José A. Alonso

Representación decimal de números racionales

PorJosé A. Alonso 1-abril-20168-abril-2016

Los números decimales se representan por ternas, donde el primer elemento es la parte entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período. Por ejemplo,

    6/2  = 3                  se representa por (3,[],[])
    1/2  = 0.5                se representa por (0,[5],[])
    1/3  = 0.333333...        se representa por (0,[],[3])  
   23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

6/2 = 3 se representa por (3,[],[])

1/2 = 0.5 se representa por (0,[5],[])

1/3 = 0.333333... se representa por (0,[],[3])

23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

Su tipo es

   type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

1	type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

Los números racionales se representan por un par de enteros, donde el primer elemento es el numerador y el segundo el denominador. Por ejemplo, el número 2/3 se representa por (2,3). Su tipo es

   type Racional = (Integer,Integer)

1	type Racional = (Integer,Integer)

Definir las funciones

   decimal  :: Racional -> Decimal
   racional :: Decimal -> Racional

1 2	decimal :: Racional -> Decimal racional :: Decimal -> Racional

tales que

(decimal r) es la representación decimal del número racional r. Por ejemplo,

        decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
        decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
        decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal (1,4) == (0,[2,5],[])

decimal (1,3) == (0,[],[3])

decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

(racional d) es el número racional cuya representación decimal es d. Por ejemplo,

        racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
        racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
        racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)

racional (0,[2,5],[]) == (1,4)

racional (0,[],[3]) == (1,3)

racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1]) == (23,14)

Con la función decimal se puede calcular los períodos de los números racionales. Por ejemplo,

   ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p
   "428571"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p
   "0212765957446808510638297872340425531914893617"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)
   540

ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p

"428571"

ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p

"0212765957446808510638297872340425531914893617"

ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)

540

Comprobar con QuickCheck si las funciones decimal y racional son inversas.

Soluciones

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Librerías auxiliares                                             --
-- ---------------------------------------------------------------------

import Data.List
import Test.QuickCheck

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Tipos                                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el
-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.
type Racional = (Integer,Integer)

-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte
-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.
type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De racional a decimal                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,
--    mayorExponente 2 40  ==  3
--    mayorExponente 5 40  ==  1
--    mayorExponente 5 41  ==  0
mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer
mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1

-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudAnteperiodo 2   ==  1
--    longitudAnteperiodo 3   ==  0
--    longitudAnteperiodo 14  ==  1
longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer
longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)

-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudPeriodo 2  ==  0
--    longitudPeriodo 3  ==  1
--    longitudPeriodo 7  ==  6
longitudPeriodo :: Integer -> Integer
longitudPeriodo n
    | m == 1    = 0 
    | otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]
    where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))

-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo, 
--    take 10 (expansionDec (1,4))    ==  [0,2,5]
--    take 10 (expansionDec (1,7))    ==  [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]
--    take 12 (expansionDec (90,7))   ==  [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]
--    take 12 (expansionDec (23,14))  ==  [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]
expansionDec :: Racional -> [Integer]
expansionDec (x,y) 
    | r == 0    = [q] 
    | otherwise = q : expansionDec (r*10,y)
    where (q,r) = quotRem x y

-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,
--    parteEntera (125,3)  ==  41
parteEntera :: Racional -> Integer
parteEntera (a,b) = a `div` b

-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de
-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de
-- a/b. Por ejemplo,
--    antePeriodo (23,14)  ==  [6]
--    antePeriodo (1,5)    ==  [2]
antePeriodo :: Racional -> [Integer]
antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b

-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que
-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por
-- ejemplo, 
--    periodo (1,3)                   ==  [3]
--    periodo (1,5)                   ==  []
--    periodo (1,7)                   ==  [1,4,2,8,5,7]
--    periodo (23,14)                 ==  [4,2,8,5,7,1]
--    concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"
periodo :: Racional -> [Integer]
periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b
          t  = longitudPeriodo b

-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por
-- ejemplo, 
--    reducido (40,80)  ==  (1,2)
reducido :: Racional -> Racional
reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m) 
    where m = gcd a b

-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna
-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal
-- periódica. Por ejemplo, 
--    decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
--    decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
--    decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])
decimal :: Racional -> Decimal
decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)
    where r = reducido (a,b)

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De decimal a racional                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de
-- dígitos xs. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [3,2,5]  ==  325
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0

-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]
    where n = length xs

-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación
-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,
--    racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
--    racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
--    racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)
racional :: Decimal -> Racional
racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where
    a = digitosAnumero (x:ys)
    b = 10^(length ys)
racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where 
    a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)
    b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Propiedades                                                      --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- La 1ª propiedad es
prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property
prop_RacionalDecimal (a,b) =
    a >= 0 && b > 0  ==>
    racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)

-- La comprobación es 
--    ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales
numeroRacional :: Gen Racional
numeroRacional = do a <- arbitrary
                    b <- arbitrary
                    return (reducido (abs a, 1+ abs b))

-- La propiedad es
prop_RacionalDecimal2 :: Property
prop_RacionalDecimal2 =
    forAll numeroRacional
           (\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))

-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2
--   +++ OK, passed 100 tests.

-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales
numeroDecimal :: Gen Decimal
numeroDecimal = do a <- arbitrary
                   b <- arbitrary
                   return (decimal (abs a, 1+ abs b))

-- La 2ª propiedad es
prop_DecimalRacional :: Property
prop_DecimalRacional =
    forAll numeroDecimal 
           (\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))

-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_DecimalRacional
--   +++ OK, passed 100 tests.

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

-- § Librerías auxiliares --

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

import Data.List

import Test.QuickCheck

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

-- § Tipos --

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

-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el

-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.

type Racional = (Integer,Integer)

-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte

-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.

type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

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

-- § De racional a decimal --

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

-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,

-- mayorExponente 2 40 == 3

-- mayorExponente 5 40 == 1

-- mayorExponente 5 41 == 0

mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer

mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1

-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de

-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo,

-- longitudAnteperiodo 2 == 1

-- longitudAnteperiodo 3 == 0

-- longitudAnteperiodo 14 == 1

longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer

longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)

-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de

-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo,

-- longitudPeriodo 2 == 0

-- longitudPeriodo 3 == 1

-- longitudPeriodo 7 == 6

longitudPeriodo :: Integer -> Integer

longitudPeriodo n

| m == 1 = 0

| otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]

where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))

-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo,

-- take 10 (expansionDec (1,4)) == [0,2,5]

-- take 10 (expansionDec (1,7)) == [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]

-- take 12 (expansionDec (90,7)) == [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]

-- take 12 (expansionDec (23,14)) == [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]

expansionDec :: Racional -> [Integer]

expansionDec (x,y)

| r == 0 = [q]

| otherwise = q : expansionDec (r*10,y)

where (q,r) = quotRem x y

-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,

-- parteEntera (125,3) == 41

parteEntera :: Racional -> Integer

parteEntera (a,b) = a `div` b

-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de

-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de

-- a/b. Por ejemplo,

-- antePeriodo (23,14) == [6]

-- antePeriodo (1,5) == [2]

antePeriodo :: Racional -> [Integer]

antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)

where xs = expansionDec (a,b)

s = longitudAnteperiodo b

-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que

-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por

-- ejemplo,

-- periodo (1,3) == [3]

-- periodo (1,5) == []

-- periodo (1,7) == [1,4,2,8,5,7]

-- periodo (23,14) == [4,2,8,5,7,1]

-- concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"

periodo :: Racional -> [Integer]

periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)

where xs = expansionDec (a,b)

s = longitudAnteperiodo b

t = longitudPeriodo b

-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por

-- ejemplo,

-- reducido (40,80) == (1,2)

reducido :: Racional -> Racional

reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m)

where m = gcd a b

-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna

-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal

-- periódica. Por ejemplo,

-- decimal (1,4) == (0,[2,5],[])

-- decimal (1,3) == (0,[],[3])

-- decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal :: Racional -> Decimal

decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)

where r = reducido (a,b)

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

-- § De decimal a racional --

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

-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de

-- dígitos xs. Por ejemplo,

-- digitosAnumero [3,2,5] == 325

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0

-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)

digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]

where n = length xs

-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación

-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,

-- racional (0,[2,5],[]) == (1,4)

-- racional (0,[],[3]) == (1,3)

-- racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1]) == (23,14)

racional :: Decimal -> Racional

racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where

a = digitosAnumero (x:ys)

b = 10^(length ys)

racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where

a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)

b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)

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

-- § Propiedades --

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

-- La 1ª propiedad es

prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property

prop_RacionalDecimal (a,b) =

a >= 0 && b > 0 ==>

racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales

numeroRacional :: Gen Racional

numeroRacional = do a <- arbitrary

b <- arbitrary

return (reducido (abs a, 1+ abs b))

-- La propiedad es

prop_RacionalDecimal2 :: Property

prop_RacionalDecimal2 =

forAll numeroRacional

(\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales

numeroDecimal :: Gen Decimal

numeroDecimal = do a <- arbitrary

b <- arbitrary

return (decimal (abs a, 1+ abs b))

-- La 2ª propiedad es

prop_DecimalRacional :: Property

prop_DecimalRacional =

forAll numeroDecimal

(\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_DecimalRacional

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números cuyos dígitos coinciden con los de sus factores primos

PorJosé A. Alonso 30-marzo-201625-marzo-2022

Un número n es especial si al unir los dígitos de sus factores primos, se obtienen exactamente los dígitos de n, aunque puede ser en otro orden. Por ejemplo, 1255 es especial, pues los factores primos de 1255 son 5 y 251.

Definir la función

   esEspecial :: Integer -> Bool

1	esEspecial :: Integer -> Bool

tal que (esEspecial n) se verifica si un número n es especial. Por ejemplo,

   esEspecial 1255 == True
   esEspecial 125  == False
   esEspecial 132  == False

esEspecial 1255 == True

esEspecial 125 == False

esEspecial 132 == False

Comprobar con QuickCheck que todo número primo es especial.

Calcular los 5 primeros números especiales que no son primos.

Soluciones

import Data.List (nub, sort)
import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)
import Test.QuickCheck

esEspecial :: Integer -> Bool
esEspecial n = 
    sort (show n) == sort (concatMap show (nub (primeFactors n)))

-- La propiedad es
prop_primos:: Integer -> Property
prop_primos n = 
    isPrime (abs n) ==> esEspecial (abs n)

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_primos
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- El cálculo es
--    ghci> take 5 [n | n <- [2..], esEspecial n, not (isPrime n)]
--    [735,1255,3792,7236,11913]

import Data.List (nub, sort)

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)

import Test.QuickCheck

esEspecial :: Integer -> Bool

esEspecial n =

sort (show n) == sort (concatMap show (nub (primeFactors n)))

-- La propiedad es

prop_primos:: Integer -> Property

prop_primos n =

isPrime (abs n) ==> esEspecial (abs n)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_primos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- El cálculo es

-- ghci> take 5 [n | n <- [2..], esEspecial n, not (isPrime n)]

-- [735,1255,3792,7236,11913]

Evaluación de expresiones aritméticas

PorJosé A. Alonso 29-marzo-201626-marzo-2022

Las expresiones aritméticas se pueden definir mediante el siguiente tipo de dato

   data Expr  = N Int | V Char | Sum Expr Expr | Mul Expr Expr 
                deriving Show

1 2	data Expr = N Int \| V Char \| Sum Expr Expr \| Mul Expr Expr deriving Show

Por ejemplo, (x+3)+(7*y) se representa por

   ejExpr :: Expr
   ejExpr = Sum (Sum (V 'x') (N 3))(Mul (N 7) (V 'y'))

1 2	ejExpr :: Expr ejExpr = Sum (Sum (V 'x') (N 3))(Mul (N 7) (V 'y'))

Definir la función

   valor :: Expr -> Maybe Int

1	valor :: Expr -> Maybe Int

tal que (valor e) es ‘Just v’ si la expresión e es numérica y v es su valor, o bien ‘Nothing’ si e no es numérica. Por ejemplo:

   valor (Sum (N 7) (N 9))                            == Just 16
   valor (Sum (Sum (V 'x') (N 3))(Mul (N 7) (V 'y'))) == Nothing
   valor (Sum (Sum (N 1) (N 3))(Mul (N 7) (N 2)))     == Just 18

valor (Sum (N 7) (N 9)) == Just 16

valor (Sum (Sum (V 'x') (N 3))(Mul (N 7) (V 'y'))) == Nothing

valor (Sum (Sum (N 1) (N 3))(Mul (N 7) (N 2))) == Just 18

Soluciones

data Expr  = N Int | V Char | Sum Expr Expr | Mul Expr Expr 
             deriving Show

-- 1ª solución
-- ===========

valor1 :: Expr -> Maybe Int
valor1 e | null (aux e) = Nothing
         | otherwise    = Just (head (aux e))
    where aux (N x)       = [x]
          aux (V _)       = []
          aux (Sum e1 e2) = [x+y| x <- aux e1, y <- aux e2]
          aux (Mul e1 e2) = [x*y| x <- aux e1, y <- aux e2]

-- 2ª solución
-- ===========

valor2 :: Expr -> Maybe Int
valor2 e | numerico e = Just (aux e)
         | otherwise  = Nothing
    where aux (N x)       = x
          aux (Sum e1 e2) = aux e1 + aux e2
          aux (Mul e1 e2) = aux e1 * aux e2

numerico :: Expr -> Bool
numerico (N _)       = True
numerico (V _)       = False
numerico (Sum e1 e2) = numerico e1 && numerico e2
numerico (Mul e1 e2) = numerico e1 && numerico e2

data Expr = N Int | V Char | Sum Expr Expr | Mul Expr Expr

deriving Show

-- 1ª solución

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

valor1 :: Expr -> Maybe Int

valor1 e | null (aux e) = Nothing

| otherwise = Just (head (aux e))

where aux (N x) = [x]

aux (V _) = []

aux (Sum e1 e2) = [x+y| x <- aux e1, y <- aux e2]

aux (Mul e1 e2) = [x*y| x <- aux e1, y <- aux e2]

-- 2ª solución

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

valor2 :: Expr -> Maybe Int

valor2 e | numerico e = Just (aux e)

| otherwise = Nothing

where aux (N x) = x

aux (Sum e1 e2) = aux e1 + aux e2

aux (Mul e1 e2) = aux e1 * aux e2

numerico :: Expr -> Bool

numerico (N _) = True

numerico (V _) = False

numerico (Sum e1 e2) = numerico e1 && numerico e2

numerico (Mul e1 e2) = numerico e1 && numerico e2

Posiciones de máximos locales

PorJosé A. Alonso 28-marzo-20164-abril-2016

Los vectores se definen usando tablas como sigue:

   type Vector a = Array Int a

1	type Vector a = Array Int a

Un elemento de un vector es un máximo local si no tiene ningún elemento adyacente mayor o igual que él.

