José A. Alonso

Números primos de Hilbert

PorJosé A. Alonso 4-febrero-20161-mayo-2016

Un número de Hilbert es un entero positivo de la forma 4n+1. Los primeros números de Hilbert son 1, 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33, 37, 41, 45, 49, 53, 57, 61, 65, 69, …

Un primo de Hilbert es un número de Hilbert n que no es divisible por ningún número de Hilbert menor que n (salvo el 1). Los primeros primos de Hilbert son 5, 9, 13, 17, 21, 29, 33, 37, 41, 49, 53, 57, 61, 69, 73, 77, 89, 93, 97, 101, 109, 113, 121, 129, 133, 137, …

Definir la sucesión

   primosH :: [Integer]

1	primosH :: [Integer]

tal que sus elementos son los primos de Hilbert. Por ejemplo,

   take 15 primosH  == [5,9,13,17,21,29,33,37,41,49,53,57,61,69,73]
   primosH !! 20000 == 203221

1 2	take 15 primosH == [5,9,13,17,21,29,33,37,41,49,53,57,61,69,73] primosH !! 20000 == 203221

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

-- numerosH es la sucesión de los números de Hilbert. Por ejemplo,
--    take 15 numerosH  ==  [1,5,9,13,17,21,25,29,33,37,41,45,49,53,57]
numerosH :: [Integer]
numerosH = [1,5..]

-- (divisoresH n) es la lista de los números de Hilbert que dividen a
-- n. Por ejemplo,
--   divisoresH 117  ==  [1,9,13,117]
--   divisoresH  21  ==  [1,21]
divisoresH :: Integer -> [Integer]
divisoresH n = [x | x <- takeWhile (<=n) numerosH,
                    n `mod` x == 0]

primosH1 :: [Integer]
primosH1 = [n | n <- tail numerosH,
                divisoresH n == [1,n]]

-- 2ª definición
-- =============

primosH2 :: [Integer]
primosH2 = filter esPrimoH (tail numerosH) 
    where esPrimoH n = all noDivideAn [5,9..m]
              where noDivideAn x = n `mod` x /= 0
                    m            = ceiling (sqrt (fromIntegral n))

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

--    λ> primosH1 !! 2000
--    16957
--    (6.93 secs, 750,291,352 bytes)
--    λ> primosH2 !! 2000
--    16957
--    (0.13 secs, 18,066,288 bytes)

-- 1ª definición

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

-- numerosH es la sucesión de los números de Hilbert. Por ejemplo,

-- take 15 numerosH == [1,5,9,13,17,21,25,29,33,37,41,45,49,53,57]

numerosH :: [Integer]

numerosH = [1,5..]

-- (divisoresH n) es la lista de los números de Hilbert que dividen a

-- n. Por ejemplo,

-- divisoresH 117 == [1,9,13,117]

-- divisoresH 21 == [1,21]

divisoresH :: Integer -> [Integer]

divisoresH n = [x | x <- takeWhile (<=n) numerosH,

n `mod` x == 0]

primosH1 :: [Integer]

primosH1 = [n | n <- tail numerosH,

divisoresH n == [1,n]]

-- 2ª definición

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

primosH2 :: [Integer]

primosH2 = filter esPrimoH (tail numerosH)

where esPrimoH n = all noDivideAn [5,9..m]

where noDivideAn x = n `mod` x /= 0

m = ceiling (sqrt (fromIntegral n))

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> primosH1 !! 2000

-- 16957

-- (6.93 secs, 750,291,352 bytes)

-- λ> primosH2 !! 2000

-- 16957

-- (0.13 secs, 18,066,288 bytes)

Ordenación por frecuencia

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

Definir la función

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

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

tal que (ordPorFrecuencia xs) es la lista obtenidas ordenando los elementos de xs por su frecuencia, de los que aparecen menos a los que aparecen más. Por ejemplo,

   ordPorFrecuencia "canalDePanama"  ==  "DPcelmnnaaaaa"
   ordPorFrecuencia "20012016"       ==  "61122000"

1 2	ordPorFrecuencia "canalDePanama" == "DPcelmnnaaaaa" ordPorFrecuencia "20012016" == "61122000"

Soluciones

import Data.List (group, sort)

ordPorFrecuencia :: Ord a => [a] -> [a]
ordPorFrecuencia xs =
    concatMap snd (sort [(length xs,xs) | xs <- group (sort xs)])

import Data.List (group, sort)

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

ordPorFrecuencia xs =

concatMap snd (sort [(length xs,xs) | xs <- group (sort xs)])

El algoritmo binario del mcd

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

El máximo común divisor (mcd) de dos números enteros no negativos se puede calcular mediante un algoritmo binario basado en las siguientes propiedades:

Si a,b son pares, entonces mcd(a,b) = 2*mcd(a/2,b/2)
Si a es par y b impar, entonces mcd(a,b) = mcd(a/2,b)
Si a es impar y b par, entonces mcd(a,b) = mcd(a,b/2)
Si a y b son impares y a > b, entonces mcd(a,b) = mcd((a-b)/2,b)
Si a y b son impares y a < b, entonces mcd(a,b) = mcd(a,(b-a)/2)
mcd(a,0) = a
mcd(0,b) = b
mcd(a,a) = a

Por ejemplo, el cálculo del mcd(660,420) es

   mcd(660,420)
   = 2*mcd(330,210)    [por 1]
   = 2*2*mcd(165,105)  [por 1]
   = 2*2*mcd(30,105)   [por 4]
   = 2*2*mcd(15,105)   [por 2]
   = 2*2*mcd(15,45)    [por 4]
   = 2*2*mcd(15,15)    [por 4]
   = 2*2*15            [por 8]
   = 60

mcd(660,420)

= 2*mcd(330,210) [por 1]

= 2*2*mcd(165,105) [por 1]

= 2*2*mcd(30,105) [por 4]

= 2*2*mcd(15,105) [por 2]

= 2*2*mcd(15,45) [por 4]

= 2*2*mcd(15,15) [por 4]

= 2*2*15 [por 8]

= 60

Definir la función

   mcd :: Integer -> Integer -> Integer

1	mcd :: Integer -> Integer -> Integer

Definir la función

tal que (mcd a b) es el máximo común divisor de a y b calculado mediante el algoritmo binario del mcd. Por ejemplo,

   mcd 660 420  ==  60
   mcd 3 0      ==  3
   mcd 0 3      ==  3

mcd 660 420 == 60

mcd 3 0 == 3

mcd 0 3 == 3

Comprobar con QuickCheck que, para los enteros no negativos, las funciones mcd y gcd son equivalentes.

Soluciones

import Test.QuickCheck

mcd :: Integer -> Integer -> Integer
mcd a 0 = a
mcd 0 b = b
mcd a b | a == b           = a
        | even a && even b = 2 * mcd (a `div` 2) (b `div` 2)
        | even a           = mcd (a `div` 2)     b
        | even b           = mcd a               (b `div` 2)
        | a > b            = mcd ((a-b) `div` 2) b
        | otherwise        = mcd a               ((b-a) `div` 2)

-- Propiedad de equivalencia 
prop_mcd :: Integer -> Integer -> Bool
prop_mcd a b = mcd a1 b1 == gcd a1 b1
    where a1 = abs a
          b1 = abs b

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

import Test.QuickCheck

mcd :: Integer -> Integer -> Integer

mcd a 0 = a

mcd 0 b = b

mcd a b | a == b = a

| even a && even b = 2 * mcd (a `div` 2) (b `div` 2)

| even a = mcd (a `div` 2) b

| even b = mcd a (b `div` 2)

| a > b = mcd ((a-b) `div` 2) b

| otherwise = mcd a ((b-a) `div` 2)

-- Propiedad de equivalencia

prop_mcd :: Integer -> Integer -> Bool

prop_mcd a b = mcd a1 b1 == gcd a1 b1

where a1 = abs a

b1 = abs b

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_mcd

-- +++ OK, passed 100 tests.

Agrupamiento por propiedad

PorJosé A. Alonso 29-enero-20165-febrero-2016

Definir la función

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

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

tal que (agrupa p xs) es la lista obtenida separando los elementos consecutivos de xs que verifican la propiedad p de los que no la verifican. Por ejemplo,

   agrupa odd   [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2]  ==  [[1],[2,0,4],[9],[6,4],[5,7],[2]]
   agrupa even  [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2]  ==  [[],[1],[2,0,4],[9],[6,4],[5,7],[2]]
   agrupa (> 4) [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2]  ==  [[],[1,2,0,4],[9,6],[4],[5,7],[2]]
   agrupa (< 4) [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2]  ==  [[1,2,0],[4,9,6,4,5,7],[2]]

agrupa odd [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2] == [[1],[2,0,4],[9],[6,4],[5,7],[2]]

agrupa even [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2] == [[],[1],[2,0,4],[9],[6,4],[5,7],[2]]

agrupa (> 4) [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2] == [[],[1,2,0,4],[9,6],[4],[5,7],[2]]

agrupa (< 4) [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2] == [[1,2,0],[4,9,6,4,5,7],[2]]

Comprobar con QuickCheck que para cualquier propiedad p y cualquier lista xs, la concatenación de (agrupa p xs) es xs; es decir,

   prop_agrupa :: Blind (Int -> Bool) -> [Int] -> Bool
   prop_agrupa (Blind p) xs =
       concat (agrupa1 p xs) == xs

prop_agrupa :: Blind (Int -> Bool) -> [Int] -> Bool

prop_agrupa (Blind p) xs =

concat (agrupa1 p xs) == xs

Nota. Usar la librería Test.QuickCheck.Modifiers.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Test.QuickCheck.Modifiers

-- 1ª solución
-- ===========

agrupa1 :: (a -> Bool) -> [a] -> [[a]]
agrupa1 p [] = []
agrupa1 p xs = takeWhile p xs : agrupa1 (not . p) (dropWhile p xs)

-- 2ª solución
-- ===========

agrupa2 :: (a -> Bool) -> [a] -> [[a]]
agrupa2 p [] = []
agrupa2 p xs = ys : agrupa2 (not . p) zs
    where (ys,zs) = span p xs

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

-- La propiedad es
prop_agrupa :: Blind (Int -> Bool) -> [Int] -> Bool
prop_agrupa (Blind p) xs =
    concat (agrupa1 p xs) == xs

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

import Test.QuickCheck

import Test.QuickCheck.Modifiers

-- 1ª solución

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

agrupa1 :: (a -> Bool) -> [a] -> [[a]]

agrupa1 p [] = []

agrupa1 p xs = takeWhile p xs : agrupa1 (not . p) (dropWhile p xs)

-- 2ª solución

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

agrupa2 :: (a -> Bool) -> [a] -> [[a]]

agrupa2 p [] = []

agrupa2 p xs = ys : agrupa2 (not . p) zs

where (ys,zs) = span p xs

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_agrupa :: Blind (Int -> Bool) -> [Int] -> Bool

prop_agrupa (Blind p) xs =

concat (agrupa1 p xs) == xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_agrupa

-- +++ OK, passed 100 tests.

De árboles a listas

PorJosé A. Alonso 27-enero-20163-febrero-2016

Los árboles binarios con datos en nodos y hojas se definen por

   data Arbol a = H a | N a (Arbol a) (Arbol a) deriving Show

1	data Arbol a = H a \| N a (Arbol a) (Arbol a) deriving 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))

Definir la función

   sucesores :: Arbol a -> [(a,[a])]

1	sucesores :: Arbol a -> [(a,[a])]

tal que (sucesores t) es la lista de los pares formados por los elementos del árbol t junto con sus sucesores. Por ejemplo,

   λ> sucesores ejArbol
   [(3,[4,7]),(4,[5,0]),(5,[2,0]),(2,[]),(0,[]),(0,[]),
    (7,[0,3]),(0,[]),(3,[])]

λ> sucesores ejArbol

[(3,[4,7]),(4,[5,0]),(5,[2,0]),(2,[]),(0,[]),(0,[]),

(7,[0,3]),(0,[]),(3,[])]

Soluciones

data Arbol a = H a | N a (Arbol a) (Arbol a) deriving Show

ejArbol :: Arbol Integer
ejArbol = N 3 (N 4 (N 5 (H 2)(H 0)) (H 0)) (N 7 (H 0) (H 3))

sucesores :: Arbol a -> [(a,[a])]
sucesores (H x)     = [(x,[])]
sucesores (N x i d) = (x, [raiz i, raiz d]) : sucesores i ++ sucesores d

raiz :: Arbol a -> a
raiz (H x)      = x
raiz (N x _ _ ) = x

data Arbol a = H a | N a (Arbol a) (Arbol a) deriving Show

ejArbol :: Arbol Integer

ejArbol = N 3 (N 4 (N 5 (H 2)(H 0)) (H 0)) (N 7 (H 0) (H 3))

sucesores :: Arbol a -> [(a,[a])]

sucesores (H x) = [(x,[])]

sucesores (N x i d) = (x, [raiz i, raiz d]) : sucesores i ++ sucesores d

raiz :: Arbol a -> a

raiz (H x) = x

raiz (N x _ _ ) = x

Conjunto de funciones

PorJosé A. Alonso 26-enero-20162-febrero-2016

Una función f entre dos conjuntos A e B se puede representar mediante una lista de pares de AxB tales que para cada elemento a de A existe un único elemento b de B tal que (a,b) pertenece a f. Por ejemplo,

[(1,2),(3,6)] es una función de [1,3] en [2,4,6];
[(1,2)] no es una función de [1,3] en [2,4,6], porque no tiene ningún par cuyo primer elemento sea igual a 3;
[(1,2),(3,6),(1,4)] no es una función porque hay dos pares distintos cuya primer elemento es 1.

