(y.z) es un término pero x+(y.z) ni x.(y+z) lo son.

Una expresión está en forma normal si es una suma de términos. Por ejemplo, x.(y,z) y x+(y.z) está en forma normal; pero x.(y+z) y (x+y).(x+z) no lo están.

Definir las funciones

   esTermino, esNormal :: Expr -> Bool

1	esTermino, esNormal :: Expr -> Bool

tales que

(esTermino a) se verifica si a es un término. Por ejemplo,

     esTermino (V "x")                                    == True
     esTermino (P (V "x") (P (V "y") (V "z")))            == True
     esTermino (P (V "x") (S (V "y") (V "z")))            == False
     esTermino (S (V "x") (P (V "y") (V "z")))            == False

esTermino (V "x") == True

esTermino (P (V "x") (P (V "y") (V "z"))) == True

esTermino (P (V "x") (S (V "y") (V "z"))) == False

esTermino (S (V "x") (P (V "y") (V "z"))) == False

(esNormal a) se verifica si a está en forma normal. Por ejemplo,

     esNormal (V "x")                                     == True
     esNormal (P (V "x") (P (V "y") (V "z")))             == True
     esNormal (S (V "x") (P (V "y") (V "z")))             == True
     esNormal (P (V "x") (S (V "y") (V "z")))             == False
     esNormal (P (S (V "x") (V "y")) (S (V "y") (V "z"))) == False

esNormal (V "x") == True

esNormal (P (V "x") (P (V "y") (V "z"))) == True

esNormal (S (V "x") (P (V "y") (V "z"))) == True

esNormal (P (V "x") (S (V "y") (V "z"))) == False

esNormal (P (S (V "x") (V "y")) (S (V "y") (V "z"))) == False

Soluciones

data Expr = V String
          | S Expr Expr
          | P Expr Expr

esTermino :: Expr -> Bool
esTermino (V _)   = True
esTermino (S _ _) = False
esTermino (P a b) = esTermino a && esTermino b

esNormal :: Expr -> Bool
esNormal (S a b) = esNormal a && esNormal b
esNormal a       = esTermino a

data Expr = V String

| S Expr Expr

| P Expr Expr

esTermino :: Expr -> Bool

esTermino (V _) = True

esTermino (S _ _) = False

esTermino (P a b) = esTermino a && esTermino b

esNormal :: Expr -> Bool

esNormal (S a b) = esNormal a && esNormal b

esNormal a = esTermino a

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 29-abril-201625-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..]

Mínimo número de cambios para igualar una lista

PorJosé A. Alonso 27-abril-20164-mayo-2016

Definir la función

   nMinimoCambios :: Ord a => [a] -> Int

1	nMinimoCambios :: Ord a => [a] -> Int

tal que (nMinimoCambios xs) es el menor número de elementos de xs que hay que cambiar para que todos sean iguales. Por ejemplo,

   nMinimoCambios [3,5,3,7,9,6]      ==  4
   nMinimoCambios [3,5,3,7,3,3]      ==  2
   nMinimoCambios "Salamanca"        ==  5
   nMinimoCambios (4 : [1..500000])  ==  499999

nMinimoCambios [3,5,3,7,9,6] == 4

nMinimoCambios [3,5,3,7,3,3] == 2

nMinimoCambios "Salamanca" == 5

nMinimoCambios (4 : [1..500000]) == 499999

En el primer ejemplo, los elementos que hay que cambiar son 5, 7, 9 y 6.

Soluciones

import Data.List (group, nub, sort)

-- 1ª definición
-- =============

nMinimoCambios1 :: Ord a => [a] -> Int
nMinimoCambios1 xs = 
    length xs - fst (last (sort (frecuencias xs)))

-- (frecuencias xs) es la lista de los pares de los elementos de xs y el
-- número de veces que ocurren en xs. Por ejemplo,
--    frecuencias [3,5,3,7,9,6]  ==  [(2,3),(1,5),(1,7),(1,9),(1,6)]
--    frecuencias [3,5,3,7,5,5]  ==  [(2,3),(3,5),(1,7)]
frecuencias :: Ord a => [a] -> [(Int,a)]
frecuencias xs = [(cuenta x xs,x) | x <- nub xs]

-- (cuenta x ys) es el número de veces que ocurre x en ys. Por ejemplo,
--    cuenta 3 [3,5,3,7,9,6]  ==  2
cuenta :: Ord a => a -> [a] -> Int
cuenta x ys = length [y | y <- ys, y == x]

-- 2ª definición
-- =============

nMinimoCambios2 :: Ord a => [a] -> Int
nMinimoCambios2 xs = 
    length xs - fst (last (sort (frecuencias2 xs)))

-- (frecuencias2 xs) es la lista de los pares de los elementos de xs y el
-- número de veces que ocurren en xs. Por ejemplo,
--    frecuencias2 [3,5,3,7,9,6]  ==  [(2,3),(1,5),(1,7),(1,9),(1,6)]
--    frecuencias2 [3,5,3,7,5,5]  ==  [(2,3),(3,5),(1,7)]
frecuencias2 :: Ord a  => [a] -> [(Int,a)]
frecuencias2 xs = 
    [(1 + length ys, y) | (y:ys) <- group (sort xs)] 

-- 3ª definición
-- =============

nMinimoCambios3 :: Ord a => [a] -> Int
nMinimoCambios3 xs = sum ys - maximum ys
    where ys = [length ys | ys <- group (sort xs)]

import Data.List (group, nub, sort)

-- 1ª definición

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

nMinimoCambios1 :: Ord a => [a] -> Int

nMinimoCambios1 xs =

length xs - fst (last (sort (frecuencias xs)))