Definir la función

   posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

1	posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

tal que (posMaxVec p) devuelve las posiciones del vector p en las que p tiene un máximo local. Por ejemplo,

   posMaxVec (listArray (1,6) [3,2,6,7,5,3]) == [1,4]
   posMaxVec (listArray (1,2) [5,5])         == []
   posMaxVec (listArray (1,1) [5])           == [1]

posMaxVec (listArray (1,6) [3,2,6,7,5,3]) == [1,4]

posMaxVec (listArray (1,2) [5,5]) == []

posMaxVec (listArray (1,1) [5]) == [1]

Soluciones

import Data.Array

type Vector a = Array Int a

-- 1ª definición
posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec p 
    | n == 1 = [1]
    | otherwise = 
        (if p!1 > p!2 then [1] else []) ++ 
        [i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++
        (if p!(n-1) < p!n then [n] else [])
    where (_,n) = bounds p

-- 2ª definición
posMaxVec2 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec2 p  
    | n == 1 = [1]
    | otherwise = 
        [1 | p ! 1 > p ! 2] ++ 
        [i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++
        [n | p ! (n - 1) < p ! n]
    where (_,n) = bounds p

-- 3ª definición
posMaxVec3 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec3 p  
    | n == 1    = [1]
    | otherwise = [i | i <- [1..n],
                       all (<p!i) [p!j | j <- vecinos i]]
    where (_,n) = bounds p
          vecinos 1 = [2]
          vecinos j | j == n    = [n-1]
                    | otherwise = [j-1,j+1]

-- 4ª definición
posMaxVec4 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec4 p = [i | (i,x) <- assocs p
                  , i == a || p!(i-1) < x
                  , i == b || p!(i+1) < x ]
    where (a,b) = bounds p

import Data.Array

type Vector a = Array Int a

-- 1ª definición

posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec p

| n == 1 = [1]

| otherwise =

(if p!1 > p!2 then [1] else []) ++

[i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++

(if p!(n-1) < p!n then [n] else [])

where (_,n) = bounds p

-- 2ª definición

posMaxVec2 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec2 p

| n == 1 = [1]

| otherwise =

[1 | p ! 1 > p ! 2] ++

[i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++

[n | p ! (n - 1) < p ! n]

where (_,n) = bounds p

-- 3ª definición

posMaxVec3 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec3 p

| n == 1 = [1]

| otherwise = [i | i <- [1..n],

all (<p!i) [p!j | j <- vecinos i]]

where (_,n) = bounds p

vecinos 1 = [2]

vecinos j | j == n = [n-1]

| otherwise = [j-1,j+1]

-- 4ª definición

posMaxVec4 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec4 p = [i | (i,x) <- assocs p

, i == a || p!(i-1) < x

, i == b || p!(i+1) < x ]

where (a,b) = bounds p

Comportamiento del último dígito en primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 18-marzo-20162-mayo-2016

El pasado 11 de marzo se ha publicado el artículo Unexpected biases in the distribution of consecutive primes en el que muestra que los números primos repelen a otros primos que terminan en el mismo dígito.

La lista de los últimos dígitos de los 30 primeros números es

   [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3]

1	[2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3]

Se observa que hay 6 números que su último dígito es un 1 y de sus consecutivos 4 terminan en 3 y 2 terminan en 7.

Definir la función

   distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer

1	distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer

tal que (distribucionUltimos n) es la matriz cuyo elemento (i,j) indica cuántos de los n primeros números primos terminan en i y su siguiente número primo termina en j. Por ejemplo,

   λ> distribucionUltimos 30
   ( 0 0 4 0 0 0 2 0 0 )
   ( 0 0 1 0 0 0 0 0 0 )
   ( 0 0 0 0 1 0 4 0 4 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 0 0 0 0 0 0 1 0 0 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 4 0 1 0 0 0 0 0 2 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 2 0 3 0 0 0 1 0 0 )
   
   λ> distribucionUltimos (10^5)
   ( 4104    0 7961    0    0    0 8297    0 4605 )
   (    0    0    1    0    0    0    0    0    0 )
   ( 5596    0 3604    0    1    0 7419    0 8387 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   (    0    0    0    0    0    0    1    0    0 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   ( 6438    0 6928    0    0    0 3627    0 8022 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   ( 8830    0 6513    0    0    0 5671    0 3995 )

λ> distribucionUltimos 30

( 0 0 4 0 0 0 2 0 0 )

( 0 0 1 0 0 0 0 0 0 )

( 0 0 0 0 1 0 4 0 4 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 0 0 0 0 0 0 1 0 0 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 4 0 1 0 0 0 0 0 2 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 2 0 3 0 0 0 1 0 0 )

λ> distribucionUltimos (10^5)

( 4104 0 7961 0 0 0 8297 0 4605 )

( 0 0 1 0 0 0 0 0 0 )

( 5596 0 3604 0 1 0 7419 0 8387 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 0 0 0 0 0 0 1 0 0 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 6438 0 6928 0 0 0 3627 0 8022 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 8830 0 6513 0 0 0 5671 0 3995 )

Nota: Se observa cómo se «repelen» ya que en las filas del 1, 3, 7 y 9 el menor elemento es el de la diagonal.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Data.Array
import qualified Data.Matrix as M

-- (ultimo n) es el último dígito de n.    
ultimo :: Integer -> Integer
ultimo n = n `mod` 10

-- ultimos es la lista de el último dígito de los primos.
--    λ> take 20 ultimos
--    [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1]
ultimos :: [Integer]
ultimos = map ultimo primes

-- ultimosConsecutivos es la lista de los últimos dígitos de los primos
-- consecutivos. 
--    λ> take 10 ultimosConsecutivos
--    [(2,3),(3,5),(5,7),(7,1),(1,3),(3,7),(7,9),(9,3),(3,9),(9,1)]
ultimosConsecutivos :: [(Integer,Integer)]
ultimosConsecutivos = zip ultimos (tail ultimos)

-- (histograma r is) es el vector formado contando cuantas veces
-- aparecen los elementos del rango r en la lista de índices is. Por
-- ejemplo, 
--    ghci> histograma (0,5) [3,1,4,1,5,4,2,7]
--    array (0,5) [(0,0),(1,2),(2,1),(3,1),(4,2),(5,1)]
histograma :: (Ix a, Num b) => (a,a) -> [a] -> Array a b
histograma r is = 
    accumArray (+) 0 r [(i,1) | i <- is, inRange r i]

distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer
distribucionUltimos n =
    M.fromList 9 9 (elems (histograma ((1,1),(9,9)) (take n ultimosConsecutivos)))

import Data.Numbers.Primes

import Data.Array

import qualified Data.Matrix as M

-- (ultimo n) es el último dígito de n.

ultimo :: Integer -> Integer

ultimo n = n `mod` 10

-- ultimos es la lista de el último dígito de los primos.

-- λ> take 20 ultimos

-- [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1]

ultimos :: [Integer]

ultimos = map ultimo primes

-- ultimosConsecutivos es la lista de los últimos dígitos de los primos

-- consecutivos.

-- λ> take 10 ultimosConsecutivos

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

ultimosConsecutivos :: [(Integer,Integer)]

ultimosConsecutivos = zip ultimos (tail ultimos)

-- (histograma r is) es el vector formado contando cuantas veces

-- aparecen los elementos del rango r en la lista de índices is. Por

-- ejemplo,

-- ghci> histograma (0,5) [3,1,4,1,5,4,2,7]

-- array (0,5) [(0,0),(1,2),(2,1),(3,1),(4,2),(5,1)]

histograma :: (Ix a, Num b) => (a,a) -> [a] -> Array a b

histograma r is =

accumArray (+) 0 r [(i,1) | i <- is, inRange r i]

distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer

distribucionUltimos n =

M.fromList 9 9 (elems (histograma ((1,1),(9,9)) (take n ultimosConsecutivos)))

Solución en Maxima

distribucionUltimos (n) := block (
  [r : zeromatrix (9,9),
   xs : ultimos (n),
   i, j],
  unless length (xs) < 2 do
    ( i : first (xs),
      j : second (xs),
      r[i,j] : 1 + r[i,j],
      xs : rest (xs)),
  r)$

/* ultimos(n) es la lista del último dígito de los n primeros primos.
      (%i5) ultimos (30);
      (%o5) [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3,7]
*/
ultimos (n) := block ([r:[], p:2],
  for k from 0 thru n do
    ( r : cons (mod (p,10), r),
      p : next_prime (p) ),
  reverse (r))$

distribucionUltimos (n) := block (

[r : zeromatrix (9,9),

xs : ultimos (n),

i, j],

unless length (xs) < 2 do

( i : first (xs),

j : second (xs),

r[i,j] : 1 + r[i,j],

xs : rest (xs)),

r)$

/* ultimos(n) es la lista del último dígito de los n primeros primos.

(%i5) ultimos (30);

(%o5) [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3,7]

ultimos (n) := block ([r:[], p:2],

for k from 0 thru n do

( r : cons (mod (p,10), r),

p : next_prime (p) ),

reverse (r))$

Máxima suma de elementos consecutivos

PorJosé A. Alonso 17-marzo-20161-mayo-2016

Definir la función

   sumaMaxima :: [Integer] -> Integer

1	sumaMaxima :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaMaxima xs) es el valor máximo de la suma de elementos consecutivos de la lista xs. Por ejemplo,

   sumaMaxima []             ==  0 
   sumaMaxima [2,-2,3,-3,4]  ==  4
   sumaMaxima [-1,-2,-3]     ==  0
   sumaMaxima [2,-1,3,-2,3]  ==  5
   sumaMaxima [1,-1,3,-2,4]  ==  5
   sumaMaxima [2,-1,3,-2,4]  ==  6
   sumaMaxima [1..10^6]      ==  500000500000

sumaMaxima [] == 0

sumaMaxima [2,-2,3,-3,4] == 4

sumaMaxima [-1,-2,-3] == 0

sumaMaxima [2,-1,3,-2,3] == 5

sumaMaxima [1,-1,3,-2,4] == 5

sumaMaxima [2,-1,3,-2,4] == 6

sumaMaxima [1..10^6] == 500000500000

Comprobar con QuickCheck que

   sumaMaxima xs == sumaMaxima (reverse xs)

1	sumaMaxima xs == sumaMaxima (reverse xs)

Soluciones

import Data.List (inits, tails)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

sumaMaxima1 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima1 [] = 0
sumaMaxima1 xs =
    maximum (0 : map sum [sublista xs i j | i <- [0..length xs - 1],
                                            j <- [i..length xs - 1]])

sublista :: [Integer] -> Int -> Int -> [Integer]
sublista xs i j =
    [xs!!k | k <- [i..j]]

-- 2ª definición
-- =============

sumaMaxima2 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima2 [] = 0
sumaMaxima2 xs = sumaMaximaAux 0 0 xs
    where m = maximum xs

sumaMaximaAux :: Integer -> Integer -> [Integer] -> Integer
sumaMaximaAux m v [] = max m v
sumaMaximaAux m v (x:xs)
    | x >= 0    = sumaMaximaAux m (v+x) xs
    | v+x > 0   = sumaMaximaAux (max m v) (v+x) xs
    | otherwise = sumaMaximaAux (max m v) 0 xs

-- 3ª definición
-- =============

sumaMaxima3 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima3 [] = 0
sumaMaxima3 xs = maximum (map sum (segmentos xs))

-- (segmentos xs) es la lista de los segmentos de xs. Por ejemplo 
--    segmentos "abc"  ==  ["", "a","ab","abc","b","bc","c"]
segmentos :: [a] -> [[a]]
segmentos xs =
    [] : concat [tail (inits ys) | ys <- init (tails xs)]

-- 4ª definición
-- =============

sumaMaxima4 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima4 [] = 0
sumaMaxima4 xs = 
    maximum (concat [scanl (+) 0 ys | ys <- tails xs])

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_sumaMaxima :: [Integer] -> Bool
prop_sumaMaxima xs =
    sumaMaxima2 xs == n &&
    sumaMaxima3 xs == n &&
    sumaMaxima4 xs == n
    where n = sumaMaxima1 xs

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

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

--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima1 [-n..n] 
--    5050
--    (2.10 secs, 390,399,104 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima2 [-n..n] 
--    5050
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima3 [-n..n] 
--    5050
--    (0.27 secs, 147,705,184 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima4 [-n..n] 
--    5050
--    (0.04 secs, 11,582,520 bytes)

prop_inversa :: [Integer] -> Bool
prop_inversa xs =
    sumaMaxima2 xs == sumaMaxima2 (reverse xs)

import Data.List (inits, tails)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

sumaMaxima1 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima1 [] = 0

sumaMaxima1 xs =

maximum (0 : map sum [sublista xs i j | i <- [0..length xs - 1],

j <- [i..length xs - 1]])

sublista :: [Integer] -> Int -> Int -> [Integer]

sublista xs i j =

[xs!!k | k <- [i..j]]

-- 2ª definición

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

sumaMaxima2 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima2 [] = 0

sumaMaxima2 xs = sumaMaximaAux 0 0 xs

where m = maximum xs

sumaMaximaAux :: Integer -> Integer -> [Integer] -> Integer

sumaMaximaAux m v [] = max m v

sumaMaximaAux m v (x:xs)

| x >= 0 = sumaMaximaAux m (v+x) xs

| v+x > 0 = sumaMaximaAux (max m v) (v+x) xs

| otherwise = sumaMaximaAux (max m v) 0 xs

-- 3ª definición

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

sumaMaxima3 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima3 [] = 0

sumaMaxima3 xs = maximum (map sum (segmentos xs))

-- (segmentos xs) es la lista de los segmentos de xs. Por ejemplo

-- segmentos "abc" == ["", "a","ab","abc","b","bc","c"]

segmentos :: [a] -> [[a]]

segmentos xs =

[] : concat [tail (inits ys) | ys <- init (tails xs)]

-- 4ª definición

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

sumaMaxima4 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima4 [] = 0

sumaMaxima4 xs =

maximum (concat [scanl (+) 0 ys | ys <- tails xs])

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_sumaMaxima :: [Integer] -> Bool

prop_sumaMaxima xs =

sumaMaxima2 xs == n &&

sumaMaxima3 xs == n &&

sumaMaxima4 xs == n

where n = sumaMaxima1 xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaMaxima

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima1 [-n..n]

-- 5050

-- (2.10 secs, 390,399,104 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima2 [-n..n]

-- 5050

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima3 [-n..n]

-- 5050

-- (0.27 secs, 147,705,184 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima4 [-n..n]

