José A. Alonso

Fracciones cancelativas

PorJosé A. Alonso 22-abril-201529-abril-2015

Una fracción x/y es cancelativa si se cumplen las siguientes condiciones:

x/y es propia (es decir, x < y),
ninguno de los números x e y son múltiplos de 10 y
existe un dígito d tal que al borrar una ocurrencia de d en x y otra en y se obtiene una fracción cuyo valor coincide con x/y.

Por ejemplo, 16/64 es cancelativa ya que borrando el 6 en el numerador y el denominador se obtiene 1/4 que es igual a la original: 16/64 = 1/4.

Definir la función

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

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

tal que (cancelativas m n) es la lista de las fracciones cancelativas con su denominador entre m y n. Por ejemplo,

   ghci> cancelativas 1 100
   [((16,64),(1,4)),((26,65),(2,5)),((19,95),(1,5)),((49,98),(4,8))]
   ghci> cancelativas 101 150
   [((22,121),(2,11)),((33,132),(3,12)),((34,136),(4,16)),((44,143),(4,13))]
   ghci> length (cancelativas 1 200)
   18

ghci> cancelativas 1 100

[((16,64),(1,4)),((26,65),(2,5)),((19,95),(1,5)),((49,98),(4,8))]

ghci> cancelativas 101 150

[((22,121),(2,11)),((33,132),(3,12)),((34,136),(4,16)),((44,143),(4,13))]

ghci> length (cancelativas 1 200)

Soluciones

import Data.List (intersect, nub)

cancelativas :: Int -> Int -> [((Int, Int), (Int, Int))]
cancelativas m n = 
    nub [((x,y),(a,b))
         | y <- [m..n], 
           y `mod` 10 /= 0,
           x <- [1..y-1],
           x `mod` 10 /= 0,
           (as,bs) <- reducciones (show x) (show y),
           not (null as),
           not (null bs),
           let (a,b) = (read as, read bs),
           b /= 0,
           a*y == b*x]

-- (reducciones xs ys) es la lista de los pares obtenidos eliminando una
-- ocurrencia de un elemento de xs tanto en xs como en ys. Por ejemplo,
--    ghci> reducciones "abac" "bcba"
--    [("bac","bcb"),("abc","bcb"),
--     ("aac","cba"),("aac","bca"),
--     ("aba","bba")]
reducciones :: Eq a => [a] -> [a] -> [([a],[a])]
reducciones xs ys =
    concat [[(us,vs) | us <- eliminaciones xs x, vs <- eliminaciones ys x]
            | x <- nub (intersect xs ys)]

-- (eliminaciones xs y) es la lista de las listas obtenidas eliminando
-- una ocurrencia del elemento y en la lista xs. Por ejemplo,  
--    eliminaciones "abacda" 'a'  ==  ["bacda","abcda","abacd"]
--    eliminaciones "abacd"  'a'  ==  ["bacd","abcd"]
--    eliminaciones "abacd"  'b'  ==  ["aacd"]
--    eliminaciones "abacd"  'e'  ==  []
eliminaciones :: Eq a => [a] -> a -> [[a]]
eliminaciones [] _ = []
eliminaciones (x:xs) y
    | x == y    = xs : [x:zs | zs <- zss]
    | otherwise = [x:zs | zs <- zss]
    where zss = eliminaciones xs y

import Data.List (intersect, nub)

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

cancelativas m n =

nub [((x,y),(a,b))

| y <- [m..n],

y `mod` 10 /= 0,

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

x `mod` 10 /= 0,

(as,bs) <- reducciones (show x) (show y),

not (null as),

not (null bs),

let (a,b) = (read as, read bs),

b /= 0,

a*y == b*x]

-- (reducciones xs ys) es la lista de los pares obtenidos eliminando una

-- ocurrencia de un elemento de xs tanto en xs como en ys. Por ejemplo,

-- ghci> reducciones "abac" "bcba"

-- [("bac","bcb"),("abc","bcb"),

-- ("aac","cba"),("aac","bca"),

-- ("aba","bba")]

reducciones :: Eq a => [a] -> [a] -> [([a],[a])]

reducciones xs ys =

concat [[(us,vs) | us <- eliminaciones xs x, vs <- eliminaciones ys x]

| x <- nub (intersect xs ys)]

-- (eliminaciones xs y) es la lista de las listas obtenidas eliminando

-- una ocurrencia del elemento y en la lista xs. Por ejemplo,

-- eliminaciones "abacda" 'a' == ["bacda","abcda","abacd"]

-- eliminaciones "abacd" 'a' == ["bacd","abcd"]

-- eliminaciones "abacd" 'b' == ["aacd"]

-- eliminaciones "abacd" 'e' == []

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

eliminaciones [] _ = []

eliminaciones (x:xs) y

| x == y = xs : [x:zs | zs <- zss]

| otherwise = [x:zs | zs <- zss]

where zss = eliminaciones xs y

Caminos reducidos

PorJosé A. Alonso 21-abril-201525-abril-2021

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

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

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

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

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

Definir la función

   reducido :: Camino -> Camino

1	reducido :: Camino -> Camino

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

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

reducido [] == []

reducido [N] == [N]

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

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

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

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

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

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

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

Nótese que en el penúltimo ejemplo las reducciones son

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

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

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

--> [S,N,O]

--> [O]

Soluciones

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

type Camino = [Direccion]

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

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

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

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

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

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> reducido1 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (3.87 secs, 460160736 bytes)
--    ghci> reducido2 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (1.16 secs, 216582880 bytes)
--    ghci> reducido3 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (0.58 secs, 98561872 bytes)
--    ghci> reducido4 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (0.64 secs, 176154640 bytes)
--    
--    ghci> reducido3 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (5.43 secs, 962694784 bytes)
--    ghci> reducido4 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (9.29 secs, 1722601528 bytes)
-- 
--    ghci> length $ reducido3 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])
--    400002
--    (4.52 secs, 547004960 bytes)
--    ghci> length $ reducido4 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])
--    400002
--    (2.17 secs, 379049224 bytes)
--    
--    ghci> let n=10^6 in reducido1 (replicate n N ++ replicate n S)
--    []
--    (7.35 secs, 537797096 bytes)
--    ghci> let n=10^6 in reducido2 (replicate n N ++ replicate n S)
--    []
--    (2.30 secs, 244553404 bytes)
--    ghci> let n=10^6 in reducido3 (replicate n N ++ replicate n S)
--    []
--    (8.08 secs, 545043608 bytes)
--    ghci> let n=10^6 in reducido4 (replicate n N ++ replicate n S)
--    []
--    (1.96 secs, 205552240 bytes)

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

type Camino = [Direccion]

-- 1ª solución (por recursión):

reducido1 :: Camino -> Camino

reducido1 [] = []

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

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

| otherwise = d:ds'

where ds' = reducido1 ds

opuesta :: Direccion -> Direccion

opuesta N = S

opuesta S = N

opuesta E = O

opuesta O = E

-- 2ª solución (por plegado)

reducido2 :: Camino -> Camino

reducido2 = foldr aux []

where aux N (S:xs) = xs

aux S (N:xs) = xs

aux E (O:xs) = xs

aux O (E:xs) = xs

aux x xs = x:xs

-- 3ª solución

reducido3 :: Camino -> Camino

reducido3 [] = []

reducido3 (N:S:ds) = reducido3 ds

reducido3 (S:N:ds) = reducido3 ds

reducido3 (E:O:ds) = reducido3 ds

reducido3 (O:E:ds) = reducido3 ds

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

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

| otherwise = d:ds'

where ds' = reducido3 ds

-- 4ª solución

reducido4 :: Camino -> Camino

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

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

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

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

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

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

aux ( xs, []) = xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- []

-- (3.87 secs, 460160736 bytes)

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

-- []

-- (1.16 secs, 216582880 bytes)

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

-- []

-- (0.58 secs, 98561872 bytes)

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

-- []

-- (0.64 secs, 176154640 bytes)

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

-- []

-- (5.43 secs, 962694784 bytes)

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

-- []

-- (9.29 secs, 1722601528 bytes)

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

-- 400002

-- (4.52 secs, 547004960 bytes)

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

-- 400002

-- (2.17 secs, 379049224 bytes)

-- ghci> let n=10^6 in reducido1 (replicate n N ++ replicate n S)

-- []

-- (7.35 secs, 537797096 bytes)

-- ghci> let n=10^6 in reducido2 (replicate n N ++ replicate n S)

-- []

-- (2.30 secs, 244553404 bytes)

-- ghci> let n=10^6 in reducido3 (replicate n N ++ replicate n S)

-- []

-- (8.08 secs, 545043608 bytes)

-- ghci> let n=10^6 in reducido4 (replicate n N ++ replicate n S)

-- []

-- (1.96 secs, 205552240 bytes)

Con mínimo común denominador

PorJosé A. Alonso 20-abril-201527-abril-2015

Los números racionales se pueden representar como pares de enteros:

   type Racional a = (a,a)

1	type Racional a = (a,a)

Definir la función

   reducida :: Integral a => [Racional a] -> [Racional a]

1	reducida :: Integral a => [Racional a] -> [Racional a]

tal que (reducida xs) es la lista de los números racionales donde cada uno es igual al correspondiente elemento de xs y el denominador de todos los elementos de (reducida xs) es el menor número que cumple dicha condición; es decir, si xs es la lista

   [(x_1, y_1), ..., (x_n, y_n)]

1	[(x_1, y_1), ..., (x_n, y_n)]

entonces (reducida xs) es

   [(z_1, d), ..., (z_n, d)]

1	[(z_1, d), ..., (z_n, d)]

tales que

   z_1/d = x_1/y_1, ..., z_n/d = x_n/y_n

1	z_1/d = x_1/y_1, ..., z_n/d = x_n/y_n

y d es el menor posible. Por ejemplo,

   reducida [(1,2),(1,3),(1,4)]  ==  [(6,12),(4,12),(3,12)]
   reducida [(1,2),(1,3),(6,4)]  ==  [(3,6),(2,6),(9,6)]
   reducida [(-7,6),(-10,-8)]    ==  [(-14,12),(15,12)]
   reducida [(8,12)]             ==  [(2,3)]

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

reducida [(1,2),(1,3),(6,4)] == [(3,6),(2,6),(9,6)]

reducida [(-7,6),(-10,-8)] == [(-14,12),(15,12)]

reducida [(8,12)] == [(2,3)]

Soluciones

type Racional a = (a,a) 

reducida :: Integral a => [Racional a] -> [Racional a]
reducida xs = 
    [(x * (m `div` y), m) | (x,y) <- ys]
    where ys = map fraccionReducida xs
          m  = mcm [y | (_,y) <- ys]

-- (fraccionReducida r) es el número racional igual a r con menor
-- denominador positivo. Por ejemplo,
--    fraccionReducida ( 6, 10)  ==  ( 3,5)
--    fraccionReducida (-6, 10)  ==  (-3,5)
--    fraccionReducida ( 6,-10)  ==  (-3,5)
--    fraccionReducida (-6,-10)  ==  ( 3,5)
--    fraccionReducida ( 3,  5)  ==  ( 3,5)
fraccionReducida :: Integral a => (a,a) -> (a,a)
fraccionReducida (x,y) =
    (s * x1 `div` m, y1 `div` m)
    where s  = signum x * signum y      
          x1 = abs x
          y1 = abs y
          m  = gcd x1 y1
          
-- (mcm xs) es el mínimo común múltiplo de xs. Por ejemplo,
--    mcm [2,6,10]  ==  30
mcm :: Integral a => [a] -> a
mcm = foldl lcm 1

type Racional a = (a,a)

reducida :: Integral a => [Racional a] -> [Racional a]

reducida xs =

[(x * (m `div` y), m) | (x,y) <- ys]

where ys = map fraccionReducida xs

m = mcm [y | (_,y) <- ys]

-- (fraccionReducida r) es el número racional igual a r con menor

-- denominador positivo. Por ejemplo,

-- fraccionReducida ( 6, 10) == ( 3,5)

-- fraccionReducida (-6, 10) == (-3,5)

-- fraccionReducida ( 6,-10) == (-3,5)

-- fraccionReducida (-6,-10) == ( 3,5)

-- fraccionReducida ( 3, 5) == ( 3,5)

fraccionReducida :: Integral a => (a,a) -> (a,a)

fraccionReducida (x,y) =

(s * x1 `div` m, y1 `div` m)

where s = signum x * signum y

x1 = abs x

y1 = abs y

m = gcd x1 y1

-- (mcm xs) es el mínimo común múltiplo de xs. Por ejemplo,

-- mcm [2,6,10] == 30

mcm :: Integral a => [a] -> a

mcm = foldl lcm 1

Primos hereditarios

PorJosé A. Alonso 16-abril-20151-mayo-2016

Un número primo es hereditario si todos los números obtenidos eliminando dígitos por la derecha o por la izquierda son primos. Por ejemplo, 3797 es hereditario ya que los números obtenidos eliminando dígitos por la derecha son 3797, 379, 37 y 3 y los obtenidos eliminando dígitos por la izquierda son 3797, 797, 97 y 7 y todos ellos son primos.