-- (frecuencias xs) es la lista de los pares de los elementos de xs y el

-- número de veces que ocurren en xs. Por ejemplo,

-- frecuencias [3,5,3,7,9,6] == [(2,3),(1,5),(1,7),(1,9),(1,6)]

-- frecuencias [3,5,3,7,5,5] == [(2,3),(3,5),(1,7)]

frecuencias :: Ord a => [a] -> [(Int,a)]

frecuencias xs = [(cuenta x xs,x) | x <- nub xs]

-- (cuenta x ys) es el número de veces que ocurre x en ys. Por ejemplo,

-- cuenta 3 [3,5,3,7,9,6] == 2

cuenta :: Ord a => a -> [a] -> Int

cuenta x ys = length [y | y <- ys, y == x]

-- 2ª definición

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

nMinimoCambios2 :: Ord a => [a] -> Int

nMinimoCambios2 xs =

length xs - fst (last (sort (frecuencias2 xs)))

-- (frecuencias2 xs) es la lista de los pares de los elementos de xs y el

-- número de veces que ocurren en xs. Por ejemplo,

-- frecuencias2 [3,5,3,7,9,6] == [(2,3),(1,5),(1,7),(1,9),(1,6)]

-- frecuencias2 [3,5,3,7,5,5] == [(2,3),(3,5),(1,7)]

frecuencias2 :: Ord a => [a] -> [(Int,a)]

frecuencias2 xs =

[(1 + length ys, y) | (y:ys) <- group (sort xs)]

-- 3ª definición

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

nMinimoCambios3 :: Ord a => [a] -> Int

nMinimoCambios3 xs = sum ys - maximum ys

where ys = [length ys | ys <- group (sort xs)]

Productos simultáneos de dos y tres números consecutivos

PorJosé A. Alonso 25-abril-201625-abril-2021

Definir la función

   productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

1	productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

tal que (productos n x) es las listas de n elementos consecutivos cuyo producto es x. Por ejemplo,

   productos 2 6     ==  [[2,3]]
   productos 3 6     ==  [[1,2,3]]
   productos 4 1680  ==  [[5,6,7,8]]
   productos 2 5     ==  []

productos 2 6 == [[2,3]]

productos 3 6 == [[1,2,3]]

productos 4 1680 == [[5,6,7,8]]

productos 2 5 == []

Comprobar con QuickCheck que si n > 0 y x > 0, entonces

   productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

1	productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

Usando productos, definir la función

   productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

1	productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

cuyos elementos son los números naturales (no nulos) que pueden expresarse simultáneamente como producto de dos y tres números consecutivos. Por ejemplo,

   head productosDe2y3consecutivos  ==  6

1	head productosDe2y3consecutivos == 6

Nota. Según demostró Mordell en 1962, productosDe2y3consecutivos sólo tiene dos elementos.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
productos1 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos1 n x = [[y..y+n-1] | y <- [1..x],
                               product [y..y+n-1] == x]

-- 2ª definición
-- =============

-- Se puede reducir el intervalo de búsqueda teniendo en cuenta las
-- siguientes desigualdades
--    y*(y+1)* ... (y+n-1) = x
--    y^n <= x <= (y+n-1)^n
--    y <= x^(1/n), x^(1/n)-n+1 <= y
--    x^(1/n)-n+1 <= y <= x^(1/n)

productos2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos2 n x = [[z..z+n-1] | z <- [y-n+1..y],
                               product [z..z+n-1] == x]
    where y = floor ((fromIntegral x)**(1/(fromIntegral n)))

productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos = productos2

prop_productos n x =
    n > 0 && x > 0 ==> productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_productos
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    (0.10 secs, 26409644 bytes)

productosDe2y3consecutivos :: [Integer]
productosDe2y3consecutivos = [x| x <- [1..], 
                                 let ys = productos 2 x,
                                 not (null ys), 
                                 let zs = productos 3 x,
                                 not (null zs)] 

-- El cálculo es
--    ghci> take 2 productosDe2y3consecutivos
--    [6,210]
--    ghci> productos 2 210
--    [[14,15]]
--    ghci> productos 3 210
--    [[5,6,7]]

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

productos1 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos1 n x = [[y..y+n-1] | y <- [1..x],

product [y..y+n-1] == x]

-- 2ª definición

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

-- Se puede reducir el intervalo de búsqueda teniendo en cuenta las

-- siguientes desigualdades

-- y*(y+1)* ... (y+n-1) = x

-- y^n <= x <= (y+n-1)^n

-- y <= x^(1/n), x^(1/n)-n+1 <= y

-- x^(1/n)-n+1 <= y <= x^(1/n)

productos2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos2 n x = [[z..z+n-1] | z <- [y-n+1..y],

product [z..z+n-1] == x]

where y = floor ((fromIntegral x)**(1/(fromIntegral n)))

productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos = productos2

prop_productos n x =

n > 0 && x > 0 ==> productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_productos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- (0.10 secs, 26409644 bytes)

productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

productosDe2y3consecutivos = [x| x <- [1..],

let ys = productos 2 x,

not (null ys),

let zs = productos 3 x,

not (null zs)]

-- El cálculo es

-- ghci> take 2 productosDe2y3consecutivos

-- [6,210]

-- ghci> productos 2 210

-- [[14,15]]

-- ghci> productos 3 210

-- [[5,6,7]]

Conflictos de horarios

PorJosé A. Alonso 22-abril-201629-abril-2016

Los horarios de los cursos se pueden representar mediante matrices donde las filas indican los curso, las columnas las horas de clase y el valor correspondiente al curso i y la hora j es verdadero indica que i tiene clase a la hora j.