Definir la función

   funciones :: [a] -> [a] -> [[(a,a)]]

1	funciones :: [a] -> [a] -> [[(a,a)]]

tal que (funciones xs ys) es el conjunto de las funciones de xs en ys. Por ejemplo,

   λ> funciones [] [2,4,6]
   [[]]
   λ> funciones [3] [2,4,6]
   [[(3,2)],[(3,4)],[(3,6)]]
   λ> funciones [1,3] [2,4,6]
   [[(1,2),(3,2)], [(1,2),(3,4)], [(1,2),(3,6)], [(1,4),(3,2)], [(1,4),(3,4)],
    [(1,4),(3,6)], [(1,6),(3,2)], [(1,6),(3,4)], [(1,6),(3,6)]]

λ> funciones [] [2,4,6]

[[]]

λ> funciones [3] [2,4,6]

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

λ> funciones [1,3] [2,4,6]

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

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

Comprobar con QuickCheck que si xs es un conjunto con n elementos e ys un conjunto con m elementos, entonces (funciones xs ys) tiene m^n elementos.

Nota. Al hacer la comprobación limitar el tamaño de las pruebas como se indica a continuación

   λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_funciones
   +++ OK, passed 100 tests.

1 2	λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_funciones +++ OK, passed 100 tests.

Soluciones

import Test.QuickCheck

funciones :: [a] -> [a] -> [[(a,a)]]
funciones [] _      = [[]]
funciones (x:xs) ys = [((x,y):f) | y <- ys, f <- fs]
    where fs = funciones xs ys

prop_funciones :: [Int] -> [Int] -> Bool
prop_funciones xs ys =
    length (funciones xs ys) == (length ys)^(length xs)

import Test.QuickCheck

funciones :: [a] -> [a] -> [[(a,a)]]

funciones [] _ = [[]]

funciones (x:xs) ys = [((x,y):f) | y <- ys, f <- fs]

where fs = funciones xs ys

prop_funciones :: [Int] -> [Int] -> Bool

prop_funciones xs ys =

length (funciones xs ys) == (length ys)^(length xs)

Sumas digitales de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 22-enero-20161-mayo-2016

Definir la función

   primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]

1	primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]

tal que (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas k) es la sucesión de listas de k primos consecutivos tales que las sumas ordenadas de sus dígitos también son primos consecutivos. Por ejemplo,

   λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 2)
   [[2,3],[3,5],[5,7],[41,43],[43,47]]
   λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 3)
   [[2,3,5],[3,5,7],[41,43,47],[191,193,197],[193,197,199]]
   λ> take 4 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4)
   [[2,3,5,7],[3,5,7,11],[191,193,197,199],[821,823,827,829]]
   λ> primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4 !! 50
   [129197,129209,129221,129223]

λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 2)

[[2,3],[3,5],[5,7],[41,43],[43,47]]

λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 3)

[[2,3,5],[3,5,7],[41,43,47],[191,193,197],[193,197,199]]

λ> take 4 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4)

[[2,3,5,7],[3,5,7,11],[191,193,197,199],[821,823,827,829]]

λ> primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4 !! 50

[129197,129209,129221,129223]

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Data.List (isPrefixOf, sort, tails)
import Data.Numbers.Primes

primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]
primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas k = 
    [xs | xs <- map (take k) (tails primes),
          primosConsecutivos (sort (map sumaDigital xs))]

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 325  ==  [3,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [d] | d <- show n]

-- (sumaDigital n) es la suma de los dígitos de n. Por ejemplo, 
--    sumaDigital 325  ==  10
sumaDigital :: Integer -> Integer
sumaDigital = sum . digitos

-- (primosConsecutivos xs) se verifica si xs es una lista de primos
-- consecutivos. Por ejemplo,
--    primosConsecutivos [5,7,11]  ==  True
--    primosConsecutivos [5,7,17]  ==  False
primosConsecutivos :: [Integer] -> Bool
primosConsecutivos (x:xs) =
    isPrefixOf (x:xs) (dropWhile (<x) primes)

import Data.Char (digitToInt)

import Data.List (isPrefixOf, sort, tails)

import Data.Numbers.Primes

primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]

primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas k =

[xs | xs <- map (take k) (tails primes),

primosConsecutivos (sort (map sumaDigital xs))]

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

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

digitos :: Integer -> [Integer]

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

-- (sumaDigital n) es la suma de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- sumaDigital 325 == 10

sumaDigital :: Integer -> Integer

sumaDigital = sum . digitos

-- (primosConsecutivos xs) se verifica si xs es una lista de primos

-- consecutivos. Por ejemplo,

-- primosConsecutivos [5,7,11] == True

-- primosConsecutivos [5,7,17] == False

primosConsecutivos :: [Integer] -> Bool

primosConsecutivos (x:xs) =

isPrefixOf (x:xs) (dropWhile (<x) primes)

Referencias

Basado en el artículo DigitSums of some consecutive primes del blog Fun With Num3ers.

Antiimágenes en una función creciente

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

Definir la función

   antiimagen :: (Int -> Int) -> Int -> Maybe Int

1	antiimagen :: (Int -> Int) -> Int -> Maybe Int

tal que (antiimagen f y) es justo el x tal que f(x) = y, si y pertenece a la imagen de la función creciente f, o nada, en caso contrario. Por ejemplo,

   antiimagen (^2) 25  ==  Just 5
   antiimagen (^3) 25  ==  Nothing

1 2	antiimagen (^2) 25 == Just 5 antiimagen (^3) 25 == Nothing

Nota. Se supone que f está definida sobre los números naturales.

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

antiimagen1 :: (Int -> Int) -> Int -> Maybe Int
antiimagen1 f y 
    | estaEnImagen f y = Just x
    | otherwise        = Nothing
    where x = head [x | x <- [0..], f x == y]

-- (estaEnImagen f y) se verifica si pertenece a la imagen de f. Por
-- ejemplo, 
--    estaEnImagen (^2) 25 == True
--    estaEnImagen (^2) 30 == False
estaEnImagen :: (Int -> Int) -> Int -> Bool
estaEnImagen f y = elem y (takeWhile (<=y) (imagen f)) 

-- (imagen f) es la imagen de f. Por ejemplo,
--    take 10 (imagen (^2))  ==  [0,1,4,9,16,25,36,49,64,81]
--    take 10 (imagen (*3))  ==  [0,3,6,9,12,15,18,21,24,27]
imagen :: (Int -> Int) -> [Int]
imagen f = map f [0..]

-- 2ª definición (con lookup y maxBound)
-- =====================================

antiimagen2 :: (Int -> Int) -> Int -> Maybe Int
antiimagen2 f y =
    lookup y (takeWhile (<= (y,maxBound)) [(f x, x) | x <- [0..]])

-- 1ª definición

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

antiimagen1 :: (Int -> Int) -> Int -> Maybe Int

antiimagen1 f y

| estaEnImagen f y = Just x

| otherwise = Nothing

where x = head [x | x <- [0..], f x == y]

-- (estaEnImagen f y) se verifica si pertenece a la imagen de f. Por

-- ejemplo,

-- estaEnImagen (^2) 25 == True

-- estaEnImagen (^2) 30 == False

estaEnImagen :: (Int -> Int) -> Int -> Bool

estaEnImagen f y = elem y (takeWhile (<=y) (imagen f))

-- (imagen f) es la imagen de f. Por ejemplo,

-- take 10 (imagen (^2)) == [0,1,4,9,16,25,36,49,64,81]

-- take 10 (imagen (*3)) == [0,3,6,9,12,15,18,21,24,27]

imagen :: (Int -> Int) -> [Int]

imagen f = map f [0..]

-- 2ª definición (con lookup y maxBound)

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

antiimagen2 :: (Int -> Int) -> Int -> Maybe Int

antiimagen2 f y =

lookup y (takeWhile (<= (y,maxBound)) [(f x, x) | x <- [0..]])

Relleno de matrices

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

Dada una matriz cuyos elementos son 0 ó 1, su relleno es la matriz obtenida haciendo iguales a 1 los elementos de las filas y de las columna que contienen algún uno. Por ejemplo, el relleno de la matriz de la izquierda es la de la derecha:

   0 0 0 0 0    1 0 0 1 0
   0 0 0 0 0    1 0 0 1 0
   0 0 0 1 0    1 1 1 1 1
   1 0 0 0 0    1 1 1 1 1
   0 0 0 0 0    1 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1 0 0 1 0

0 0 0 1 0 1 1 1 1 1

1 0 0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 1 0 0 1 0

Las matrices se pueden representar mediante tablas cuyos índices son pares de enteros

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz = Array (Int,Int) Int

por ejemplo, la matriz de la izquierda de la figura anterior se define por

   ej :: Matriz                  
   ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,
                                 0, 0, 0, 0, 0,
                                 0, 0, 0, 1, 0,
                                 1, 0, 0, 0, 0,
                                 0, 0, 0, 0, 0]

ej :: Matriz

ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 1, 0,

1, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0]

Definir la función

   relleno :: Matriz -> Matriz

1	relleno :: Matriz -> Matriz

tal que (relleno p) es el relleno de la matriz p. Por ejemplo,

   λ> elems (relleno ej)
   [1,0,0,1,0,
    1,0,0,1,0,
    1,1,1,1,1,
    1,1,1,1,1,
    1,0,0,1,0]

λ> elems (relleno ej)

[1,0,0,1,0,

1,0,0,1,0,

1,1,1,1,1,

1,0,0,1,0]

Soluciones

import Data.Array

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej :: Matriz                  
ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 1, 0,
                              1, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 0, 0]

-- 1ª solución
-- ===========

relleno1 :: Matriz -> Matriz
relleno1 p = 
    array ((1,1),(m,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..m], j <- [1..n]]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          f i j | 1 `elem` [p!(i,k) | k <- [1..n]] = 1
                | 1 `elem` [p!(k,j) | k <- [1..m]] = 1
                | otherwise                        = 0

-- 2ª solución
-- ===========

relleno2 :: Matriz -> Matriz
relleno2 p = 
    array ((1,1),(m,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..m], j <- [1..n]]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          filas     = filasConUno p
          columnas  = columnasConUno p
          f i j | i `elem` filas    = 1
                | j `elem` columnas = 1
                | otherwise         = 0

-- (filasConUno p) es la lista de las filas de p que tienen algún
-- uno. Por ejemplo,
--    filasConUno ej  ==  [3,4]
filasConUno :: Matriz -> [Int]
filasConUno p = [i | i <- [1..m], filaConUno p i]
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- (filaConUno p i) se verifica si p tiene algún uno en la fila i. Por
-- ejemplo, 
--    filaConUno ej 3  ==  True
--    filaConUno ej 2  ==  False
filaConUno :: Matriz -> Int -> Bool
filaConUno p i = any (==1) [p!(i,j) | j <- [1..n]]
    where (_,(_,n)) = bounds p

-- (columnasConUno p) es la lista de las columnas de p que tienen algún
-- uno. Por ejemplo,
--    columnasConUno ej  ==  [1,4]
columnasConUno :: Matriz -> [Int]
columnasConUno p = [j | j <- [1..n], columnaConUno p j]
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- (columnaConUno p i) se verifica si p tiene algún uno en la columna i. Por
-- ejemplo, 
--    columnaConUno ej 1  ==  True
--    columnaConUno ej 2  ==  False
columnaConUno :: Matriz -> Int -> Bool
columnaConUno p j = any (==1) [p!(i,j) | i <- [1..m]]
    where (_,(m,_)) = bounds p

-- 3ª solución
-- ===========

relleno3 :: Matriz -> Matriz
relleno3 p = p // ([((i,j),1) | i <- filas,  j <- [1..n]] ++ 
                   [((i,j),1) | i <- [1..m], j <- columnas])
  where (_,(m,n)) = bounds p
        filas     = filasConUno p
        columnas  = columnasConUno p


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

--    λ> let f i j = if i == j then 1 else 0 
--    λ> let q n = array ((1,1),(n,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..n], j <- [1..n]]
--    
--    λ> sum (elems (relleno1 (q 200)))
--    40000
--    (6.90 secs, 1,877,369,544 bytes)
--    
--    λ> sum (elems (relleno2 (q 200)))
--    40000
--    (0.46 secs, 57,354,168 bytes)
--    
--    λ> sum (elems (relleno3 (q 200)))
--    40000
--    (0.34 secs, 80,465,144 bytes)
--    
--    λ> sum (elems (relleno2 (q 500)))
--    250000
--    (4.33 secs, 353,117,640 bytes)
--    
--    λ> sum (elems (relleno3 (q 500)))
--    250000
--    (2.40 secs, 489,630,048 bytes)

100

101

import Data.Array

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej :: Matriz

ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 1, 0,

1, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0]

-- 1ª solución

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

relleno1 :: Matriz -> Matriz

relleno1 p =

array ((1,1),(m,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..m], j <- [1..n]]

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

f i j | 1 `elem` [p!(i,k) | k <- [1..n]] = 1

| 1 `elem` [p!(k,j) | k <- [1..m]] = 1

| otherwise = 0

-- 2ª solución

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

relleno2 :: Matriz -> Matriz

relleno2 p =

array ((1,1),(m,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..m], j <- [1..n]]

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

filas = filasConUno p

columnas = columnasConUno p

f i j | i `elem` filas = 1

| j `elem` columnas = 1

| otherwise = 0

-- (filasConUno p) es la lista de las filas de p que tienen algún

-- uno. Por ejemplo,

-- filasConUno ej == [3,4]

filasConUno :: Matriz -> [Int]

filasConUno p = [i | i <- [1..m], filaConUno p i]