Definir la sucesión

   hereditarios :: [Integer]

1	hereditarios :: [Integer]

cuyos elementos son los números hereditarios. Por ejemplo,

   ghci> take 15 hereditarios
   [2,3,5,7,23,37,53,73,313,317,373,797,3137,3797,739397]

1 2	ghci> take 15 hereditarios [2,3,5,7,23,37,53,73,313,317,373,797,3137,3797,739397]

Soluciones

import Data.List (inits, tails)
import Data.Char (digitToInt)
import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

hereditarios :: [Integer]
hereditarios = [n | n <- primes, hereditario n]

hereditario :: Integer -> Bool
hereditario n = 
    all odd (map digitToInt (tail ds)) &&
    all isPrime (map read (tail (inits ds))) &&
    all isPrime (map read (init (tails ds)))
    where ds = show n

import Data.List (inits, tails)

import Data.Char (digitToInt)

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

hereditarios :: [Integer]

hereditarios = [n | n <- primes, hereditario n]

hereditario :: Integer -> Bool

hereditario n =

all odd (map digitToInt (tail ds)) &&

all isPrime (map read (tail (inits ds))) &&

all isPrime (map read (init (tails ds)))

where ds = show n

Constante de Champernowne

PorJosé A. Alonso 15-abril-201525-marzo-2022

La constante de Champernowne es el número irracional

   0.12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334 ...

1	0.12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334 ...

cuya parte entera es 0 y la parte decimal se obtiene concatenado los números naturales a partir de 1.

Definir la función

   productoChampernowne :: [Int] -> Int

1	productoChampernowne :: [Int] -> Int

tal que (productoChampernowne ns) es el producto de los dígitos de la constante de Champernowne que ocupan las posiciones ns. Por ejemplo,

   productoChampernowne [0,1,2]                 ==  6
   productoChampernowne [8,20]                  ==  45
   productoChampernowne [10^i-1 | i <- [0..7]]  ==  1470

productoChampernowne [0,1,2] == 6

productoChampernowne [8,20] == 45

productoChampernowne [10^i-1 | i <- [0..7]] == 1470

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)

productoChampernowne :: [Int] -> Int
productoChampernowne ns = product [champernowne !! n | n <- ns] 

-- champernowne  es la sucesión de champernowne. Por ejemplo,
--    ghci> take 20 champernowne
--    [1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,0,1,1,1,2,1,3,1,4,1]
champernowne :: [Int] 
champernowne = map digitToInt (concatMap show [1..])

import Data.Char (digitToInt)

productoChampernowne :: [Int] -> Int

productoChampernowne ns = product [champernowne !! n | n <- ns]

-- champernowne es la sucesión de champernowne. Por ejemplo,

-- ghci> take 20 champernowne

-- [1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,0,1,1,1,2,1,3,1,4,1]

champernowne :: [Int]

champernowne = map digitToInt (concatMap show [1..])

Casas con números equilibrados

PorJosé A. Alonso 14-abril-20151-mayo-2015

Continuando con los problema propuestos por alumnos, el de hoy es el propuesto por Rafael Jiménez.

Se tiene una calle en la que las casas sólo están en un lado de ésta y las casas están numeradas de 1 hasta n, donde n es el número total de casas en la calle. Se dice que el número de una casa es equilibrado si y solamente si la suma de los números de las casas anteriores es igual a la suma de los números posteriores a la casa. Por ejemplo, el número de la 6ª casa, en una calle con 8 casas, es equilibrado ya que

   1 + 2 + 3 + 4 + 5 = 7 + 8

1	1 + 2 + 3 + 4 + 5 = 7 + 8

Definir la función

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

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

tal que (soluciones x y) es la lista de pares (a,n) tales que a es el número equilibrado de una casa en una calle con n casas y n está entre x e y. Por ejemplo,

   soluciones 1 500          ==  [(1,1),(6,8),(35,49),(204,288)]
   soluciones 1000 3000      ==  [(1189,1681)]
   soluciones (10^5) (10^6)  ==  [(235416,332928)]
   soluciones (10^6) (10^7)  ==  [(1372105,1940449)]
   (fst $ head $ soluciones (10^100) (10^101))  `mod` (10^9)  ==  763728460
   (fst $ head $ soluciones (10^800) (10^1000)) `mod` (10^9)  ==  311156546

soluciones 1 500 == [(1,1),(6,8),(35,49),(204,288)]

soluciones 1000 3000 == [(1189,1681)]

soluciones (10^5) (10^6) == [(235416,332928)]

soluciones (10^6) (10^7) == [(1372105,1940449)]

(fst $ head $ soluciones (10^100) (10^101)) `mod` (10^9) == 763728460

(fst $ head $ soluciones (10^800) (10^1000)) `mod` (10^9) == 311156546

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

soluciones1 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
soluciones1 x y =
    [(n,n+m) | n <- [x..y], m <- [0..y-n], 
               sum [1..n-1] == sum [n+1..n+m]]
               
-- 2ª solución
-- ===========

soluciones2 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
soluciones2 x y =
    [(n,n+m) | n <- [x..y], m <- [0..y-n], 
               esSolucion (n,n+m)]

esSolucion :: (Integer,Integer) -> Bool
esSolucion (n,m) = suma (n-1) == suma m - suma n
    where suma n = n*(n+1) `div` 2
    
-- 3ª solución
-- ===========

-- Con las definiciones anteriores se pueden calcular los cuatro
-- primeros números de las casas equilibradas:
--    ghci> map fst (soluciones2 1 500)
--    [1,6,35,204]
-- Conjeturando que el n-ésimo número p(n) se calcula mediante una
-- recurrencia del tipo p(n) = x*p(n-1) + y*p(n-2) se tiene   
--    p(1) =   1
--    p(2) =   6
--    p(3) =  35 =  6x +  y
--    p(4) = 204 = 35x + 6y
-- al resolverlo se obtiene x = 6 e y = -1. Por tanto,
--    p(1) = 1
--    p(2) = 6
--    p(n) = 6*p(n-1) - p(n-2)
--
-- Haciendo lo mismo con las segundas componentes, 
--    ghci> map snd (soluciones2 1 2000)
--    [1,8,49,288,1681]
-- Conjeturando que el n-ésimo número s(n) se calcula mediante una
-- recurrencia del tipo s(n) = x*s(n-1) + y*s(n-2) + z se tiene   
--    s(1) =    1
--    s(2) =    8
--    s(3) =   49 =   8x +   y + z
--    s(4) =  288 =  49x +  8y + z
--    s(5) = 1681 = 288x + 49y + z 
-- al resolverlo se obtiene x = 6, y = -1, z = 2. Por tanto,
--    s(1) = 1
--    s(2) = 8
--    s(n) = 6*s(n-1) - s(n-2) + 2

-- El número de la n-ésimo casa equilibrada, p(n), se puede calcular por
-- recursión: 
casa :: Integer -> Integer
casa 1 = 1
casa 2 = 6
casa n = 6 * (casa (n-1)) - (casa (n-2))

-- La sucesión de los números de las casas equilibradas se puede
-- calcular por programación dinámica:
casas :: [Integer]
casas = 
    1 : 6 : zipWith (\x y -> 6*x-y) (tail casas) casas

-- El número de casas en la n-ésima calle con casas equilibradas, s(n),
-- se puede calcular por recursión: 
calle :: Integer -> Integer
calle 1 = 1
calle 2 = 8
calle n = 6 * (calle (n-1)) - (calle (n-2)) + 2

-- La sucesión de los números de las casas equilibradas se puede
-- calcular por programación dinámica:
calles :: [Integer]
calles = 
    1 : 8 : zipWith (\x y -> 6*x-y+2) (tail calles) calles

-- Usando casas se obtiene la 3ª solución:
soluciones3 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
soluciones3 x y =
   takeWhile (<=(y,y)) (dropWhile (<(x,x)) (zip casas calles))

-- Comprobación de soluciones
-- ==========================

-- La propiedad es
prop_soluciones :: Integer -> Integer -> Property
prop_soluciones x y =
    0 < x && x <= y ==>
    all esSolucion (soluciones3 x y)

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

-- Comparación de eficiencia:
--    ghci> soluciones1 1 2000
--    [(1,1),(6,8),(35,49),(204,288),(1189,1681)]
--    (337.30 secs, 396493594456 bytes)
--    ghci> soluciones2 1 2000
--    [(1,1),(6,8),(35,49),(204,288),(1189,1681)]
--    (23.47 secs, 3859436176 bytes)
--    ghci> soluciones3 1 2000
--    [(1,1),(6,8),(35,49),(204,288),(1189,1681)]
--    (0.01 secs, 1029592 bytes)

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import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

soluciones1 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

soluciones1 x y =

[(n,n+m) | n <- [x..y], m <- [0..y-n],

sum [1..n-1] == sum [n+1..n+m]]

-- 2ª solución

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

soluciones2 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

soluciones2 x y =

[(n,n+m) | n <- [x..y], m <- [0..y-n],

esSolucion (n,n+m)]

esSolucion :: (Integer,Integer) -> Bool

esSolucion (n,m) = suma (n-1) == suma m - suma n

where suma n = n*(n+1) `div` 2

-- 3ª solución

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

-- Con las definiciones anteriores se pueden calcular los cuatro

-- primeros números de las casas equilibradas:

-- ghci> map fst (soluciones2 1 500)

-- [1,6,35,204]

-- Conjeturando que el n-ésimo número p(n) se calcula mediante una

-- recurrencia del tipo p(n) = x*p(n-1) + y*p(n-2) se tiene

-- p(1) = 1

-- p(2) = 6

-- p(3) = 35 = 6x + y

-- p(4) = 204 = 35x + 6y

-- al resolverlo se obtiene x = 6 e y = -1. Por tanto,

-- p(1) = 1

-- p(2) = 6

-- p(n) = 6*p(n-1) - p(n-2)

-- Haciendo lo mismo con las segundas componentes,

-- ghci> map snd (soluciones2 1 2000)

-- [1,8,49,288,1681]

-- Conjeturando que el n-ésimo número s(n) se calcula mediante una

-- recurrencia del tipo s(n) = x*s(n-1) + y*s(n-2) + z se tiene

-- s(1) = 1

-- s(2) = 8

-- s(3) = 49 = 8x + y + z

-- s(4) = 288 = 49x + 8y + z

-- s(5) = 1681 = 288x + 49y + z

-- al resolverlo se obtiene x = 6, y = -1, z = 2. Por tanto,

-- s(1) = 1

-- s(2) = 8

-- s(n) = 6*s(n-1) - s(n-2) + 2

-- El número de la n-ésimo casa equilibrada, p(n), se puede calcular por

-- recursión:

casa :: Integer -> Integer

casa 1 = 1

casa 2 = 6

casa n = 6 * (casa (n-1)) - (casa (n-2))

-- La sucesión de los números de las casas equilibradas se puede

-- calcular por programación dinámica:

casas :: [Integer]

casas =

1 : 6 : zipWith (\x y -> 6*x-y) (tail casas) casas

-- El número de casas en la n-ésima calle con casas equilibradas, s(n),

-- se puede calcular por recursión:

calle :: Integer -> Integer

calle 1 = 1

calle 2 = 8

calle n = 6 * (calle (n-1)) - (calle (n-2)) + 2

-- La sucesión de los números de las casas equilibradas se puede

-- calcular por programación dinámica:

calles :: [Integer]

calles =

1 : 8 : zipWith (\x y -> 6*x-y+2) (tail calles) calles

-- Usando casas se obtiene la 3ª solución:

soluciones3 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

soluciones3 x y =

takeWhile (<=(y,y)) (dropWhile (<(x,x)) (zip casas calles))

-- Comprobación de soluciones

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

-- La propiedad es

prop_soluciones :: Integer -> Integer -> Property

prop_soluciones x y =

0 < x && x <= y ==>

all esSolucion (soluciones3 x y)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_soluciones

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia:

-- ghci> soluciones1 1 2000

-- [(1,1),(6,8),(35,49),(204,288),(1189,1681)]

-- (337.30 secs, 396493594456 bytes)

-- ghci> soluciones2 1 2000

-- [(1,1),(6,8),(35,49),(204,288),(1189,1681)]

-- (23.47 secs, 3859436176 bytes)

-- ghci> soluciones3 1 2000

-- [(1,1),(6,8),(35,49),(204,288),(1189,1681)]

-- (0.01 secs, 1029592 bytes)

Las torres de Hanói

PorJosé A. Alonso 13-abril-201525-abril-2021

En la clase de la semana pasada comenté la posibilidad de que los alumnos me enviaran propuestas de ejercicios para publicarlos en Exercitium. La primera que he recibido es la de Javier Linares sobre el problema de las torres de Hanoi que constituye el ejercicio de hoy.

Las torres de Hanoi es un rompecabeza que consta de tres postes que llamaremos A, B y C. Hay N discos de distintos tamaños en el poste A, de forma que no hay un disco situado sobre otro de menor tamaño. Los postes B y C están vacíos. Sólo puede moverse un disco a la vez y todos los discos deben de estar ensartados en algún poste. Ningún disco puede situarse sobre otro de menor tamaño. El problema consiste en colocar los N discos en el poste C.