En Haskell, podemos usar la matrices de la librería Data.Matrix y definir el tipo de los horarios por

   type Horario = Matrix Bool

1	type Horario = Matrix Bool

Un ejemplo de horario es

   ejHorarios1 :: Horario
   ejHorarios1 = fromLists [[True,  True,  False, False],
                            [False, True,  True,  False],
                            [False, False, True,  True]]

ejHorarios1 :: Horario

ejHorarios1 = fromLists [[True, True, False, False],

[False, True, True, False],

[False, False, True, True]]

en el que el 1º curso tiene clase a la 1ª y 2ª hora, el 2º a la 2ª y a la 3ª y el 3º a la 3ª y a la 4ª.

Definir la función

   cursosConflictivos :: Horario -> [Int] -> Bool

1	cursosConflictivos :: Horario -> [Int] -> Bool

tal que (cursosConflictivos h is) se verifica para si los cursos de la lista is hay alguna hora en la que más de uno tiene clase a dicha hora. Por ejemplo,

   cursosConflictivos ejHorarios1 [1,2]  ==  True
   cursosConflictivos ejHorarios1 [1,3]  ==  False

1 2	cursosConflictivos ejHorarios1 [1,2] == True cursosConflictivos ejHorarios1 [1,3] == False

Soluciones

import Data.Matrix

type Horario = Matrix Bool

ejHorarios1 :: Horario
ejHorarios1 = fromLists [[True,  True,  False, False],
                         [False, True,  True,  False],
                         [False, False, True,  True]]

--    horaConflictiva ejHorarios1 [1,2]   2  ==  True
--    horaConflictiva ejHorarios1 [1,3]   2  ==  False
--    horaConflictiva ejHorarios1 [1,2,3] 1  ==  False
horaConflictiva :: Horario -> [Int] -> Int -> Bool
horaConflictiva h is j =
  length [i | i <- is, h ! (i,j)] > 1

cursosConflictivos :: Horario -> [Int] -> Bool
cursosConflictivos h is =
  or [horaConflictiva h is j | j <- [1..n]]
  where n = ncols h

import Data.Matrix

type Horario = Matrix Bool

ejHorarios1 :: Horario

ejHorarios1 = fromLists [[True, True, False, False],

[False, True, True, False],

[False, False, True, True]]

-- horaConflictiva ejHorarios1 [1,2] 2 == True

-- horaConflictiva ejHorarios1 [1,3] 2 == False

-- horaConflictiva ejHorarios1 [1,2,3] 1 == False

horaConflictiva :: Horario -> [Int] -> Int -> Bool

horaConflictiva h is j =

length [i | i <- is, h ! (i,j)] > 1

cursosConflictivos :: Horario -> [Int] -> Bool

cursosConflictivos h is =

or [horaConflictiva h is j | j <- [1..n]]

where n = ncols h

Mínima diferencia entre elementos de una lista

PorJosé A. Alonso 18-abril-201625-abril-2016

Definir la función

   minimaDiferencia :: (Num a, Ord a) => [a] -> a

1	minimaDiferencia :: (Num a, Ord a) => [a] -> a

tal que (minimaDiferencia xs) es el menor valor absoluto de las diferencias entre todos los pares de elementos de xs (que se supone que tiene al menos 2 elementos). Por ejemplo,

   minimaDiferencia [1,5,3,19,18,25]  ==  1
   minimaDiferencia [30,5,20,9]       ==  4
   minimaDiferencia [30,5,20,9,5]     ==  0
   minimaDiferencia [1..10^6]         ==  1

minimaDiferencia [1,5,3,19,18,25] == 1

minimaDiferencia [30,5,20,9] == 4

minimaDiferencia [30,5,20,9,5] == 0

minimaDiferencia [1..10^6] == 1

En el primer ejemplo la menor diferencia es 1 y se da entre los elementos 19 y 18; en el 2ª es 4 entre los elementos 5 y 9 y en la 3ª es 0 porque el elemento 5 está repetido.

Soluciones

import Data.List (delete, sort)

-- 1ª definición    
minimaDiferencia1 :: (Num a, Ord a) => [a] -> a
minimaDiferencia1 xs =
    minimum [abs (x - y) | x <- xs, y <- delete x xs]

-- 2ª definición    
minimaDiferencia2 :: (Num a, Ord a) => [a] -> a
minimaDiferencia2 [x,y]  = abs (x - y)
minimaDiferencia2 (x:xs) = min (minimum [abs (x - y) | y <- xs])
                               (minimaDiferencia2 xs)      

-- 3ª definición    
minimaDiferencia3 :: (Num a, Ord a) => [a] -> a
minimaDiferencia3 xs =
    minimum [y - x | (x,y) <- zip ys (tail ys)]
    where ys = sort xs

-- Comparación de eficiencia
--    λ> minimaDiferencia1 [1..2*10^3]
--    1
--    (3.47 secs, 1,419,790,688 bytes)
--    λ> minimaDiferencia2 [1..2*10^3]
--    1
--    (0.78 secs, 684,030,712 bytes)
--    λ> minimaDiferencia3 [1..2*10^3]
--    1
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> minimaDiferencia2 [1..5*10^3]
--    1
--    (5.14 secs, 4,233,952,776 bytes)
--    λ> minimaDiferencia3 [1..5*10^3]
--    1
--    (0.02 secs, 0 bytes)

import Data.List (delete, sort)

-- 1ª definición

minimaDiferencia1 :: (Num a, Ord a) => [a] -> a

minimaDiferencia1 xs =

minimum [abs (x - y) | x <- xs, y <- delete x xs]