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

-- (filaConUno p i) se verifica si p tiene algún uno en la fila i. Por

-- ejemplo,

-- filaConUno ej 3 == True

-- filaConUno ej 2 == False

filaConUno :: Matriz -> Int -> Bool

filaConUno p i = any (==1) [p!(i,j) | j <- [1..n]]

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

-- (columnasConUno p) es la lista de las columnas de p que tienen algún

-- uno. Por ejemplo,

-- columnasConUno ej == [1,4]

columnasConUno :: Matriz -> [Int]

columnasConUno p = [j | j <- [1..n], columnaConUno p j]

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

-- (columnaConUno p i) se verifica si p tiene algún uno en la columna i. Por

-- ejemplo,

-- columnaConUno ej 1 == True

-- columnaConUno ej 2 == False

columnaConUno :: Matriz -> Int -> Bool

columnaConUno p j = any (==1) [p!(i,j) | i <- [1..m]]

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

-- 3ª solución

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

relleno3 :: Matriz -> Matriz

relleno3 p = p // ([((i,j),1) | i <- filas, j <- [1..n]] ++

[((i,j),1) | i <- [1..m], j <- columnas])

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

filas = filasConUno p

columnas = columnasConUno p

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let f i j = if i == j then 1 else 0

-- λ> let q n = array ((1,1),(n,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..n], j <- [1..n]]

-- λ> sum (elems (relleno1 (q 200)))

-- 40000

-- (6.90 secs, 1,877,369,544 bytes)

-- λ> sum (elems (relleno2 (q 200)))

-- 40000

-- (0.46 secs, 57,354,168 bytes)

-- λ> sum (elems (relleno3 (q 200)))

-- 40000

-- (0.34 secs, 80,465,144 bytes)

-- λ> sum (elems (relleno2 (q 500)))

-- 250000

-- (4.33 secs, 353,117,640 bytes)

-- λ> sum (elems (relleno3 (q 500)))

-- 250000

-- (2.40 secs, 489,630,048 bytes)

Referencias

Basado en Matrix Fill-In del blog Programming Praxis.

Primos que contienen al 2016

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

Definir la sucesión

   primosCon2016 :: [Integer]

1	primosCon2016 :: [Integer]

tal que sus elementos son los números primos que contienen al 2016. Por ejemplo,

   take 5 primosCon2016  ==  [20161,120163,120167,201611,201623]
   primosCon2016 !! 111  ==  3020167

1 2	take 5 primosCon2016 == [20161,120163,120167,201611,201623] primosCon2016 !! 111 == 3020167

Soluciones

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

primosCon2016 :: [Integer]
primosCon2016 = 
    [x | x <- primes, isInfixOf "2016" (show x)]

import Data.List (isInfixOf)

import Data.Numbers.Primes (primes)

primosCon2016 :: [Integer]

primosCon2016 =

[x | x <- primes, isInfixOf "2016" (show x)]

Referencias

Basado en el artículo Prime numbers containing 2016 del blog Fun With Num3ers.

Lista tautológica de literales

PorJosé A. Alonso 14-enero-201621-enero-2016

En lógica matemática, un literal http://bit.ly/1RQ5yJU es una fórmula atómica o su negación. Se puede definir por el tipo de dato

   data Literal = Atom String
                | Neg Literal
                deriving (Eq, Show)

data Literal = Atom String

| Neg Literal

deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, el literal los literales p y ¬q se representan por las expresiones (Atom «p») y (Neg (Atom «q»)), respectivamente.

Una lista de literales (que se interpreta como su disyunción) es un tautología si contiene a una fórmula atómica y su negación.

Definir la función

   tautologia :: [Literal] -> Bool

1	tautologia :: [Literal] -> Bool

tal que (tautologia xs) se verifica si la lista de literales xs es una tautología. Por ejemplo,

   λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "p")]
   True
   λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "r")]
   False
   λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "q")]
   False

λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "p")]

True

λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "r")]

False

λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "q")]

False

Soluciones

[schedule expon=’2016-01-21′ expat=»06:00″]

Las soluciones se pueden escribir en los comentarios hasta el 21 de enero.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

[/schedule]

[schedule on=’2016-01-21′ at=»06:00″]

import Data.List (intersect)

data Literal = Atom String
             | Neg Literal
             deriving (Eq, Show)

-- 1ª solución
-- ===========

tautologia1 :: [Literal] -> Bool
tautologia1 xs = or [elem x xs && elem (Neg x) xs | x <- xs]

-- 2ª solución
-- ===========

tautologia2 :: [Literal] -> Bool
tautologia2 xs = 
    not (null (intersect ns (map neg ps)))
    where (ps,ns) = span esPositivo xs
          neg x   = Neg x

esPositivo :: Literal -> Bool
esPositivo (Atom _) = True
esPositivo _        = False

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

--    λ> tautologia1 (replicate 4000 (Atom "p"))
--    False
--    (6.70 secs, 1031428 bytes)
--    λ> tautologia2 (replicate 4000 (Atom "p"))
--    False
--    (0.01 secs, 1061604 bytes)

import Data.List (intersect)

data Literal = Atom String

| Neg Literal

deriving (Eq, Show)

-- 1ª solución

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

tautologia1 :: [Literal] -> Bool

tautologia1 xs = or [elem x xs && elem (Neg x) xs | x <- xs]

-- 2ª solución

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

tautologia2 :: [Literal] -> Bool

tautologia2 xs =

not (null (intersect ns (map neg ps)))

where (ps,ns) = span esPositivo xs

neg x = Neg x

esPositivo :: Literal -> Bool

esPositivo (Atom _) = True

esPositivo _ = False

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> tautologia1 (replicate 4000 (Atom "p"))

-- False

-- (6.70 secs, 1031428 bytes)

-- λ> tautologia2 (replicate 4000 (Atom "p"))

-- False

-- (0.01 secs, 1061604 bytes)

[/schedule]

Puntos visibles en la cuadrícula de un plano

PorJosé A. Alonso 13-enero-20161-mayo-2016

La cuadrícula entera de lado n, Cₙ, es el conjunto de los puntos (x,y) donde x e y son números enteros tales que 1 ≤ x, y ≤ n.

Un punto (x,y) de Cₙ es visible desde el origen si el máximo común divisor de x e y es 1. Por ejemplo, el punto (4,6) no es visible porque está ocultado por el (2,3); en cambio, el (2,3) sí es visible.

El conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula entera de lado 6 son (1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,5), (1,6), (2,1), (2,3), (2,5), (3,1), (3,2), (3,4), (3,5), (4,1), (4,3), (4,5), (5,1), (5,2), (5,3), (5,4), (5,6), (6,1) y (6,5).

Definir la función

   nVisibles :: Integer -> Integer

1	nVisibles :: Integer -> Integer

tal que (nVisibles n) es el número de los puntos visibles en la cuadrícula de lado n.Por ejemplo,

   nVisibles 6       ==  23
   nVisibles 10      ==  63
   nVisibles 100     ==  6087
   nVisibles 1000    ==  608383
   nVisibles 10000   ==  60794971
   nVisibles 100000  ==  6079301507

nVisibles 6 == 23

nVisibles 10 == 63

nVisibles 100 == 6087

nVisibles 1000 == 608383

nVisibles 10000 == 60794971

nVisibles 100000 == 6079301507

Soluciones

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

type Punto = (Integer,Integer)

-- (visible p) se verifica si el punto p es visible. Por ejemplo,
--    visible (4,5)  ==  True
--    visible (4,6)  ==  False
visible :: Punto -> Bool
visible (x,y) = gcd x y == 1

-- (visibles n) es el conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula
-- de lado 1. Por ejemplo,
-- cuadrado 1 <= x, y <= n. Por ejemplo,
--    λ> sort (visibles 6)
--    [(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6),(2,1),(2,3),(2,5),(3,1),(3,2),(3,4),
--     (3,5),(4,1),(4,3),(4,5),(5,1),(5,2),(5,3),(5,4),(5,6),(6,1),(6,5)]

-- 1ª definición de visibles
visibles1 :: Integer -> [Punto]
visibles1 n = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [1..n], visible (x,y)]

-- 2ª definición de visibles
visibles2 :: Integer -> [Punto]
visibles2 n = (1,1) : ps ++ [(y,x) | (x,y) <- ps] 
    where ps = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [x+1..n], visible (x,y)]

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

--    λ> length (visibles1 1000)
--    608383
--    (3.40 secs, 758,346,208 bytes)
--    λ> length (visibles2 1000)
--    608383
--    (2.22 secs, 464,276,856 bytes)

-- Usaremos la 2ª definición de visibles
visibles :: Integer -> [Punto]
visibles = visibles2

-- 1ª definición de nVisibles
nVisibles1 :: Integer -> Integer
nVisibles1 = genericLength . visibles


-- 2ª definición de nVisibles
nVisibles2 :: Integer -> Integer
nVisibles2 n = 
    1 + 2 * genericLength [(x,y) | x <- [1..n], 
                                   y <- [x+1..n], 
                                   visible (x,y)]

-- 3ª definición de nVisibles
nVisibles3 :: Integer -> Integer
nVisibles3 1 = 1
nVisibles3 n = nVisibles3 (n-1) + (2 * phi n)

-- La función φ de Euler (del ejercicio anterior).
phi :: Integer -> Integer
phi n = product [(p-1)*p^(e-1) | (p,e) <- factorizacion n] 
    
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n =
    [(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 4ª definición de nVisibles
nVisibles4 :: Integer -> Integer
nVisibles4 n = 2 * sum [phi x | x <- [1..n]] - 1

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

--    λ> nVisibles1 1000
--    608383
--    (2.69 secs, 521,599,512 bytes)
--    λ> nVisibles2 1000
--    608383
--    λ> nVisibles3 1000
--    608383
--    (0.05 secs, 0 bytes)
--    λ> nVisibles4 1000
--    608383
--    (0.04 secs, 0 bytes)

import Data.List (genericLength, group, sort)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

type Punto = (Integer,Integer)

-- (visible p) se verifica si el punto p es visible. Por ejemplo,

-- visible (4,5) == True

-- visible (4,6) == False

visible :: Punto -> Bool

visible (x,y) = gcd x y == 1

-- (visibles n) es el conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula

-- de lado 1. Por ejemplo,

-- cuadrado 1 <= x, y <= n. Por ejemplo,

-- λ> sort (visibles 6)

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

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

-- 1ª definición de visibles

visibles1 :: Integer -> [Punto]

visibles1 n = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [1..n], visible (x,y)]

-- 2ª definición de visibles

visibles2 :: Integer -> [Punto]

visibles2 n = (1,1) : ps ++ [(y,x) | (x,y) <- ps]

where ps = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [x+1..n], visible (x,y)]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (visibles1 1000)

-- 608383

-- (3.40 secs, 758,346,208 bytes)

-- λ> length (visibles2 1000)

-- 608383

-- (2.22 secs, 464,276,856 bytes)

-- Usaremos la 2ª definición de visibles

visibles :: Integer -> [Punto]

visibles = visibles2

-- 1ª definición de nVisibles

nVisibles1 :: Integer -> Integer

nVisibles1 = genericLength . visibles

-- 2ª definición de nVisibles

nVisibles2 :: Integer -> Integer

nVisibles2 n =

1 + 2 * genericLength [(x,y) | x <- [1..n],

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

visible (x,y)]

-- 3ª definición de nVisibles

nVisibles3 :: Integer -> Integer

nVisibles3 1 = 1

nVisibles3 n = nVisibles3 (n-1) + (2 * phi n)

-- La función φ de Euler (del ejercicio anterior).

phi :: Integer -> Integer

phi n = product [(p-1)*p^(e-1) | (p,e) <- factorizacion n]

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

factorizacion n =

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

-- 4ª definición de nVisibles

nVisibles4 :: Integer -> Integer

nVisibles4 n = 2 * sum [phi x | x <- [1..n]] - 1

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nVisibles1 1000

-- 608383

-- (2.69 secs, 521,599,512 bytes)

-- λ> nVisibles2 1000

-- 608383

-- λ> nVisibles3 1000

-- 608383

-- (0.05 secs, 0 bytes)

-- λ> nVisibles4 1000

-- 608383

-- (0.04 secs, 0 bytes)

Referencias

N.J.A. Sloane, Sucesión A018805 en OEIS.

Cambios de signo

PorJosé A. Alonso 12-enero-201620-enero-2016

En una lista xs se produce un cambio de signo por cada elemento x de la lista junto el primero de los elementos de xs con signo opuesto al de x. Por ejemplo,en la lista [6,5,-4,0,-2,-7,0,-8,-1,4] hay 2 cambios de signo (entre (5,-4) y (-1,4)) y en la lista [6,5,-4,0, 2,-7,0,-8,-1,4] hay 4 cambios de signo (entre (5,-4), (-4,2), (2,-7) y(-1,4)).