-- 5050

-- (0.04 secs, 11,582,520 bytes)

prop_inversa :: [Integer] -> Bool

prop_inversa xs =

sumaMaxima2 xs == sumaMaxima2 (reverse xs)

Rotación de una matriz

PorJosé A. Alonso 16-marzo-201630-marzo-2016

En la siguiente figura, al rotar girando 90 grados en el sentido del reloj la matriz de la izquierda, obtenemos la de la derecha

   1 2 3        7 4 1
   4 5 6        8 5 2
   7 8 9        9 6 3

1 2 3 7 4 1

4 5 6 8 5 2

7 8 9 9 6 3

Definir la función

   rota :: Matrix Int -> Matrix Int

1	rota :: Matrix Int -> Matrix Int

tal que (rota p) es la matriz obtenida girando en el sentido del reloj la matriz cuadrada p. Por ejemplo,

   λ> rota (fromList 3 3 [1..9])
   ( 7 4 1 )
   ( 8 5 2 )
   ( 9 6 3 )
   
   λ> rota (fromList 3 3 [7,4,1,8,5,2,9,6,3])
   ( 9 8 7 )
   ( 6 5 4 )
   ( 3 2 1 )

λ> rota (fromList 3 3 [1..9])

( 7 4 1 )

( 8 5 2 )

( 9 6 3 )

λ> rota (fromList 3 3 [7,4,1,8,5,2,9,6,3])

( 9 8 7 )

( 6 5 4 )

( 3 2 1 )

Soluciones

import Data.Matrix

rota :: Matrix Int -> Matrix Int
rota p = matrix n m (\(i,j) -> p ! (n+1-j,i))
    where m = nrows p
          n = ncols p

import Data.Matrix

rota :: Matrix Int -> Matrix Int

rota p = matrix n m (\(i,j) -> p ! (n+1-j,i))

where m = nrows p

n = ncols p

Mayor sección inicial sin repetidos

PorJosé A. Alonso 15-marzo-20161-mayo-2016

Definir la función

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

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

tal que (seccion xs) es el mayor sección inicial de xs que no contiene ningún elemento repetido. Por ejemplo:

   seccion [1,2,3,2,4,5]                      == [1,2,3] 
   seccion "caceres"                          == "ca"
   length (seccion ([1..7531] ++ [1..10^9]))  ==  7531

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

seccion "caceres" == "ca"

length (seccion ([1..7531] ++ [1..10^9])) == 7531

Soluciones

import Data.List (inits, nub)

-- 1ª solución
-- ===========

seccion1 :: Eq a => [a] -> [a]
seccion1 = last . filter (\ys -> nub ys == ys) . inits

-- 2ª solución
-- ===========

seccion2 :: Eq a => [a] -> [a]
seccion2 xs = aux xs []
    where aux [] ys = reverse ys
          aux (x:xs) ys | x `elem` ys = reverse ys
                        | otherwise   = aux xs (x:ys)

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

--    ghci> last (seccion1 [1..10^3])
--    1000
--    (6.19 secs, 59,174,640 bytes)
--    ghci> last (seccion2 [1..10^3])
--    1000
--    (0.04 secs, 0 bytes)

import Data.List (inits, nub)

-- 1ª solución

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

seccion1 :: Eq a => [a] -> [a]

seccion1 = last . filter (\ys -> nub ys == ys) . inits

-- 2ª solución

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

seccion2 :: Eq a => [a] -> [a]

seccion2 xs = aux xs []

where aux [] ys = reverse ys

aux (x:xs) ys | x `elem` ys = reverse ys

| otherwise = aux xs (x:ys)

-- Comparación de eficiencia

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

-- ghci> last (seccion1 [1..10^3])

-- 1000

-- (6.19 secs, 59,174,640 bytes)

-- ghci> last (seccion2 [1..10^3])

-- 1000

-- (0.04 secs, 0 bytes)

Primo suma de dos cuadrados

PorJosé A. Alonso 14-marzo-20161-abril-2016

Definir la sucesión

   primosSumaDe2Cuadrados :: [Integer]

1	primosSumaDe2Cuadrados :: [Integer]

cuyos elementos son los números primos que se pueden escribir como sumas de dos cuadrados. Por ejemplo,

   λ> take 20 primosSumaDe2Cuadrados
   [2,5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181]
   λ> primosSumaDe2Cuadrados !! (2*10^5)
   5803241

λ> take 20 primosSumaDe2Cuadrados

[2,5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181]

λ> primosSumaDe2Cuadrados !! (2*10^5)

5803241

En el ejemplo anterior,

13 está en la sucesión porque es primo y 13 = 2²+3².
11 no está en la sucesión porque no se puede escribir como suma de dos cuadrados (en efecto, 11-1=10, 11-2²=7 y 11-3²=2 no son cuadrados).
20 no está en la sucesión porque, aunque es suma de dos cuadrados (20=4²+2²), no es primo.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

primosSumaDe2Cuadrados1 :: [Integer]
primosSumaDe2Cuadrados1 =
    [n | n <- primes,
         esSumaDe2Cuadrados n]

esSumaDe2Cuadrados :: Integer -> Bool
esSumaDe2Cuadrados n = not (null (sumas2cuadrados n))

sumas2cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer)]
sumas2cuadrados n = 
    [(x,y) | x <- [1..ceiling (sqrt (fromIntegral n))],
             let z = n - x^2,
             esCuadrado z, 
             let y = raiz z,
             x <= y]
             
-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
    where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer
raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 2ª solución
-- ===========

primosSumaDe2Cuadrados2 :: [Integer]
primosSumaDe2Cuadrados2 =
    2 : [n | n <- primes,
             n `mod` 4 == 1]

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

--    λ> primosSumaDe2Cuadrados1 !! (2*10^3)
--    38153
--    (3.03 secs, 568,239,744 bytes)
--    λ> primosSumaDe2Cuadrados2 !! (2*10^3)
--    38153
--    (0.05 secs, 20,017,912 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

primosSumaDe2Cuadrados1 :: [Integer]

primosSumaDe2Cuadrados1 =

[n | n <- primes,

esSumaDe2Cuadrados n]

esSumaDe2Cuadrados :: Integer -> Bool

esSumaDe2Cuadrados n = not (null (sumas2cuadrados n))

sumas2cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer)]

sumas2cuadrados n =

[(x,y) | x <- [1..ceiling (sqrt (fromIntegral n))],

let z = n - x^2,

esCuadrado z,

let y = raiz z,

x <= y]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 2ª solución

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

primosSumaDe2Cuadrados2 :: [Integer]

primosSumaDe2Cuadrados2 =

2 : [n | n <- primes,

n `mod` 4 == 1]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> primosSumaDe2Cuadrados1 !! (2*10^3)

-- 38153

-- (3.03 secs, 568,239,744 bytes)

-- λ> primosSumaDe2Cuadrados2 !! (2*10^3)

-- 38153

-- (0.05 secs, 20,017,912 bytes)

Referencias

N.J.A. Sloane, Sucesión A002313 de la OEIS.
M. Bates, Primes of the form x² + ny²–
G. Xiao, Two squares.

Máxima suma en una matriz

PorJosé A. Alonso 11-marzo-201628-marzo-2016

Las matrices puede representarse mediante tablas cuyos índices son pares de números naturales:

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz = Array (Int,Int) Int

Definir la función

   maximaSuma :: Matriz -> Int

1	maximaSuma :: Matriz -> Int

tal que (maximaSuma p) es el máximo de las sumas de las listas de elementos de la matriz p tales que cada elemento pertenece sólo a una fila y a una columna. Por ejemplo,

   ghci> maximaSuma (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
   17

1 2	ghci> maximaSuma (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7]) 17

ya que las selecciones, y sus sumas, de la matriz

   |1 2 3|
   |8 4 9|
   |5 6 7|

|1 2 3|

|8 4 9|

|5 6 7|

son

   [1,4,7] --> 12
   [1,9,6] --> 16
   [2,8,7] --> 17
   [2,9,5] --> 16
   [3,8,6] --> 17
   [3,4,5] --> 12

[1,4,7] --> 12

[1,9,6] --> 16

[2,8,7] --> 17

[2,9,5] --> 16

[3,8,6] --> 17

[3,4,5] --> 12

Hay dos selecciones con máxima suma: [2,8,7] y [3,8,6].

Soluciones

import Data.Array
import Data.List (permutations)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

maximaSuma :: Matriz -> Int
maximaSuma p = maximum [sum xs | xs <- selecciones p]

-- (selecciones p) es la lista de las selecciones en las que cada
-- elemento pertenece a un única fila y a una única columna de la matriz
-- p. Por ejemplo,
--    ghci> selecciones (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
--    [[1,4,7],[2,8,7],[3,4,5],[2,9,5],[3,8,6],[1,9,6]]
selecciones :: Matriz -> [[Int]]
selecciones p = 
    [[p!(i,j) | (i,j) <- ijs] | 
     ijs <- [zip [1..n] xs | xs <- permutations [1..n]]] 
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- 2ª solución (mediante submatrices):
maximaSuma2 :: Matriz -> Int
maximaSuma2 p 
    | (m,n) == (1,1) = p!(1,1)
    | otherwise = maximum [p!(1,j) 
                  + maximaSuma2 (submatriz 1 j p) | j <- [1..n]]
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- (submatriz i j p) es la matriz obtenida a partir de la p eliminando
-- la fila i y la columna j. Por ejemplo, 
--    ghci> submatriz 2 3 (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
--    array ((1,1),(2,2)) [((1,1),1),((1,2),2),((2,1),5),((2,2),6)]
submatriz :: Int -> Int -> Matriz -> Matriz
submatriz i j p = 
    array ((1,1), (m-1,n -1))
          [((k,l), p ! f k l) | k <- [1..m-1], l <- [1.. n-1]]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          f k l | k < i  && l < j  = (k,l)
                | k >= i && l < j  = (k+1,l)
                | k < i  && l >= j = (k,l+1)
                | otherwise        = (k+1,l+1)

import Data.Array

import Data.List (permutations)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

maximaSuma :: Matriz -> Int

maximaSuma p = maximum [sum xs | xs <- selecciones p]

-- (selecciones p) es la lista de las selecciones en las que cada

-- elemento pertenece a un única fila y a una única columna de la matriz

-- p. Por ejemplo,

-- ghci> selecciones (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])

-- [[1,4,7],[2,8,7],[3,4,5],[2,9,5],[3,8,6],[1,9,6]]

selecciones :: Matriz -> [[Int]]

selecciones p =

[[p!(i,j) | (i,j) <- ijs] |

ijs <- [zip [1..n] xs | xs <- permutations [1..n]]]

where (_,(m,n)) = bounds p

-- 2ª solución (mediante submatrices):

maximaSuma2 :: Matriz -> Int

maximaSuma2 p

| (m,n) == (1,1) = p!(1,1)

| otherwise = maximum [p!(1,j)

+ maximaSuma2 (submatriz 1 j p) | j <- [1..n]]

where (_,(m,n)) = bounds p

-- (submatriz i j p) es la matriz obtenida a partir de la p eliminando

-- la fila i y la columna j. Por ejemplo,

-- ghci> submatriz 2 3 (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])

-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),1),((1,2),2),((2,1),5),((2,2),6)]

submatriz :: Int -> Int -> Matriz -> Matriz

submatriz i j p =

array ((1,1), (m-1,n -1))

[((k,l), p ! f k l) | k <- [1..m-1], l <- [1.. n-1]]

where (_,(m,n)) = bounds p

f k l | k < i && l < j = (k,l)

| k >= i && l < j = (k+1,l)

| k < i && l >= j = (k,l+1)

| otherwise = (k+1,l+1)

Paridad del número de divisores

PorJosé A. Alonso 10-marzo-201617-marzo-2016

Definir la función

   nDivisoresPar :: Integer -> Bool

1	nDivisoresPar :: Integer -> Bool

tal que (nDivisoresPar n) se verifica si n tiene un número par de divisores. Por ejemplo,

   nDivisoresPar 12                     ==  True
   nDivisoresPar 16                     ==  False
   nDivisoresPar (product [1..2*10^4])  ==  True

nDivisoresPar 12 == True

nDivisoresPar 16 == False

nDivisoresPar (product [1..2*10^4]) == True

Soluciones

import Data.List (group)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª definición
-- =============

nDivisoresPar1 :: Integer -> Bool
nDivisoresPar1 = even . length . divisores

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

-- 2ª definición
-- =============

nDivisoresPar2 :: Integer -> Bool
nDivisoresPar2 n =
    any odd (map length (group (primeFactors n)))

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

--    λ> nDivisoresPar1 (10^7)
--    True
--    (14.18 secs, 2,078,736,992 bytes)
--    λ> nDivisoresPar2 (10^7)
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--
--    λ> nDivisoresPar2 (product [1..2*10^4])
--    True
--    (2.30 secs, 1,003,013,112 bytes)

import Data.List (group)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª definición

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

nDivisoresPar1 :: Integer -> Bool

nDivisoresPar1 = even . length . divisores

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

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

-- divisores 16 == [1,2,4,8,16]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores n =

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

-- 2ª definición

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

nDivisoresPar2 :: Integer -> Bool

nDivisoresPar2 n =

any odd (map length (group (primeFactors n)))

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nDivisoresPar1 (10^7)

-- True

-- (14.18 secs, 2,078,736,992 bytes)

-- λ> nDivisoresPar2 (10^7)

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> nDivisoresPar2 (product [1..2*10^4])

-- True

-- (2.30 secs, 1,003,013,112 bytes)

Solución en Maxima

/* concat(xs) es la lista obtenida concatenado los elementos de xss. Por
   ejemplo,
      concat([[1,3],[2,4],[5,7]])  ==  [1, 3, 2, 4, 5, 7]             */
concat (xs) := block ([r:[]],
  for x in reverse (xs) do r : append (x,r),
  r)$

nDivisoresPares (n) := block(
  [xs : concat (map (rest, ifactors (n))), p : false],
  for x in xs do p: oddp (x) or p,
  p)$

/* concat(xs) es la lista obtenida concatenado los elementos de xss. Por

ejemplo,

concat([[1,3],[2,4],[5,7]]) == [1, 3, 2, 4, 5, 7] */

concat (xs) := block ([r:[]],

for x in reverse (xs) do r : append (x,r),

r)$

nDivisoresPares (n) := block(

[xs : concat (map (rest, ifactors (n))), p : false],

for x in xs do p: oddp (x) or p,

p)$

Máxima longitud de las sublistas comunes

PorJosé A. Alonso 9-marzo-201616-marzo-2016

Las sublistas comunes de «1325» y «36572» son «», «3»,»32″, «35», «2» y «5». El máximo de sus longitudes es 2.