-- 2ª definición

minimaDiferencia2 :: (Num a, Ord a) => [a] -> a

minimaDiferencia2 [x,y] = abs (x - y)

minimaDiferencia2 (x:xs) = min (minimum [abs (x - y) | y <- xs])

(minimaDiferencia2 xs)

-- 3ª definición

minimaDiferencia3 :: (Num a, Ord a) => [a] -> a

minimaDiferencia3 xs =

minimum [y - x | (x,y) <- zip ys (tail ys)]

where ys = sort xs

-- Comparación de eficiencia

-- λ> minimaDiferencia1 [1..2*10^3]

-- 1

-- (3.47 secs, 1,419,790,688 bytes)

-- λ> minimaDiferencia2 [1..2*10^3]

-- 1

-- (0.78 secs, 684,030,712 bytes)

-- λ> minimaDiferencia3 [1..2*10^3]

-- 1

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> minimaDiferencia2 [1..5*10^3]

-- 1

-- (5.14 secs, 4,233,952,776 bytes)

-- λ> minimaDiferencia3 [1..5*10^3]

-- 1

-- (0.02 secs, 0 bytes)

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 15-abril-201625-abril-2021

En el artículo Integers as a sum of consecutive primes in 2,3,4,.. ways se presentan números que se pueden escribir como sumas de primos consecutivos de varias formas. Por ejemplo, el 41 se puede escribir de dos formas distintas

   41 =  2 +  3 +  5 + 7 + 11 + 13
   41 = 11 + 13 + 17

1 2	41 = 2 + 3 + 5 + 7 + 11 + 13 41 = 11 + 13 + 17

el 240 se puede escribir de tres formas

   240 =  17 +  19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43
   240 =  53 +  59 + 61 + 67
   240 = 113 + 127

240 = 17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43

240 = 53 + 59 + 61 + 67

240 = 113 + 127

y el 311 se puede escribir de 4 formas

   311 =  11 +  13 +  17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43 + 47
   311 =  31 +  37 +  41 + 43 + 47 + 53 + 59
   311 =  53 +  59 +  61 + 67 + 71
   311 = 101 + 103 + 107

311 = 11 + 13 + 17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43 + 47

311 = 31 + 37 + 41 + 43 + 47 + 53 + 59

311 = 53 + 59 + 61 + 67 + 71

311 = 101 + 103 + 107

Definir la función

   sumas :: Integer -> [[Integer]]

1	sumas :: Integer -> [[Integer]]

tal que (sumas x) es la lista de las formas de escribir x como suma
de dos o más números primos consecutivos. Por ejemplo,

   ghci> sumas 41
   [[2,3,5,7,11,13],[11,13,17]]
   ghci> sumas 240
   [[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]
   ghci> sumas 311
   [[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],[53,59,61,67,71],[101,103,107]]
   ghci> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]
   4

ghci> sumas 41

[[2,3,5,7,11,13],[11,13,17]]

ghci> sumas 240

[[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]

ghci> sumas 311

[[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],[53,59,61,67,71],[101,103,107]]

ghci> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Data.List (span)

sumas :: Integer -> [[Integer]]
sumas x = [ys | n <- takeWhile (< x) primes, 
                let ys = sumaDesde x n,
                not (null ys)]

-- (sumaDesde x n) es la lista de al menos dos números primos
-- consecutivos a partir del número primo n cuya suma es x, si existen y
-- la lista vacía en caso contrario. Por ejemplo,
--    sumaDesde 15 3  ==  [3,5,7]
--    sumaDesde  7 3  ==  []
sumaDesde :: Integer -> Integer -> [Integer]
sumaDesde x n | x == y    = take (1 + length us) ys
              | otherwise = []
    where ys       = dropWhile (<n) primes
          (us,y:_) = span (<x) (scanl1 (+) ys)

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Data.List (span)

sumas :: Integer -> [[Integer]]

sumas x = [ys | n <- takeWhile (< x) primes,

let ys = sumaDesde x n,

not (null ys)]

-- (sumaDesde x n) es la lista de al menos dos números primos

-- consecutivos a partir del número primo n cuya suma es x, si existen y

-- la lista vacía en caso contrario. Por ejemplo,

-- sumaDesde 15 3 == [3,5,7]

-- sumaDesde 7 3 == []

sumaDesde :: Integer -> Integer -> [Integer]

sumaDesde x n | x == y = take (1 + length us) ys

| otherwise = []

where ys = dropWhile (<n) primes

(us,y:_) = span (<x) (scanl1 (+) ys)

Caminos reducidos

PorJosé A. Alonso 12-abril-201625-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)

Primos permutables

PorJosé A. Alonso 11-abril-201618-abril-2016

Un primo permutable es un número primo tal que todos los números obtenidos permutando sus cifras son primos. Por ejemplo, 337 es un primo permutable ya que 337, 373 y 733 son primos.