Definir la función

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

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

tal que (nCambios xs) es el número de cambios de signos de la lista xs. Por ejemplo,

   nCambios []                          ==  0
   nCambios [6,5,-4,0,-2,-7,0,-8,-1,4]  ==  2
   nCambios [6,5,-4,0, 2,-7,0,-8,-1,4]  ==  4

nCambios [] == 0

nCambios [6,5,-4,0,-2,-7,0,-8,-1,4] == 2

nCambios [6,5,-4,0, 2,-7,0,-8,-1,4] == 4

Soluciones

import Data.List (group)

-- 1ª definición
nCambios1 :: (Num a, Ord a) => [a] -> Int
nCambios1 = length . cambios

-- (cambios xs) es la lista de los pares de elementos de xs entre los
-- que se producen cambios de signo. Por ejemplo,
--    cambios [6,5,-4,0,-2,-7,0,-8,-1,4]  ==  [(5,-4),(-1,4)]
--    cambios [6,5,-4,0, 2,-7,0,-8,-1,4]  ==  [(5,-4),(-4,2),(2,-7),(-1,4)]
cambios :: (Num a, Ord a) => [a] -> [(a,a)]
cambios xs =
    [(x,y) | (x,y) <- zip ys (tail ys), x*y < 0]
    where ys = filter (/=0) xs

-- 2ª definición
nCambios2 :: (Num a, Ord a) => [a] -> Int
nCambios2 [] = 0
nCambios2 xs = length (group (filter (/=0) (map signum xs))) - 1

-- 3ª definición
nCambios3 :: (Num a, Ord a) => [a] -> Int
nCambios3 = pred . length . group . filter (/=0) . map signum

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

--    λ> nCambios1 (take (2*10^6) (cycle [3,0,-3]))
--    1333332
--    (3.84 secs, 679,805,392 bytes)
--    λ> nCambios2 (take (2*10^6) (cycle [3,0,-3]))
--    1333332
--    (0.98 secs, 694,247,368 bytes)
--    λ> nCambios3 (take (2*10^6) (cycle [3,0,-3]))
--    1333332
--    (0.95 secs, 708,118,976 bytes)

import Data.List (group)

-- 1ª definición

nCambios1 :: (Num a, Ord a) => [a] -> Int

nCambios1 = length . cambios

-- (cambios xs) es la lista de los pares de elementos de xs entre los

-- que se producen cambios de signo. Por ejemplo,

-- cambios [6,5,-4,0,-2,-7,0,-8,-1,4] == [(5,-4),(-1,4)]

-- cambios [6,5,-4,0, 2,-7,0,-8,-1,4] == [(5,-4),(-4,2),(2,-7),(-1,4)]

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

cambios xs =

[(x,y) | (x,y) <- zip ys (tail ys), x*y < 0]

where ys = filter (/=0) xs

-- 2ª definición

nCambios2 :: (Num a, Ord a) => [a] -> Int

nCambios2 [] = 0

nCambios2 xs = length (group (filter (/=0) (map signum xs))) - 1

-- 3ª definición

nCambios3 :: (Num a, Ord a) => [a] -> Int

nCambios3 = pred . length . group . filter (/=0) . map signum

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nCambios1 (take (2*10^6) (cycle [3,0,-3]))

-- 1333332

-- (3.84 secs, 679,805,392 bytes)

-- λ> nCambios2 (take (2*10^6) (cycle [3,0,-3]))

-- 1333332

-- (0.98 secs, 694,247,368 bytes)

-- λ> nCambios3 (take (2*10^6) (cycle [3,0,-3]))

-- 1333332

-- (0.95 secs, 708,118,976 bytes)

Parte libre de cuadrados y parte cuadrada de un número

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

La parte libre de cuadrados de un número n es el producto de todos sus divisores primos con exponente impar en la factorización prima de n. Por ejemplo, la parte libre de cuadrados de 360 es 10 ya que 360 = 2³3²5 y 2.5 = 10; además, 360 = 10.6²

La parte cuadrada de un número n es el mayor número cuadrado que divide a n. Por ejemplo, la parte cuadrada de 360 es 6.

Definir las funciones

   parteLibre    :: Integer -> Integer
   parteCuadrada :: Integer -> Integer

1 2	parteLibre :: Integer -> Integer parteCuadrada :: Integer -> Integer

tales que

(parteLibre x) es la parte libre de x. Por ejemplo,

     parteLibre 360                 ==  10
     parteLibre 1800                ==  2
     [parteLibre n | n <- [1..14]]  ==  [1,2,3,1,5,6,7,2,1,10,11,3,13,14]

parteLibre 360 == 10

parteLibre 1800 == 2

[parteLibre n | n <- [1..14]] == [1,2,3,1,5,6,7,2,1,10,11,3,13,14]

(parteCuadrada x) es la parte cuadrada de x. Por ejemplo,

     parteCuadrada 360                 ==  36
     parteCuadrada 1800                ==  900
     [parteCuadrada n | n <- [1..14]]  ==  [1,1,1,4,1,1,1,4,9,1,1,4,1,1]

parteCuadrada 360 == 36

parteCuadrada 1800 == 900

[parteCuadrada n | n <- [1..14]] == [1,1,1,4,1,1,1,4,9,1,1,4,1,1]

Soluciones

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

parteLibre :: Integer -> Integer
parteLibre n = product [p | (p,e) <- factorizacion n, odd e]

-- (factorizacion n) es la factorización de n. Por ejemplo, 
--    factorizacion  600  ==  [(2,3),(3,1),(5,2)]
--    factorizacion 1400  ==  [(2,3),(5,2),(7,1)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n =
    [(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

parteCuadrada :: Integer -> Integer
parteCuadrada n = n `div` parteLibre n

import Data.List (group, genericLength)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

parteLibre :: Integer -> Integer

parteLibre n = product [p | (p,e) <- factorizacion n, odd e]

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

-- factorizacion 600 == [(2,3),(3,1),(5,2)]

-- factorizacion 1400 == [(2,3),(5,2),(7,1)]

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

factorizacion n =

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

parteCuadrada :: Integer -> Integer

parteCuadrada n = n `div` parteLibre n

Referencias

N.J.A. Sloane, Sequence A008833 en OEIS.
N.J.A. Sloane, Sequence A007913 en OEIS.
E.W. Weisstein, Square part en MathWorld.
E.W. Weisstein, Squarefree part en MathWorld.

Fórmula dual

PorJosé A. Alonso 7-enero-201615-enero-2016

Las fórmulas proposicionales construidas con las constantes verdadero (⊤), falso (⊥), las variables proposicionales y las conectivas de negación (¬), conjunción (∧) y disyunción (∨) se pueden definir usando el siguiente tipo de datos

   data Prop = Const Bool
             | Var Char
             | Neg Prop
             | Conj Prop Prop
             | Disj Prop Prop
             deriving (Eq, Show)

data Prop = Const Bool

| Var Char

| Neg Prop

| Conj Prop Prop

| Disj Prop Prop

deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, la fórmula (A ∧ ⊥) ∨ (⊤ ∧ B) se representa por

   Disj (Conj (Var 'A') (Const False)) (Conj (Const True) (Var 'B'))

1	Disj (Conj (Var 'A') (Const False)) (Conj (Const True) (Var 'B'))

La fórmula dual de una fórmula p es la fórmula obtenida intercambiando en p las ∧ por ∨ y también las ⊤ por ⊥. Por ejemplo, la dual de (A ∧ ⊥) ∨ (⊤ ∧ B) es (A ∨ ⊤) ∧ (⊥ ∨ B)

Definir la función

   dual :: Prop -> Prop

1	dual :: Prop -> Prop

tal que (dual p) es la dual de p. Por ejemplo,

   λ> dual (Disj (Conj (Var 'A') (Const False)) (Conj (Const True) (Var 'B')))
   Conj (Disj (Var 'A') (Const True)) (Disj (Const False) (Var 'B'))

1 2	λ> dual (Disj (Conj (Var 'A') (Const False)) (Conj (Const True) (Var 'B'))) Conj (Disj (Var 'A') (Const True)) (Disj (Const False) (Var 'B'))

Soluciones

data Prop = Const Bool
          | Var Char
          | Neg Prop
          | Conj Prop Prop
          | Disj Prop Prop
          deriving (Eq, Show)

-- 1ª solución
-- ===========

dual1 :: Prop -> Prop
dual1 (Const True)  = Const False
dual1 (Const False) = Const True
dual1 (Var x)       = Var x
dual1 (Neg p)       = Neg  (dual1 p)
dual1 (Conj p q)    = Disj (dual1 p) (dual1 q) 
dual1 (Disj p q)    = Conj (dual1 p) (dual1 q) 

-- 2ª solución
-- ===========

dual2 :: Prop -> Prop
dual2 (Const b)  = Const (not b)
dual2 (Conj p q) = Disj (dual2 p) (dual2 q)
dual2 (Disj p q) = Conj (dual2 p) (dual2 q)
dual2 p          = p

data Prop = Const Bool

| Var Char

| Neg Prop

| Conj Prop Prop

| Disj Prop Prop

deriving (Eq, Show)

-- 1ª solución

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

dual1 :: Prop -> Prop

dual1 (Const True) = Const False

dual1 (Const False) = Const True

dual1 (Var x) = Var x

dual1 (Neg p) = Neg (dual1 p)

dual1 (Conj p q) = Disj (dual1 p) (dual1 q)

dual1 (Disj p q) = Conj (dual1 p) (dual1 q)

-- 2ª solución

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

dual2 :: Prop -> Prop

dual2 (Const b) = Const (not b)

dual2 (Conj p q) = Disj (dual2 p) (dual2 q)

dual2 (Disj p q) = Conj (dual2 p) (dual2 q)

dual2 p = p

Puntos en una región

PorJosé A. Alonso 5-enero-20161-mayo-2016

Definir la función

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

1	puntos :: Integer -> [(Integer,Integer)]

tal que (puntos n) es la lista de los puntos (x,y) con coordenadas enteras de
la cuadrícula [1..n]x[1..n] (es decir, 1 ≤ x,y ≤ n) tales que |x²-xy-y²| = 1. Por ejemplo,

   length (puntos 10)          ==  5
   length (puntos 100)         ==  10
   length (puntos 1000)        ==  15
   length (puntos (10^50000))  ==  239249

length (puntos 10) == 5

length (puntos 100) == 10

length (puntos 1000) == 15

length (puntos (10^50000)) == 239249

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

puntos1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
puntos1 n =
    [(x,y) | x <- [1..n],
             y <- [1..n],
             abs (x^2-x*y-y^2) == 1] 

-- 2ª definición
-- =============

-- Calculando algunos elementos
--    λ> puntos1 10
--    [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5)]
--    λ> puntos1 20
--    [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8)]
--    λ> puntos1 100
--    [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8),(21,13),(34,21),(55,34),(89,55)]
--    λ> puntos1 89
--    [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8),(21,13),(34,21),(55,34),(89,55)]
-- se observa una ley de construcción de cada elemento a partir del anterior.

puntos2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
puntos2 n = takeWhile menor (iterate siguiente (1,1))
    where siguiente (x,y) = (x+y,x)
          menor (x,y)     = x <= n

-- 3ª definición
-- =============

-- Se observa que la lista de las segundas componentes
--    1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,...
-- y la lista de las primeras componentes es el resto de la segunda. 

puntos3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
puntos3 n = zip (tail xs) xs
    where xs = takeWhile (<=n) fibonacci

-- fibonacci es la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,
--    take 11 fibonacci  ==  [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89]
fibonacci :: [Integer]
fibonacci = 1 : 1 : zipWith (+) fibonacci (tail fibonacci)

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

-- λ> length (puntos1 (10^3))
-- 15
-- (7.96 secs, 1,092,368,200 bytes)
-- λ> length (puntos2 (10^3))
-- 15
-- (0.02 secs, 0 bytes)
-- 
-- λ> length (puntos2 (10^30000))
-- 143549
-- (1.14 secs, 974,239,544 bytes)
-- λ> length (puntos3 (10^30000))
-- 143549
-- (3.28 secs, 967,206,560 bytes)

-- 1ª definición

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

puntos1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

puntos1 n =

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

y <- [1..n],

abs (x^2-x*y-y^2) == 1]

-- 2ª definición

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

-- Calculando algunos elementos

-- λ> puntos1 10

-- [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5)]

-- λ> puntos1 20

-- [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8)]

-- λ> puntos1 100

-- [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8),(21,13),(34,21),(55,34),(89,55)]

-- λ> puntos1 89

-- [(1,1),(2,1),(3,2),(5,3),(8,5),(13,8),(21,13),(34,21),(55,34),(89,55)]

-- se observa una ley de construcción de cada elemento a partir del anterior.

puntos2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

puntos2 n = takeWhile menor (iterate siguiente (1,1))

where siguiente (x,y) = (x+y,x)

menor (x,y) = x <= n

-- 3ª definición

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

-- Se observa que la lista de las segundas componentes

-- 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,...

-- y la lista de las primeras componentes es el resto de la segunda.

puntos3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

puntos3 n = zip (tail xs) xs

where xs = takeWhile (<=n) fibonacci

-- fibonacci es la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,

-- take 11 fibonacci == [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89]

fibonacci :: [Integer]

fibonacci = 1 : 1 : zipWith (+) fibonacci (tail fibonacci)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (puntos1 (10^3))

-- 15

-- (7.96 secs, 1,092,368,200 bytes)

-- λ> length (puntos2 (10^3))

-- 15

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> length (puntos2 (10^30000))

-- 143549

-- (1.14 secs, 974,239,544 bytes)

-- λ> length (puntos3 (10^30000))

-- 143549

-- (3.28 secs, 967,206,560 bytes)

2016 es un número práctico

PorJosé A. Alonso 4-enero-20161-mayo-2016

Un entero positivo n es un número práctico si todos los enteros positivos menores que él se pueden expresar como suma de distintos divisores de n. Por ejemplo, el 12 es un número práctico, ya que todos los enteros positivos menores que 12 se pueden expresar como suma de divisores de 12 (1, 2, 3, 4 y 6) sin usar ningún divisor más de una vez en cada suma:

    1 = 1
    2 = 2
    3 = 3
    4 = 4
    5 = 2 + 3
    6 = 6
    7 = 1 + 6
    8 = 2 + 6
    9 = 3 + 6
   10 = 4 + 6
   11 = 1 + 4 + 6

1 = 1

2 = 2

3 = 3

4 = 4

5 = 2 + 3

6 = 6

7 = 1 + 6

8 = 2 + 6

9 = 3 + 6

10 = 4 + 6

11 = 1 + 4 + 6

En cambio, 14 no es un número práctico ya que 6 no se puede escribir como suma, con sumandos distintos, de divisores de 14.