Definir la función

   hanoi :: Int -> [String]

1	hanoi :: Int -> [String]

tal que (hanoi n) es la lista de los movimientos para resolver el problema de las torres de hanoi con n discos. Por ejemplo,

   ghci> hanoi 1
   ["Mueve el disco 1 de A a C"]
   ghci> hanoi 2
   ["Mueve el disco 1 de A a B","Mueve el disco 2 de A a C","Mueve el disco 1 de B a C"]
   ghci> mapM_ putStrLn (hanoi 2)
   Mueve el disco 1 de A a B
   Mueve el disco 2 de A a C
   Mueve el disco 1 de B a C
   ghci> mapM_ putStrLn (hanoi 3)
   Mueve el disco 1 de A a C
   Mueve el disco 2 de A a B
   Mueve el disco 1 de C a B
   Mueve el disco 3 de A a C
   Mueve el disco 1 de B a A
   Mueve el disco 2 de B a C
   Mueve el disco 1 de A a C

ghci> hanoi 1

["Mueve el disco 1 de A a C"]

ghci> hanoi 2

["Mueve el disco 1 de A a B","Mueve el disco 2 de A a C","Mueve el disco 1 de B a C"]

ghci> mapM_ putStrLn (hanoi 2)

Mueve el disco 1 de A a B

Mueve el disco 2 de A a C

Mueve el disco 1 de B a C

ghci> mapM_ putStrLn (hanoi 3)

Mueve el disco 1 de A a C

Mueve el disco 2 de A a B

Mueve el disco 1 de C a B

Mueve el disco 3 de A a C

Mueve el disco 1 de B a A

Mueve el disco 2 de B a C

Mueve el disco 1 de A a C

Soluciones

hanoi :: Int -> [String]
hanoi n = aux n "A" "B" "C" where  
    aux n a b c
        | n == 1 = ["Mueve el disco 1 de " ++ a ++ " a " ++ c]
        | otherwise = 
            aux (n-1) a c b ++ 
            ["Mueve el disco "++ show n ++ " de " ++ a ++ " a " ++ c] ++
            aux (n-1) b a c

hanoi :: Int -> [String]

hanoi n = aux n "A" "B" "C" where

aux n a b c

| n == 1 = ["Mueve el disco 1 de " ++ a ++ " a " ++ c]

| otherwise =

aux (n-1) a c b ++

["Mueve el disco "++ show n ++ " de " ++ a ++ " a " ++ c] ++

aux (n-1) b a c

Pandigitales múltiplos de un número por una lista de números

PorJosé A. Alonso 9-abril-20151-mayo-2015

Un número pandigital es un número que contiene todos los dígitos del 1 al 9 sólo una vez. Por ejemplo, 192384576 es un número pandigital.

El producto de un número natural x por una lista de números naturales ys es el número obtenido concatenando los productos de x por cada uno de los elementos de ys. Por ejemplo, el producto de 2 por [3,2,5] es 6410.

Un número pandigital x es un múltiplo si existe un y y un n > 1 tales que x es el producto de y por [1,2,3,…,n]. Por ejemplo, 192384576 es un pandigital múltiplo ya que

   192 × 1 = 192
   192 × 2 = 384
   192 × 3 = 576

192 × 1 = 192

192 × 2 = 384

192 × 3 = 576

por tanto, 192384576 es el producto de 192 por [1,2,3]. Otro pandgital múltiplo es el 918273645 ya que es el producto de 9 por [1,2,3,4,5].

Definir la sucesión

   pandigitalesMultiplos :: [Integer]

1	pandigitalesMultiplos :: [Integer]

tal que sus elementos son los números pandigitales múltiplos. Por ejemplo,

   ghci> take 5 pandigitalesMultiplos
   [123456789,192384576,219438657,273546819,327654981]

1 2	ghci> take 5 pandigitalesMultiplos [123456789,192384576,219438657,273546819,327654981]

Soluciones

import Data.List (sort)

pandigitalesMultiplos :: [Integer]
pandigitalesMultiplos =
    sort [y | x <- [1..a],
              y <- productosCon9Digitos x,
              esPandigital y]
    where a = head [x | x <- [1..], producto x [1,2] > 987654321]

-- (productosCon9Digitos x) es la lista de los productos de x por una
-- lista [1,2,...,n] (con n > 1) que tienen 9 dígitos, Por ejemplo, 
--    productosCon9Digitos 3  ==  [369121518]
--    productosCon9Digitos 2  ==  []
productosCon9Digitos :: Integer -> [Integer]
productosCon9Digitos x | numeroDeDigitos z == 9 = [z]
                       | otherwise              = []
    where z = head [y | n <- [2..], 
                        let y = producto x [1..n], 
                        numeroDeDigitos y >= 9]

-- (producto x ys) es el producto de x por ys. Por ejemplo,
--    producto 2 [3,2,5]  ==  6410
producto :: Integer -> [Integer] -> Integer
producto x = read . concatMap (show . (x*))

-- (numeroDeDigitos x) es el número de dígitos de x. Por ejemplo,
--    numeroDeDigitos 425  ==  3
numeroDeDigitos :: Integer -> Int
numeroDeDigitos = length . show

-- (esPandigital x) se verifica si x es pandigital. Por ejemplo,
--    esPandigital 192384576   ==  True
--    esPandigital 192314576   ==  False
--    esPandigital 1923145761  ==  False
esPandigital :: Integer -> Bool
esPandigital n = sort (show n) == "123456789"

-- La lista de los pandigitales múltiplos se calcula por
--    ghci> pandigitalesMultiplos
--    [123456789, 192384576, 219438657, 273546819, 327654981, 672913458,
--     679213584, 692713854, 726914538, 729314586, 732914658, 769215384,
--     792315846, 793215864, 918273645, 926718534, 927318546, 932718654]

import Data.List (sort)

pandigitalesMultiplos :: [Integer]

pandigitalesMultiplos =

sort [y | x <- [1..a],

y <- productosCon9Digitos x,

esPandigital y]

where a = head [x | x <- [1..], producto x [1,2] > 987654321]

-- (productosCon9Digitos x) es la lista de los productos de x por una

-- lista [1,2,...,n] (con n > 1) que tienen 9 dígitos, Por ejemplo,

-- productosCon9Digitos 3 == [369121518]

-- productosCon9Digitos 2 == []

productosCon9Digitos :: Integer -> [Integer]

productosCon9Digitos x | numeroDeDigitos z == 9 = [z]

| otherwise = []

where z = head [y | n <- [2..],

let y = producto x [1..n],

numeroDeDigitos y >= 9]

-- (producto x ys) es el producto de x por ys. Por ejemplo,

-- producto 2 [3,2,5] == 6410

producto :: Integer -> [Integer] -> Integer

producto x = read . concatMap (show . (x*))

-- (numeroDeDigitos x) es el número de dígitos de x. Por ejemplo,

-- numeroDeDigitos 425 == 3

numeroDeDigitos :: Integer -> Int

numeroDeDigitos = length . show

-- (esPandigital x) se verifica si x es pandigital. Por ejemplo,

-- esPandigital 192384576 == True

-- esPandigital 192314576 == False

-- esPandigital 1923145761 == False

esPandigital :: Integer -> Bool

esPandigital n = sort (show n) == "123456789"

-- La lista de los pandigitales múltiplos se calcula por

-- ghci> pandigitalesMultiplos

-- [123456789, 192384576, 219438657, 273546819, 327654981, 672913458,

-- 679213584, 692713854, 726914538, 729314586, 732914658, 769215384,

-- 792315846, 793215864, 918273645, 926718534, 927318546, 932718654]

Producto de un número por una lista de números

PorJosé A. Alonso 8-abril-20151-mayo-2015

Definir la función

   producto :: Integer -> [Integer] -> Integer

1	producto :: Integer -> [Integer] -> Integer

tal que (producto x ys) es el producto de x por ys. Por ejemplo,

   producto  2 [3,2,5]  ==  6410
   producto 10 [3,2,5]  ==  302050

1 2	producto 2 [3,2,5] == 6410 producto 10 [3,2,5] == 302050

Soluciones

-- 1ª definición (por recursión):
producto1 :: Integer -> [Integer] -> Integer
producto1 x ys = read (aux x ys)
    where aux x []     = ""
          aux x (y:ys) = show (x*y) ++ aux x ys

-- 2ª definición (por plegado):
producto2 :: Integer -> [Integer] -> Integer
producto2 x ys = read (aux x ys)
    where aux x = foldr (\y -> (++) (show (x * y))) "" 

-- 3ª definición (por comprensión)
producto3 :: Integer -> [Integer] -> Integer
producto3 x ys = read (concat [show (x*y) | y <- ys])

-- 4ª definición (con map)
producto4 :: Integer -> [Integer] -> Integer
producto4 x ys = read (concat (map (show . (x*)) ys))

-- 5ª definición (con concatMap)
producto5 :: Integer -> [Integer] -> Integer
producto5 x = read . concatMap (show . (x*))

-- 1ª definición (por recursión):

producto1 :: Integer -> [Integer] -> Integer

producto1 x ys = read (aux x ys)

where aux x [] = ""

aux x (y:ys) = show (x*y) ++ aux x ys

-- 2ª definición (por plegado):

producto2 :: Integer -> [Integer] -> Integer

producto2 x ys = read (aux x ys)

where aux x = foldr (\y -> (++) (show (x * y))) ""

-- 3ª definición (por comprensión)

producto3 :: Integer -> [Integer] -> Integer

producto3 x ys = read (concat [show (x*y) | y <- ys])

-- 4ª definición (con map)

producto4 :: Integer -> [Integer] -> Integer

producto4 x ys = read (concat (map (show . (x*)) ys))

-- 5ª definición (con concatMap)

producto5 :: Integer -> [Integer] -> Integer

producto5 x = read . concatMap (show . (x*))

Perímetro más frecuente de triángulos rectángulos

PorJosé A. Alonso 7-abril-20151-mayo-2015

El grado perimetral de un número p es la cantidad de tres triángulos rectángulos de lados enteros cuyo perímetro es p. Por ejemplo, el grado perimetral de 120 es 3 ya que sólo hay 3 triángulos rectángulos de lados enteros cuyo perímetro es 120: {20,48,52}, {24,45,51} y {30,40,50}.

Definir la función

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

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

tal que (maxGradoPerimetral n) es el par (m,ps) tal que m es el máximo grado perimetral de los números menores o iguales que n y ps son los perímetros, menores o iguales que n, cuyo grado perimetral es m. Por ejemplo,

   maxGradoPerimetral   50  ==  (1,[12,24,30,36,40,48])
   maxGradoPerimetral  100  ==  (2,[60,84,90])
   maxGradoPerimetral  200  ==  (3,[120,168,180])
   maxGradoPerimetral  400  ==  (4,[240,360])
   maxGradoPerimetral  500  ==  (5,[420])
   maxGradoPerimetral  750  ==  (6,[720])
   maxGradoPerimetral  839  ==  (6,[720])
   maxGradoPerimetral  840  ==  (8,[840])
   maxGradoPerimetral 1500  ==  (8,[840,1260])
   maxGradoPerimetral 2000  ==  (10,[1680])
   maxGradoPerimetral 3000  ==  (12,[2520])

maxGradoPerimetral 50 == (1,[12,24,30,36,40,48])

maxGradoPerimetral 100 == (2,[60,84,90])

maxGradoPerimetral 200 == (3,[120,168,180])

maxGradoPerimetral 400 == (4,[240,360])

maxGradoPerimetral 500 == (5,[420])

maxGradoPerimetral 750 == (6,[720])

maxGradoPerimetral 839 == (6,[720])

maxGradoPerimetral 840 == (8,[840])

maxGradoPerimetral 1500 == (8,[840,1260])

maxGradoPerimetral 2000 == (10,[1680])

maxGradoPerimetral 3000 == (12,[2520])

Soluciones

import Data.List
import Data.Array (accumArray, assocs)

-- 1ª solución                                                      --
-- ===========

maxGradoPerimetral1 :: Int -> (Int,[Int])
maxGradoPerimetral1 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])
    where ts    = [(length (triangulos x),x) | x <- [1..p]] 
          (m,_) = maximum ts 

-- (triangulos p) es el conjunto de triángulos rectángulos de perímetro
-- p. Por ejemplo,
--    triangulos 120  ==  [(20,48,52),(24,45,51),(30,40,50)]
triangulos :: Int -> [(Int,Int,Int)]
triangulos p = 
    [(a,b,c) | a <- [1..q],
               b <- [a..q],
               let c = p-a-b,
               a*a+b*b == c*c]
    where q = p `div` 2

-- 2ª solución                                                      --
-- ===========

maxGradoPerimetral2 :: Int -> (Int,[Int])
maxGradoPerimetral2 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])
    where ts    = [(n,x) | (x,n) <- numeroPerimetrosTriangulos p, n > 0]
          (m,_) = maximum ts 

-- (numeroPerimetrosTriangulos p) es la lista formado por los números de
-- 1 a p y la cantidad de triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro
-- es dicho número. Por ejemplo,
--    ghci>  [(p,n) | (p,n) <- numeroPerimetrosTriangulos 70, n > 0]
--    [(12,1),(24,1),(30,1),(36,1),(40,1),(48,1),(56,1),(60,2),(70,1)]
numeroPerimetrosTriangulos :: Int -> [(Int,Int)] 
numeroPerimetrosTriangulos p = 
    assocs (accumArray (\x _ -> 1+x) 0 (1,p) (perimetrosTriangulos p))

-- (perimetrosTriangulos p) es la lista formada por los perímetros y los
-- lados de los triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro es menor o
-- igual que p. Por ejemplo,
--    ghci> perimetrosTriangulos 70
--    [(12,(3,4,5)),   (30,(5,12,13)),(24,(6,8,10)),  (56,(7,24,25)),
--     (40,(8,15,17)), (36,(9,12,15)),(60,(10,24,26)),(48,(12,16,20)),
--     (60,(15,20,25)),(70,(20,21,29))]
perimetrosTriangulos :: Int -> [(Int,(Int,Int,Int))]
perimetrosTriangulos p =
    [(q,(a,b,c)) | a <- [1..p1],
                   b <- [a..p1],
                   esCuadrado (a*a+b*b), 
                   let c = raizCuadradaE (a*a+b*b), 
                   let q = a+b+c,
                   q <= p]
    where p1 = p `div` 2