Definir las funciones

   esPrimoPermutable :: Integer -> Bool
   primosPermutables :: [Integer]

1 2	esPrimoPermutable :: Integer -> Bool primosPermutables :: [Integer]

tales que

(esPrimoPermutable x) se verifica si x es un primo permutable. Por ejemplo,

     esPrimoPermutable 97  ==  True
     esPrimoPermutable 337 ==  True
     esPrimoPermutable 23  ==  False

esPrimoPermutable 97 == True

esPrimoPermutable 337 == True

esPrimoPermutable 23 == False

primosPermutables es la lista de los primos permutables. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosPermutables
     [2,3,5,7,11,13,17,31,37,71,73,79,97,113,131,199,311,337,373,733]

1 2	λ> take 20 primosPermutables [2,3,5,7,11,13,17,31,37,71,73,79,97,113,131,199,311,337,373,733]

Soluciones

import Data.List (nub, permutations)
import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

-- 1ª solución
-- ===========
    
esPrimoPermutable :: Integer -> Bool
esPrimoPermutable x =
    all isPrime (permutacionesN x)

permutacionesN :: Integer -> [Integer]
permutacionesN x =
    [read ys | ys <- nub (permutations xs)]
    where xs = show x
          n  = length xs
        
primosPermutables :: [Integer]
primosPermutables =
    [x | x <- primes, esPrimoPermutable x]

-- 2ª solución
-- ===========

esPrimoPermutable2 :: Integer -> Bool
esPrimoPermutable2 = all isPrime . map read . nub . permutations . show
 
primosPermutables2 :: [Integer]
primosPermutables2 = filter esPrimoPermutable2 primes

import Data.List (nub, permutations)

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

-- 1ª solución

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

esPrimoPermutable :: Integer -> Bool

esPrimoPermutable x =

all isPrime (permutacionesN x)

permutacionesN :: Integer -> [Integer]

permutacionesN x =

[read ys | ys <- nub (permutations xs)]

where xs = show x

n = length xs

primosPermutables :: [Integer]

primosPermutables =

[x | x <- primes, esPrimoPermutable x]

-- 2ª solución

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

esPrimoPermutable2 :: Integer -> Bool

esPrimoPermutable2 = all isPrime . map read . nub . permutations . show

primosPermutables2 :: [Integer]

primosPermutables2 = filter esPrimoPermutable2 primes

Referencias

Permutable prime en Wikipedia.
Sucesión A003459 de la OEIS.

Raíz entera

PorJosé A. Alonso 8-abril-20161-mayo-2016

Definir la función

   raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

1	raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (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 8 3 == 2

raizEnt 9 3 == 2

raizEnt 26 3 == 2

raizEnt 27 3 == 3

raizEnt (10^50) 2 == 10000000000000000000000000

Comprobar con QuickCheck que para todo número natural n,

    raizEnt (10^(2*n)) 2 == 10^n

1	raizEnt (10^(2*n)) 2 == 10^n

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
raizEnt1 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt1 x n =
    last (takeWhile (\y -> y^n <= x) [0..])

-- 2ª definición         
raizEnt2 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt2 x n =
    floor ((fromIntegral x)**(1 / fromIntegral n))

-- Nota. La definición anterior falla para números grandes. Por ejemplo,
--    λ> raizEnt2 (10^50) 2 == 10^25
--    False
          
-- 3ª definición          
raizEnt3 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt3 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

-- Comparación de eficiencia
--    λ> raizEnt1 (10^14) 2
--    10000000
--    (6.15 secs, 6,539,367,976 bytes)
--    λ> raizEnt2 (10^14) 2
--    10000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> raizEnt3 (10^14) 2
--    10000000
--    (0.00 secs, 25,871,944 bytes)
--    
--    λ> raizEnt2 (10^50) 2
--    9999999999999998758486016
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> raizEnt3 (10^50) 2
--    10000000000000000000000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
                        
-- La propiedad es                        
prop_raizEnt :: Integer -> Bool
prop_raizEnt n =
    raizEnt3 (10^(2*m)) 2 == 10^m
    where m = abs n

-- La comprobación es              
--    λ> quickCheck prop_raizEnt
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

raizEnt1 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt1 x n =

last (takeWhile (\y -> y^n <= x) [0..])

-- 2ª definición

raizEnt2 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt2 x n =

floor ((fromIntegral x)**(1 / fromIntegral n))

-- Nota. La definición anterior falla para números grandes. Por ejemplo,

-- λ> raizEnt2 (10^50) 2 == 10^25

-- False

-- 3ª definición

raizEnt3 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt3 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

-- Comparación de eficiencia

-- λ> raizEnt1 (10^14) 2

-- 10000000

-- (6.15 secs, 6,539,367,976 bytes)

-- λ> raizEnt2 (10^14) 2

-- 10000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> raizEnt3 (10^14) 2

-- 10000000

-- (0.00 secs, 25,871,944 bytes)

-- λ> raizEnt2 (10^50) 2

-- 9999999999999998758486016

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> raizEnt3 (10^50) 2

-- 10000000000000000000000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- La propiedad es

prop_raizEnt :: Integer -> Bool

prop_raizEnt n =

raizEnt3 (10^(2*m)) 2 == 10^m

where m = abs n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_raizEnt

-- +++ OK, passed 100 tests.

Soluciones en Maxima

raizEnt (x,n) := inrt (x,n)$

1	raizEnt (x,n) := inrt (x,n)$

Números de Lucas

PorJosé A. Alonso 7-abril-201614-abril-2016

Los números de Lucas son los elementos de la sucesión L(n) definida por

   L(0) = 2
   L(1) = 1
   L(n) = L(n-1) + L(n-2), si n > 1.

L(0) = 2

L(1) = 1

L(n) = L(n-1) + L(n-2), si n > 1.

Los primeros números de Lucas son

   2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...

1	2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...