Definir la función

   esPractico :: Integer -> Bool

1	esPractico :: Integer -> Bool

tal que (esPractico n) se verifica si n es un número práctico. Por ejemplo,

   esPractico 12                                      ==  True
   esPractico 14                                      ==  False
   esPractico 2016                                    ==  True
   esPractico 42535295865117307932921825928971026432  ==  True

esPractico 12 == True

esPractico 14 == False

esPractico 2016 == True

esPractico 42535295865117307932921825928971026432 == True

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, nub, sort, subsequences)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
-- =============

esPractico1 :: Integer -> Bool
esPractico1 n =
    takeWhile (<n) (sumas (divisores n)) == [0..n-1]

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [1,2,3,4,6]
--    divisores 14  ==  [1,2,7]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores n = [k | k <- [1..n-1], n `mod` k == 0]

-- (sumas xs) es la lista ordenada de números que se pueden obtener como
-- sumas de elementos de xs sin usar ningún elemento más de una vez en
-- cada suma. Por ejemplo,  
--    sumas [1,2,3]  ==  [0,1,2,3,4,5,6]
--    sumas [1,2,7]  ==  [0,1,2,3,7,8,9,10]
sumas :: [Integer] -> [Integer]
sumas xs = sort (nub (map sum (subsequences xs)))

-- 2ª definición
-- =============

esPractico2 :: Integer -> Bool
esPractico2 n = all (esSumable (divisores n)) [1..n-1]

-- (esSumable xs n) se verifica si n se puede escribir como una suma de
-- elementos distintos de la lista creciente xs. Por ejemplo,
--    esSumable [1,2,7] 8  ==  True
--    esSumable [1,2,7] 6  ==  False
--    esSumable [1,2,7] 4  ==  False
--    esSumable [1,2,7] 2  ==  True
--    esSumable [1,2,7] 0  ==  True
esSumable :: [Integer] -> Integer -> Bool
esSumable _ 0  = True
esSumable [] _ = False
esSumable (x:xs) n = x <= n && (esSumable xs (n-x) || esSumable xs n)

-- 3ª definición
-- =============

-- Usando la caracterización de Stewart y Sierpiński: un entero n >= 2
-- es práctico syss para su factorización prima
--    n = p(1)^e(1) * p(2)*e(2) *...* p(k)^e(k)
-- se cumple que p(1) = 2 y, para cada i de 2 a k se cumple que
--                         1+e(j) 
--                i-1  p(j)       - 1
--    p(i) <= 1 +  ∏  ----------------
--                j=1     p(j) - 1

esPractico3 :: Integer -> Bool
esPractico3 1 = True
esPractico3 n = 
    x == 2 &&
    and [p <= 1 + c | (p,c) <- zip bases cotas]
    where xss       = factorizacion n
          (x:bases) = map fst xss
          cotas     = scanl1 (*) [(p^(1+e)-1) `div` (p-1) | (p,e) <- xss]

-- (factorizacion n) es la factorización de n. Por ejemplo, 
--    factorizacion  600  ==  [(2,3),(3,1),(5,2)]
--    factorizacion 1400  ==  [(2,3),(5,2),(7,1)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n =
    [(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

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

--    λ> length [n | n <- [1..400], esPractico1 n]
--    92
--    (40.21 secs, 8,378,539,464 bytes)
--    λ> length [n | n <- [1..400], esPractico2 n]
--    92
--    (8.29 secs, 1,109,669,760 bytes)
--    λ> length [n | n <- [1..400], esPractico3 n]
--    92
--    (0.02 secs, 0 bytes)

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

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

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

esPractico1 :: Integer -> Bool

esPractico1 n =

takeWhile (<n) (sumas (divisores n)) == [0..n-1]

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

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

-- divisores 14 == [1,2,7]

divisores :: Integer -> [Integer]

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

-- (sumas xs) es la lista ordenada de números que se pueden obtener como

-- sumas de elementos de xs sin usar ningún elemento más de una vez en

-- cada suma. Por ejemplo,

-- sumas [1,2,3] == [0,1,2,3,4,5,6]

-- sumas [1,2,7] == [0,1,2,3,7,8,9,10]

sumas :: [Integer] -> [Integer]

sumas xs = sort (nub (map sum (subsequences xs)))

-- 2ª definición

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

esPractico2 :: Integer -> Bool

esPractico2 n = all (esSumable (divisores n)) [1..n-1]

-- (esSumable xs n) se verifica si n se puede escribir como una suma de

-- elementos distintos de la lista creciente xs. Por ejemplo,

-- esSumable [1,2,7] 8 == True

-- esSumable [1,2,7] 6 == False

-- esSumable [1,2,7] 4 == False

-- esSumable [1,2,7] 2 == True

-- esSumable [1,2,7] 0 == True

esSumable :: [Integer] -> Integer -> Bool

esSumable _ 0 = True

esSumable [] _ = False

esSumable (x:xs) n = x <= n && (esSumable xs (n-x) || esSumable xs n)

-- 3ª definición

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

-- Usando la caracterización de Stewart y Sierpiński: un entero n >= 2

-- es práctico syss para su factorización prima

-- n = p(1)^e(1) * p(2)*e(2) *...* p(k)^e(k)

-- se cumple que p(1) = 2 y, para cada i de 2 a k se cumple que

-- 1+e(j)

-- i-1 p(j) - 1

-- p(i) <= 1 + ∏ ----------------

-- j=1 p(j) - 1

esPractico3 :: Integer -> Bool

esPractico3 1 = True

esPractico3 n =

x == 2 &&

and [p <= 1 + c | (p,c) <- zip bases cotas]

where xss = factorizacion n

(x:bases) = map fst xss

cotas = scanl1 (*) [(p^(1+e)-1) `div` (p-1) | (p,e) <- xss]

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

-- factorizacion 600 == [(2,3),(3,1),(5,2)]

-- factorizacion 1400 == [(2,3),(5,2),(7,1)]

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

factorizacion n =

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

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length [n | n <- [1..400], esPractico1 n]

-- 92

-- (40.21 secs, 8,378,539,464 bytes)

-- λ> length [n | n <- [1..400], esPractico2 n]

-- 92

-- (8.29 secs, 1,109,669,760 bytes)

-- λ> length [n | n <- [1..400], esPractico3 n]

-- 92

-- (0.02 secs, 0 bytes)

Referencias

Basado en el artículo de Gaussianos Feliz Navidad y Feliz Año (número práctico) 2016.

Otras referencias

M. Margenstern (1991), Les nombres pratiques: théorie, observations et conjectures.
G. Melfi, Practical numbers.
G. Melfi (2008), A survey on practical numbers.
OEIS, Sucesión A005153.
PlanetMath.org, Practical number.
E.W. Weisstein, Practical number.
A. Weingartner (2015), Practical numbers and the distribution of divisors.
Wikipedia, Practical number.

Suma con redondeos

PorJosé A. Alonso 1-enero-20167-enero-2016

Definir las funciones

   sumaRedondeos       :: Integer -> [Integer]
   limiteSumaRedondeos :: Integer -> Integer

1 2	sumaRedondeos :: Integer -> [Integer] limiteSumaRedondeos :: Integer -> Integer

tales que

(sumaRedondeos n) es la sucesión cuyo k-ésimo término es

     redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + ... + redondeo (n/2^k)

1	redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + ... + redondeo (n/2^k)

Por ejemplo,

     take 5 (sumaRedondeos 1000)  ==  [500,750,875,937,968]

1	take 5 (sumaRedondeos 1000) == [500,750,875,937,968]

(limiteSumaRedondeos n) es la suma de la serie

     redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + redondeo (n/8) + ...

1	redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + redondeo (n/8) + ...

Por ejemplo,

     limiteSumaRedondeos 2000                    ==  1999
     limiteSumaRedondeos 2016                    ==  2016
     limiteSumaRedondeos (10^308) `mod` (10^10)  ==  123839487

limiteSumaRedondeos 2000 == 1999

limiteSumaRedondeos 2016 == 2016

limiteSumaRedondeos (10^308) `mod` (10^10) == 123839487

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

sumaRedondeos1 :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos1 n =
    [sum [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]] | m <- [1..]]
    where n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos1 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos1 = limite . sumaRedondeos1

limite :: [Integer] -> Integer
limite xs = head [x | (x,y) <- zip xs (tail xs), x == y]

-- 2ª definición
sumaRedondeos2 :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos2 n =
    scanl1 (+) [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..]]
    where n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos2 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos2 = limite . sumaRedondeos2

-- 3ª definición
sumaRedondeos3 :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos3 n = map fst (iterate f (round (n'/2),4))
    where f (s,d) = (s + round (n'/(fromIntegral d)), 2*d)
          n'      = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos3 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos3 = limite . sumaRedondeos3

-- 4ª definición
sumaRedondeos4 :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos4 n = xs ++ repeat x
    where n' = fromIntegral n
          m  = round (logBase 2 n')
          xs = scanl1 (+) [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]]
          x  = last xs

limiteSumaRedondeos4 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos4 = limite . sumaRedondeos4

-- Comparación de eficiencia
--    λ> (sumaRedondeos1 4) !! 20000
--    3
--    (0.92 secs, 197,782,232 bytes)
--    λ> (sumaRedondeos1 4) !! 30000
--    3
--    (2.20 secs, 351,084,816 bytes)
--    λ> (sumaRedondeos3 4) !! 20000
--    3
--    (0.30 secs, 53,472,392 bytes)
--    λ> (sumaRedondeos4 4) !! 20000
--    3
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- En lo que sigue, usaremos la 3ª definición
sumaRedondeos :: Integer -> [Integer]
sumaRedondeos = sumaRedondeos3

-- 5ª definición
-- =============

limiteSumaRedondeos5 :: Integer -> Integer
limiteSumaRedondeos5 n = 
    sum [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]]
    where n' = fromIntegral n
          m  = round (logBase 2 n')

-- 1ª definición

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

sumaRedondeos1 :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos1 n =

[sum [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]] | m <- [1..]]

where n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos1 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos1 = limite . sumaRedondeos1

limite :: [Integer] -> Integer

limite xs = head [x | (x,y) <- zip xs (tail xs), x == y]

-- 2ª definición

sumaRedondeos2 :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos2 n =

scanl1 (+) [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..]]

where n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos2 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos2 = limite . sumaRedondeos2

-- 3ª definición

sumaRedondeos3 :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos3 n = map fst (iterate f (round (n'/2),4))

where f (s,d) = (s + round (n'/(fromIntegral d)), 2*d)

n' = fromIntegral n

limiteSumaRedondeos3 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos3 = limite . sumaRedondeos3

-- 4ª definición

sumaRedondeos4 :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos4 n = xs ++ repeat x

where n' = fromIntegral n

m = round (logBase 2 n')

xs = scanl1 (+) [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]]

x = last xs

limiteSumaRedondeos4 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos4 = limite . sumaRedondeos4

-- Comparación de eficiencia

-- λ> (sumaRedondeos1 4) !! 20000

-- 3

-- (0.92 secs, 197,782,232 bytes)

-- λ> (sumaRedondeos1 4) !! 30000

-- 3

-- (2.20 secs, 351,084,816 bytes)

-- λ> (sumaRedondeos3 4) !! 20000

-- 3

-- (0.30 secs, 53,472,392 bytes)

-- λ> (sumaRedondeos4 4) !! 20000

-- 3

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- En lo que sigue, usaremos la 3ª definición

sumaRedondeos :: Integer -> [Integer]

sumaRedondeos = sumaRedondeos3

-- 5ª definición

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

limiteSumaRedondeos5 :: Integer -> Integer

limiteSumaRedondeos5 n =

sum [round (n'/(fromIntegral (2^k))) | k <- [1..m]]

where n' = fromIntegral n

m = round (logBase 2 n')

Elementos óptimos

PorJosé A. Alonso 31-diciembre-20157-enero-2016

Definir la función

   optimos :: Eq b => (b -> b -> Bool) -> (a -> b) -> [a] -> [a]

1	optimos :: Eq b => (b -> b -> Bool) -> (a -> b) -> [a] -> [a]

tal que (optimos r f xs) es la lista de los elementos de xs donde la función f alcanza sus valores óptimos respecto de la relación r. Por ejemplo,

   optimos (<) length ["ab","c","de","f"]  ==  ["c","f"]
   optimos (>) length ["ab","c","de","f"]  ==  ["ab","de"]

1 2	optimos (<) length ["ab","c","de","f"] == ["c","f"] optimos (>) length ["ab","c","de","f"] == ["ab","de"]

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

optimos1 :: Eq a => (b -> b -> Bool) -> (a -> b) -> [a] -> [a]
optimos1 r f xs = 
    [x | x <- xs, null [y | y <- xs, x /= y, r (f y) (f x)]]

-- 2ª definición
-- =============

optimos2 :: Eq b => (b -> b -> Bool) -> (a -> b) -> [a] -> [a]
optimos2 r f xs = [x | x <- xs, f x `elem` ms]
    where ms = maximales r (map f xs) 