Definir la función

   maximo :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

1	maximo :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

tal que (maximo xs ys) es el máximo de las longitudes de las sublistas comunes de xs e ys. Por ejemplo,

   maximo "1325" "36572"       == 2
   maximo [1,4..33] [2,4..33]  == 5
   maximo [1..10^6] [1..10^6]  == 100000

maximo "1325" "36572" == 2

maximo [1,4..33] [2,4..33] == 5

maximo [1..10^6] [1..10^6] == 100000

Soluciones

import Data.List (subsequences, intersect)

-- 1ª definición
-- =============

maximo1 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
maximo1 xs ys = 
    maximum (map length (sublistasComunes xs ys))

-- (sublistasComunes xs ys) es la lista de las sublistas comunes de xs e
-- ys. Por ejemplo,
sublistasComunes :: Eq a => [a] -> [a] -> [[a]]
sublistasComunes xs ys =
    subsequences xs `intersect` subsequences ys

-- 2ª definición
-- =============

maximo2 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
maximo2 l1@(x:xs) l2@(y:ys) 
    | x == y    = 1 + maximo2 xs ys
    | otherwise = max (maximo2 xs l2) (maximo2 l1 ys)  
maximo2 _ _ = 0

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

--    λ> maximo1 [1,4..30] [2,4..30]
--    5
--    (3.60 secs, 0 bytes)
--    λ> maximo2 [1,4..30] [2,4..30]
--    5
--    (1.58 secs, 216,347,472 bytes)
--    
--    λ> maximo2 [1..10^6] [1..10^6]
--    1000000
--    (2.44 secs, 407,051,096 bytes)

import Data.List (subsequences, intersect)

-- 1ª definición

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

maximo1 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

maximo1 xs ys =

maximum (map length (sublistasComunes xs ys))

-- (sublistasComunes xs ys) es la lista de las sublistas comunes de xs e

-- ys. Por ejemplo,

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

sublistasComunes xs ys =

subsequences xs `intersect` subsequences ys

-- 2ª definición

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

maximo2 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

maximo2 l1@(x:xs) l2@(y:ys)

| x == y = 1 + maximo2 xs ys

| otherwise = max (maximo2 xs l2) (maximo2 l1 ys)

maximo2 _ _ = 0

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximo1 [1,4..30] [2,4..30]

-- 5

-- (3.60 secs, 0 bytes)

-- λ> maximo2 [1,4..30] [2,4..30]

-- 5

-- (1.58 secs, 216,347,472 bytes)

-- λ> maximo2 [1..10^6] [1..10^6]

-- 1000000

-- (2.44 secs, 407,051,096 bytes)

Elemento ausente

PorJosé A. Alonso 8-marzo-20162-mayo-2016

Sea xs una lista y n su longitud. Se dice que xs es casi completa si sus elementos son los números enteros entre 0 y n excepto uno. Por ejemplo, la lista [3,0,1] es casi completa.

Definir la función

   ausente :: [Integer] -> Integer

1	ausente :: [Integer] -> Integer

tal que (ausente xs) es el único entero (entre 0 y la longitud de xs) que no pertenece a la lista casi completa xs. Por ejemplo,

   ausente [3,0,1]               ==  2
   ausente [1,2,0]               ==  3
   ausente (1+10^7:[0..10^7-1])  ==  10000000

ausente [3,0,1] == 2

ausente [1,2,0] == 3

ausente (1+10^7:[0..10^7-1]) == 10000000

Soluciones

import Data.List (foldl', genericLength)
import Data.Set (fromList, notMember)
    
-- 1ª definición
ausente1 :: [Integer] -> Integer
ausente1 xs =
    head [n | n <- [0..], n `notElem` xs]

-- 2ª definición
ausente2 :: [Integer] -> Integer
ausente2 xs =
    head [n | n <- [0..], n `notMember` ys]
    where ys = fromList xs
         
-- 3ª definición (lineal)
ausente3 :: [Integer] -> Integer
ausente3 xs =
    ((n * (n+1)) `div` 2) - sum xs
    where n = genericLength xs  

-- 4ª definición
ausente4 :: [Integer] -> Integer
ausente4 xs =
    ((n * (n+1)) `div` 2) - foldl' (+) 0 xs
    where n = genericLength xs  

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

--    λ> let n = 10^5 in ausente1 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (68.51 secs, 25,967,840 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente2 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.12 secs, 123,488,144 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente3 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.07 secs, 30,928,384 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente4 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.02 secs, 23,039,904 bytes)
--    
--    λ> let n = 10^7 in ausente2 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (14.32 secs, 15,358,509,280 bytes)
--    λ> let n = 10^7 in ausente3 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (5.57 secs, 2,670,214,936 bytes)
--    λ> let n = 10^7 in ausente4 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (3.36 secs, 2,074,919,184 bytes)

import Data.List (foldl', genericLength)

import Data.Set (fromList, notMember)

-- 1ª definición

ausente1 :: [Integer] -> Integer

ausente1 xs =

head [n | n <- [0..], n `notElem` xs]

-- 2ª definición

ausente2 :: [Integer] -> Integer

ausente2 xs =

head [n | n <- [0..], n `notMember` ys]

where ys = fromList xs

-- 3ª definición (lineal)

ausente3 :: [Integer] -> Integer

ausente3 xs =

((n * (n+1)) `div` 2) - sum xs

where n = genericLength xs

-- 4ª definición

ausente4 :: [Integer] -> Integer

ausente4 xs =

((n * (n+1)) `div` 2) - foldl' (+) 0 xs

where n = genericLength xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 10^5 in ausente1 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (68.51 secs, 25,967,840 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente2 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.12 secs, 123,488,144 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente3 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.07 secs, 30,928,384 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente4 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.02 secs, 23,039,904 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente2 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (14.32 secs, 15,358,509,280 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente3 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (5.57 secs, 2,670,214,936 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente4 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (3.36 secs, 2,074,919,184 bytes)

Menor no expresable como suma

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201625-abril-2021

Definir la función

   menorNoSuma :: [Integer] -> Integer

1	menorNoSuma :: [Integer] -> Integer

tal que (menorNoSuma xs) es el menor número que no se puede escribir como suma de un subconjunto de xs, donde se supone que xs es un conjunto de números enteros positivos. Por ejemplo,

   menorNoSuma [6,1,2]    ==  4
   menorNoSuma [1,2,3,9]  ==  7
   menorNoSuma [5]        ==  1
   menorNoSuma [1..20]    ==  211
   menorNoSuma [1..10^6]  ==  500000500001

menorNoSuma [6,1,2] == 4

menorNoSuma [1,2,3,9] == 7

menorNoSuma [5] == 1

menorNoSuma [1..20] == 211

menorNoSuma [1..10^6] == 500000500001

Comprobar con QuickCheck que para todo n,

   menorNoSuma [1..n] == 1 + sum [1..n]

1	menorNoSuma [1..n] == 1 + sum [1..n]

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

import Data.List (sort, subsequences)
import Test.QuickCheck
    
menorNoSuma1 :: [Integer] -> Integer
menorNoSuma1 xs =
  head [n | n <- [1..], n `notElem` sumas xs]

-- (sumas xs) es la lista de las sumas de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,
--    sumas [1,2,6]  ==  [0,1,2,3,6,7,8,9]
--    sumas [6,1,2]  ==  [0,6,1,7,2,8,3,9]
sumas :: [Integer] -> [Integer]
sumas xs = map sum (subsequences xs)

-- 2ª definición
-- =============

menorNoSuma2 :: [Integer] -> Integer
menorNoSuma2  = menorNoSumaOrd . reverse . sort 

-- (menorNoSumaOrd xs) es el menor número que no se puede escribir como
-- suma de un subconjunto de xs, donde xs es una lista de números
-- naturales ordenada de mayor a menor. Por ejemplo,
--    menorNoSumaOrd [6,2,1]  ==  4
menorNoSumaOrd [] = 1
menorNoSumaOrd (x:xs) | x > y     = y
                      | otherwise = y+x
    where y = menorNoSumaOrd xs

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

--    λ> menorNoSuma1 [1..20]
--    211
--    (20.40 secs, 28,268,746,320 bytes)
--    λ> menorNoSuma2 [1..20]
--    211
--    (0.01 secs, 0 bytes)
           
-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad es
prop_menorNoSuma :: (Positive Integer) -> Bool
prop_menorNoSuma (Positive n) =
    menorNoSuma2 [1..n] == 1 + sum [1..n]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_menorNoSuma
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- 1ª definición

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

import Data.List (sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

menorNoSuma1 :: [Integer] -> Integer

menorNoSuma1 xs =

head [n | n <- [1..], n `notElem` sumas xs]

-- (sumas xs) es la lista de las sumas de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,

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

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

sumas :: [Integer] -> [Integer]

sumas xs = map sum (subsequences xs)

-- 2ª definición

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

menorNoSuma2 :: [Integer] -> Integer

menorNoSuma2 = menorNoSumaOrd . reverse . sort

-- (menorNoSumaOrd xs) es el menor número que no se puede escribir como

-- suma de un subconjunto de xs, donde xs es una lista de números

-- naturales ordenada de mayor a menor. Por ejemplo,

-- menorNoSumaOrd [6,2,1] == 4

menorNoSumaOrd [] = 1

menorNoSumaOrd (x:xs) | x > y = y

| otherwise = y+x

where y = menorNoSumaOrd xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> menorNoSuma1 [1..20]

-- 211

-- (20.40 secs, 28,268,746,320 bytes)

-- λ> menorNoSuma2 [1..20]

-- 211

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_menorNoSuma :: (Positive Integer) -> Bool

prop_menorNoSuma (Positive n) =

menorNoSuma2 [1..n] == 1 + sum [1..n]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_menorNoSuma

-- +++ OK, passed 100 tests.

Número de islas rectangulares de una matriz

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

En este problema se consideran matrices cuyos elementos son 0 y 1. Los valores 1 aparecen en forma de islas rectangulares separadas por 0 de forma que como máximo las islas son diagonalmente adyacentes. Por ejemplo,

   ej1, ej2 :: Array (Int,Int) Int
   ej1 = listArray ((1,1),(6,3))
                   [0,0,0,
                    1,1,0,
                    1,1,0,
                    0,0,1,
                    0,0,1,
                    1,1,0]
   ej2 = listArray ((1,1),(6,6))
                   [1,0,0,0,0,0,
                    1,0,1,1,1,1,
                    0,0,0,0,0,0,
                    1,1,1,0,1,1,
                    1,1,1,0,1,1,
                    0,0,0,0,1,1]

ej1, ej2 :: Array (Int,Int) Int

ej1 = listArray ((1,1),(6,3))

[0,0,0,

1,1,0,

0,0,1,

1,1,0]

ej2 = listArray ((1,1),(6,6))

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

1,0,1,1,1,1,

0,0,0,0,0,0,

1,1,1,0,1,1,

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

Definir la función

   numeroDeIslas :: Array (Int,Int) Int -> Int

1	numeroDeIslas :: Array (Int,Int) Int -> Int

tal que (numeroDeIslas p) es el número de islas de la matriz p. Por ejemplo,

   numeroDeIslas ej1  ==  3
   numeroDeIslas ej2  ==  4

1 2	numeroDeIslas ej1 == 3 numeroDeIslas ej2 == 4

Soluciones

import Data.Array

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej1, ej2 :: Array (Int,Int) Int
ej1 = listArray ((1,1),(6,3))
                [0,0,0,
                 1,1,0,
                 1,1,0,
                 0,0,1,
                 0,0,1,
                 1,1,0]
ej2 = listArray ((1,1),(6,6))
                [1,0,0,0,0,0,
                 1,0,1,1,1,1,
                 0,0,0,0,0,0,
                 1,1,1,0,1,1,
                 1,1,1,0,1,1,
                 0,0,0,0,1,1]

numeroDeIslas :: Array (Int,Int) Int -> Int
numeroDeIslas p = 
    length [(i,j) | (i,j) <- indices p, 
                     verticeSuperiorIzquierdo p (i,j)]

-- (verticeSuperiorIzquierdo p (i,j)) se verifica si (i,j) es el
-- vértice superior izquierdo de algunas de las islas de la matriz p,
-- Por ejemplo, 
--    ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej1, verticeSuperiorIzquierdo ej1 (i,j)]
--    [(2,1),(4,3),(6,1)]
--    ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej2, verticeSuperiorIzquierdo ej2 (i,j)]
--    [(1,1),(2,3),(4,1),(4,5)]
verticeSuperiorIzquierdo :: Matriz -> (Int,Int) -> Bool
verticeSuperiorIzquierdo p (i,j) =
    enLadoSuperior p (i,j) && enLadoIzquierdo p (i,j) 

-- (enLadoSuperior p (i,j)) se verifica si (i,j) está en el lado
-- superior de algunas de las islas de la matriz p, Por ejemplo,
--    ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej1, enLadoSuperior ej1 (i,j)]
--    [(2,1),(2,2),(4,3),(6,1),(6,2)]
--    ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej2, enLadoSuperior ej2 (i,j)]
--    [(1,1),(2,3),(2,4),(2,5),(2,6),(4,1),(4,2),(4,3),(4,5),(4,6)]
enLadoSuperior :: Matriz -> (Int,Int) -> Bool
enLadoSuperior p (1,j) = p!(1,j) == 1
enLadoSuperior p (i,j) = p!(i,j) == 1 && p!(i-1,j) == 0

-- (enLadoIzquierdo p (i,j)) se verifica si (i,j) está en el lado
-- izquierdo de algunas de las islas de la matriz p, Por ejemplo,
--    ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej1, enLadoIzquierdo ej1 (i,j)]
--    [(2,1),(3,1),(4,3),(5,3),(6,1)]
--    ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej2, enLadoIzquierdo ej2 (i,j)]
--    [(1,1),(2,1),(2,3),(4,1),(4,5),(5,1),(5,5),(6,5)]
enLadoIzquierdo :: Matriz -> (Int,Int) -> Bool
enLadoIzquierdo p (i,1) = p!(i,1) == 1
enLadoIzquierdo p (i,j) = p!(i,j) == 1 && p!(i,j-1) == 0

-- 2ª solución
-- ===========

numeroDeIslas2 :: Array (Int,Int) Int -> Int
numeroDeIslas2 p = 
    length [(i,j) | (i,j) <- indices p, 
                    p!(i,j) == 1,
                    i == 1 || p!(i-1,j) == 0,
                    j == 1 || p!(i,j-1) == 0]

import Data.Array

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej1, ej2 :: Array (Int,Int) Int

ej1 = listArray ((1,1),(6,3))

[0,0,0,

1,1,0,

0,0,1,

1,1,0]

ej2 = listArray ((1,1),(6,6))

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

1,0,1,1,1,1,

0,0,0,0,0,0,

1,1,1,0,1,1,

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

numeroDeIslas :: Array (Int,Int) Int -> Int

numeroDeIslas p =

length [(i,j) | (i,j) <- indices p,

verticeSuperiorIzquierdo p (i,j)]