Definir las funciones

   nLucas :: Integer -> Integer 
   lucas  :: [Integer]

1 2	nLucas :: Integer -> Integer lucas :: [Integer]

tales que

(nLucas n) es el n-ésimo número de Lucas. Por ejemplo,

   nLucas 5                       ==  11
   nLucas 32                      ==  4870847
   length (show (nLucas (10^5)))  ==  20899

nLucas 5 == 11

nLucas 32 == 4870847

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

lucas es la lista de los números de Lucas. Por ejemplo,

   take 11 lucas ==  [2,1,3,4,7,11,18,29,47,76,123]

1	take 11 lucas == [2,1,3,4,7,11,18,29,47,76,123]

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición
-- =============

nLucas1 :: Integer -> Integer
nLucas1 0 = 2
nLucas1 1 = 1
nLucas1 n = nLucas1 (n-1) + nLucas1 (n-2)

lucas1 :: [Integer]
lucas1 = [nLucas1 n | n <- [0..]]

-- 2ª definición
-- =============

lucas2 :: [Integer]
lucas2 = 2 : 1 : zipWith (+) lucas2 (tail lucas2)

nLucas2 :: Integer -> Integer
nLucas2 n = lucas2 `genericIndex` n

-- 3ª definición
-- =============

lucas3  :: [Integer]
lucas3 = 2 : scanl (+) 1 lucas3
 
nLucas3 :: Integer -> Integer
nLucas3 = genericIndex lucas3
            
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> nLucas1 32
--    4870847
--    (3.22 secs, 1,467,677,208 bytes)
--    λ> nLucas2 32
--    4870847
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> nLucas3 32
--    4870847
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> length (show (nLucas2 230000))
--    48068
--    (1.57 secs, 2,415,008,392 bytes)
--    λ> length (show (nLucas3 230000))
--    48068
--    (2.08 secs, 2,411,107,352 bytes)

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición

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

nLucas1 :: Integer -> Integer

nLucas1 0 = 2

nLucas1 1 = 1

nLucas1 n = nLucas1 (n-1) + nLucas1 (n-2)

lucas1 :: [Integer]

lucas1 = [nLucas1 n | n <- [0..]]

-- 2ª definición

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

lucas2 :: [Integer]

lucas2 = 2 : 1 : zipWith (+) lucas2 (tail lucas2)

nLucas2 :: Integer -> Integer

nLucas2 n = lucas2 `genericIndex` n

-- 3ª definición

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

lucas3 :: [Integer]

lucas3 = 2 : scanl (+) 1 lucas3

nLucas3 :: Integer -> Integer

nLucas3 = genericIndex lucas3

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nLucas1 32

-- 4870847

-- (3.22 secs, 1,467,677,208 bytes)

-- λ> nLucas2 32

-- 4870847

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> nLucas3 32

-- 4870847

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (nLucas2 230000))

-- 48068

-- (1.57 secs, 2,415,008,392 bytes)

-- λ> length (show (nLucas3 230000))

-- 48068

-- (2.08 secs, 2,411,107,352 bytes)

Soluciones en Maxima

nLucas (n) := lucas (n)$

1	nLucas (n) := lucas (n)$

La evaluación de los ejemplos es

(%i5) nLucas (5);
(%o5) 11
(%i6) nLucas (32);
(%o6) 4870847

(%i5) nLucas (5);

(%o5) 11

(%i6) nLucas (32);

(%o6) 4870847

Inverso multiplicativo modular

PorJosé A. Alonso 6-abril-201626-marzo-2022

El inverso multiplicativo modular de un entero n módulo p es el número m, entre 1 y p-1, tal que

   mn = 1 (mod p)

1	mn = 1 (mod p)

Por ejemplo, el inverso multiplicativo de 2 módulo 5 es 3, ya que 1 <= 3 <= 4 y 2×3 = 1 (mod 5).

El inverso multipicativo de n módulo p existe si y sólo si n y p son coprimos; es decir, si mcd(n,p) = 1.

Definir la función

   invMod :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

1	invMod :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

tal que (invMod n p) es justo el inverso multiplicativo de n módulo p, si existe y Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

   λ> invMod 2 5
   Just 3
   λ> invMod 2 6
   Nothing
   λ> [(x,invMod x 5) | x <- [0..4]]
   [(0,Nothing),(1,Just 1),(2,Just 3),(3,Just 2),(4,Just 4)]
   λ> [(x,invMod x 6) | x <- [0..5]]
   [(0,Nothing),(1,Just 1),(2,Nothing),(3,Nothing),(4,Nothing),(5,Just 5)]
   λ> let n = 10^7 in invMod (10^n) (1+10^n) == Just (10^n)
   True

λ> invMod 2 5

Just 3

λ> invMod 2 6

Nothing

λ> [(x,invMod x 5) | x <- [0..4]]

[(0,Nothing),(1,Just 1),(2,Just 3),(3,Just 2),(4,Just 4)]

λ> [(x,invMod x 6) | x <- [0..5]]

[(0,Nothing),(1,Just 1),(2,Nothing),(3,Nothing),(4,Nothing),(5,Just 5)]

λ> let n = 10^7 in invMod (10^n) (1+10^n) == Just (10^n)

True

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

invMod1 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer
invMod1 n p | gcd n p == 1 = Just (head [m | m <- [1..p-1], m*n `mod` p == 1])
            | otherwise    = Nothing

-- 2ª definición
-- =============

invMod2 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer
invMod2 n p | m /= 1    = Nothing
            | x < 0     = Just (x + p)
            | otherwise = Just x
    where (x,_,m) = mcdExt n p

-- [Algoritmo extendido de Euclides]
-- (mcd a b) es la terna (x,y,g) tal que g es el máximo común divisor
-- de a y b y se cumple que ax + by = g. Por ejemplo,
--    mcdExt  2  5  ==  (-2,1,1)
--    mcdExt  2  6  ==  ( 1,0,2)
--    mcdExt 12 15  ==  (-1,1,3)
mcdExt :: Integer -> Integer -> (Integer,Integer,Integer)
mcdExt a 0 = (1, 0, a)
mcdExt a b = (t, s - q * t, g)
  where (q, r)    = a `quotRem` b
        (s, t, g) = mcdExt b r