-- (maximales r xs) es la lista de los elementos de xs para los que no
-- hay ningún otro elemento de xs mayor según la relación r. Por
-- ejemplo, 
--    maximales (>) [2,3,4,6]                     ==  [6]
--    maximales (<) [2,3,4,6]                     ==  [2]
--    maximales (\x y -> mod x y == 0) [2,3,4,6]  ==  [4,6]
--    maximales (\x y -> mod y x == 0) [2,3,4,6]  ==  [2,3]
maximales :: Eq a => (a -> a -> Bool) -> [a] -> [a]
maximales r xs = [x | x <- xs, null [y | y <- xs, y /= x, r y x]]

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

--    λ> length $ optimos1 (>) length [replicate n 'a' | n <- [1..1000]]
--    1
--    (16.74 secs, 153,957,400 bytes)
--    λ> length $ optimos2 (>) length [replicate n 'a' | n <- [1..1000]]
--    1
--    (0.64 secs, 85,520,896 bytes)

-- 1ª definición

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

optimos1 :: Eq a => (b -> b -> Bool) -> (a -> b) -> [a] -> [a]

optimos1 r f xs =

[x | x <- xs, null [y | y <- xs, x /= y, r (f y) (f x)]]

-- 2ª definición

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

optimos2 :: Eq b => (b -> b -> Bool) -> (a -> b) -> [a] -> [a]

optimos2 r f xs = [x | x <- xs, f x `elem` ms]

where ms = maximales r (map f xs)

-- (maximales r xs) es la lista de los elementos de xs para los que no

-- hay ningún otro elemento de xs mayor según la relación r. Por

-- ejemplo,

-- maximales (>) [2,3,4,6] == [6]

-- maximales (<) [2,3,4,6] == [2]

-- maximales (\x y -> mod x y == 0) [2,3,4,6] == [4,6]

-- maximales (\x y -> mod y x == 0) [2,3,4,6] == [2,3]

maximales :: Eq a => (a -> a -> Bool) -> [a] -> [a]

maximales r xs = [x | x <- xs, null [y | y <- xs, y /= x, r y x]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length $ optimos1 (>) length [replicate n 'a' | n <- [1..1000]]

-- 1

-- (16.74 secs, 153,957,400 bytes)

-- λ> length $ optimos2 (>) length [replicate n 'a' | n <- [1..1000]]

-- 1

-- (0.64 secs, 85,520,896 bytes)

Elementos maximales

PorJosé A. Alonso 30-diciembre-20157-enero-2016

Definir la función

   maximales :: Eq a => (a -> a -> Bool) -> [a] -> [a]

1	maximales :: Eq a => (a -> a -> Bool) -> [a] -> [a]

tal que (maximales r xs) es la lista de los elementos de xs para los que no hay ningún otro elemento de xs mayor según la relación r. Por ejemplo,

   maximales (>) [2,3,4,6]                     ==  [6]
   maximales (<) [2,3,4,6]                     ==  [2]
   maximales (\x y -> mod x y == 0) [2,3,4,6]  ==  [4,6]
   maximales (\x y -> mod y x == 0) [2,3,4,6]  ==  [2,3]

maximales (>) [2,3,4,6] == [6]

maximales (<) [2,3,4,6] == [2]

maximales (\x y -> mod x y == 0) [2,3,4,6] == [4,6]

maximales (\x y -> mod y x == 0) [2,3,4,6] == [2,3]

Soluciones

maximales :: Eq a => (a -> a -> Bool) -> [a] -> [a]
maximales r xs = [x | x <- xs, null [y | y <- xs, y /= x, r y x]]

1 2	maximales :: Eq a => (a -> a -> Bool) -> [a] -> [a] maximales r xs = [x \| x <- xs, null [y \| y <- xs, y /= x, r y x]]

Reconocimiento de anterior

PorJosé A. Alonso 29-diciembre-20151-mayo-2016

Definir la función

   esAnterior :: Eq a => [a] -> a -> a -> Bool

1	esAnterior :: Eq a => [a] -> a -> a -> Bool

tal que (esAnterior xs y z) se verifica si y ocurre en xs antes que z (que puede no pertenecer a xs). Por ejemplo,

   esAnterior [1,3,7,2] 3 2  ==  True
   esAnterior [1,3,7,2] 3 1  ==  False
   esAnterior [1,3,7,2] 3 5  ==  True
   esAnterior [1,3,7,2] 5 3  ==  False

esAnterior [1,3,7,2] 3 2 == True

esAnterior [1,3,7,2] 3 1 == False

esAnterior [1,3,7,2] 3 5 == True

esAnterior [1,3,7,2] 5 3 == False

Soluciones

-- 1ª definición (por recursión)
esAnterior1 :: Eq a => [a] -> a -> a -> Bool
esAnterior1 [] _ _     = False
esAnterior1 (x:xs) y z = x /= z && (x == y || esAnterior1 xs y z) 

-- 2ª definición
esAnterior2 :: Eq a => [a] -> a -> a -> Bool
esAnterior2 xs y z = z `notElem` (takeWhile (/=y) xs)

-- Comparación de eficiencia
--    λ> let n = 1000000 in esAnterior1 [1..n] (n-1) n
--    True
--    (2.19 secs, 384,717,008 bytes)
--    λ> let n = 1000000 in esAnterior2 [1..n] (n-1) n
--    True
--    (0.34 secs, 135,479,936 bytes)

-- 1ª definición (por recursión)

esAnterior1 :: Eq a => [a] -> a -> a -> Bool

esAnterior1 [] _ _ = False

esAnterior1 (x:xs) y z = x /= z && (x == y || esAnterior1 xs y z)

-- 2ª definición

esAnterior2 :: Eq a => [a] -> a -> a -> Bool

esAnterior2 xs y z = z `notElem` (takeWhile (/=y) xs)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> let n = 1000000 in esAnterior1 [1..n] (n-1) n

-- True

-- (2.19 secs, 384,717,008 bytes)

-- λ> let n = 1000000 in esAnterior2 [1..n] (n-1) n

-- True

-- (0.34 secs, 135,479,936 bytes)

Operación sobre todos los pares

PorJosé A. Alonso 28-diciembre-20154-enero-2016

Definir la función

   todosPares :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]

1	todosPares :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]

tal que (todosPares f xs ys) es el resultado de aplicar la operación f a todos los pares de xs e ys. Por ejemplo,

   todosPares (*) [2,3,5] [7,11]            == [14,22,21,33,35,55]
   todosPares (\x y -> x:show y) "ab" [7,5] == ["a7","a5","b7","b5"]

1 2	todosPares (*) [2,3,5] [7,11] == [14,22,21,33,35,55] todosPares (\x y -> x:show y) "ab" [7,5] == ["a7","a5","b7","b5"]

Soluciones

-- 1ª definición (por comprensión)
todosPares1 :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]
todosPares1 f xs ys = [f x y | x <- xs, y <- ys] 

-- 2ª definición (por recursión)
todosPares2 :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]
todosPares2 _ []     _  = []
todosPares2 f (x:xs) ys = map (f x) ys ++ todosPares2 f xs ys

-- 3ª definición (recursión con auxiliar)
todosPares3 :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]
todosPares3 f xs ys = aux xs where
   aux []     = []
   aux (x:xs) = map (f x) ys ++ aux xs

-- 4ª definición (recursión con auxiliar)
todosPares4 :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]
todosPares4 f xs ys = 
    (foldr (\x zs -> map (f x) ys ++ zs) []) xs

-- 1ª definición (por comprensión)

todosPares1 :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]

todosPares1 f xs ys = [f x y | x <- xs, y <- ys]

-- 2ª definición (por recursión)

todosPares2 :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]

todosPares2 _ [] _ = []

todosPares2 f (x:xs) ys = map (f x) ys ++ todosPares2 f xs ys

-- 3ª definición (recursión con auxiliar)

todosPares3 :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]

todosPares3 f xs ys = aux xs where

aux [] = []

aux (x:xs) = map (f x) ys ++ aux xs

-- 4ª definición (recursión con auxiliar)

todosPares4 :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]

todosPares4 f xs ys =

(foldr (\x zs -> map (f x) ys ++ zs) []) xs

Inserciones por posición

PorJosé A. Alonso 25-diciembre-20151-enero-2016

Definir la función

   inserta :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

1	inserta :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

tal que (inserta xs yss) es la lista obtenida insertando

el primer elemento de xs como primero en la primera lista de yss,
el segundo elemento de xs como segundo en la segunda lista de yss (si la segunda lista de yss tiene al menos un elemento),
el tercer elemento de xs como tercero en la tercera lista de yss (si la tercera lista de yss tiene al menos dos elementos),

y así sucesivamente. Por ejemplo,

   inserta [1,2,3] [[4,7],[6],[9,5,8]]  ==  [[1,4,7],[6,2],[9,5,3,8]]
   inserta [1,2,3] [[4,7],[] ,[9,5,8]]  ==  [[1,4,7],[],   [9,5,3,8]]
   inserta [1,2]   [[4,7],[6],[9,5,8]]  ==  [[1,4,7],[6,2],[9,5,8]]
   inserta [1,2,3] [[4,7],[6]]          ==  [[1,4,7],[6,2]]
   inserta "tad"   ["odo","pra","naa"]  ==  ["todo","para","nada"]

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

inserta [1,2,3] [[4,7],[] ,[9,5,8]] == [[1,4,7],[], [9,5,3,8]]

inserta [1,2] [[4,7],[6],[9,5,8]] == [[1,4,7],[6,2],[9,5,8]]

inserta [1,2,3] [[4,7],[6]] == [[1,4,7],[6,2]]

inserta "tad" ["odo","pra","naa"] == ["todo","para","nada"]

Nota: Este ejercicio es parte del examen del grupo 2 del 4 de diciembre.

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

inserta :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta xs yss = aux xs yss 0 where
    aux [] yss _ = yss
    aux xs []  _ = []
    aux (x:xs) (ys:yss) n 
        | length us == n = (us ++ x : vs) : aux xs yss (n+1)
        | otherwise      = ys : aux xs yss (n+1)
        where (us,vs) = splitAt n ys

-- 2ª solución
-- ===========

inserta2 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta2 xs yss =  
    [ins n x ys | (n,x,ys) <- zip3 [0..] xs yss] ++ drop (length xs) yss
 
ins :: Int -> a -> [a] -> [a]
ins n x ys | length ys < n  = ys
           | otherwise      = take n ys ++ x : drop n ys

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

--    λ> let n = 10000 in length (inserta [1..n] (replicate n (replicate n 0)))
--    10000
--    (3.28 secs, 6,400,568,776 bytes)
--    λ> let n = 10000 in length (inserta2 [1..n] (replicate n (replicate n 0)))
--    10000
--    (0.02 secs, 0 bytes)

-- 1ª solución

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

inserta :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta xs yss = aux xs yss 0 where

aux [] yss _ = yss

aux xs [] _ = []

aux (x:xs) (ys:yss) n

| length us == n = (us ++ x : vs) : aux xs yss (n+1)

| otherwise = ys : aux xs yss (n+1)

where (us,vs) = splitAt n ys

-- 2ª solución

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

inserta2 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta2 xs yss =

[ins n x ys | (n,x,ys) <- zip3 [0..] xs yss] ++ drop (length xs) yss

ins :: Int -> a -> [a] -> [a]

ins n x ys | length ys < n = ys

| otherwise = take n ys ++ x : drop n ys

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 10000 in length (inserta [1..n] (replicate n (replicate n 0)))

-- 10000

-- (3.28 secs, 6,400,568,776 bytes)

-- λ> let n = 10000 in length (inserta2 [1..n] (replicate n (replicate n 0)))

-- 10000

-- (0.02 secs, 0 bytes)

Árbol de Navidad

PorJosé A. Alonso 24-diciembre-201531-diciembre-2015

Definir el procedimiento

   arbol :: Int -> IO ()

1	arbol :: Int -> IO ()

tal que (arbol n) dibuja el árbol de Navidad con una copa de altura n y un tronco de altura la mitad de n. Por ejemplo,

   λ> arbol 5
   
        X
       XXX
      XXXXX
     XXXXXXX
    XXXXXXXXX
        X
        X
   
   λ> arbol 6
   
         X
        XXX
       XXXXX
      XXXXXXX
     XXXXXXXXX
    XXXXXXXXXXX
         X
         X
         X
   
   λ> arbol 7
   
          X
         XXX
        XXXXX
       XXXXXXX
      XXXXXXXXX
     XXXXXXXXXXX
    XXXXXXXXXXXXX
          X
          X
          X

λ> arbol 5

XXX

XXXXX

XXXXXXX

XXXXXXXXX

λ> arbol 6

XXX

XXXXX

XXXXXXX

XXXXXXXXX

XXXXXXXXXXX

λ> arbol 7

XXX

XXXXX

XXXXXXX

XXXXXXXXX

XXXXXXXXXXX

XXXXXXXXXXXXX

Soluciones

arbol :: Int -> IO ()
arbol n = do
  putStrLn ""
  sequence_ [putStrLn c | c <- triangulo n]
  sequence_ [putStrLn c | c <- rectangulo n]
  putStrLn ""

triangulo :: Int -> [String]
triangulo n =
    [replicate (n-k) ' ' ++ replicate (1+2*k) 'X' | k <- [0..n-1]]

rectangulo :: Int -> [String]
rectangulo n =
    [replicate n ' ' ++ "X" | _ <- [1..n `div` 2]]

arbol :: Int -> IO ()

arbol n = do

putStrLn ""

sequence_ [putStrLn c | c <- triangulo n]

sequence_ [putStrLn c | c <- rectangulo n]

putStrLn ""

triangulo :: Int -> [String]

triangulo n =

[replicate (n-k) ' ' ++ replicate (1+2*k) 'X' | k <- [0..n-1]]

rectangulo :: Int -> [String]

rectangulo n =

[replicate n ' ' ++ "X" | _ <- [1..n `div` 2]]

Siembra de listas

PorJosé A. Alonso 23-diciembre-201525-marzo-2022

Definir la función

   siembra :: [Int] -> [Int]

1	siembra :: [Int] -> [Int]

tal que (siembra xs) es la lista ys obtenida al repartir cada elemento x de la lista xs poniendo un 1 en las x siguientes posiciones de la lista ys. Por ejemplo,

   siembra [4]      ==  [0,1,1,1,1] 
   siembra [0,2]    ==  [0,0,1,1]
   siembra [4,2]    ==  [0,1,2,2,1]

siembra [4] == [0,1,1,1,1]

siembra [0,2] == [0,0,1,1]

siembra [4,2] == [0,1,2,2,1]

El tercer ejemplo se obtiene sumando la siembra de 4 en la posición 0 (como el ejemplo 1) y el 2 en la posición 1 (como el ejemplo 2). Otros ejemplos son

   siembra [0,4,2]          ==  [0,0,1,2,2,1]
   siembra [3]              ==  [0,1,1,1]
   siembra [3,4,2]          ==  [0,1,2,3,2,1]
   siembra [3,2,1]          ==  [0,1,2,3]
   sum $ siembra [1..2500]  ==  3126250

siembra [0,4,2] == [0,0,1,2,2,1]

siembra [3] == [0,1,1,1]

siembra [3,4,2] == [0,1,2,3,2,1]

siembra [3,2,1] == [0,1,2,3]

sum $ siembra [1..2500] == 3126250

Comprobar con QuickCheck que la suma de los elementos de (siembra xs) es igual que la suma de los de xs.