-- (verticeSuperiorIzquierdo p (i,j)) se verifica si (i,j) es el

-- vértice superior izquierdo de algunas de las islas de la matriz p,

-- Por ejemplo,

-- ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej1, verticeSuperiorIzquierdo ej1 (i,j)]

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

-- ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej2, verticeSuperiorIzquierdo ej2 (i,j)]

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

verticeSuperiorIzquierdo :: Matriz -> (Int,Int) -> Bool

verticeSuperiorIzquierdo p (i,j) =

enLadoSuperior p (i,j) && enLadoIzquierdo p (i,j)

-- (enLadoSuperior p (i,j)) se verifica si (i,j) está en el lado

-- superior de algunas de las islas de la matriz p, Por ejemplo,

-- ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej1, enLadoSuperior ej1 (i,j)]

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

-- ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej2, enLadoSuperior ej2 (i,j)]

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

enLadoSuperior :: Matriz -> (Int,Int) -> Bool

enLadoSuperior p (1,j) = p!(1,j) == 1

enLadoSuperior p (i,j) = p!(i,j) == 1 && p!(i-1,j) == 0

-- (enLadoIzquierdo p (i,j)) se verifica si (i,j) está en el lado

-- izquierdo de algunas de las islas de la matriz p, Por ejemplo,

-- ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej1, enLadoIzquierdo ej1 (i,j)]

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

-- ghci> [(i,j) | (i,j) <- indices ej2, enLadoIzquierdo ej2 (i,j)]

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

enLadoIzquierdo :: Matriz -> (Int,Int) -> Bool

enLadoIzquierdo p (i,1) = p!(i,1) == 1

enLadoIzquierdo p (i,j) = p!(i,j) == 1 && p!(i,j-1) == 0

-- 2ª solución

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

numeroDeIslas2 :: Array (Int,Int) Int -> Int

numeroDeIslas2 p =

length [(i,j) | (i,j) <- indices p,

p!(i,j) == 1,

i == 1 || p!(i-1,j) == 0,

j == 1 || p!(i,j-1) == 0]

Números N cuyos cuadrados tienen dos copias de cada dígito de N

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

La sucesión A114258 de la OEIS está formada por los números n tales que el número de ocurrencia de cada dígito d de n en n² es el doble del número de ocurrencia de d en n. Por ejemplo, 72576 es un elemento de A114258 porque tiene un 2, un 5, un 6 y dos 7 y su cuadrado es 5267275776 que tiene exactamente dos 2, dos 5, dos 6 y cuatro 7.

Un número es especial si pertenece a la sucesión A114258.

Definir la sucesión

   especiales :: [Integer]

1	especiales :: [Integer]

cuyos elementos son los números especiales. Por ejemplo,

   take 5 especiales  ==  [72576,406512,415278,494462,603297]

1	take 5 especiales == [72576,406512,415278,494462,603297]

Soluciones

import Data.List (sort)

especiales :: [Integer]
especiales = filter especial [1..]

especial :: Integer -> Bool
especial x = sort (ys ++ ys) == sort (show (x^2))
    where ys = show x

import Data.List (sort)

especiales :: [Integer]

especiales = filter especial [1..]

especial :: Integer -> Bool

especial x = sort (ys ++ ys) == sort (show (x^2))

where ys = show x

En Maxima

especiales (n) := block ([k:0, r:[], i:1],
  while k < n do
    ( if especial (i)
      then (r : cons (i,r), k : k+1),
      i : i+1),
  reverse (r))$
  
especial (n) := block([ys],
  ys : string(n),
  is (ssort (sconcat(ys,ys)) = ssort (string (n^2))))$

/*
   (%i15) showtime : true$
   Evaluation took 0.0000 seconds (0.0000 elapsed)
   (%i16) especiales (5);
   Evaluation took 29.4800 seconds (29.5400 elapsed)
   (%o16) [72576, 406512, 415278, 494462, 603297]
*/

especiales (n) := block ([k:0, r:[], i:1],

while k < n do

( if especial (i)

then (r : cons (i,r), k : k+1),

i : i+1),

reverse (r))$

especial (n) := block([ys],

ys : string(n),

is (ssort (sconcat(ys,ys)) = ssort (string (n^2))))$

(%i15) showtime : true$

Evaluation took 0.0000 seconds (0.0000 elapsed)

(%i16) especiales (5);

Evaluation took 29.4800 seconds (29.5400 elapsed)

(%o16) [72576, 406512, 415278, 494462, 603297]

Índices de números de Fibonacci

PorJosé A. Alonso 2-marzo-201626-marzo-2022

Los primeros términos de la sucesión de Fibonacci son

   0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34

1	0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34

Se observa que el 6º término de la sucesión (comenzando a contar en 0) es el número 8.

Definir la función

   indiceFib :: Integer -> Maybe Integer

1	indiceFib :: Integer -> Maybe Integer

tal que (indiceFib x) es justo el número n si x es el n-ésimo términos de la sucesión de Fibonacci o Nothing en el caso de que x no pertenezca a la sucesión. Por ejemplo,

    indiceFib 8                                           == Just 6
    indiceFib 9                                           == Nothing
    indiceFib 21                                          == Just 8
    indiceFib 22                                          == Nothing
    indiceFib 280571172992510140037611932413038677189525  == Just 200
    indiceFib 123456789012345678901234567890123456789012  == Nothing

indiceFib 8 == Just 6

indiceFib 9 == Nothing

indiceFib 21 == Just 8

indiceFib 22 == Nothing

indiceFib 280571172992510140037611932413038677189525 == Just 200

indiceFib 123456789012345678901234567890123456789012 == Nothing

Soluciones

indiceFib :: Integer -> Maybe Integer
indiceFib x | y == x    = Just n
            | otherwise = Nothing
    where (y,n) = head (dropWhile (\(z,m) -> z < x) fibsNumerados)

-- fibs es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci. Por
-- ejemplo, 
--    take 10 fibs  ==  [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34]
fibs :: [Integer]
fibs = 0 : 1 : [x+y | (x,y) <- zip fibs (tail fibs)]

-- fibsNumerados es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci
-- juntos con sus posiciones. Por ejemplo,
--    ghci> take 10 fibsNumerados
--    [(0,0),(1,1),(1,2),(2,3),(3,4),(5,5),(8,6),(13,7),(21,8),(34,9)]
fibsNumerados :: [(Integer,Integer)]
fibsNumerados = zip fibs [0..]

indiceFib :: Integer -> Maybe Integer

indiceFib x | y == x = Just n

| otherwise = Nothing

where (y,n) = head (dropWhile (\(z,m) -> z < x) fibsNumerados)

-- fibs es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci. Por

-- ejemplo,

-- take 10 fibs == [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34]

fibs :: [Integer]

fibs = 0 : 1 : [x+y | (x,y) <- zip fibs (tail fibs)]

-- fibsNumerados es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci

-- juntos con sus posiciones. Por ejemplo,

-- ghci> take 10 fibsNumerados

-- [(0,0),(1,1),(1,2),(2,3),(3,4),(5,5),(8,6),(13,7),(21,8),(34,9)]

fibsNumerados :: [(Integer,Integer)]

fibsNumerados = zip fibs [0..]

En Maxima

indiceFib (n) := block([a:0,b:1,c:1,p:0],
  unless n <= a do
   (a : b,
    b : c,
    c : a + b,
    p : p + 1),
  if n = a
  then Just (p)
  else Nothing)$

indiceFib (n) := block([a:0,b:1,c:1,p:0],

unless n <= a do

(a : b,

b : c,

c : a + b,

p : p + 1),

if n = a

then Just (p)

else Nothing)$

Integración por el método de los rectángulos

PorJosé A. Alonso 1-marzo-20161-mayo-2016

La integral definida de una función f entre los límites a y b puede calcularse mediante la regla del rectángulo usando la fórmula

   h * (f(a+h/2) + f(a+h+h/2) + f(a+2h+h/2) + ... + f(a+nh+h/2))

1	h * (f(a+h/2) + f(a+h+h/2) + f(a+2h+h/2) + ... + f(a+nh+h/2))

con a+nh+h/2 ≤ b < a+(n+1)h+h/2 y usando valores pequeños para h.

Definir la función

   integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

1	integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

tal que (integral a b f h) es el valor de dicha expresión. Por ejemplo, el cálculo de la integral de f(x) = x^3 entre 0 y 1, con paso 0.01, es

   integral 0 1 (^3) 0.01  ==  0.24998750000000042

1	integral 0 1 (^3) 0.01 == 0.24998750000000042

Otros ejemplos son

   integral 0 1 (^4) 0.01                        ==  0.19998333362500048
   integral 0 1 (\x -> 3*x^2 + 4*x^3) 0.01       ==  1.9999250000000026
   log 2 - integral 1 2 (\x -> 1/x) 0.01         ==  3.124931644782336e-6
   pi - 4 * integral 0 1 (\x -> 1/(x^2+1)) 0.01  ==  -8.333333331389525e-6

integral 0 1 (^4) 0.01 == 0.19998333362500048

integral 0 1 (\x -> 3*x^2 + 4*x^3) 0.01 == 1.9999250000000026

log 2 - integral 1 2 (\x -> 1/x) 0.01 == 3.124931644782336e-6

pi - 4 * integral 0 1 (\x -> 1/(x^2+1)) 0.01 == -8.333333331389525e-6

Nota: Definir la función también en Maxima. Por ejemplo,

   (%i3) integral (0,1,lambda ([x],x^3),0.01);
   (%o3) 0.2499875

1 2	(%i3) integral (0,1,lambda ([x],x^3),0.01); (%o3) 0.2499875

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral a b f h = h * suma (a+h/2) b (+h) f

-- (suma a b s f) es l valor de
--    f(a) + f(s(a)) + f(s(s(a)) + ... + f(s(...(s(a))...))
-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,
--    suma 2 5 (1+) (^3)  ==  224
suma :: (Ord t, Num a) => t -> t -> (t -> t) -> (t -> a) -> a
suma a b s f = sum [f x | x <- sucesion a b s]

-- (sucesion x y s) es la lista
--    [a, s(a), s(s(a), ..., s(...(s(a))...)]
-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,
--    sucesion 3 20 (+2)  ==  [3,5,7,9,11,13,15,17,19]
sucesion :: Ord a => a -> a -> (a -> a) -> [a]
sucesion a b s = takeWhile (<=b) (iterate s a)

-- 2ª solución
-- ===========

integral2 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral2 a b f h
    | a+h/2 > b = 0
    | otherwise = h * f (a+h/2) + integral2 (a+h) b f h

-- 3ª solución
-- ===========

integral3 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral3 a b f h = aux a where
    aux x | x+h/2 > b = 0
          | otherwise = h * f (x+h/2) + aux (x+h)

-- 1ª solución

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

integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral a b f h = h * suma (a+h/2) b (+h) f

-- (suma a b s f) es l valor de

-- f(a) + f(s(a)) + f(s(s(a)) + ... + f(s(...(s(a))...))

-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,

-- suma 2 5 (1+) (^3) == 224

suma :: (Ord t, Num a) => t -> t -> (t -> t) -> (t -> a) -> a

suma a b s f = sum [f x | x <- sucesion a b s]

-- (sucesion x y s) es la lista

-- [a, s(a), s(s(a), ..., s(...(s(a))...)]

-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,

-- sucesion 3 20 (+2) == [3,5,7,9,11,13,15,17,19]

sucesion :: Ord a => a -> a -> (a -> a) -> [a]

sucesion a b s = takeWhile (<=b) (iterate s a)

-- 2ª solución

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

integral2 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral2 a b f h

| a+h/2 > b = 0

| otherwise = h * f (a+h/2) + integral2 (a+h) b f h

-- 3ª solución

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

integral3 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral3 a b f h = aux a where

aux x | x+h/2 > b = 0

| otherwise = h * f (x+h/2) + aux (x+h)

Solución en Maxima

integral (a,b,f,h) := block ([c:a+h/2, s:0],
  while c <= b do
    ( s : s + f(c),
      c : c+h),
  float(h*s))$

integral (a,b,f,h) := block ([c:a+h/2, s:0],

while c <= b do

( s : s + f(c),

c : c+h),

float(h*s))$

Nota: En Maxima esta definida la función integrate para calcular integrales definidas. Por ejemplo,

     (%i7) integrate (x^3,x,0,1);
           1
     (%o7) -
           4
     (%i8) %, numer;
     (%o8) 0.25

(%i7) integrate (x^3,x,0,1);

(%o7) -

(%i8) %, numer;

(%o8) 0.25

Particiones en sumas de cuadrados

PorJosé A. Alonso 26-febrero-20161-mayo-2016

Definir las funciones

   particionesCuadradas        :: Integer -> [[Integer]]
   nParticionesCuadradas       :: Integer -> Integer
   graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]

nParticionesCuadradas :: Integer -> Integer

graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

tales que

(particionesCuadradas n) es la listas de conjuntos de cuadrados cuya suma es n. Por ejemplo,

      particionesCuadradas 3  ==  [[1,1,1]]
      particionesCuadradas 4  ==  [[4],[1,1,1,1]]
      particionesCuadradas 9  ==  [[9],[4,4,1],[4,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,1,1]]

particionesCuadradas 3 == [[1,1,1]]

particionesCuadradas 4 == [[4],[1,1,1,1]]

particionesCuadradas 9 == [[9],[4,4,1],[4,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,1,1]]

(nParticionesCuadradas n) es el número de conjuntos de cuadrados cuya suma es n. Por ejemplo,

      nParticionesCuadradas 3    ==  1
      nParticionesCuadradas 4    ==  2
      nParticionesCuadradas 9    ==  4
      nParticionesCuadradas 50   ==  104
      nParticionesCuadradas 100  ==  1116
      nParticionesCuadradas 200  ==  27482

nParticionesCuadradas 3 == 1

nParticionesCuadradas 4 == 2

nParticionesCuadradas 9 == 4

nParticionesCuadradas 50 == 104

nParticionesCuadradas 100 == 1116

nParticionesCuadradas 200 == 27482

(graficaParticionesCuadradas n) dibuja la gráfica de la sucesión

      [nParticionesCuadradas k | k <- [0..n]]

1	[nParticionesCuadradas k \| k <- [0..n]]

Por ejemplo, con (graficaParticionesCuadradas 100) se obtiene

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de particiones cuadradas
-- ===================================

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]
particionesCuadradas n = 
    particiones n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados)

-- cuadrados es la lista de los cuadrados. Por ejemplo,
--    take 12 cuadrados  ==  [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144]
cuadrados :: [Integer]
cuadrados = map (^2) [1..]