-- (esCuadrado n) se verifica si n es un cuadrado. Por ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 27  ==  False
esCuadrado :: Int -> Bool
esCuadrado n = a*a == n
    where a = raizCuadradaE n

-- (raizCuadradaE n) es la raíz cuadrada entera de n. Por ejemplo,
--    raizCuadradaE 25  ==  5
--    raizCuadradaE 27  ==  5
--    raizCuadradaE 35  ==  5
--    raizCuadradaE 36  ==  6
raizCuadradaE :: Int -> Int
raizCuadradaE = floor . sqrt . fromIntegral

-- 3ª solución                                                      --
-- ===========

maxGradoPerimetral3 :: Int -> (Int,[Int])
maxGradoPerimetral3 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])
    where ts    = [(n,x) | (x,n) <- numeroPerimetrosTriangulos2 p, n > 0]
          (m,_) = maximum ts 

-- (numeroPerimetrosTriangulos2 p) es la lista formado por los números de
-- 1 a p y la cantidad de triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro
-- es dicho número. Por ejemplo,
--    ghci>  [(p,n) | (p,n) <- numeroPerimetrosTriangulos2 70, n > 0]
--    [(12,1),(24,1),(30,1),(36,1),(40,1),(48,1),(56,1),(60,2),(70,1)]
numeroPerimetrosTriangulos2 :: Int -> [(Int,Int)] 
numeroPerimetrosTriangulos2 p = 
    [(head xs, length xs) | xs <- group (sort (perimetrosTriangulos2 p))]

-- (perimetrosTriangulos2 p) es la lista formada por los perímetros de
-- los triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro es menor o igual
-- que p. Por ejemplo, 
--    perimetrosTriangulos2 70  ==  [12,30,24,56,40,36,60,48,60,70]
perimetrosTriangulos2 :: Int -> [Int]
perimetrosTriangulos2 p =
    [q | a <- [1..p1],
         b <- [a..p1],
         esCuadrado (a*a+b*b), 
         let c = raizCuadradaE (a*a+b*b), 
         let q = a+b+c,
         q <= p]
    where p1 = p `div` 2

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

-- La comparación es
--    ghci> maxGradoPerimetral1 1000
--    (8,[840])
--    (120.08 secs, 21116625136 bytes)
--    ghci> maxGradoPerimetral2 1000
--    (8,[840])
--    (0.66 secs, 132959056 bytes)
--    ghci> maxGradoPerimetral3 1000
--    (1000,[1])
--    (0.66 secs, 133443816 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

import Data.List

import Data.Array (accumArray, assocs)

-- 1ª solución --

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

maxGradoPerimetral1 :: Int -> (Int,[Int])

maxGradoPerimetral1 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])

where ts = [(length (triangulos x),x) | x <- [1..p]]

(m,_) = maximum ts

-- (triangulos p) es el conjunto de triángulos rectángulos de perímetro

-- p. Por ejemplo,

-- triangulos 120 == [(20,48,52),(24,45,51),(30,40,50)]

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

triangulos p =

[(a,b,c) | a <- [1..q],

b <- [a..q],

let c = p-a-b,

a*a+b*b == c*c]

where q = p `div` 2

-- 2ª solución --

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

maxGradoPerimetral2 :: Int -> (Int,[Int])

maxGradoPerimetral2 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])

where ts = [(n,x) | (x,n) <- numeroPerimetrosTriangulos p, n > 0]

(m,_) = maximum ts

-- (numeroPerimetrosTriangulos p) es la lista formado por los números de

-- 1 a p y la cantidad de triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro

-- es dicho número. Por ejemplo,

-- ghci> [(p,n) | (p,n) <- numeroPerimetrosTriangulos 70, n > 0]

-- [(12,1),(24,1),(30,1),(36,1),(40,1),(48,1),(56,1),(60,2),(70,1)]

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

numeroPerimetrosTriangulos p =

assocs (accumArray (\x _ -> 1+x) 0 (1,p) (perimetrosTriangulos p))

-- (perimetrosTriangulos p) es la lista formada por los perímetros y los

-- lados de los triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro es menor o

-- igual que p. Por ejemplo,

-- ghci> perimetrosTriangulos 70

-- [(12,(3,4,5)), (30,(5,12,13)),(24,(6,8,10)), (56,(7,24,25)),

-- (40,(8,15,17)), (36,(9,12,15)),(60,(10,24,26)),(48,(12,16,20)),

-- (60,(15,20,25)),(70,(20,21,29))]

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

perimetrosTriangulos p =

[(q,(a,b,c)) | a <- [1..p1],

b <- [a..p1],

esCuadrado (a*a+b*b),

let c = raizCuadradaE (a*a+b*b),

let q = a+b+c,

q <= p]

where p1 = p `div` 2

-- (esCuadrado n) se verifica si n es un cuadrado. Por ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 27 == False

esCuadrado :: Int -> Bool

esCuadrado n = a*a == n

where a = raizCuadradaE n

-- (raizCuadradaE n) es la raíz cuadrada entera de n. Por ejemplo,

-- raizCuadradaE 25 == 5

-- raizCuadradaE 27 == 5

-- raizCuadradaE 35 == 5

-- raizCuadradaE 36 == 6

raizCuadradaE :: Int -> Int

raizCuadradaE = floor . sqrt . fromIntegral

-- 3ª solución --

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

maxGradoPerimetral3 :: Int -> (Int,[Int])

maxGradoPerimetral3 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])

where ts = [(n,x) | (x,n) <- numeroPerimetrosTriangulos2 p, n > 0]

(m,_) = maximum ts

-- (numeroPerimetrosTriangulos2 p) es la lista formado por los números de

-- 1 a p y la cantidad de triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro

-- es dicho número. Por ejemplo,

-- ghci> [(p,n) | (p,n) <- numeroPerimetrosTriangulos2 70, n > 0]

-- [(12,1),(24,1),(30,1),(36,1),(40,1),(48,1),(56,1),(60,2),(70,1)]

numeroPerimetrosTriangulos2 :: Int -> [(Int,Int)]

numeroPerimetrosTriangulos2 p =

[(head xs, length xs) | xs <- group (sort (perimetrosTriangulos2 p))]

-- (perimetrosTriangulos2 p) es la lista formada por los perímetros de

-- los triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro es menor o igual

-- que p. Por ejemplo,

-- perimetrosTriangulos2 70 == [12,30,24,56,40,36,60,48,60,70]

perimetrosTriangulos2 :: Int -> [Int]

perimetrosTriangulos2 p =

[q | a <- [1..p1],

b <- [a..p1],

esCuadrado (a*a+b*b),

let c = raizCuadradaE (a*a+b*b),

let q = a+b+c,

q <= p]

where p1 = p `div` 2

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- ghci> maxGradoPerimetral1 1000

-- (8,[840])

-- (120.08 secs, 21116625136 bytes)

-- ghci> maxGradoPerimetral2 1000

-- (8,[840])

-- (0.66 secs, 132959056 bytes)

-- ghci> maxGradoPerimetral3 1000

-- (1000,[1])

-- (0.66 secs, 133443816 bytes)

Polinomios pares

PorJosé A. Alonso 3-abril-20151-mayo-2016

Un polinomio de coeficientes enteros se dirá par si todos sus coeficientes son números pares. Por ejemplo, el polinomio 2x³ – 4x² + 8 es par y el x² + 2x + 10 no lo es.

Definir el predicado

   parPol :: Integral a => Polinomio a -> Bool

1	parPol :: Integral a => Polinomio a -> Bool

tal que (parPol p) se verifica si p es un polinomio par. Por ejemplo,

   ghci> parPol (consPol 3 2 (consPol 2 (-4) (consPol 0 8 polCero)))
   True
   ghci> parPol (consPol 2 1 (consPol 1 2 (consPol 0 10 polCero)))
   False

ghci> parPol (consPol 3 2 (consPol 2 (-4) (consPol 0 8 polCero)))

True

ghci> parPol (consPol 2 1 (consPol 1 2 (consPol 0 10 polCero)))

False

Comprobar con QuickCheck que la suma de un polinomio con él mismo es un polinomio par.

Nota: Este ejercicio debe realizarse usando la librería I1M.Pol que se encuentra aquí y se describe aquí.

Soluciones

import I1M.PolOperaciones
import Test.QuickCheck

parPol :: Integral a => Polinomio a -> Bool
parPol p = esPolCero p || (even (coefLider p) && parPol (restoPol p))

-- La propiedad es
prop_parPol :: Integral a => Polinomio a -> Bool
prop_parPol p =
    parPol (sumaPol p p)

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

import I1M.PolOperaciones

import Test.QuickCheck

parPol :: Integral a => Polinomio a -> Bool

parPol p = esPolCero p || (even (coefLider p) && parPol (restoPol p))

-- La propiedad es

prop_parPol :: Integral a => Polinomio a -> Bool

prop_parPol p =

parPol (sumaPol p p)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_parPol

-- +++ OK, passed 100 tests.

Ampliación de una matriz sumando sus filas

PorJosé A. Alonso 2-abril-20151-mayo-2015

Representamos las matrices mediante el tipo de dato

   type Matriz a = Array (Int,Int) a

1	type Matriz a = Array (Int,Int) a

Por ejemplo,

   ejM :: Matriz Int
   ejM = listArray ((1,1),(2,4)) [1,2,3,0,4,5,6,7]

1 2	ejM :: Matriz Int ejM = listArray ((1,1),(2,4)) [1,2,3,0,4,5,6,7]

representa la matriz

   |1 2 3 0|
   |4 5 6 7|

1 2	\|1 2 3 0\| \|4 5 6 7\|

Definir la función

   ampliada :: Num a => Matriz a -> Matriz a

1	ampliada :: Num a => Matriz a -> Matriz a

tal que (ampliada p) es la matriz obtenida al añadir una nueva fila a p cuyo elemento i-ésimo es la suma de la columna i-ésima de p. Por ejemplo,

   |1 2 3 0|        |1 2 3 0|
   |4 5 6 7| ==>    |4 5 6 7| 
                    |5 7 9 7|

|1 2 3 0| |1 2 3 0|

|4 5 6 7| ==> |4 5 6 7|

|5 7 9 7|

En Haskell,

   ghci> ampliada ejM
   array ((1,1),(3,4)) [((1,1),1),((1,2),2),((1,3),3),((1,4),0),
                        ((2,1),4),((2,2),5),((2,3),6),((2,4),7),
                        ((3,1),5),((3,2),7),((3,3),9),((3,4),7)]

ghci> ampliada ejM

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

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

((3,1),5),((3,2),7),((3,3),9),((3,4),7)]

Soluciones

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ejM :: Matriz Int
ejM = listArray ((1,1),(2,4)) [1,2,3,0,4,5,6,7]

ampliada :: Num a => Matriz a -> Matriz a
ampliada p = 
    array ((1,1),(m+1,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..m+1], j <- [1..n]]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          f i j | i <= m    = p!(i,j)
                | otherwise = sum [p!(i,j) | i <- [1..m]]

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ejM :: Matriz Int

ejM = listArray ((1,1),(2,4)) [1,2,3,0,4,5,6,7]

ampliada :: Num a => Matriz a -> Matriz a

ampliada p =

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

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

f i j | i <= m = p!(i,j)

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

Ramas a las que pertenece un elemento

PorJosé A. Alonso 1-abril-20151-mayo-2015

Representamos los árboles binarios con elementos en las hojas y en los nodos mediante el tipo de dato

   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,

   ej1 :: Arbol Int
   ej1 = N 5 (N 2 (H 1) (H 2)) (N 3 (H 4) (H 2))

1 2	ej1 :: Arbol Int ej1 = N 5 (N 2 (H 1) (H 2)) (N 3 (H 4) (H 2))

Definir la función

   ramasCon :: Eq a => Arbol a -> a -> [[a]]

1	ramasCon :: Eq a => Arbol a -> a -> [[a]]

tal que (ramasCon a x) es la lista de las ramas del árbol a en las que aparece el elemento x. Por ejemplo,

  ramasCon ej1 2 ==  [[5,2,1],[5,2,2],[5,3,2]]

1	ramasCon ej1 2 == [[5,2,1],[5,2,2],[5,3,2]]

Soluciones

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

ej1 :: Arbol Int
ej1 = N 5 (N 2 (H 1) (H 2)) (N 3 (H 4) (H 2))

-- 1ª definición
-- =============

ramasCon :: Eq a => Arbol a -> a -> [[a]]
ramasCon a x = [ys | ys <- ramas a, x `elem` ys]

ramas :: Arbol a -> [[a]]
ramas (H x)     = [[x]]
ramas (N x i d) = [x:ys | ys <- ramas i ++ ramas d]

-- 2ª definición
-- =============

ramasCon2 :: Eq a => Arbol a -> a -> [[a]]
ramasCon2 a x = filter (x `elem`) (ramas2 a)

ramas2 :: Arbol a -> [[a]]
ramas2 (H x)     = [[x]]
ramas2 (N x i d) = map (x:) (ramas2 i ++ ramas2 d)

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

ej1 :: Arbol Int

ej1 = N 5 (N 2 (H 1) (H 2)) (N 3 (H 4) (H 2))

-- 1ª definición

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

ramasCon :: Eq a => Arbol a -> a -> [[a]]

ramasCon a x = [ys | ys <- ramas a, x `elem` ys]

ramas :: Arbol a -> [[a]]

ramas (H x) = [[x]]

ramas (N x i d) = [x:ys | ys <- ramas i ++ ramas d]

-- 2ª definición

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

ramasCon2 :: Eq a => Arbol a -> a -> [[a]]

ramasCon2 a x = filter (x `elem`) (ramas2 a)

ramas2 :: Arbol a -> [[a]]

ramas2 (H x) = [[x]]

ramas2 (N x i d) = map (x:) (ramas2 i ++ ramas2 d)

Pares de enteros con sólo un factor primo común

PorJosé A. Alonso 31-marzo-201525-marzo-2022

Dos enteros positivos a y b se dirán relacionados si poseen, exactamente, un factor primo en común. Por ejemplo, 12 y 20 están relacionados, pero 6 y 30 no lo están.