-- 3ª definición
-- =============

invMod3 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer
invMod3 n p | gcd n p == 1 = Just (aux n p)
            | otherwise    = Nothing
  where aux 1 p = 1
        aux n p = (x * p + 1) `div` n
          where x = n - aux (p `mod` n) n                    

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

--    λ> invMod1 (10^7) (1+10^7)
--    Just 10000000
--    (5.05 secs, 2,872,350,896 bytes)
--    λ> invMod2 (10^7) (1+10^7)
--    Just 10000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> invMod3 (10^7) (1+10^7)
--    Just 10000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> let n = 10^7 in invMod2 (10^n) (1+10^n) == Just (10^n)
--    True
--    (0.88 secs, 55,728,120 bytes)
--    λ> let n = 10^7 in invMod3 (10^n) (1+10^n) == Just (10^n)
--    True
--    (1.99 secs, 80,644,352 bytes)

-- 1ª definición

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

invMod1 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

invMod1 n p | gcd n p == 1 = Just (head [m | m <- [1..p-1], m*n `mod` p == 1])

| otherwise = Nothing

-- 2ª definición

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

invMod2 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

invMod2 n p | m /= 1 = Nothing

| x < 0 = Just (x + p)

| otherwise = Just x

where (x,_,m) = mcdExt n p

-- [Algoritmo extendido de Euclides]

-- (mcd a b) es la terna (x,y,g) tal que g es el máximo común divisor

-- de a y b y se cumple que ax + by = g. Por ejemplo,

-- mcdExt 2 5 == (-2,1,1)

-- mcdExt 2 6 == ( 1,0,2)

-- mcdExt 12 15 == (-1,1,3)

mcdExt :: Integer -> Integer -> (Integer,Integer,Integer)

mcdExt a 0 = (1, 0, a)

mcdExt a b = (t, s - q * t, g)

where (q, r) = a `quotRem` b

(s, t, g) = mcdExt b r

-- 3ª definición

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

invMod3 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

invMod3 n p | gcd n p == 1 = Just (aux n p)

| otherwise = Nothing

where aux 1 p = 1

aux n p = (x * p + 1) `div` n

where x = n - aux (p `mod` n) n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> invMod1 (10^7) (1+10^7)

-- Just 10000000

-- (5.05 secs, 2,872,350,896 bytes)

-- λ> invMod2 (10^7) (1+10^7)

-- Just 10000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> invMod3 (10^7) (1+10^7)

-- Just 10000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in invMod2 (10^n) (1+10^n) == Just (10^n)

-- True

-- (0.88 secs, 55,728,120 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in invMod3 (10^n) (1+10^n) == Just (10^n)

-- True

-- (1.99 secs, 80,644,352 bytes)

Solución en Maxima

invMod (n,p) := block ([r],
  r : inv_mod (n,p),
  if integerp (r)
  then Just (r)
  else Nothing)$

invMod (n,p) := block ([r],

r : inv_mod (n,p),

if integerp (r)

then Just (r)

else Nothing)$

La evaluación de los ejemplos es

(%i2) invMod (2,5);
(%o2) Just(3)
(%i3) invMod (2,6);
(%o3) Nothing
(%i4) makelist([x,invMod(x,5)],x,0,4);
(%o4) [[0,Nothing],[1,Just(1)],[2,Just(3)],[3,Just(2)],[4,Just(4)]]
(%i5) makelist([x,invMod(x,6)],x,0,5);
(%o5) [[0,Nothing],[1,Just(1)],[2,Nothing],[3,Nothing],[4,Nothing],[5,Just(5)]]
(%i6) (n : 10^7, is (invMod (10^n,1+10^n) = Just (10^n)));
(%o6) true

(%i2) invMod (2,5);

(%o2) Just(3)

(%i3) invMod (2,6);

(%o3) Nothing

(%i4) makelist([x,invMod(x,5)],x,0,4);

(%o4) [[0,Nothing],[1,Just(1)],[2,Just(3)],[3,Just(2)],[4,Just(4)]]

(%i5) makelist([x,invMod(x,6)],x,0,5);

(%o5) [[0,Nothing],[1,Just(1)],[2,Nothing],[3,Nothing],[4,Nothing],[5,Just(5)]]

(%i6) (n : 10^7, is (invMod (10^n,1+10^n) = Just (10^n)));

(%o6) true

Referencia

Calculating multiplicative inverses in modular arithmetic

Clases de equivalencia

PorJosé A. Alonso 5-abril-201625-abril-2021

Definir la función

   clasesEquivalencia :: [a] -> (a -> a -> Bool) -> [[a]]

1	clasesEquivalencia :: [a] -> (a -> a -> Bool) -> [[a]]

tal que (clasesEquivalencia xs r) es la lista de las clases de equivalencia de xs respecto de la relación de equivalencia r. Por ejemplo,

   λ> clasesEquivalencia [1..20] (\x y -> x `mod` 3 == y `mod` 3)
   [[1,4,7,10,13,16,19],[2,5,8,11,14,17,20],[3,6,9,12,15,18]]
   λ> clasesEquivalencia [1..20] (\x y -> (x - y) `mod` 5 == 0)
   [[1,6,11,16],[2,7,12,17],[3,8,13,18],[4,9,14,19],[5,10,15,20]]
   λ> clasesEquivalencia [-4..4] (\x y -> abs x == abs y)
   [[-4,4],[-3,3],[-2,2],[-1,1],[0]]