Nota 1: Se supone que el argumento es una lista de números no negativos y que se puede ampliar tanto como sea necesario para repartir los elementos.

Nota 2: Este ejercicio es parte del examen del grupo 3 del 2 de diciembre.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

siembra1 :: [Int] -> [Int]
siembra1 = suma . brotes

-- (brotes xs) es la lista de los brotes obtenido sembrando los
-- elementos de xs. Por ejemplo,
--    brotes [3,4,2]  ==  [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]]
brotes :: [Int] -> [[Int]]
brotes xs = aux xs 1
    where aux (x:xs) n = (replicate n 0 ++ replicate x 1) : aux xs (n+1)
          aux _ _      = []

-- (suma xss) es la suma de los elementos de xss (suponiendo que al
-- final de cada elemento se continua con ceros). Por ejemplo,
--    suma [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]]  ==  [0,1,2,3,2,1]
suma :: [[Int]] -> [Int]
suma = foldr1 aux
    where aux [] ys = ys
          aux xs [] = xs
          aux (x:xs) (y:ys) = (x+y) : aux xs ys

-- 2ª solución
-- ===========

siembra2 :: [Int] -> [Int]
siembra2 [] = []
siembra2 (x:xs) = mezcla (siembraElemento x) (0 : siembra2 xs)

siembraElemento :: Int -> [Int]
siembraElemento x = 0 : replicate x 1

mezcla :: [Int] -> [Int] -> [Int]
mezcla xs ys =
    take (max (length xs) (length ys))
         (zipWith (+) (xs ++ repeat 0) (ys ++ repeat 0))

-- 3ª solución
-- ===========

siembra3 :: [Int] -> [Int]
siembra3 [] = []
siembra3 xs = aux xs 0 (repeat 0) where
    aux []     _ ys = cosecha ys
    aux (x:xs) n ys = aux xs (n+1) (zipWith (+) brotes ys) 
        where brotes = replicate (n+1) 0 ++ replicate x 1 ++ repeat 0

-- (cosecha xs) es la lista formada por los ceros iniciales de xs y los
-- elementos siguientes hasta que vuelve a aparecer el 0. Por ejemplo,
--    cosecha [0,0,3,5,2,0,9]            ==  [0,0,3,5,2]
--    cosecha ([0,0,3,5,2] ++ repeat 0)  ==  [0,0,3,5,2]
cosecha :: [Int] -> [Int]              
cosecha xs = ys ++ takeWhile (>0) zs
    where (ys,zs) = span (==0) xs

-- 4ª solución
-- ===========

siembra4 :: [Int] -> [Int]
siembra4 [] = []
siembra4 xs = aux xs [] (repeat 0) where
    aux []     ys zs     = reverse ys ++ takeWhile (>0) zs
    aux (x:xs) ys (z:zs) = aux xs (z:ys) (zipWith (+) brotes zs) 
        where brotes = replicate x 1 ++ repeat 0

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

--    λ> sum $ siembra1 [1..2000]
--    2001000
--    (9.44 secs, 1,894,065,928 bytes)
--    ghci> sum $ siembra2 [1..2000]
--    2001000
--    (5.92 secs, 936900576 bytes)
--    ghci> sum $ siembra3 [1..2000]
--    2001000
--    (1.59 secs, 836847072 bytes)
--    ghci> sum $ siembra4 [1..2000]
--    2001000
--    (1.68 secs, 570492392 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición
siembra :: [Int] -> [Int]
siembra = siembra2

-- Verificación
-- ============

-- La propiedad es
prop_siembra :: [Int] -> Bool
prop_siembra xs =
    sum (siembra1 ys) == sum ys
    where ys = map (\x -> 1 + abs x) xs

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

100

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

siembra1 :: [Int] -> [Int]

siembra1 = suma . brotes

-- (brotes xs) es la lista de los brotes obtenido sembrando los

-- elementos de xs. Por ejemplo,

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

brotes :: [Int] -> [[Int]]

brotes xs = aux xs 1

where aux (x:xs) n = (replicate n 0 ++ replicate x 1) : aux xs (n+1)

aux _ _ = []

-- (suma xss) es la suma de los elementos de xss (suponiendo que al

-- final de cada elemento se continua con ceros). Por ejemplo,

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

suma :: [[Int]] -> [Int]

suma = foldr1 aux

where aux [] ys = ys

aux xs [] = xs

aux (x:xs) (y:ys) = (x+y) : aux xs ys

-- 2ª solución

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

siembra2 :: [Int] -> [Int]

siembra2 [] = []

siembra2 (x:xs) = mezcla (siembraElemento x) (0 : siembra2 xs)

siembraElemento :: Int -> [Int]

siembraElemento x = 0 : replicate x 1

mezcla :: [Int] -> [Int] -> [Int]

mezcla xs ys =

take (max (length xs) (length ys))

(zipWith (+) (xs ++ repeat 0) (ys ++ repeat 0))

-- 3ª solución

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

siembra3 :: [Int] -> [Int]

siembra3 [] = []

siembra3 xs = aux xs 0 (repeat 0) where

aux [] _ ys = cosecha ys

aux (x:xs) n ys = aux xs (n+1) (zipWith (+) brotes ys)

where brotes = replicate (n+1) 0 ++ replicate x 1 ++ repeat 0

-- (cosecha xs) es la lista formada por los ceros iniciales de xs y los

-- elementos siguientes hasta que vuelve a aparecer el 0. Por ejemplo,

-- cosecha [0,0,3,5,2,0,9] == [0,0,3,5,2]

-- cosecha ([0,0,3,5,2] ++ repeat 0) == [0,0,3,5,2]

cosecha :: [Int] -> [Int]

cosecha xs = ys ++ takeWhile (>0) zs

where (ys,zs) = span (==0) xs

-- 4ª solución

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

siembra4 :: [Int] -> [Int]

siembra4 [] = []

siembra4 xs = aux xs [] (repeat 0) where

aux [] ys zs = reverse ys ++ takeWhile (>0) zs

aux (x:xs) ys (z:zs) = aux xs (z:ys) (zipWith (+) brotes zs)

where brotes = replicate x 1 ++ repeat 0

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sum $ siembra1 [1..2000]

-- 2001000

-- (9.44 secs, 1,894,065,928 bytes)

-- ghci> sum $ siembra2 [1..2000]

-- 2001000

-- (5.92 secs, 936900576 bytes)

-- ghci> sum $ siembra3 [1..2000]

-- 2001000

-- (1.59 secs, 836847072 bytes)

-- ghci> sum $ siembra4 [1..2000]

-- 2001000

-- (1.68 secs, 570492392 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

siembra :: [Int] -> [Int]

siembra = siembra2

-- Verificación

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

-- La propiedad es

prop_siembra :: [Int] -> Bool

prop_siembra xs =

sum (siembra1 ys) == sum ys

where ys = map (\x -> 1 + abs x) xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_siembra

-- +++ OK, passed 100 tests.

Producto infinito

PorJosé A. Alonso 22-diciembre-201525-marzo-2022

Definir la función

   productoInfinito :: [Int] -> [Int]

1	productoInfinito :: [Int] -> [Int]

tal que (productoInfinito xs) es la lista infinita que en la posición N tiene el producto de los N primeros elementos de la lista infinita xs. Por ejemplo,

   take 5 (productoInfinito [1..])    ==  [1,2,6,24,120]
   take 5 (productoInfinito [2,4..])  ==  [2,8,48,384,3840]
   take 5 (productoInfinito [1,3..])  ==  [1,3,15,105,945]

take 5 (productoInfinito [1..]) == [1,2,6,24,120]

take 5 (productoInfinito [2,4..]) == [2,8,48,384,3840]

take 5 (productoInfinito [1,3..]) == [1,3,15,105,945]

Nota: Este ejercicio es parte del examen del grupo 3 del 2 de diciembre.

Soluciones

-- 1ª definición (por comprensión):
productoInfinito1 :: [Integer] -> [Integer]
productoInfinito1 xs = [product (take n xs) | n <- [1..]]

-- 2ª definición (por recursión)
productoInfinito2 :: [Integer] -> [Integer]
productoInfinito2 (x:y:zs) = x : productoInfinito2 (x*y:zs)

-- 2ª definición (por recursión y map)
productoInfinito3 :: [Integer] -> [Integer]
productoInfinito3 []     = [1]
productoInfinito3 (x:xs) = map (x*) (1 : productoInfinito3 xs)

-- 4ª definición (con scanl1)
productoInfinito4 :: [Integer] -> [Integer]
productoInfinito4 = scanl1 (*)

-- Comparación de eficiencia
--    λ> take 20 (show (productoInfinito1 [2,4..] !! 10000))
--    "11358071114466915693"
--    (0.35 secs, 98,287,328 bytes)
--    λ> take 20 (show (productoInfinito2 [2,4..] !! 10000))
--    "11358071114466915693"
--    (0.35 secs, 98,840,440 bytes)
--    λ> take 20 (show (productoInfinito3 [2,4..] !! 10000))
--    "11358071114466915693"
--    (7.36 secs, 6,006,360,472 bytes)
--    λ> take 20 (show (productoInfinito4 [2,4..] !! 10000))
--    "11358071114466915693"
--    (0.34 secs, 96,367,000 bytes)

-- 1ª definición (por comprensión):

productoInfinito1 :: [Integer] -> [Integer]

productoInfinito1 xs = [product (take n xs) | n <- [1..]]

-- 2ª definición (por recursión)

productoInfinito2 :: [Integer] -> [Integer]

productoInfinito2 (x:y:zs) = x : productoInfinito2 (x*y:zs)

-- 2ª definición (por recursión y map)

productoInfinito3 :: [Integer] -> [Integer]

productoInfinito3 [] = [1]

productoInfinito3 (x:xs) = map (x*) (1 : productoInfinito3 xs)

-- 4ª definición (con scanl1)

productoInfinito4 :: [Integer] -> [Integer]

productoInfinito4 = scanl1 (*)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> take 20 (show (productoInfinito1 [2,4..] !! 10000))

-- "11358071114466915693"

-- (0.35 secs, 98,287,328 bytes)

-- λ> take 20 (show (productoInfinito2 [2,4..] !! 10000))

-- "11358071114466915693"

-- (0.35 secs, 98,840,440 bytes)

-- λ> take 20 (show (productoInfinito3 [2,4..] !! 10000))

-- "11358071114466915693"

-- (7.36 secs, 6,006,360,472 bytes)

-- λ> take 20 (show (productoInfinito4 [2,4..] !! 10000))

-- "11358071114466915693"

-- (0.34 secs, 96,367,000 bytes)

Listas hermanadas

PorJosé A. Alonso 21-diciembre-201528-diciembre-2015

Una lista hermanada es una lista de números estrictamente positivos en la que cada elemento tiene algún factor primo en común con el siguiente, en caso de que exista, o alguno de los dos es un 1. Por ejemplo,

[2,6,3,9,1,5] es una lista hermanada pues 2 y 6 tienen un factor en común (2); 6 y 3 tienen un factor en común (3); 3 y 9 tienen un factor en común (3); de 9 y 1 uno es el número 1; y de 1 y 5 uno es el número 1.
[2,3,5] no es una lista hermanada pues 2 y 3 no tienen ningún factor primo en común.

Definir la función

   hermanada :: [Int] -> Bool

1	hermanada :: [Int] -> Bool

tal que (hermanada xs) se verifica si la lista xs es hermanada según la definición anterior. Por ejemplo,

   hermanada [2,6,3,9,1,5]   ==  True
   hermanada [2,3,5]         ==  False
   hermanada [2,4..1000000]  ==  True

hermanada [2,6,3,9,1,5] == True

hermanada [2,3,5] == False

hermanada [2,4..1000000] == True

Nota: Este ejercicio es parte del examen del grupo 3 del 2 de diciembre.