Definir la lista infinita

   paresRel :: [(Int,Int)]

1	paresRel :: [(Int,Int)]

tal que paresRel enumera todos los pares (a,b), con 1 ≤ a < b, tal que a y b están relacionados. Por ejemplo,

   ghci> take 10 paresRel
   [(2,4),(2,6),(3,6),(4,6),(2,8),(4,8),(6,8),(3,9),(6,9),(2,10)]

1 2	ghci> take 10 paresRel [(2,4),(2,6),(3,6),(4,6),(2,8),(4,8),(6,8),(3,9),(6,9),(2,10)]

¿Qué lugar ocupa el par (51,111) en la lista infinita paresRel?

Soluciones

import Data.List (group, intersect, nub)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª solución
-- ===========

paresRel1 :: [(Int,Int)]
paresRel1 = [(a,b) | b <- [1..], a <- [1..b-1], relacionados a b]

relacionados :: Int -> Int -> Bool
relacionados a b = 
    length (nub (primeFactors a `intersect` primeFactors b)) == 1

-- 2ª solución
-- ===========

paresRel2 :: [(Int,Int)]
paresRel2 = [(x,y) | y <- [4..], x <- [2..y-2], rel x y]
    where rel x y = m /= 1 && all (== head ps) ps
              where m  = gcd x y
                    ps = primeFactors m

-- 3ª solución
-- ===========

paresRel3 :: [(Int,Int)]
paresRel3 =
    [(x,y) | y <- [2..], x <- [2..y-1], relacionados3 x y]

relacionados3 :: Int -> Int -> Bool
relacionados3 x y =
    length (group (primeFactors (gcd x y))) == 1

-- Comparación de eficiencia
--    λ> paresRel1 !! 40000
--    (216,489)
--    (3.19 secs, 1,825,423,056 bytes)
--    λ> paresRel2 !! 40000
--    (216,489)
--    (0.96 secs, 287,174,864 bytes)
--    λ> paresRel3 !! 40000
--    (216,489)
--    (0.70 secs, 264,137,928 bytes)

-- Cálculo
-- =======

-- El cálculo es
--    ghci> 1 + length (takeWhile (/=(51,111)) paresRel1)
--    2016

import Data.List (group, intersect, nub)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª solución

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

paresRel1 :: [(Int,Int)]

paresRel1 = [(a,b) | b <- [1..], a <- [1..b-1], relacionados a b]

relacionados :: Int -> Int -> Bool

relacionados a b =

length (nub (primeFactors a `intersect` primeFactors b)) == 1

-- 2ª solución

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

paresRel2 :: [(Int,Int)]

paresRel2 = [(x,y) | y <- [4..], x <- [2..y-2], rel x y]

where rel x y = m /= 1 && all (== head ps) ps

where m = gcd x y

ps = primeFactors m

-- 3ª solución

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

paresRel3 :: [(Int,Int)]

paresRel3 =

[(x,y) | y <- [2..], x <- [2..y-1], relacionados3 x y]

relacionados3 :: Int -> Int -> Bool

relacionados3 x y =

length (group (primeFactors (gcd x y))) == 1

-- Comparación de eficiencia

-- λ> paresRel1 !! 40000

-- (216,489)

-- (3.19 secs, 1,825,423,056 bytes)

-- λ> paresRel2 !! 40000

-- (216,489)

-- (0.96 secs, 287,174,864 bytes)

-- λ> paresRel3 !! 40000

-- (216,489)

-- (0.70 secs, 264,137,928 bytes)

-- Cálculo

-- =======

-- El cálculo es

-- ghci> 1 + length (takeWhile (/=(51,111)) paresRel1)

-- 2016

Agrupamiento de consecutivos iguales

PorJosé A. Alonso 30-marzo-20151-mayo-2016

Definir las funciones

   agrupa  :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]
   expande :: [(a,Int)] -> [a]

1 2	agrupa :: Eq a => [a] -> [(a,Int)] expande :: [(a,Int)] -> [a]

tales que

(agrupa xs) es la lista obtenida agrupando las ocurrencias consecutivas de elementos de xs junto con el número de dichas ocurrencias. Por ejemplo:

     agrupa "aaabzzaa" == [('a',3),('b',1),('z',2),('a',2)]

1	agrupa "aaabzzaa" == [('a',3),('b',1),('z',2),('a',2)]

(expande xs) es la lista expandida correspondiente a ps (es decir, es la lista xs tal que la comprimida de xs es ps. Por ejemplo,

     expande [('a',2),('b',3),('a',1)] == "aabbba"

1	expande [('a',2),('b',3),('a',1)] == "aabbba"

Comprobar con QuickCheck que dada una lista de enteros, si se la agrupa y después se expande se obtiene la lista inicial.

Soluciones

import Data.List (group)
import Test.QuickCheck

-- Definiciones de agrupa
-- ======================

-- 1ª definición (por recursión)
agrupa :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]
agrupa xs = aux xs 1
    where aux (x:y:zs) n | x == y    = aux (y:zs) (n+1)
                         | otherwise = (x,n) : aux (y:zs) 1
          aux [x]      n             = [(x,n)]
          aux []       _             = []

-- 2ª definición (por recursión usando takeWhile):
agrupa2 :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]
agrupa2 [] = []
agrupa2 (x:xs) = 
    (x,1 + length (takeWhile (==x) xs)) : agrupa2 (dropWhile (==x) xs)

-- 3ª definición (por comprensión usando group):
agrupa3 :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]
agrupa3 xs = [(head ys,length ys) | ys <- group xs]

-- 4ª definición (usando map y group):
agrupa4 :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]
agrupa4 = map (\xs -> (head xs, length xs)) . group

-- Definiciones de expande
-- =======================

-- 1ª definición (por comprensión)
expande :: [(a,Int)] -> [a]
expande ps = concat [replicate k x | (x,k) <- ps]

-- 2ª definición (por concatMap)
expande2 :: [(a,Int)] -> [a]
expande2 = concatMap (\(x,k) -> replicate k x) 

-- 3ª definición (por recursión)
expande3 :: [(a,Int)] -> [a]
expande3 [] = []
expande3 ((x,n):ps) = replicate n x ++ expande3 ps

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_expande_agrupa :: [Int] -> Bool 
prop_expande_agrupa xs = expande (agrupa xs) == xs

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

import Data.List (group)

import Test.QuickCheck

-- Definiciones de agrupa

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

-- 1ª definición (por recursión)

agrupa :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]

agrupa xs = aux xs 1

where aux (x:y:zs) n | x == y = aux (y:zs) (n+1)

| otherwise = (x,n) : aux (y:zs) 1

aux [x] n = [(x,n)]

aux [] _ = []

-- 2ª definición (por recursión usando takeWhile):

agrupa2 :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]

agrupa2 [] = []

agrupa2 (x:xs) =

(x,1 + length (takeWhile (==x) xs)) : agrupa2 (dropWhile (==x) xs)

-- 3ª definición (por comprensión usando group):

agrupa3 :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]

agrupa3 xs = [(head ys,length ys) | ys <- group xs]

-- 4ª definición (usando map y group):

agrupa4 :: Eq a => [a] -> [(a,Int)]

agrupa4 = map (\xs -> (head xs, length xs)) . group

-- Definiciones de expande

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

-- 1ª definición (por comprensión)

expande :: [(a,Int)] -> [a]

expande ps = concat [replicate k x | (x,k) <- ps]

-- 2ª definición (por concatMap)

expande2 :: [(a,Int)] -> [a]

expande2 = concatMap (\(x,k) -> replicate k x)

-- 3ª definición (por recursión)

expande3 :: [(a,Int)] -> [a]

expande3 [] = []

expande3 ((x,n):ps) = replicate n x ++ expande3 ps

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_expande_agrupa :: [Int] -> Bool

prop_expande_agrupa xs = expande (agrupa xs) == xs

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_expande_agrupa

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números de suma prima hereditarios por la derecha

PorJosé A. Alonso 27-marzo-20151-mayo-2015

Decimos que un número es de suma prima si la suma de todos sus dígitos es un número primo. Por ejemplo el número 562 es de suma prima pues la suma de sus dígitos es el número primo 13; sin embargo, el número 514 no es de suma prima pues la suma de sus dígitos es 10, que no es primo.

Decimos que un número es de suma prima hereditario por la derecha si es de suma prima y los números que se obtienen eliminando sus últimas cifras también son de suma prima. Por ejemplo 7426 es de suma prima hereditario por la derecha pues 7426, 742, 74 y 7 son todos números de suma prima.

Definir la constante

   listaSumaPrimaHD :: [Integer]

1	listaSumaPrimaHD :: [Integer]

cuyo valor es la lista infinita de los números de suma prima hereditarios por la derecha. Por ejemplo,

   take 10 listaSumaPrimaHD     ==  [2,3,5,7,20,21,23,25,29,30]
   listaSumaPrimaHD !! 2000000  ==  3800024668046

1 2	take 10 listaSumaPrimaHD == [2,3,5,7,20,21,23,25,29,30] listaSumaPrimaHD !! 2000000 == 3800024668046

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Data.Array
import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición
-- =============

listaSumaPrimaHD1 :: [Integer]
listaSumaPrimaHD1 = filter sumaPrimaHD [1..]

-- (sumaPrimaHD n) se verifica si n es de suma prima hereditario por la
-- derecha. Por ejemplo,
--    sumaPrimaHD 7426  ==  True
--    sumaPrimaHD 7427  ==  False
sumaPrimaHD n
    | n < 10    = isPrime n
    | otherwise = sumaPrima n && sumaPrimaHD (n `div` 10)

-- (sumaPrima n) se verifica si n es un número de suma prima. Por
-- ejemplo, 
--    sumaPrima 562  ==  True
--    sumaPrima 514  ==  False
sumaPrima :: Integer -> Bool
sumaPrima = isPrime . sum . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 325  ==  [3,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos = map (fromIntegral . digitToInt) . show


-- 2ª definición
-- =============

listaSumaPrimaHD2 :: [Integer]
listaSumaPrimaHD2 = map fst paresSumaPrimaHDDigitos

paresSumaPrimaHDDigitos :: [(Integer, Integer)]
paresSumaPrimaHDDigitos =
    paresSumaPrimaHDDigitosAux 1 [(2,2),(3,3),(5,5),(7,7)]

paresSumaPrimaHDDigitosAux :: Integer -> [(Integer,Integer)] -> 
                              [(Integer,Integer)]
paresSumaPrimaHDDigitosAux n ac =
    ac ++ paresSumaPrimaHDDigitosAux (n+1) 
                                     (concatMap extiendeSumaPrimaHD ac)

extiendeSumaPrimaHD :: (Integer,Integer) -> [(Integer,Integer)]
extiendeSumaPrimaHD (n,s) = [(n*10+k,s+k) | k <- [0..9], isPrime (s+k)]

-- 3ª definición
-- =============

listaSumaPrimaHD3 :: [Integer]
listaSumaPrimaHD3 = 
    map fst (concat (iterate (concatMap extiendeSumaPrimaHD3) 
                             [(2,2),(3,3),(5,5),(7,7)]))

extiendeSumaPrimaHD3 :: (Integer,Integer) -> [(Integer,Integer)]
extiendeSumaPrimaHD3 (n,s) = [(n*10+k,s+k) | k <- extensiones ! s]

extensiones :: Array Integer [Integer]
extensiones = array (1,1000) 
              [(n,[k | k <- [0..9], isPrime (n+k)]) | n <- [1..1000]]

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

--    ghci> listaSumaPrimaHD1 !! 600
--    34004
--    (2.47 secs, 1565301720 bytes)
--    ghci> listaSumaPrimaHD2 !! 600
--    34004
--    (0.02 secs, 7209000 bytes)
--    ghci> listaSumaPrimaHD3 !! 600
--    34004
--    (0.01 secs, 1579920 bytes)
-- 
--    ghci> listaSumaPrimaHD2 !! 2000000
--    3800024668046
--    (45.41 secs, 29056613824 bytes)
--    ghci> listaSumaPrimaHD3 !! 2000000
--    3800024668046
--    (4.29 secs, 973265400 bytes)

import Data.Char (digitToInt)

import Data.Array

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición

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

listaSumaPrimaHD1 :: [Integer]

listaSumaPrimaHD1 = filter sumaPrimaHD [1..]