-- (particiones n xs) es la lista de las particiones de n como suma de
-- elementos de xs, donde xs es una lista no creciente. Por ejemplo,
--    particiones 10 [7,4,2]  ==  [[4,4,2],[4,2,2,2],[2,2,2,2,2]]
--    particiones 11 [7,4,2]  ==  [[7,4],[7,2,2]]
--    particiones  5 [7,4,2]  ==  []
particiones:: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]
particiones _ [] = []
particiones n (x:xs)
    | x >  n    = particiones n xs
    | x == n    = [n] : particiones n xs
    | otherwise = map (x:) (particiones (n-x) (x:xs)) ++ particiones n xs

-- 1ª definición de nParticionesCuadradas       
nParticionesCuadradas1 :: Integer -> Integer
nParticionesCuadradas1 = genericLength . particionesCuadradas

-- 2ª definición nParticionesCuadradas   
nParticionesCuadradas2 :: Integer -> Integer
nParticionesCuadradas2 n = aux n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados) where
    aux _ [] = 0
    aux n ys@(x:xs) | x >  n    = aux n xs
                    | x == n    = 1 + aux n xs
                    | otherwise = aux (n-x) ys + aux n xs

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

--    λ> nParticionesCuadradas1 250
--    94987
--    (4.21 secs, 3,256,031,528 bytes)
--    λ> nParticionesCuadradas2 250
--    94987
--    (2.93 secs, 1,714,701,504 bytes)

-- Definición de graficaParticionesCuadradas
-- =========================================
                                  
graficaParticionesCuadradas :: Integer  -> IO ()
graficaParticionesCuadradas n = 
    plotList [Key Nothing] [nParticionesCuadradas2 k | k <- [0..n]]

import Data.List (genericLength)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de particiones cuadradas

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

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]

particionesCuadradas n =

particiones n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados)

-- cuadrados es la lista de los cuadrados. Por ejemplo,

-- take 12 cuadrados == [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144]

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = map (^2) [1..]

-- (particiones n xs) es la lista de las particiones de n como suma de

-- elementos de xs, donde xs es una lista no creciente. Por ejemplo,

-- particiones 10 [7,4,2] == [[4,4,2],[4,2,2,2],[2,2,2,2,2]]

-- particiones 11 [7,4,2] == [[7,4],[7,2,2]]

-- particiones 5 [7,4,2] == []

particiones:: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]

particiones _ [] = []

particiones n (x:xs)

| x > n = particiones n xs

| x == n = [n] : particiones n xs

| otherwise = map (x:) (particiones (n-x) (x:xs)) ++ particiones n xs

-- 1ª definición de nParticionesCuadradas

nParticionesCuadradas1 :: Integer -> Integer

nParticionesCuadradas1 = genericLength . particionesCuadradas

-- 2ª definición nParticionesCuadradas

nParticionesCuadradas2 :: Integer -> Integer

nParticionesCuadradas2 n = aux n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados) where

aux _ [] = 0

aux n ys@(x:xs) | x > n = aux n xs

| x == n = 1 + aux n xs

| otherwise = aux (n-x) ys + aux n xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nParticionesCuadradas1 250

-- 94987

-- (4.21 secs, 3,256,031,528 bytes)

-- λ> nParticionesCuadradas2 250

-- 94987

-- (2.93 secs, 1,714,701,504 bytes)

-- Definición de graficaParticionesCuadradas

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

graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

graficaParticionesCuadradas n =

plotList [Key Nothing] [nParticionesCuadradas2 k | k <- [0..n]]

Referencias

Sucesión A001156 de OEIS.

Números automórficos

PorJosé A. Alonso 25-febrero-20163-marzo-2016

Un número n es automórfico si los últimos dígitos de su cuadrado son los dígitos de n. Por ejemplo, 5, 6, 76 y 890625 son números automórficos ya que 5² = 25, 6² = 36, 76² = 5776 y 890625² = 793212890625.

Definir la sucesión

   automorficos :: [Integer]

1	automorficos :: [Integer]

tal que sus elementos son los números automórficos. Por ejemplo,

   λ> take 11 automorficos
   [1,5,6,25,76,376,625,9376,90625,109376,890625]
   λ> automorficos !! 30
   56259918212890625

λ> take 11 automorficos

[1,5,6,25,76,376,625,9376,90625,109376,890625]

λ> automorficos !! 30

56259918212890625

Soluciones

import Data.List (isSuffixOf, nub, sort)

automorficos :: [Integer] 
automorficos = filter esAutomorfico [1..]

esAutomorfico :: Integer -> Bool 
esAutomorfico n = show n `isSuffixOf` show (n*n)

-- 2ª definición 
-- =============

automorficos2 :: [Integer] 
automorficos2 = nub (1 : concat [sort [a,b] |
                                 k <- [1..], 
                                 let a = 5^(2^k) `mod` 10^k, 
                                 let b = 10^k - a + 1])

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

-- λ> automorficos !! 12 
-- 7109376 
-- (16.64 secs, 6,759,638,824 bytes)
-- λ> automorficos2 !! 12 
-- 7109376 
-- (0.00 secs, 0 bytes)

import Data.List (isSuffixOf, nub, sort)

automorficos :: [Integer]

automorficos = filter esAutomorfico [1..]

esAutomorfico :: Integer -> Bool

esAutomorfico n = show n `isSuffixOf` show (n*n)

-- 2ª definición

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

automorficos2 :: [Integer]

automorficos2 = nub (1 : concat [sort [a,b] |

k <- [1..],

let a = 5^(2^k) `mod` 10^k,

let b = 10^k - a + 1])

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> automorficos !! 12

-- 7109376

-- (16.64 secs, 6,759,638,824 bytes)

-- λ> automorficos2 !! 12

-- 7109376

-- (0.00 secs, 0 bytes)

Referencias

J.D. Cook, Curious numbers.
Wikipedia, Automorphic number.
E.W. Weisstein, Automorphic number en MathWorld.
N.J.A. Sloane Sucesion A003226 en OEIS.

Sumas de potencias de 3 primos

PorJosé A. Alonso 24-febrero-201625-marzo-2022

Los primeros números de la forma p²+q³+r⁴, con p, q y r primos son

   28 = 2² + 2³ + 2⁴
   33 = 3² + 2³ + 2⁴
   47 = 2² + 3³ + 2⁴
   49 = 5² + 2³ + 2⁴

28 = 2² + 2³ + 2⁴

33 = 3² + 2³ + 2⁴

47 = 2² + 3³ + 2⁴

49 = 5² + 2³ + 2⁴

Definir la sucesión

   sumas3potencias :: [Integer]

1	sumas3potencias :: [Integer]

cuyos elementos son los números que se pueden escribir de la forma p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo,

   λ> take 15 sumas3potencias
   [28,33,47,49,52,68,73,92,93,98,112,114,117,133,138]
   λ> sumas3potencias !! 234567
   8953761

λ> take 15 sumas3potencias

[28,33,47,49,52,68,73,92,93,98,112,114,117,133,138]

λ> sumas3potencias !! 234567

8953761

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

sumas3potencias1 :: [Integer]
sumas3potencias1 = filter esTripleSuma [1..]
 
-- (esTripleSuma n) se verifica si n se puede escribir de la forma
-- p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo, 
--    esTripleSuma 33  ==  True
--    esTripleSuma 45  ==  False
esTripleSuma :: Integer -> Bool
esTripleSuma = not . null . triplesSumas  

-- (triplesSumas n) es la lista de las ternas de primos (p,q,r) tales
-- que p²+q³+r⁴ = n. Por ejemplo,
--    triplesSumas 33   ==  [(3,2,2)]
--    triplesSumas 145  ==  [(11,2,2),(2,5,2)]
--    triplesSumas 45   ==  []
triplesSumas :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
triplesSumas n =  
    [(p,q,r) 
    | r <- xs, 
      q <- xs, 
      let p2 = n - q^3 - r^4,
      let p = (floor . sqrt . fromIntegral) p2,
      p*p == p2,
      isPrime p]
    where xs = takeWhile (< (ceiling $ sqrt $ fromIntegral n)) primes

-- 2ª solución
-- ===========

sumas3potencias2 :: [Integer]
sumas3potencias2 = sumaOrdenadaInf as (sumaOrdenadaInf bs cs)

sumaOrdenadaInf:: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
sumaOrdenadaInf xs ys = mezclaTodas [map (+x) ys | x <- xs]

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
 
as = map (^2) primes
bs = map (^3) primes
cs = map (^4) primes

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

sumas3potencias1 :: [Integer]

sumas3potencias1 = filter esTripleSuma [1..]

-- (esTripleSuma n) se verifica si n se puede escribir de la forma

-- p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo,

-- esTripleSuma 33 == True

-- esTripleSuma 45 == False

esTripleSuma :: Integer -> Bool

esTripleSuma = not . null . triplesSumas

-- (triplesSumas n) es la lista de las ternas de primos (p,q,r) tales

-- que p²+q³+r⁴ = n. Por ejemplo,

-- triplesSumas 33 == [(3,2,2)]

-- triplesSumas 145 == [(11,2,2),(2,5,2)]

-- triplesSumas 45 == []

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

triplesSumas n =

[(p,q,r)

| r <- xs,

q <- xs,

let p2 = n - q^3 - r^4,

let p = (floor . sqrt . fromIntegral) p2,

p*p == p2,

isPrime p]

where xs = takeWhile (< (ceiling $ sqrt $ fromIntegral n)) primes

-- 2ª solución

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

sumas3potencias2 :: [Integer]

sumas3potencias2 = sumaOrdenadaInf as (sumaOrdenadaInf bs cs)

sumaOrdenadaInf:: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

sumaOrdenadaInf xs ys = mezclaTodas [map (+x) ys | x <- xs]

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

as = map (^2) primes

bs = map (^3) primes

cs = map (^4) primes

Múltiplos con ceros y unos

PorJosé A. Alonso 23-febrero-201625-marzo-2022

Se observa que todos los primeros números naturales tienen al menos un múltiplo no nulo que está formado solamente por ceros y unos. Por ejemplo, 1×10=10, 2×5=10, 3×37=111, 4×25=100, 5×2=10, 6×185=1110; 7×143=1001; 8X125=1000; 9×12345679=111111111.

Definir la función

   multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer]

1	multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer]

tal que (multiplosCon1y0 n) es la lista de los múltiplos de n cuyos dígitos son 1 ó 0. Por ejemplo,

   take 4 (multiplosCon1y0 3)      ==  [111,1011,1101,1110]
   take 3 (multiplosCon1y0 23)     ==  [110101,1011011,1101010]
   head (multiplosCon1y0 1234658)  ==  110101101101000000110

take 4 (multiplosCon1y0 3) == [111,1011,1101,1110]

take 3 (multiplosCon1y0 23) == [110101,1011011,1101010]

head (multiplosCon1y0 1234658) == 110101101101000000110

Comprobar con QuickCheck que todo entero positivo tiene algún múltiplo cuyos dígitos son 1 ó 0.

Soluciones

import Test.QuickCheck

multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer] 
multiplosCon1y0 n = 
    [x | x <- numerosCon1y0, 
         x `rem` n == 0] 

-- numerosCon1y0 es la lista de los números cuyos dígitos son 1 ó 0. Por
-- ejemplo,  
--    ghci> take 15 numerosCon1y0
--    [1,10,11,100,101,110,111,1000,1001,1010,1011,1100,1101,1110,1111]
numerosCon1y0 :: [Integer]
numerosCon1y0 = 1 : concat [[10*x,10*x+1] | x <- numerosCon1y0]

-- La propiedad es
prop_existe_multiplosCon1y0 :: Integer -> Property
prop_existe_multiplosCon1y0 n = 
    n > 0 ==> multiplosCon1y0 n /= []

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_existe_multiplosCon1y0
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer]

multiplosCon1y0 n =

[x | x <- numerosCon1y0,

x `rem` n == 0]

-- numerosCon1y0 es la lista de los números cuyos dígitos son 1 ó 0. Por

-- ejemplo,

-- ghci> take 15 numerosCon1y0

-- [1,10,11,100,101,110,111,1000,1001,1010,1011,1100,1101,1110,1111]

numerosCon1y0 :: [Integer]

numerosCon1y0 = 1 : concat [[10*x,10*x+1] | x <- numerosCon1y0]

-- La propiedad es

prop_existe_multiplosCon1y0 :: Integer -> Property

prop_existe_multiplosCon1y0 n =

n > 0 ==> multiplosCon1y0 n /= []

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_existe_multiplosCon1y0

-- +++ OK, passed 100 tests.

Regresión lineal

PorJosé A. Alonso 22-febrero-201626-marzo-2022

Dadas dos listas de valores

   xs = [x(1), x(2), ..., x(n)]
   ys = [y(1), y(2), ..., y(n)]

1 2	xs = [x(1), x(2), ..., x(n)] ys = [y(1), y(2), ..., y(n)]

la ecuación de la recta de regresión de ys sobre xs es y = a+bx, donde

   b = (nΣx(i)y(i) - Σx(i)Σy(i)) / (nΣx(i)² - (Σx(i))²)
   a = (Σy(i) - bΣx(i)) / n

1 2	b = (nΣx(i)y(i) - Σx(i)Σy(i)) / (nΣx(i)² - (Σx(i))²) a = (Σy(i) - bΣx(i)) / n

Definir la función

   regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

1	regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

tal que (regresionLineal xs ys) es el par (a,b) de los coeficientes de la recta de regresión de ys sobre xs. Por ejemplo, para los valores

   ejX, ejY :: [Double]
   ejX = [5,  7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]
   ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

ejX, ejY :: [Double]

ejX = [5, 7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]

ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

se tiene

   λ> regresionLineal ejX ejY
   (5.195045748716805,0.9218924347243919)

1 2	λ> regresionLineal ejX ejY (5.195045748716805,0.9218924347243919)

Definir el procedimiento

   grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()

1	grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()

tal que (grafica xs ys) pinte los puntos correspondientes a las listas de valores xs e ys y su recta de regresión. Por ejemplo, con (grafica ejX ejY) se obtiene el siguiente dibujo

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

ejX, ejY :: [Double]
ejX = [5,  7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]
ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)
regresionLineal xs ys = (a,b)
    where n     = fromIntegral (length xs)
          sumX  = sum xs
          sumY  = sum ys
          sumX2 = sum (zipWith (*) xs xs)
          sumY2 = sum (zipWith (*) ys ys)
          sumXY = sum (zipWith (*) xs ys)
          b     = (n*sumXY - sumX*sumY) / (n*sumX2 - sumX^2)
          a     = (sumY - b*sumX) / n

grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()
grafica xs ys = 
    plotPathsStyle 
      [YRange (0,10+mY)] 
      [(defaultStyle {plotType = Points,
                      lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Datos",
                                              PointType 2,
                                              PointSize 2.5]},
                     zip xs ys),
       (defaultStyle {plotType = Lines,
                      lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Ajuste",
                                              LineWidth 2]},
                     [(x,a+b*x) | x <- [0..mX]])]
    where (a,b) = regresionLineal xs ys                      
          mX    = maximum xs 
          mY    = maximum ys

import Graphics.Gnuplot.Simple

ejX, ejY :: [Double]

ejX = [5, 7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]

ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

regresionLineal xs ys = (a,b)

where n = fromIntegral (length xs)

sumX = sum xs

sumY = sum ys

sumX2 = sum (zipWith (*) xs xs)

sumY2 = sum (zipWith (*) ys ys)

sumXY = sum (zipWith (*) xs ys)

b = (n*sumXY - sumX*sumY) / (n*sumX2 - sumX^2)

a = (sumY - b*sumX) / n

grafica :: [Double] -> [Double] -> IO ()

grafica xs ys =

plotPathsStyle

[YRange (0,10+mY)]

[(defaultStyle {plotType = Points,

lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Datos",

PointType 2,

PointSize 2.5]},

zip xs ys),

(defaultStyle {plotType = Lines,

lineSpec = CustomStyle [LineTitle "Ajuste",

LineWidth 2]},

[(x,a+b*x) | x <- [0..mX]])]

where (a,b) = regresionLineal xs ys

mX = maximum xs

mY = maximum ys

Dígitos en la factorización

PorJosé A. Alonso 19-febrero-20162-marzo-2016

El enunciado del problema 652 de Números y algo más es el siguiente

Si factorizamos los factoriales de un número en función de sus divisores primos y sus potencias, ¿Cuál es el menor número n tal que entre los factores primos y los exponentes de estos, n! contiene los dígitos del cero al nueve? Por ejemplo

6! = 2⁴x3²x5¹, le faltan los dígitos 0,6,7,8 y 9

12! = 2¹⁰x3⁵x5²x7¹x11¹, le faltan los dígitos 4,6,8 y 9

Definir la función

   digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

1	digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

tal que (digitosDeFactorizacion n) es el conjunto de los dígitos que aparecen en la factorización de n. Por ejemplo,

   digitosDeFactorizacion (factorial 6)   ==  [1,2,3,4,5]
   digitosDeFactorizacion (factorial 12)  ==  [0,1,2,3,5,7]

1 2	digitosDeFactorizacion (factorial 6) == [1,2,3,4,5] digitosDeFactorizacion (factorial 12) == [0,1,2,3,5,7]

Usando la función anterior, calcular la solución del problema.

Comprobar con QuickCheck que si n es mayor que 100, entonces

   digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]

1	digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, nub, sort)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

digitosDeFactorizacion1 :: Integer -> [Integer]
digitosDeFactorizacion1 n =
   sort (nub (concat [digitos x | x <- numerosDeFactorizacion n]))

-- (digitos n) es la lista de los digitos del número n. Por ejemplo, 
--    digitos 320274  ==  [3,2,0,2,7,4]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [x] | x <- show n]

-- (numerosDeFactorizacion n) es el conjunto de los números en la
-- factorización de n. Por ejemplo,
--    numerosDeFactorizacion 60  ==  [1,2,3,5]
numerosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]
numerosDeFactorizacion n = 
   sort (nub (aux (factorizacion n)))
   where aux [] = []
         aux ((x,y):zs) = x : y : aux zs

-- (factorización n) es la factorización de n. Por ejemplo,
--    factorizacion 300  ==  [(2,2),(3,1),(5,2)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n = 
    [(head xs, genericLength xs) | xs <- group (factorizacion' n)]

-- (factorizacion' n) es la lista de todos los factores primos de n; es
-- decir, es una lista de números primos cuyo producto es n. Por ejemplo,
--    factorizacion 300  ==  [2,2,3,5,5]
factorizacion' :: Integer -> [Integer]
factorizacion' n | n == 1    = []
                 | otherwise = x : factorizacion' (div n x)
                 where x = menorFactor n

-- (menorFactor n) es el menor factor primo de n. Por ejemplo,
--    menorFactor 15  ==  3
menorFactor :: Integer -> Integer
menorFactor n = head [x | x <- [2..], rem n x == 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,
--    factorial 5  ==  120
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 2ª definición
-- =============

digitosDeFactorizacion2 :: Integer -> [Integer]
digitosDeFactorizacion2 n =
   sort (nub (concat [digitos x | x <- numerosDeFactorizacion2 n]))

-- (numerosDeFactorizacion2 n) es el conjunto de los números en la
-- factorización de n. Por ejemplo,
--    numerosDeFactorizacion2 60  ==  [1,2,3,5]
numerosDeFactorizacion2 :: Integer -> [Integer]
numerosDeFactorizacion2 n = 
    sort (nub (aux (factorizacion2 n)))
    where aux xs = concat [[a,b] | (a,b) <- xs]

-- (factorización2 n) es la factorización de n. Por ejemplo,
--    factorizacion2 300  ==  [(2,2),(3,1),(5,2)]
factorizacion2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion2 n =
    [(head xs, genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 3ª definición
-- =============

digitosDeFactorizacion3 :: Integer -> [Integer]
digitosDeFactorizacion3 n =
    sort (nub (concat [digitos x | x <- aux (group (primeFactors n))]))
    where aux  []            = []
          aux (ys@(y:_):xss) = y : genericLength ys : aux xss

-- Definición
-- ==========

digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]
digitosDeFactorizacion = digitosDeFactorizacion3

-- Solución
-- ========

-- Para calcular la solución, se define la constante
solucion :: Integer
solucion = 
    head [n | n <- [1..], digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]]

-- El cálculo de la solución es
--    ghci> solucion2
--    49

-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad es
prop_completa :: Integer -> Bool
prop_completa n =
    digitosDeFactorizacion (factorial n1) == [0..9]
    where n1 = 101 + abs n

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

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

import Data.List (genericLength, group, nub, sort)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

digitosDeFactorizacion1 :: Integer -> [Integer]

digitosDeFactorizacion1 n =

sort (nub (concat [digitos x | x <- numerosDeFactorizacion n]))

-- (digitos n) es la lista de los digitos del número n. Por ejemplo,

-- digitos 320274 == [3,2,0,2,7,4]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n = [read [x] | x <- show n]

-- (numerosDeFactorizacion n) es el conjunto de los números en la

-- factorización de n. Por ejemplo,

-- numerosDeFactorizacion 60 == [1,2,3,5]

numerosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

numerosDeFactorizacion n =

sort (nub (aux (factorizacion n)))

where aux [] = []

aux ((x,y):zs) = x : y : aux zs

-- (factorización n) es la factorización de n. Por ejemplo,

-- factorizacion 300 == [(2,2),(3,1),(5,2)]

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

factorizacion n =

[(head xs, genericLength xs) | xs <- group (factorizacion' n)]

-- (factorizacion' n) es la lista de todos los factores primos de n; es

-- decir, es una lista de números primos cuyo producto es n. Por ejemplo,

-- factorizacion 300 == [2,2,3,5,5]

factorizacion' :: Integer -> [Integer]

factorizacion' n | n == 1 = []

| otherwise = x : factorizacion' (div n x)

where x = menorFactor n

-- (menorFactor n) es el menor factor primo de n. Por ejemplo,

-- menorFactor 15 == 3

menorFactor :: Integer -> Integer

menorFactor n = head [x | x <- [2..], rem n x == 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,

-- factorial 5 == 120

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 2ª definición

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

digitosDeFactorizacion2 :: Integer -> [Integer]

digitosDeFactorizacion2 n =

sort (nub (concat [digitos x | x <- numerosDeFactorizacion2 n]))

-- (numerosDeFactorizacion2 n) es el conjunto de los números en la

-- factorización de n. Por ejemplo,

-- numerosDeFactorizacion2 60 == [1,2,3,5]

numerosDeFactorizacion2 :: Integer -> [Integer]

numerosDeFactorizacion2 n =

sort (nub (aux (factorizacion2 n)))

where aux xs = concat [[a,b] | (a,b) <- xs]

-- (factorización2 n) es la factorización de n. Por ejemplo,

-- factorizacion2 300 == [(2,2),(3,1),(5,2)]

factorizacion2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

factorizacion2 n =

[(head xs, genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 3ª definición

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

digitosDeFactorizacion3 :: Integer -> [Integer]

digitosDeFactorizacion3 n =

sort (nub (concat [digitos x | x <- aux (group (primeFactors n))]))

where aux [] = []

aux (ys@(y:_):xss) = y : genericLength ys : aux xss

-- Definición

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

digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

digitosDeFactorizacion = digitosDeFactorizacion3

-- Solución

-- ========

-- Para calcular la solución, se define la constante

solucion :: Integer

solucion =

head [n | n <- [1..], digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]]

-- El cálculo de la solución es

-- ghci> solucion2

-- 49

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_completa :: Integer -> Bool

prop_completa n =

digitosDeFactorizacion (factorial n1) == [0..9]

where n1 = 101 + abs n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_completa

-- +++ OK, passed 100 tests.

La solución en Maxima

/* digitos(n) es la lista de los digitos del número n. Por ejemplo, 
      digitos (320274) == [3,2,0,2,7,4]
*/      
digitos (n) := charlist (string (n))$

digitosDeFactorizacion (n) :=
   unique (apply (append, map (digitos, apply (append, ifactors (n))))) $

solucion () := block ([n:1],
  while length (digitosDeFactorizacion (n!)) < 10 do
     n : n+1,
  n)$   

/*
   (%i5) digitosDeFactorizacion (6!);
   (%o5) [1, 2, 3, 4, 5]

   (%i6) solucion ();
   (%o6) 49
*/

/* digitos(n) es la lista de los digitos del número n. Por ejemplo,

digitos (320274) == [3,2,0,2,7,4]

digitos (n) := charlist (string (n))$

digitosDeFactorizacion (n) :=

unique (apply (append, map (digitos, apply (append, ifactors (n))))) $

solucion () := block ([n:1],

while length (digitosDeFactorizacion (n!)) < 10 do

n : n+1,

n)$

(%i5) digitosDeFactorizacion (6!);

(%o5) [1, 2, 3, 4, 5]

(%i6) solucion ();

(%o6) 49

Cantidad de números Pentanacci impares

PorJosé A. Alonso 18-febrero-20162-mayo-2016

Los números de Pentanacci se definen mediante las ecuaciones

   P(0) = 0
   P(1) = 1
   P(2) = 1
   P(3) = 2
   P(4) = 4
   P(n) = P(n-1) + P(n-2) + P(n-3) + P(n-4) + P(n-5), si n > 4

P(0) = 0

P(1) = 1

P(2) = 1

P(3) = 2

P(4) = 4

P(n) = P(n-1) + P(n-2) + P(n-3) + P(n-4) + P(n-5), si n > 4

Los primeros números de Pentanacci son

  0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 31, 61, 120, 236, 464, 912, 1793, 3525, ...

1	0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 31, 61, 120, 236, 464, 912, 1793, 3525, ...

Se obseeva que

hasta P(5) hay 1 impar: el 1 (aunque aparece dos veces);
hasta P(7) hay 2 impares distintos: 1 y 31;
hasta P(10) hay 3 impares distintos: 1, 31 y 61;
hasta P(15) hay 5 impares distintos: 1, 31 y 61, 1793 y 3525.

Definir la función

   nPentanacciImpares :: Integer -> Integer

1	nPentanacciImpares :: Integer -> Integer

tal que (nPentanacciImpares n) es la cantidad de números impares distintos desde P(0) hasta P(n). Por ejemplo,

   nPentanacciImpares 5                             ==  1
   nPentanacciImpares 7                             ==  2
   nPentanacciImpares 10                            ==  3
   nPentanacciImpares 15                            ==  5
   nPentanacciImpares 100                           ==  33
   nPentanacciImpares 1000                          ==  333
   nPentanacciImpares 10000                         ==  3333
   nPentanacciImpares (10^(10^6)) `mod` (10^9)      ==  333333333
   length (show (nPentanacciImpares2 (10^(10^6))))  ==  1000000

nPentanacciImpares 5 == 1

nPentanacciImpares 7 == 2

nPentanacciImpares 10 == 3

nPentanacciImpares 15 == 5

nPentanacciImpares 100 == 33

nPentanacciImpares 1000 == 333

nPentanacciImpares 10000 == 3333

nPentanacciImpares (10^(10^6)) `mod` (10^9) == 333333333

length (show (nPentanacciImpares2 (10^(10^6)))) == 1000000

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericTake)

-- 1ª definición 
-- =============

nPentanacciImpares1 :: Integer -> Integer
nPentanacciImpares1 0 = 0
nPentanacciImpares1 1 = 1
nPentanacciImpares1 n = 
    genericLength (filter odd (genericTake (n+1) pentanacci)) - 1

pentanacci :: [Integer]
pentanacci = p (0, 1, 1, 2, 4)
    where p (a, b, c, d, e) = a : p (b, c, d, e, a + b + c + d + e)

-- 2ª definición
-- =============

-- λ> map nPentanacciImpares1 [1..31]
-- [1,1,1,1,1,1,2,3,3,3,3,3,4,5,5,5,5,5,6,7,7,7,7,7,8,9,9,9,9,9,10]
-- λ> [(head xs, length xs) | xs <- group (map nPentanacciImpares1 [1..37])]
-- [(1,6),(2,1),(3,5),(4,1),(5,5),(6,1),(7,5),(8,1),(9,5),(10,1),(11,5),(12,1)]

nPentanacciImpares2 :: Integer -> Integer
nPentanacciImpares2 0 = 0
nPentanacciImpares2 1 = 1
nPentanacciImpares2 n = 2 * q + min r 2 - 1
    where (q,r) = n `quotRem` 6

-- 3ª definición
-- =============

nPentanacciImpares3 :: Integer -> Integer
nPentanacciImpares3 0 = 0
nPentanacciImpares3 1 = 1
nPentanacciImpares3 n | r == 5    = 2*q + 2 
                      | otherwise = 2*q + 1 
    where (q,r) = divMod (n-2) 6

import Data.List (genericLength, genericTake)

-- 1ª definición

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

nPentanacciImpares1 :: Integer -> Integer

nPentanacciImpares1 0 = 0

nPentanacciImpares1 1 = 1

nPentanacciImpares1 n =

genericLength (filter odd (genericTake (n+1) pentanacci)) - 1

pentanacci :: [Integer]

pentanacci = p (0, 1, 1, 2, 4)

where p (a, b, c, d, e) = a : p (b, c, d, e, a + b + c + d + e)

-- 2ª definición

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

-- λ> map nPentanacciImpares1 [1..31]

-- [1,1,1,1,1,1,2,3,3,3,3,3,4,5,5,5,5,5,6,7,7,7,7,7,8,9,9,9,9,9,10]

-- λ> [(head xs, length xs) | xs <- group (map nPentanacciImpares1 [1..37])]

-- [(1,6),(2,1),(3,5),(4,1),(5,5),(6,1),(7,5),(8,1),(9,5),(10,1),(11,5),(12,1)]

nPentanacciImpares2 :: Integer -> Integer

nPentanacciImpares2 0 = 0

nPentanacciImpares2 1 = 1

nPentanacciImpares2 n = 2 * q + min r 2 - 1

where (q,r) = n `quotRem` 6

-- 3ª definición

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

nPentanacciImpares3 :: Integer -> Integer

nPentanacciImpares3 0 = 0

nPentanacciImpares3 1 = 1

nPentanacciImpares3 n | r == 5 = 2*q + 2

| otherwise = 2*q + 1

where (q,r) = divMod (n-2) 6

Diagonales de matrices como listas

PorJosé A. Alonso 16-febrero-201623-febrero-2016

Las matrices se pueden representar como listas de listas de la misma longitud, donde cada uno de sus elementos representa una fila de la matriz.