Soluciones

-- 1ª definición (por comprensión)
hermanada1 :: [Int] -> Bool
hermanada1 xs = and [hermanos p | p <- zip xs (tail xs)]

-- (hermanos (x,y)) se verifica si x e y son hermanos; es decir, alguno es
-- igual a 1 o tienen algún factor primo en común
hermanos :: (Int, Int) -> Bool
hermanos (x,y) = x == 1 || y == 1 || gcd x y /= 1

-- 2ª definición (con all)
hermanada2 :: [Int] -> Bool
hermanada2 xs = all hermanos (zip xs (tail xs))

-- 3ª definición (por recursión)
hermanada3 :: [Int] -> Bool
hermanada3 (x1:x:xs) = hermanos (x1,x) && hermanada3 (x:xs)
hermanada3 _          = True

-- 4ª definición (por plegado)
hermanada4 :: [Int] -> Bool
hermanada4 xs =
    foldl (\ws p -> hermanos p && ws) True (zip xs (tail xs))

-- Comparación de eficiencia
--    λ> hermanada1 [2,4..1000000]
--    True
--    (2.33 secs, 476,586,552 bytes)
--    λ> hermanada2 [2,4..1000000]
--    True
--    (1.80 secs, 422,879,072 bytes)
--    λ> hermanada3 [2,4..1000000]
--    True
--    (2.58 secs, 477,251,896 bytes)
--    λ> hermanada4 [2,4..1000000]
--    True
--    (2.36 secs, 440,047,520 bytes)

-- 1ª definición (por comprensión)

hermanada1 :: [Int] -> Bool

hermanada1 xs = and [hermanos p | p <- zip xs (tail xs)]

-- (hermanos (x,y)) se verifica si x e y son hermanos; es decir, alguno es

-- igual a 1 o tienen algún factor primo en común

hermanos :: (Int, Int) -> Bool

hermanos (x,y) = x == 1 || y == 1 || gcd x y /= 1

-- 2ª definición (con all)

hermanada2 :: [Int] -> Bool

hermanada2 xs = all hermanos (zip xs (tail xs))

-- 3ª definición (por recursión)

hermanada3 :: [Int] -> Bool

hermanada3 (x1:x:xs) = hermanos (x1,x) && hermanada3 (x:xs)

hermanada3 _ = True

-- 4ª definición (por plegado)

hermanada4 :: [Int] -> Bool

hermanada4 xs =

foldl (\ws p -> hermanos p && ws) True (zip xs (tail xs))

-- Comparación de eficiencia

-- λ> hermanada1 [2,4..1000000]

-- True

-- (2.33 secs, 476,586,552 bytes)

-- λ> hermanada2 [2,4..1000000]

-- True

-- (1.80 secs, 422,879,072 bytes)

-- λ> hermanada3 [2,4..1000000]

-- True

-- (2.58 secs, 477,251,896 bytes)

-- λ> hermanada4 [2,4..1000000]

-- True

-- (2.36 secs, 440,047,520 bytes)

Suma de elementos en posiciones dadas

PorJosé A. Alonso 17-diciembre-201524-diciembre-2015

Definir la función

   sumaEnPosicion :: [Int] -> [Int] -> Int

1	sumaEnPosicion :: [Int] -> [Int] -> Int

tal que (sumaEnPosicion xs ys) es la suma de todos los elementos de xs cuyas posiciones se indican en ys. Por ejemplo,

   sumaEnPosicion [1,2,3] [0,2]  ==  4
   sumaEnPosicion [4,6,2] [1,3]  ==  6
   sumaEnPosicion [3,5,1] [0,1]  ==  8

sumaEnPosicion [1,2,3] [0,2] == 4

sumaEnPosicion [4,6,2] [1,3] == 6

sumaEnPosicion [3,5,1] [0,1] == 8

Soluciones

-- 1ª solución
sumaEnPosicion1 :: [Int] -> [Int] -> Int
sumaEnPosicion1 xs ys = sum [xs !! y | y <- ys, 0 <= y, y < n]
    where n = length xs

-- 2ª solución
sumaEnPosicion2 :: [Int] -> [Int] -> Int
sumaEnPosicion2 xs ys = aux xs [y | y <- ys, 0 <= y, y < n] 0
    where n = length xs
          aux _  []     r = r
          aux xs (y:ys) r = aux xs ys (r + xs!!y)

-- 1ª solución

sumaEnPosicion1 :: [Int] -> [Int] -> Int

sumaEnPosicion1 xs ys = sum [xs !! y | y <- ys, 0 <= y, y < n]

where n = length xs

-- 2ª solución

sumaEnPosicion2 :: [Int] -> [Int] -> Int

sumaEnPosicion2 xs ys = aux xs [y | y <- ys, 0 <= y, y < n] 0

where n = length xs

aux _ [] r = r

aux xs (y:ys) r = aux xs ys (r + xs!!y)

Factorizable respecto de una lista

PorJosé A. Alonso 16-diciembre-201523-diciembre-2015

Definir la función

   factorizable :: Integer -> [Integer] -> Bool

1	factorizable :: Integer -> [Integer] -> Bool

tal que (factorizable x ys) se verifica si x se puede escribir como producto de potencias de elementos de ys. Por ejemplo,

   factorizable 1  [2,5,6]                           ==  True
   factorizable 12 [2,5,3]                           ==  True
   factorizable 12 [2,5,6]                           ==  True
   factorizable 12 [7,5,12]                          ==  True
   factorizable 12 [2,3,1]                           ==  True
   factorizable 12 [2,3,0]                           ==  True
   factorizable 24 [12,4,6]                          ==  True
   factorizable 0  [2,3,0]                           ==  True
   factorizable 12 [5,6]                             ==  False
   factorizable 12 [2,5,1]                           ==  False
   factorizable 0  [2,3,5]                           ==  False
   factorizable (product [1..3000])     [1..100000]  ==  True
   factorizable (1 + product [1..3000]) [1..100000]  ==  False

factorizable 1 [2,5,6] == True

factorizable 12 [2,5,3] == True

factorizable 12 [2,5,6] == True

factorizable 12 [7,5,12] == True

factorizable 12 [2,3,1] == True

factorizable 12 [2,3,0] == True

factorizable 24 [12,4,6] == True

factorizable 0 [2,3,0] == True

factorizable 12 [5,6] == False

factorizable 12 [2,5,1] == False

factorizable 0 [2,3,5] == False

factorizable (product [1..3000]) [1..100000] == True

factorizable (1 + product [1..3000]) [1..100000] == False

Soluciones

-- 1ª definición
factorizable1 :: Integer -> [Integer] -> Bool
factorizable1 1 _  = True
factorizable1 0 ys = 0 `elem` ys
factorizable1 x ys = 
    or [ factorizable1 (x `div` y) ys | y <- ys
                                       , y /= 0 && y /= 1
                                       , x `mod` y == 0 ]

-- 2ª definición
factorizable2 :: Integer -> [Integer] -> Bool
factorizable2 1 _  = True
factorizable2 0 ys = 0 `elem` ys
factorizable2 x ys = 
    aux x [y | y <- ys, y > 1, x `mod` y == 0]
    where aux _ [] = False
          aux 1 _  = True
          aux x ys | null zs   = False
                   | otherwise = or [aux (x `div` z) ys | z <- zs] 
                   where zs = [y | y <- ys, x `mod` y == 0]

-- 3ª definición
factorizable3 :: Integer -> [Integer] -> Bool
factorizable3 1 _  = True
factorizable3 0 ys = 0 `elem` ys
factorizable3 x ys = 
    aux x [y | y <- ys, y > 1, x `mod` y == 0]
    where aux _ [] = False
          aux 1 _  = True
          aux x (y:ys) 
              | rem x y == 0 = aux (div x y) (y:ys) || aux x ys
              | otherwise    = aux x ys

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

--    λ> factorizable1 (product [1..3000]) [1..100000]
--    True
--    (3.55 secs, 322,471,488 bytes)
--    λ> factorizable2 (product [1..3000]) [1..100000]
--    True
--    (2.46 secs, 274,024,832 bytes)
--    λ> factorizable3 (product [1..3000]) [1..100000]
--    True
--    (0.30 secs, 47,606,400 bytes)
--    
--    λ> factorizable1 (1 + product [1..3000]) [1..100000]
--    False
--    (2.41 secs, 147,221,760 bytes)
--    λ> factorizable2 (1 + product [1..3000]) [1..100000]
--    False
--    (0.45 secs, 40,472,168 bytes)
--    λ> factorizable3 (1 + product [1..3000]) [1..100000]
--    False
--    (0.43 secs, 29,949,680 bytes)

-- 1ª definición

factorizable1 :: Integer -> [Integer] -> Bool

factorizable1 1 _ = True

factorizable1 0 ys = 0 `elem` ys

factorizable1 x ys =

or [ factorizable1 (x `div` y) ys | y <- ys

, y /= 0 && y /= 1

, x `mod` y == 0 ]

-- 2ª definición

factorizable2 :: Integer -> [Integer] -> Bool

factorizable2 1 _ = True

factorizable2 0 ys = 0 `elem` ys

factorizable2 x ys =

aux x [y | y <- ys, y > 1, x `mod` y == 0]

where aux _ [] = False

aux 1 _ = True

aux x ys | null zs = False

| otherwise = or [aux (x `div` z) ys | z <- zs]

where zs = [y | y <- ys, x `mod` y == 0]

-- 3ª definición

factorizable3 :: Integer -> [Integer] -> Bool

factorizable3 1 _ = True

factorizable3 0 ys = 0 `elem` ys

factorizable3 x ys =

aux x [y | y <- ys, y > 1, x `mod` y == 0]

where aux _ [] = False

aux 1 _ = True

aux x (y:ys)

| rem x y == 0 = aux (div x y) (y:ys) || aux x ys

| otherwise = aux x ys

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> factorizable1 (product [1..3000]) [1..100000]

-- True

-- (3.55 secs, 322,471,488 bytes)

-- λ> factorizable2 (product [1..3000]) [1..100000]

-- True

-- (2.46 secs, 274,024,832 bytes)

-- λ> factorizable3 (product [1..3000]) [1..100000]

-- True

-- (0.30 secs, 47,606,400 bytes)

-- λ> factorizable1 (1 + product [1..3000]) [1..100000]

-- False

-- (2.41 secs, 147,221,760 bytes)

-- λ> factorizable2 (1 + product [1..3000]) [1..100000]

-- False

-- (0.45 secs, 40,472,168 bytes)

-- λ> factorizable3 (1 + product [1..3000]) [1..100000]

-- False

-- (0.43 secs, 29,949,680 bytes)

Año cúbico

PorJosé A. Alonso 14-diciembre-201525-marzo-2022

El año 2016 será un año cúbico porque se puede escribir como la suma de los cubos de 7 números consecutivos; en efecto,

   2016 = 3³+ 4³ +...+ 9³

1	2016 = 3³+ 4³ +...+ 9³

Definir la función

   esCubico :: Integer -> Bool

1	esCubico :: Integer -> Bool

tal que (esCubico x) se verifica si x se puede escribir como la suma de los cubos de 7 números consecutivos. Por ejemplo,

   esCubico 2016                ==  True
   esCubico 2017                ==  False
   esCubico 189005670081900441  ==  True
   esCubico 189005670081900442  ==  False

esCubico 2016 == True

esCubico 2017 == False

esCubico 189005670081900441 == True

esCubico 189005670081900442 == False

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

esCubico1 :: Integer -> Bool
esCubico1 x = pertenece x cubicos

-- cubicos es la lista de los números que se pueden escribir como la
-- suma de los cubos de 7 números consecutivos. Por ejemplo,
--    take 5 cubicos  ==  [784,1295,2016,2989,4256]
cubicos :: [Integer]
cubicos = [sum [x^3 | x <- [y..y+6]] | y <- [1..]]

-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista ordenada
-- ys. Por ejemplo,
--    pertenece 25 [0,3..]  ==  False
--    pertenece 27 [0,3..]  ==  True
pertenece :: Integer -> [Integer] ->  Bool
pertenece x ys = x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición
-- =============

esCubico2 :: Integer -> Bool
esCubico2 x = pertenece x (cubicosDesde k)
    where k = floor ((fromIntegral x/7)**(1/3))

cubicosDesde :: Integer -> [Integer]
cubicosDesde k = [sum [x^3 | x <- [y..y+6]] | y <- [k..]]

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

--    λ> esCubico1 189005670081900441
--    True
--    (7.49 secs, 1,917,868,024 bytes)
--    λ> esCubico2 189005670081900441
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición

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

esCubico1 :: Integer -> Bool

esCubico1 x = pertenece x cubicos

-- cubicos es la lista de los números que se pueden escribir como la

-- suma de los cubos de 7 números consecutivos. Por ejemplo,

-- take 5 cubicos == [784,1295,2016,2989,4256]

cubicos :: [Integer]

cubicos = [sum [x^3 | x <- [y..y+6]] | y <- [1..]]

-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista ordenada

-- ys. Por ejemplo,

-- pertenece 25 [0,3..] == False

-- pertenece 27 [0,3..] == True

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool

pertenece x ys = x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición

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

esCubico2 :: Integer -> Bool

esCubico2 x = pertenece x (cubicosDesde k)

where k = floor ((fromIntegral x/7)**(1/3))

cubicosDesde :: Integer -> [Integer]

cubicosDesde k = [sum [x^3 | x <- [y..y+6]] | y <- [k..]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> esCubico1 189005670081900441

-- True

-- (7.49 secs, 1,917,868,024 bytes)

-- λ> esCubico2 189005670081900441

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

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