-- (sumaPrimaHD n) se verifica si n es de suma prima hereditario por la

-- derecha. Por ejemplo,

-- sumaPrimaHD 7426 == True

-- sumaPrimaHD 7427 == False

sumaPrimaHD n

| n < 10 = isPrime n

| otherwise = sumaPrima n && sumaPrimaHD (n `div` 10)

-- (sumaPrima n) se verifica si n es un número de suma prima. Por

-- ejemplo,

-- sumaPrima 562 == True

-- sumaPrima 514 == False

sumaPrima :: Integer -> Bool

sumaPrima = isPrime . sum . digitos

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

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

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos = map (fromIntegral . digitToInt) . show

-- 2ª definición

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

listaSumaPrimaHD2 :: [Integer]

listaSumaPrimaHD2 = map fst paresSumaPrimaHDDigitos

paresSumaPrimaHDDigitos :: [(Integer, Integer)]

paresSumaPrimaHDDigitos =

paresSumaPrimaHDDigitosAux 1 [(2,2),(3,3),(5,5),(7,7)]

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

[(Integer,Integer)]

paresSumaPrimaHDDigitosAux n ac =

ac ++ paresSumaPrimaHDDigitosAux (n+1)

(concatMap extiendeSumaPrimaHD ac)

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

extiendeSumaPrimaHD (n,s) = [(n*10+k,s+k) | k <- [0..9], isPrime (s+k)]

-- 3ª definición

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

listaSumaPrimaHD3 :: [Integer]

listaSumaPrimaHD3 =

map fst (concat (iterate (concatMap extiendeSumaPrimaHD3)

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

extiendeSumaPrimaHD3 :: (Integer,Integer) -> [(Integer,Integer)]

extiendeSumaPrimaHD3 (n,s) = [(n*10+k,s+k) | k <- extensiones ! s]

extensiones :: Array Integer [Integer]

extensiones = array (1,1000)

[(n,[k | k <- [0..9], isPrime (n+k)]) | n <- [1..1000]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- ghci> listaSumaPrimaHD1 !! 600

-- 34004

-- (2.47 secs, 1565301720 bytes)

-- ghci> listaSumaPrimaHD2 !! 600

-- 34004

-- (0.02 secs, 7209000 bytes)

-- ghci> listaSumaPrimaHD3 !! 600

-- 34004

-- (0.01 secs, 1579920 bytes)

-- ghci> listaSumaPrimaHD2 !! 2000000

-- 3800024668046

-- (45.41 secs, 29056613824 bytes)

-- ghci> listaSumaPrimaHD3 !! 2000000

-- 3800024668046

-- (4.29 secs, 973265400 bytes)

Pares como sumas de pares

PorJosé A. Alonso 26-marzo-20151-mayo-2015

Todo número par se puede escribir como suma de números pares de varias formas. Por ejemplo,

   8 = 8 
     = 6 + 2
     = 4 + 4
     = 4 + 2 + 2
     = 2 + 2 + 2 + 2

8 = 8

= 6 + 2

= 4 + 4

= 4 + 2 + 2

= 2 + 2 + 2 + 2

Definir la función

   descomposicionesDecrecientes:: Integer -> [[Integer]]

1	descomposicionesDecrecientes:: Integer -> [[Integer]]

tal que (descomposicionesDecrecientes n) es la lista con las descomposiciones de n como suma de pares, en forma decreciente. Por ejemplo,

   ghci> descomposicionesDecrecientes 8
   [[8],[6,2],[4,4],[4,2,2],[2,2,2,2]]
   ghci> descomposicionesDecrecientes 10
   [[10],[8,2],[6,4],[6,2,2],[4,4,2],[4,2,2,2],[2,2,2,2,2]]
   ghci> length (descomposicionesDecrecientes 100)
   204226

ghci> descomposicionesDecrecientes 8

[[8],[6,2],[4,4],[4,2,2],[2,2,2,2]]

ghci> descomposicionesDecrecientes 10

[[10],[8,2],[6,4],[6,2,2],[4,4,2],[4,2,2,2],[2,2,2,2,2]]

ghci> length (descomposicionesDecrecientes 100)

204226

Soluciones

descomposicionesDecrecientes:: Integer -> [[Integer]]
descomposicionesDecrecientes 0 = [[0]]
descomposicionesDecrecientes n = aux n [n,n-2..2]
    where aux _ [] = []
          aux n (x:xs) | x > n     = aux n xs
                       | x == n    = [n] : aux n xs
                       | otherwise = map (x:) (aux (n-x) (x:xs)) ++ aux n xs

descomposicionesDecrecientes:: Integer -> [[Integer]]

descomposicionesDecrecientes 0 = [[0]]

descomposicionesDecrecientes n = aux n [n,n-2..2]

where aux _ [] = []

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

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

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

Matrices cruzadas

PorJosé A. Alonso 24-marzo-20151-mayo-2015

Consideramos las matrices representadas como tablas cuyos índices son pares de números naturales.

   type Matriz a = Array (Int,Int) a

1	type Matriz a = Array (Int,Int) a

Una matriz cruzada es una matriz cuadrada en la que sólo hay elementos distintos de 0 en las diagonales principal y secundaria. Por ejemplo,

   | 1 0 0 0 3 |     | 1 0 0 3 |
   | 0 2 0 1 0 |     | 0 2 3 0 |
   | 0 0 3 0 0 |     | 0 4 5 0 |
   | 0 2 0 1 0 |     | 2 0 0 3 |
   | 1 0 0 0 3 |

| 1 0 0 0 3 | | 1 0 0 3 |

| 0 2 0 1 0 | | 0 2 3 0 |

| 0 0 3 0 0 | | 0 4 5 0 |

| 0 2 0 1 0 | | 2 0 0 3 |

| 1 0 0 0 3 |

Definir la función

   creaCruzada :: Int -> Matriz Int

1	creaCruzada :: Int -> Matriz Int

tal que (creaCruzada n) es la siguiente matriz cruzada con n filas y n columnas:

   | 1  0   0  ...  0   0  1 |
   | 0  2   0  ...  0   2  0 |
   | 0  0   3  ...  3   0  0 |
   | ....................... |
   | 0  0  n-2 ... n-2  0  0 |
   | 0 n-1  0  ...  0  n-1 0 |
   | n  0   0  ...  0   0  n |

| 1 0 0 ... 0 0 1 |

| 0 2 0 ... 0 2 0 |

| 0 0 3 ... 3 0 0 |

| ....................... |

| 0 0 n-2 ... n-2 0 0 |

| 0 n-1 0 ... 0 n-1 0 |

| n 0 0 ... 0 0 n |

Es decir, los elementos de la diagonal principal son [1,…,n], en orden desde la primera fila hasta la última; y los elementos de la diagonal secundaria son [1,…,n], en orden desde la primera fila hasta la última. Por ejemplo,

   ghci> elems (creaCruzada 3)
   [1,0,1, 0,2,0, 3,0,3]
   ghci> elems (creaCruzada 4)
   [1,0,0,1, 0,2,2,0, 0,3,3,0, 4,0,0,4]
   ghci> elems (creaCruzada 5)
   [1,0,0,0,1, 0,2,0,2,0, 0,0,3,0,0, 0,4,0,4,0, 5,0,0,0,5]

ghci> elems (creaCruzada 3)

[1,0,1, 0,2,0, 3,0,3]

ghci> elems (creaCruzada 4)

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

ghci> elems (creaCruzada 5)

[1,0,0,0,1, 0,2,0,2,0, 0,0,3,0,0, 0,4,0,4,0, 5,0,0,0,5]

Soluciones

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

-- 1ª solución
creaCruzada1 :: Int -> Matriz Int
creaCruzada1 n =
    array ((1,1),(n,n))
          [((i,j),f i j) | i <- [1..n], j <- [1..n]]
    where f i j | i == j     = i
                | i+j == n+1 = i
                | otherwise  = 0

-- 2ª solución
creaCruzada2 :: Int -> Matriz Int
creaCruzada2 n = listArray t [f i j| (i,j) <- range t]
    where t = ((1,1),(n,n))
          f i j | i == j     = i
                | i+j == n+1 = i
                | otherwise  = 0

-- 3ª solución
creaCruzada3 :: Int -> Matriz Int
creaCruzada3 n = 
    listArray ((1,1),(n,n)) 
              (replicate (n^2) 0) // ([((i,i),i) | i <- [1..n]] ++ 
                                     [((i,n-i+1),i)| i <- [n,n-1..1]])

creaCruzada4 :: Int -> Matriz Int
creaCruzada4 n = 
    accumArray (\x y -> y) 0 ((1,1),(n,n))
               (concat [[((i,i),i),((i,n+1-i),i)] | i <- [1..n]])

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> let n = 2000 in creaCruzada1 n ! (n,n)
--    2000
--    (6.13 secs, 896997468 bytes)
--    
--    ghci> let n = 2000 in creaCruzada2 n ! (n,n)
--    2000
--    (3.83 secs, 433675668 bytes)
--    
--    ghci> let n = 2000 in creaCruzada3 n ! (n,n)
--    2000
--    (0.56 secs, 145741748 bytes)
--    
--    ghci> let n = 2000 in creaCruzada4 n ! (n,n)
--    2000
--    (0.27 secs, 37373392 bytes)

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

-- 1ª solución

creaCruzada1 :: Int -> Matriz Int

creaCruzada1 n =

array ((1,1),(n,n))

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

where f i j | i == j = i

| i+j == n+1 = i

| otherwise = 0

-- 2ª solución

creaCruzada2 :: Int -> Matriz Int

creaCruzada2 n = listArray t [f i j| (i,j) <- range t]

where t = ((1,1),(n,n))

f i j | i == j = i

| i+j == n+1 = i

| otherwise = 0

-- 3ª solución

creaCruzada3 :: Int -> Matriz Int

creaCruzada3 n =

listArray ((1,1),(n,n))

(replicate (n^2) 0) // ([((i,i),i) | i <- [1..n]] ++

[((i,n-i+1),i)| i <- [n,n-1..1]])

creaCruzada4 :: Int -> Matriz Int

creaCruzada4 n =

accumArray (\x y -> y) 0 ((1,1),(n,n))

(concat [[((i,i),i),((i,n+1-i),i)] | i <- [1..n]])

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> let n = 2000 in creaCruzada1 n ! (n,n)

-- 2000

-- (6.13 secs, 896997468 bytes)

-- ghci> let n = 2000 in creaCruzada2 n ! (n,n)

-- 2000

-- (3.83 secs, 433675668 bytes)

-- ghci> let n = 2000 in creaCruzada3 n ! (n,n)

-- 2000

-- (0.56 secs, 145741748 bytes)

-- ghci> let n = 2000 in creaCruzada4 n ! (n,n)

-- 2000

-- (0.27 secs, 37373392 bytes)

Caminos maximales en árboles binarios

PorJosé A. Alonso 23-marzo-20151-mayo-2015

Consideremos los árboles binarios con etiquetas en las hojas y en los nodos. Por ejemplo,

/ \

2 4

/ \

7 1

/ \

2 3

Un camino es una sucesión de nodos desde la raiz hasta una hoja. Por ejemplo, [5,2] y [5,4,1,2] son caminos que llevan a 2, mientras que [5,4,1] no es un camino, pues no lleva a una hoja.

Definimos el tipo de dato Arbol y el ejemplo por

   data Arbol = H Int | N Arbol Int Arbol 
                deriving Show
   
   arb1:: Arbol 
   arb1 = N (H 2) 5 (N (H 7) 4 (N (H 2) 1 (H 3)))

data Arbol = H Int | N Arbol Int Arbol

deriving Show

arb1:: Arbol

arb1 = N (H 2) 5 (N (H 7) 4 (N (H 2) 1 (H 3)))

Definir la función

   maxLong :: Int -> Arbol -> Int

1	maxLong :: Int -> Arbol -> Int

tal que (maxLong x a) es la longitud máxima de los caminos que terminan en x. Por ejemplo,

   maxLong 3 arb1 == 4
   maxLong 2 arb1 == 4
   maxLong 7 arb1 == 3

maxLong 3 arb1 == 4

maxLong 2 arb1 == 4

maxLong 7 arb1 == 3

Soluciones

data Arbol = H Int | N Arbol Int Arbol 
             deriving Show

arb1:: Arbol 
arb1 = N (H 2) 5 (N (H 7) 4 (N (H 2) 1 (H 3)))

-- 1ª solución (calculando los caminos)
-- ------------------------------------

-- (caminos x a) es la lista de los caminos en el árbol a desde la raíz
-- hasta las hojas x. Por ejemplo,
--    caminos 2 arb1 == [[5,2],[5,4,1,2]]
--    caminos 3 arb1 == [[5,4,1,3]]
--    caminos 1 arb1 == []
caminos :: Int -> Arbol -> [[Int]]
caminos x (H y) | x == y    = [[x]]
                | otherwise = []
caminos x (N i r d) = map (r:) (caminos x i ++ caminos x d)

maxLong1 :: Int -> Arbol -> Int
maxLong1 x a = maximum (0: map length (caminos x a))

-- 2ª solución
-- -----------

maxLong2 :: Int -> Arbol -> Int
maxLong2 x a = maximum (0 : aux x a)
    where aux x (H y) | x == y    = [1]
                      | otherwise = []
          aux x (N i r d) = map (+1) (aux x i ++ aux x d)

data Arbol = H Int | N Arbol Int Arbol

deriving Show

arb1:: Arbol

arb1 = N (H 2) 5 (N (H 7) 4 (N (H 2) 1 (H 3)))

-- 1ª solución (calculando los caminos)

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

-- (caminos x a) es la lista de los caminos en el árbol a desde la raíz

-- hasta las hojas x. Por ejemplo,

-- caminos 2 arb1 == [[5,2],[5,4,1,2]]

-- caminos 3 arb1 == [[5,4,1,3]]

-- caminos 1 arb1 == []

caminos :: Int -> Arbol -> [[Int]]

caminos x (H y) | x == y = [[x]]

| otherwise = []

caminos x (N i r d) = map (r:) (caminos x i ++ caminos x d)

maxLong1 :: Int -> Arbol -> Int

maxLong1 x a = maximum (0: map length (caminos x a))

-- 2ª solución

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

maxLong2 :: Int -> Arbol -> Int

maxLong2 x a = maximum (0 : aux x a)

where aux x (H y) | x == y = [1]

| otherwise = []

aux x (N i r d) = map (+1) (aux x i ++ aux x d)

Máximos locales de una matriz

PorJosé A. Alonso 20-marzo-20151-mayo-2015

Un elemento de una matriz es un máximo local si es mayor que todos sus vecinos. Por ejemplo, en la matriz

    [[1,0,0,8],
     [0,2,0,3],
     [0,0,0,5],
     [3,5,7,6],
     [1,2,3,4]]

[[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]]

los máximos locales son 8 (en la posición (1,4)), 2 (en la posición (2,2)) y 7 (en la posición (4,3)).