λ> clasesEquivalencia [1..20] (\x y -> x `mod` 3 == y `mod` 3)

[[1,4,7,10,13,16,19],[2,5,8,11,14,17,20],[3,6,9,12,15,18]]

λ> clasesEquivalencia [1..20] (\x y -> (x - y) `mod` 5 == 0)

[[1,6,11,16],[2,7,12,17],[3,8,13,18],[4,9,14,19],[5,10,15,20]]

λ> clasesEquivalencia [-4..4] (\x y -> abs x == abs y)

[[-4,4],[-3,3],[-2,2],[-1,1],[0]]

Soluciones

import Data.List (partition)

clasesEquivalencia :: [a] -> (a -> a -> Bool) -> [[a]]
clasesEquivalencia [] r = []
clasesEquivalencia ys@(x:xs) r =
    us : clasesEquivalencia vs r
    where (us,vs) = partition (r x) ys

import Data.List (partition)

clasesEquivalencia :: [a] -> (a -> a -> Bool) -> [[a]]

clasesEquivalencia [] r = []

clasesEquivalencia ys@(x:xs) r =

us : clasesEquivalencia vs r

where (us,vs) = partition (r x) ys

Solución en Maxima

clasesEquivalencia (xs,r) :=
  equiv_classes (setify (xs),r)$

1 2	clasesEquivalencia (xs,r) := equiv_classes (setify (xs),r)$

La evaluación de los ejemplos es

(%i6) xs : makelist (k,k,1,10)$
(%i7) clasesEquivalencia (xs, lambda ([x,y], is (remainder (x-y,3) = 0)));
(%o7) {{1, 4, 7, 10}, {2, 5, 8}, {3, 6, 9}}
(%i8) clasesEquivalencia (xs, lambda ([x,y], is (remainder (x-y,5) = 0)));
(%o8) {{1, 6}, {2, 7}, {3, 8}, {4, 9}, {5, 10}}
(%i9) clasesEquivalencia (makelist(k,k,-4,4), lambda ([x,y], is (abs (x) = abs (y))));
(%o9) {{- 4, 4}, {- 3, 3}, {- 2, 2}, {- 1, 1}, {0}}

(%i6) xs : makelist (k,k,1,10)$

(%i7) clasesEquivalencia (xs, lambda ([x,y], is (remainder (x-y,3) = 0)));

(%o7) {{1, 4, 7, 10}, {2, 5, 8}, {3, 6, 9}}

(%i8) clasesEquivalencia (xs, lambda ([x,y], is (remainder (x-y,5) = 0)));

(%o8) {{1, 6}, {2, 7}, {3, 8}, {4, 9}, {5, 10}}

(%i9) clasesEquivalencia (makelist(k,k,-4,4), lambda ([x,y], is (abs (x) = abs (y))));

(%o9) {{- 4, 4}, {- 3, 3}, {- 2, 2}, {- 1, 1}, {0}}

Factorial generalizado

PorJosé A. Alonso 4-abril-201611-abril-2016

El factorial generalizado de x respecto de y y z es el producto x(x-z)(x-2z) … (x-(y-1)z). Por ejemplo, el factorial generalizado de 7 respecto de 3 y 2 es 7x5x3 = 105 y el de 7 respecto de 2 y 3 es 7×4 = 28

Definir la función

   factGen :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

1	factGen :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

tal que (factGen x y z) es el factorial generalizado de x respecto de y y z. Por ejemplo,

   factGen 7 3 2  ==  105
   factGen 7 2 3  ==  28

1 2	factGen 7 3 2 == 105 factGen 7 2 3 == 28

Nota: Se supone que x, y y z son positivos y z < x.

Comprobar con QuickCheck que (factGen x x 1) es el factorial de x.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición (por comprensión):
factGen :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer
factGen x y z = product [x,x-z..x-(y-1)*z]

-- 2ª definición (por recursión):
factGen2 :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer
factGen2 x 1 _ = x
factGen2 x y z = x * factGen2 (x-z) (y-1) z

-- Propiedad de equivalencia
prop_equiv :: Positive Integer
           -> Positive Integer -> Positive Integer -> Property
prop_equiv (Positive x) (Positive y) (Positive z) =
    z < x ==> factGen x y z == factGen2 x y z

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.
      
-- La propiedad es       
prop_factGen :: Positive Integer -> Bool
prop_factGen (Positive x) =
    factGen x x 1 == product [1..x]

-- La comprobación es      
--    λ> quickCheck prop_factGen
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición (por comprensión):

factGen :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

factGen x y z = product [x,x-z..x-(y-1)*z]

-- 2ª definición (por recursión):

factGen2 :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

factGen2 x 1 _ = x

factGen2 x y z = x * factGen2 (x-z) (y-1) z

-- Propiedad de equivalencia

prop_equiv :: Positive Integer

-> Positive Integer -> Positive Integer -> Property

prop_equiv (Positive x) (Positive y) (Positive z) =

z < x ==> factGen x y z == factGen2 x y z

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La propiedad es

prop_factGen :: Positive Integer -> Bool

prop_factGen (Positive x) =

factGen x x 1 == product [1..x]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_factGen

-- +++ OK, passed 100 tests.

Solución en Maxima

factGen (x,y,z) := genfact (x,y,z)$

1	factGen (x,y,z) := genfact (x,y,z)$

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Referencia

Soluciones

Soluciones

Referencias

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Referencias

Soluciones

Soluciones en Maxima

Soluciones

Soluciones en Maxima

Soluciones

Solución en Maxima

Referencia

Soluciones

Solución en Maxima

Soluciones

Solución en Maxima

Entradas recientes

Buscar

Correo electrónico