Definir la función

   diagonal :: [[a]] -> [a]

1	diagonal :: [[a]] -> [a]

tal que (diagonal xss) es la diagonal de la matriz xss. Por ejemplo,

   diagonal [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,0]]           ==  [3,7,0]
   diagonal [[3,5],[4,7],[6,9]]                 ==  [3,7]
   diagonal [[3,5,2],[4,7,1]]                   ==  [3,7]
   sum (diagonal (replicate 20000 [1..20000]))  ==  200010000

diagonal [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,0]] == [3,7,0]

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

diagonal [[3,5,2],[4,7,1]] == [3,7]

sum (diagonal (replicate 20000 [1..20000])) == 200010000

Soluciones

import Data.Array  ((!), listArray)
import Data.Matrix (fromLists, getDiag)
import Data.Vector (toList)

-- 1ª definición (por recursión):
diagonal1 :: [[a]] -> [a]
diagonal1 ((x:_):xss) = x : diagonal1 [tail xs | xs <- xss]
diagonal1 _           = []

-- 2ª definición (por comprensión):
diagonal2 :: [[a]] -> [a]
diagonal2 xss = [xs!!k | (xs,k) <- zip xss [0..n]]
    where n = length (head xss) - 1

-- 3ª definición (con Data.Matrix)
diagonal3 :: [[a]] -> [a]
diagonal3 = toList . getDiag . fromLists

-- 4ª definición (con Data.Array)
diagonal4 :: [[a]] -> [a]
diagonal4 xss = [p!(i,i) | i <- [1..k]] 
    where m = length xss
          n = length (head xss)
          k = min m n
          p = listArray ((1,1),(m,n)) (concat xss)

-- Comparación de eficiencia
--    λ> let n = 3000 in sum (diagonal1 (replicate n [1..n]))
--    4501500
--    (2.08 secs, 754,089,992 bytes)
--    λ> let n = 3000 in sum (diagonal2 (replicate n [1..n]))
--    4501500
--    (0.06 secs, 0 bytes)
--    λ> let n = 3000 in sum (diagonal3 (replicate n [1..n]))
--    4501500
--    (1.22 secs, 1,040,787,360 bytes)
--    λ> let n = 3000 in sum (diagonal4 (replicate n [1..n]))
--    4501500
--    (0.96 secs, 624,463,632 bytes)

import Data.Array ((!), listArray)

import Data.Matrix (fromLists, getDiag)

import Data.Vector (toList)

-- 1ª definición (por recursión):

diagonal1 :: [[a]] -> [a]

diagonal1 ((x:_):xss) = x : diagonal1 [tail xs | xs <- xss]

diagonal1 _ = []

-- 2ª definición (por comprensión):

diagonal2 :: [[a]] -> [a]

diagonal2 xss = [xs!!k | (xs,k) <- zip xss [0..n]]

where n = length (head xss) - 1

-- 3ª definición (con Data.Matrix)

diagonal3 :: [[a]] -> [a]

diagonal3 = toList . getDiag . fromLists

-- 4ª definición (con Data.Array)

diagonal4 :: [[a]] -> [a]

diagonal4 xss = [p!(i,i) | i <- [1..k]]

where m = length xss

n = length (head xss)

k = min m n

p = listArray ((1,1),(m,n)) (concat xss)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> let n = 3000 in sum (diagonal1 (replicate n [1..n]))

-- 4501500

-- (2.08 secs, 754,089,992 bytes)

-- λ> let n = 3000 in sum (diagonal2 (replicate n [1..n]))

-- 4501500

-- (0.06 secs, 0 bytes)

-- λ> let n = 3000 in sum (diagonal3 (replicate n [1..n]))

-- 4501500

-- (1.22 secs, 1,040,787,360 bytes)

-- λ> let n = 3000 in sum (diagonal4 (replicate n [1..n]))

-- 4501500

-- (0.96 secs, 624,463,632 bytes)

Solución con Maxima

diagonal (xss) := block ([A],
  A : apply (matrix, xss),
  [m,n] : matrix_size (A),
  k : min (m,n),
  makelist (A[i,i],i,k))$

diagonal (xss) := block ([A],

A : apply (matrix, xss),

[m,n] : matrix_size (A),

k : min (m,n),

makelist (A[i,i],i,k))$

Números como suma de N sumandos

PorJosé A. Alonso 15-febrero-201622-febrero-2016

Definir la función

   sumas :: Int -> [Int] -> [Int]

1	sumas :: Int -> [Int] -> [Int]

tal que (sumas n xs) es la lista de los números que se pueden obtener como suma de n, o menos, elementos de xs. Por ejemplo,

   sumas 0 [2,5]              ==  [0]
   sumas 1 [2,5]              ==  [0,2,5]
   sumas 2 [2,5]              ==  [0,2,4,5,7,10]
   sumas 3 [2,5]              ==  [0,2,4,5,6,7,9,10,12,15]
   sumas 2 [2,3,5]            ==  [0,2,3,4,5,6,7,8,10]
   sumas 3 [2,3,5]            ==  [0,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,15]
   length (sumas 8 [1..200])  ==  1601

sumas 0 [2,5] == [0]

sumas 1 [2,5] == [0,2,5]

sumas 2 [2,5] == [0,2,4,5,7,10]

sumas 3 [2,5] == [0,2,4,5,6,7,9,10,12,15]

sumas 2 [2,3,5] == [0,2,3,4,5,6,7,8,10]

sumas 3 [2,3,5] == [0,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,15]

length (sumas 8 [1..200]) == 1601

Soluciones

import Data.List (nub, sort)

sumas :: Int -> [Int] -> [Int]
sumas 0 _  = [0]
sumas n xs = nub (sort (ys ++ [x+y | x <- xs, y <- ys]))
    where ys = sumas (n-1) xs

import Data.List (nub, sort)

sumas :: Int -> [Int] -> [Int]

sumas 0 _ = [0]

sumas n xs = nub (sort (ys ++ [x+y | x <- xs, y <- ys]))

where ys = sumas (n-1) xs

Solución con Maxima

sumas (n,xs) := block ([ys],
  if n > 0
  then ( ys : sumas (n-1, xs),
         unique (append (ys, create_list (x+y,x,xs,y,ys))) )
  else [0])$

sumas (n,xs) := block ([ys],

if n > 0

then ( ys : sumas (n-1, xs),

unique (append (ys, create_list (x+y,x,xs,y,ys))) )

else [0])$

Anotación de la profundidad de los nodos

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

Los árboles binarios con datos en los nodos y hojas se definen por

   data Arbol a = H 
                | N a (Arbol a) (Arbol a) 
                deriving (Eq, Show)

data Arbol a = H

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, el árbol

          3
         / \
        /   \
       4     7
      / \   / \
     5   0 0   3
    / \
   2   0

/ \

4 7

/ \ / \

5 0 0 3

/ \

2 0

se representa por

   ejArbol :: Arbol Integer
   ejArbol = N 3 (N 4 (N 5 (H 2)(H 0)) (H 0)) (N 7 (H 0) (H 3))

1 2	ejArbol :: Arbol Integer ejArbol = N 3 (N 4 (N 5 (H 2)(H 0)) (H 0)) (N 7 (H 0) (H 3))

Anotando cada elemento del árbol anterior con su profundidad, se obtiene el árbol siguiente

          3-0
          / \
         /   \
        /     \
      4-1     7-1
      / \     / \
    5-2 0-2 0-2 3-0
    / \
  2-3 0-3

3-0

/ \

4-1 7-1

/ \ / \

5-2 0-2 0-2 3-0

/ \

2-3 0-3

Definir la función

   anotado :: Arbol a -> Arbol (a,Int)

1	anotado :: Arbol a -> Arbol (a,Int)

tal que (anotado x) es el árbol obtenido anotando los elementos de x con su profundidad. Por ejemplo,

   λ> anotado ejArbol
   N (3,0) 
     (N (4,1) 
        (N (5,2) (H (2,3)) (H (0,3))) 
        (H (0,2))) 
     (N (7,1) (H (0,2)) (H (3,2)))

λ> anotado ejArbol

N (3,0)

(N (4,1)

(N (5,2) (H (2,3)) (H (0,3)))

(H (0,2)))

(N (7,1) (H (0,2)) (H (3,2)))

Soluciones

data Arbol a = H a 
             | N a (Arbol a) (Arbol a) 
             deriving (Eq, Show)

ejArbol :: Arbol Integer
ejArbol = N 3 (N 4 (N 5 (H 2)(H 0)) (H 0)) (N 7 (H 0) (H 3))

-- 1ª solución
-- ===========

anotado1 :: Arbol a -> Arbol (a,Int)
anotado1 (H x)     = H (x,0)
anotado1 (N x i d) = aux (N x i d) 0
    where aux (H x)     n = H (x,n)
          aux (N x i d) n = N (x,n) (aux i (n+1)) (aux d (n+1))  

-- 2ª solución
anotado2 :: Arbol a -> Arbol (a, Int)
anotado2 a = aux a [0..]
    where aux (H a)     (n:_ ) = H (a,n)
          aux (N a i d) (n:ns) = N (a,n) (aux i ns) (aux d ns)

data Arbol a = H a

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Eq, Show)

ejArbol :: Arbol Integer

ejArbol = N 3 (N 4 (N 5 (H 2)(H 0)) (H 0)) (N 7 (H 0) (H 3))

-- 1ª solución

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

anotado1 :: Arbol a -> Arbol (a,Int)

anotado1 (H x) = H (x,0)

anotado1 (N x i d) = aux (N x i d) 0

where aux (H x) n = H (x,n)

aux (N x i d) n = N (x,n) (aux i (n+1)) (aux d (n+1))

-- 2ª solución

anotado2 :: Arbol a -> Arbol (a, Int)

anotado2 a = aux a [0..]

where aux (H a) (n:_ ) = H (a,n)

aux (N a i d) (n:ns) = N (a,n) (aux i ns) (aux d ns)

Compactación de listas

PorJosé A. Alonso 11-febrero-201626-marzo-2022

Definir la función

   compactada :: [Maybe Int] -> [Int]

1	compactada :: [Maybe Int] -> [Int]

tal que (compacta xs) es la lista obtenida al compactar xs con las siguientes reglas:

se eliminan los elementos Nothing;
si dos elementos consecutivos tienen el mismo valor, se sustituyen por el sucesor de su valor y
los restantes elementos no se cambian.

Por ejemplo,

    λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 4,Just 4,Just 3,Just 6]
    [2,5,3,6]
    λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 3,Just 6]
    [2,1,4,3,6]
    λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 4,Just 6]
    [2,1,5,6]
    λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 3,Just 4]
    [2,1,4,3,4]
    λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 2,Just 4,Just 3,Just 4]
    [2,2,4,3,4]

λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 4,Just 4,Just 3,Just 6]

[2,5,3,6]

λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 3,Just 6]

[2,1,4,3,6]

λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 4,Just 6]

[2,1,5,6]

λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 3,Just 4]

[2,1,4,3,4]

λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 2,Just 4,Just 3,Just 4]

[2,2,4,3,4]

Soluciones

-- 1ª definición
compactada1 :: [Maybe Int] -> [Int]
compactada1 xs = aux (valores xs)
    where aux (x:y:xs) | x == y    = x+1 : aux xs
                       | otherwise = x : aux (y:xs)
          aux xs                   = xs

-- (valores vs) es la lista de los valores de vs. Por ejemplo,
--    ghci> valores [Just 1,Nothing,Just 1,Nothing,Just 3,Just 6]
--    [1,1,3,6]
valores :: [Maybe Int] -> [Int]
valores xs = [x | Just x <- xs]

-- 2ª definición de valores (por recursión):
valores2 :: [Maybe Int] -> [Int]
valores2 []            = []
valores2 ((Just v):vs) = v: valores2 vs
valores2 (Nothing:vs)  = valores2 vs

-- 1ª definición

compactada1 :: [Maybe Int] -> [Int]

compactada1 xs = aux (valores xs)

where aux (x:y:xs) | x == y = x+1 : aux xs

| otherwise = x : aux (y:xs)

aux xs = xs

-- (valores vs) es la lista de los valores de vs. Por ejemplo,

-- ghci> valores [Just 1,Nothing,Just 1,Nothing,Just 3,Just 6]

-- [1,1,3,6]

valores :: [Maybe Int] -> [Int]

valores xs = [x | Just x <- xs]

-- 2ª definición de valores (por recursión):

valores2 :: [Maybe Int] -> [Int]

valores2 [] = []

valores2 ((Just v):vs) = v: valores2 vs

valores2 (Nothing:vs) = valores2 vs

Eliminación de espacios extremos

PorJosé A. Alonso 10-febrero-201617-febrero-2016

Definir la función

   sinEspaciosExtremos :: String -> String

1	sinEspaciosExtremos :: String -> String

tal que (sinEspaciosExtremos cs) es la cadena obtenida eliminando los espacios blancos de los extremos de la cadena cs. Por ejemplo,

   λ> sinEspaciosExtremos "   El lunes a las 12:30.     "
   "El lunes a las 12:30."

1 2	λ> sinEspaciosExtremos " El lunes a las 12:30. " "El lunes a las 12:30."

Soluciones

import Data.Char (isSpace)

sinEspaciosExtremos :: String -> String
sinEspaciosExtremos = f . f
    where f = reverse . dropWhile isSpace

import Data.Char (isSpace)

sinEspaciosExtremos :: String -> String

sinEspaciosExtremos = f . f

where f = reverse . dropWhile isSpace

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Solución en Maxima

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Referencias

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Solución en Maxima

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En Maxima

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La solución en Maxima

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Solución con Maxima

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Solución con Maxima

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