Definimos el tipo de las matrices, mediante

   type Matriz a = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz a = Array (Int,Int) Int

y el ejemplo anterior por

   ej1 :: Matriz Int
   ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],
                                          [0,2,0,3],
                                          [0,0,0,5],
                                          [3,5,7,6],
                                          [1,2,3,4]])

ej1 :: Matriz Int

ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]])

Definir la función

   maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

1	maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

tal que (maximosLocales p) es la lista de las posiciones en las que hay un máximo local, con el valor correspondiente. Por ejemplo,

   maximosLocales ej1 == [((1,4),8),((2,2),2),((4,3),7)]

1	maximosLocales ej1 == [((1,4),8),((2,2),2),((4,3),7)]

Soluciones

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ej1 :: Matriz Int
ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],
                                       [0,2,0,3],
                                       [0,0,0,5],
                                       [3,5,7,6],
                                       [1,2,3,4]])

maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]
maximosLocales p = 
    [((i,j),p!(i,j)) | (i,j) <- indices p,
               and [p!(a,b) < p!(i,j) | (a,b) <- vecinos (i,j)]] 
    where (_,(m,n)) = bounds p
          vecinos (i,j) = [(a,b) | a <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],
                                   b <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],
                                   (a,b) /= (i,j)]

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ej1 :: Matriz Int

ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]])

maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

maximosLocales p =

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

and [p!(a,b) < p!(i,j) | (a,b) <- vecinos (i,j)]]

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

vecinos (i,j) = [(a,b) | a <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],

b <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],

(a,b) /= (i,j)]

Árboles con todas sus ramas con algún elemento que cumple una propiedad

PorJosé A. Alonso 19-marzo-20151-mayo-2015

En lógica temporal, la expresión AFp significa que en algún momento en el futuro se cumple la propiedad p. Trasladado a su interpretación en forma de árbol lo que quiere decir es que en todas las ramas (desde la raíz hasta una hoja) hay un nodo que cumple la propiedad p.

Consideramos el siguiente tipo algebraico de los árboles binarios:

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

data Arbol a = H a

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show,Eq)

y el siguiente árbol

   a1 :: Arbol Int
   a1 = N 9 (N 3 (H 2) (N 4 (H 1) (H 5))) (H 8)

1 2	a1 :: Arbol Int a1 = N 9 (N 3 (H 2) (N 4 (H 1) (H 5))) (H 8)

En este árbol se cumple (AF par); es decir, en todas las ramas hay un número par; pero no se cumple (AF primo); es decir, hay ramas en las que no hay ningún número primo. Donde una rama es la secuencia de nodos desde el nodo inicial o raíz hasta una hoja.

Definir la función

   propiedadAF :: (a -> Bool) -> Arbol a -> Bool

1	propiedadAF :: (a -> Bool) -> Arbol a -> Bool

tal que (propiedadAF p a) se verifica si se cumple (AF p) en el árbol a; es decir, si en todas las ramas hay un nodo (interno u hoja) que cumple la propiedad p. Por ejemplo

   propiedadAF even a1  ==  True
   propiedadAF (<7) a1  ==  False

1 2	propiedadAF even a1 == True propiedadAF (<7) a1 == False

Soluciones

[schedule expon=’2015-03-26′ expat=»06:00″]

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

a1 :: Arbol Int
a1 = N 9 (N 3 (H 2) (N 4 (H 1) (H 5))) (H 8)

propiedadAF :: (a -> Bool) -> Arbol a -> Bool
propiedadAF p (H a)     = p a
propiedadAF p (N a i d) = p a || (propiedadAF p i && propiedadAF p d)

data Arbol a = H a

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show,Eq)

a1 :: Arbol Int

a1 = N 9 (N 3 (H 2) (N 4 (H 1) (H 5))) (H 8)

propiedadAF :: (a -> Bool) -> Arbol a -> Bool

propiedadAF p (H a) = p a

propiedadAF p (N a i d) = p a || (propiedadAF p i && propiedadAF p d)

Cociente entero de polinomios

PorJosé A. Alonso 18-marzo-20151-mayo-2015

El cociente entero de un polinomio P(x) por un monomio axⁿ es el polinomio que se obtiene a partir de los términos de P(x) con un grado mayor o igual que n, realizando la división entera entre sus coeficientes y el coeficiente del monomio divisor y restando el valor de n al de sus grados. Por ejemplo,

El cociente entero de 4x⁴ + 6x³ + 7x² + 5x + 2 por el monomio 3x² se obtiene a partir de los términos 4x⁴ + 6x³ + 7x² realizando la división entera entre sus coeficientes y el número 3 y restando 2 a sus grados. De esta forma se obtiene x² + 2x + 2
El cociente entero de 6x⁵ + 2x⁴ + 8x³ + 5x² + 8x + 4 por el monomio 4x³ se obtiene a partir de los términos 6x⁵ + 2x⁴ + 8x³ realizando la división entera entre sus coeficientes y el número 4 y restando 3 a sus grados. De esta forma se obtiene x² + 2

Definir la función

   cocienteEntero :: Polinomio Int -> Int -> Int -> Polinomio Int

1	cocienteEntero :: Polinomio Int -> Int -> Int -> Polinomio Int

tal que (cocienteEntero p a n) es el cociente entero del polinomio p por el monomio de grado n y coeficiente a. Por ejemplo,

   ghci> let listaApol xs = foldr (\(n,b) -> consPol n b) polCero xs
   ghci> cocienteEntero (listaApol [(4,4),(3,6),(2,7),(1,5),(0,2)]) 3 2
   x^2 + 2*x + 2
   ghci> cocienteEntero (listaApol [(5,6),(4,2),(3,8),(2,5),(1,8),(0,4)]) 4 3
   x^2 + 2

ghci> let listaApol xs = foldr (\(n,b) -> consPol n b) polCero xs

ghci> cocienteEntero (listaApol [(4,4),(3,6),(2,7),(1,5),(0,2)]) 3 2

x^2 + 2*x + 2

ghci> cocienteEntero (listaApol [(5,6),(4,2),(3,8),(2,5),(1,8),(0,4)]) 4 3

x^2 + 2

Nota: Este ejercicio debe realizarse usando únicamente las funciones de la librería I1M.Pol que se encuentra aquí y se describe aquí.

Soluciones

import I1M.Pol

cocienteEntero :: Polinomio Int -> Int -> Int -> Polinomio Int
cocienteEntero p a n
    | grado p < n = polCero
    | otherwise   = consPol (grado p - n) (coefLider p `div` a)
                            (cocienteEntero (restoPol p) a n)

import I1M.Pol

cocienteEntero :: Polinomio Int -> Int -> Int -> Polinomio Int

cocienteEntero p a n

| grado p < n = polCero

| otherwise = consPol (grado p - n) (coefLider p `div` a)

(cocienteEntero (restoPol p) a n)

Sucesión de números parientes

PorJosé A. Alonso 17-marzo-20151-mayo-2016

Se dice que dos números naturales son parientes sitienen exactamente un factor primo en común, independientemente de su multiplicidad. Por ejemplo,

Los números 12 (2²·3) y 40 (2³·5) son parientes, pues tienen al 2 como único factor primo en común.
Los números 49 (7²) y 63 (3²·7) son parientes, pues tienen al 7 como único factor primo en común.
Los números 12 (2²·3) y 30 (2·3·5) no son parientes, pues tienen dos factores primos en común.
Los números 49 (7²) y 25 (5²) no son parientes, pues no tienen factores primos en común.

Se dice que una lista de números naturales es una secuencia de parientes si cada par de números consecutivos son parientes. Por ejemplo,

La lista [12,40,35,28] es una secuencia de parientes.
La lista [12,30,21,49] no es una secuencia de parientes.

Definir la función

   secuenciaParientes :: [Integer] -> Bool

1	secuenciaParientes :: [Integer] -> Bool

tal que (secuenciaParientes xs) se verifica si xs es una secuencia de parientes. Por ejemplo,

   secuenciaParientes [12,40,35,28]           ==  True
   secuenciaParientes [12,30,21,49]           ==  False
   secuenciaParientes [2^n | n <- [1..2000]]  ==  True

secuenciaParientes [12,40,35,28] == True

secuenciaParientes [12,30,21,49] == False

secuenciaParientes [2^n | n <- [1..2000]] == True

Soluciones

import Data.List (intersect, nub)
import Data.Numbers.Primes (primes, primeFactors)

-- (parientes x y) se verifica si x e y son parientes. Por ejemplo,
--    parientes 12 40  ==  True
--    parientes 49 63  ==  True
--    parientes 12 30  ==  False
--    parientes 49 25  ==  False

-- 1ª definición (con gcd)
parientes1 :: Integer -> Integer -> Bool
parientes1 x y =
    length [p | p <- takeWhile (<= d) primes, d `mod` p == 0] == 1 
    where d = gcd x y

-- 2ª definición (con primeFactors)
parientes2 :: Integer -> Integer -> Bool
parientes2 0 0 = False
parientes2 x y = 
    length (nub (primeFactors x `intersect` primeFactors y)) == 1

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> parientes1 (2^25) (2^25)
--    True
--    (34.34 secs, 15974866184 bytes)
--    ghci> parientes2 (2^25) (2^25)
--    True
--    (0.01 secs, 3093024 bytes)

-- Usaremos la 2ª definición
parientes :: Integer -> Integer -> Bool
parientes = parientes2

-- Definiciones de secuenciaParientes 
-- ==================================

-- 1ª definición (por recursión)
secuenciaParientes :: [Integer] -> Bool
secuenciaParientes []         = True
secuenciaParientes [x]        = True
secuenciaParientes (x1:x2:xs) =
    parientes x1 x2 && secuenciaParientes (x2:xs)

-- 2ª definición (por recursión con 2 ecuaciones)
secuenciaParientes2 :: [Integer] -> Bool
secuenciaParientes2 (x1:x2:xs) =
    parientes x1 x2 && secuenciaParientes2 (x2:xs)
secuenciaParientes2 _         = True

-- 3ª definición (sin recursión):
secuenciaParientes3 :: [Integer] -> Bool
secuenciaParientes3 xs = all (\(x,y) -> parientes x y) (zip xs (tail xs)) 

-- 4ª definición
secuenciaParientes4 :: [Integer] -> Bool
secuenciaParientes4 xs = all (uncurry parientes) (zip xs (tail xs))

import Data.List (intersect, nub)

import Data.Numbers.Primes (primes, primeFactors)

-- (parientes x y) se verifica si x e y son parientes. Por ejemplo,

-- parientes 12 40 == True

-- parientes 49 63 == True

-- parientes 12 30 == False

-- parientes 49 25 == False

-- 1ª definición (con gcd)

parientes1 :: Integer -> Integer -> Bool

parientes1 x y =

length [p | p <- takeWhile (<= d) primes, d `mod` p == 0] == 1

where d = gcd x y

-- 2ª definición (con primeFactors)

parientes2 :: Integer -> Integer -> Bool

parientes2 0 0 = False

parientes2 x y =

length (nub (primeFactors x `intersect` primeFactors y)) == 1

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> parientes1 (2^25) (2^25)

-- True

-- (34.34 secs, 15974866184 bytes)

-- ghci> parientes2 (2^25) (2^25)

-- True

-- (0.01 secs, 3093024 bytes)

-- Usaremos la 2ª definición

parientes :: Integer -> Integer -> Bool

parientes = parientes2

-- Definiciones de secuenciaParientes

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

-- 1ª definición (por recursión)

secuenciaParientes :: [Integer] -> Bool

secuenciaParientes [] = True

secuenciaParientes [x] = True

secuenciaParientes (x1:x2:xs) =

parientes x1 x2 && secuenciaParientes (x2:xs)

-- 2ª definición (por recursión con 2 ecuaciones)

secuenciaParientes2 :: [Integer] -> Bool

secuenciaParientes2 (x1:x2:xs) =

parientes x1 x2 && secuenciaParientes2 (x2:xs)

secuenciaParientes2 _ = True

-- 3ª definición (sin recursión):

secuenciaParientes3 :: [Integer] -> Bool

secuenciaParientes3 xs = all (\(x,y) -> parientes x y) (zip xs (tail xs))

-- 4ª definición

secuenciaParientes4 :: [Integer] -> Bool

secuenciaParientes4 xs = all (uncurry parientes) (zip xs (tail xs))

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 11-marzo-201525-abril-2021

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

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

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

el 240 se puede escribir de tres formas

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

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

240 = 53 + 59 + 61 + 67

240 = 113 + 127

y el 311 se puede escribir de 4 formas

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

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

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

311 = 53 + 59 + 61 + 67 + 71

311 = 101 + 103 + 107

Definir la función

   sumas :: Integer -> [[Integer]]

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

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

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

ghci> sumas 41

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

ghci> sumas 240

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

ghci> sumas 311

[[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],

[53,59,61,67,71],[101,103,107]]

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

Soluciones

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

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

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

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Data.List (span)

sumas :: Integer -> [[Integer]]

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

let ys = sumaDesde x n,

not (null ys)]

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

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

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

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

-- sumaDesde 7 3 == []

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

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

| otherwise = []

where ys = dropWhile (<n) primes

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

Actualización de una lista

PorJosé A. Alonso 10-marzo-20152-mayo-2016

Definir la función

   actualiza :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]

1	actualiza :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]

tal que (actualiza xs ps) es la lista obtenida sustituyendo en xs los elementos cuyos índices son las primeras componentes de ps por las segundas. Por ejemplo,

   actualiza [3,5,2,4] [(2,1),(0,7)]  ==  [7,5,1,4]
   sum (actualiza [1..10^4] [(i,2*i) | i <- [0..10^4-1]]) == 99990000

1 2	actualiza [3,5,2,4] [(2,1),(0,7)] == [7,5,1,4] sum (actualiza [1..10^4] [(i,2*i) \| i <- [0..10^4-1]]) == 99990000

Soluciones

import qualified Data.Vector as V
import Data.Array 

-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================

actualiza :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]
actualiza xs []         = xs
actualiza xs ((n,y):ps) = actualiza (actualizaE xs (n,y)) ps

-- (actualizaE xs (n,y)) es la lista obtenida sustituyendo el  elemento
-- n-ésimo de xs por y. Por ejemplo, 
--    actualiza [3,5,2,4] (2,1) ==  [3,5,1,4]
actualizaE :: [a] -> (Int,a) -> [a]
actualizaE xs (n,y) =
    take n xs ++ y : drop (n+1) xs

-- 2ª solución (por tablas)
-- ========================

actualiza2 :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]
actualiza2 xs ps = 
    elems (listArray (0,length xs - 1) xs // ps)

-- 3ª solución (por vectores)
-- ==========================

actualiza3 :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]
actualiza3 xs ps = 
    V.toList (V.fromList xs V.// ps)

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    9900
--    (0.02 secs, 4668984 bytes)
--    ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    999000
--    (0.28 secs, 77454496 bytes)
--    ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    99990000
--    (63.46 secs, 8769501704 bytes)
--    
--    ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    9900
--    (0.02 secs, 4147304 bytes)
--    ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    999000
--    (0.02 secs, 4694784 bytes)
--    ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    99990000
--    (0.05 secs, 12276800 bytes)
--    
--    ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    9900
--    (0.01 secs, 4147304 bytes)
--    ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    999000
--    (0.02 secs, 4682680 bytes)
--    ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]
--    99990000
--    (0.04 secs, 12595224 bytes)

import qualified Data.Vector as V

import Data.Array

-- 1ª solución (por recursión)

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

actualiza :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]

actualiza xs [] = xs

actualiza xs ((n,y):ps) = actualiza (actualizaE xs (n,y)) ps

-- (actualizaE xs (n,y)) es la lista obtenida sustituyendo el elemento

-- n-ésimo de xs por y. Por ejemplo,

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

actualizaE :: [a] -> (Int,a) -> [a]

actualizaE xs (n,y) =

take n xs ++ y : drop (n+1) xs

-- 2ª solución (por tablas)

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

actualiza2 :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]

actualiza2 xs ps =

elems (listArray (0,length xs - 1) xs // ps)

-- 3ª solución (por vectores)

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

actualiza3 :: [a] -> [(Int,a)] -> [a]

actualiza3 xs ps =

V.toList (V.fromList xs V.// ps)

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 9900

-- (0.02 secs, 4668984 bytes)

-- ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 999000

-- (0.28 secs, 77454496 bytes)

-- ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 99990000

-- (63.46 secs, 8769501704 bytes)

-- ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 9900

-- (0.02 secs, 4147304 bytes)

-- ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 999000

-- (0.02 secs, 4694784 bytes)

-- ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza2 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 99990000

-- (0.05 secs, 12276800 bytes)

-- ghci> let n = 10^2 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 9900

-- (0.01 secs, 4147304 bytes)

-- ghci> let n = 10^3 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 999000

-- (0.02 secs, 4682680 bytes)

-- ghci> let n = 10^4 in sum $ actualiza3 [1..n] [(i,2*i) | i <- [0..n-1]]

-- 99990000

-- (0.04 secs, 12595224 bytes)

Orden de divisibilidad

PorJosé A. Alonso 9-marzo-201525-abril-2021

El orden de divisibilidad de un número x es el mayor n tal que para todo i menor o igual que n, los i primeros dígitos de n es divisible por i. Por ejemplo, el orden de divisibilidad de 74156 es 3 porque

   7       es divisible por 1
   74      es divisible por 2
   741     es divisible por 3
   7415 no es divisible por 4

7 es divisible por 1

74 es divisible por 2

741 es divisible por 3

7415 no es divisible por 4

Definir la función

   ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int

1	ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int

tal que (ordenDeDivisibilidad x) es el orden de divisibilidad de x. Por ejemplo,

   ordenDeDivisibilidad 74156                      ==  3
   ordenDeDivisibilidad 3608528850368400786036725  ==  25

1 2	ordenDeDivisibilidad 74156 == 3 ordenDeDivisibilidad 3608528850368400786036725 == 25

Soluciones

import Data.List (inits)

-- 1ª definición de ordenDeDivisibilidad
-- =====================================

ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int
ordenDeDivisibilidad n = 
    length (takeWhile (\(x,k) -> x `mod` k == 0) (zip (sucDigitos n) [1..]))

-- (sucDigitos x) es la sucesión de los dígitos de x. Por ejemplo,
--    sucDigitos 325    ==  [3,32,325]
--    sucDigitos 32050  ==  [3,32,320,3205,32050]
sucDigitos :: Integer -> [Integer]
sucDigitos n = 
    [n `div` (10^i) | i <- [k-1,k-2..0]]
    where k = length (show n)

-- 2ª definición de sucDigitos
sucDigitos2 :: Integer -> [Integer]
sucDigitos2 n = [read xs | xs <- aux (show n)]
    where aux []     = []
          aux (d:ds) = [d] : map (d:) (aux ds)

-- 3ª definición de sucDigitos
sucDigitos3 :: Integer -> [Integer]
sucDigitos3 n = 
    [read (take k ds) | k <- [1..length ds]]
    where ds = show n

-- 4ª definición de sucDigitos
sucDigitos4 :: Integer -> [Integer]
sucDigitos4 n = [read xs | xs <- tail (inits (show n))]

-- 5ª definición de sucDigitos
sucDigitos5 :: Integer -> [Integer]
sucDigitos5 n = map read (tail (inits (show n)))

-- 6ª definición de sucDigitos
sucDigitos6 :: Integer -> [Integer]
sucDigitos6 = map read . (tail . inits . show)

-- Eficiencia de las definiciones de sucDigitos
--    ghci> length (sucDigitos (10^5000))
--    5001
--    (0.01 secs, 1550688 bytes)
--    ghci> length (sucDigitos2 (10^5000))
--    5001
--    (1.25 secs, 729411872 bytes)
--    ghci> length (sucDigitos3 (10^5000))
--    5001
--    (0.02 secs, 2265120 bytes)
--    ghci> length (sucDigitos4 (10^5000))
--    5001
--    (1.10 secs, 728366872 bytes)
--    ghci> length (sucDigitos5 (10^5000))
--    5001
--    (1.12 secs, 728393864 bytes)
--    ghci> length (sucDigitos6 (10^5000))
--    5001
--    (1.20 secs, 728403052 bytes)
-- 
--    ghci> length (sucDigitos (10^3000000))
--    3000001
--    (2.73 secs, 820042696 bytes)
--    ghci> length (sucDigitos3 (10^3000000))
--    3000001
--    (3.69 secs, 820043688 bytes)

-- 2ª definición de ordenDeDivisibilidad
-- =====================================

ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int
ordenDeDivisibilidad x =
    length $ takeWhile (==0) $ zipWith (mod . read) (tail $ inits $ show x) [1..]

import Data.List (inits)

-- 1ª definición de ordenDeDivisibilidad

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

ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int

ordenDeDivisibilidad n =

length (takeWhile (\(x,k) -> x `mod` k == 0) (zip (sucDigitos n) [1..]))

-- (sucDigitos x) es la sucesión de los dígitos de x. Por ejemplo,

-- sucDigitos 325 == [3,32,325]

-- sucDigitos 32050 == [3,32,320,3205,32050]

sucDigitos :: Integer -> [Integer]

sucDigitos n =

[n `div` (10^i) | i <- [k-1,k-2..0]]

where k = length (show n)

-- 2ª definición de sucDigitos

sucDigitos2 :: Integer -> [Integer]

sucDigitos2 n = [read xs | xs <- aux (show n)]

where aux [] = []

aux (d:ds) = [d] : map (d:) (aux ds)

-- 3ª definición de sucDigitos

sucDigitos3 :: Integer -> [Integer]

sucDigitos3 n =

[read (take k ds) | k <- [1..length ds]]

where ds = show n

-- 4ª definición de sucDigitos

sucDigitos4 :: Integer -> [Integer]

sucDigitos4 n = [read xs | xs <- tail (inits (show n))]

-- 5ª definición de sucDigitos

sucDigitos5 :: Integer -> [Integer]

sucDigitos5 n = map read (tail (inits (show n)))

-- 6ª definición de sucDigitos

sucDigitos6 :: Integer -> [Integer]

sucDigitos6 = map read . (tail . inits . show)

-- Eficiencia de las definiciones de sucDigitos

-- ghci> length (sucDigitos (10^5000))

-- 5001

-- (0.01 secs, 1550688 bytes)

-- ghci> length (sucDigitos2 (10^5000))

-- 5001

-- (1.25 secs, 729411872 bytes)

-- ghci> length (sucDigitos3 (10^5000))

-- 5001

-- (0.02 secs, 2265120 bytes)

-- ghci> length (sucDigitos4 (10^5000))

-- 5001

-- (1.10 secs, 728366872 bytes)

-- ghci> length (sucDigitos5 (10^5000))

-- 5001

-- (1.12 secs, 728393864 bytes)

-- ghci> length (sucDigitos6 (10^5000))

-- 5001

-- (1.20 secs, 728403052 bytes)

-- ghci> length (sucDigitos (10^3000000))

-- 3000001

-- (2.73 secs, 820042696 bytes)

-- ghci> length (sucDigitos3 (10^3000000))

-- 3000001

-- (3.69 secs, 820043688 bytes)

-- 2ª definición de ordenDeDivisibilidad

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

ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int

ordenDeDivisibilidad x =

length $ takeWhile (==0) $ zipWith (mod . read) (tail $ inits $ show x) [1..]

Números con la misma cantidad de anteriores con 1 que sin 1

PorJosé A. Alonso 6-marzo-201513-marzo-2015

Una propiedad del número 24 es que entre los números menores o iguales que 24 hay la misma cantidad de números con el dígito 1 que sin el 1; en efecto, los que tienen 1 son

   [1, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21]

1	[1, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21]

y los que no lo tienen son

   [2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 20, 22, 23, 24]

1	[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 20, 22, 23, 24]

Diremos que un número es especial si cumple dicha propiedad.

Definir la sucesión

   especiales :: [Integer]

1	especiales :: [Integer]

cuyos elementos son los números especiales. Por ejemplo,

   take 10 especiales  ==  [2,16,24,160,270,272,1456,3398,3418,3420]

1	take 10 especiales == [2,16,24,160,270,272,1456,3398,3418,3420]

Soluciones

import Data.List (genericLength)

especiales :: [Integer]
especiales = [n | n <- [2,4..], especial n]

especial :: Integer -> Bool
especial n = genericLength [x | x <- [1..n], '1' `elem` show x] == n `div` 2

import Data.List (genericLength)

especiales :: [Integer]

especiales = [n | n <- [2,4..], especial n]

especial :: Integer -> Bool

especial n = genericLength [x | x <- [1..n], '1' `elem` show x] == n `div` 2

Caminos en un árbol binario

PorJosé A. Alonso 5-marzo-20151-mayo-2016

Los caminos en los árboles binarios

       .          .
      / \        / \
     .   .      /   \
    / \        .     .
   .   .      / \   / \
             .   . .   .

. .

/ \ / \

. . / \

/ \ . .

. . / \ / \

. . . .

son [[I,I],[I,D],[D]] y [[I,I],[I,D],[D,I],[D,D]], donde I indica un movimiento hacia la izquierda y D uno hacia la derecha.

Los árboles binarios se pueden representar por

   data Arbol = H | N Arbol Arbol

1	data Arbol = H \| N Arbol Arbol

los movimientos por

   data Mov    = I | D deriving Show

1	data Mov = I \| D deriving Show

y los caminos por

   type Camino = [Mov]

1	type Camino = [Mov]

Definir la función

   caminos :: Arbol -> [Camino]

1	caminos :: Arbol -> [Camino]

tal que (caminos a) es la lista de los caminos en el árbol binario a. Por ejemplo,

   caminos (N (N H H) H)             == [[I,I],[I,D],[D]]
   caminos (N (N H H) (N H H))       == [[I,I],[I,D],[D,I],[D,D]]
   caminos (N H (N (N H H) (N H H))) == [[I],[D,I,I],[D,I,D],[D,D,I],[D,D,D]]

caminos (N (N H H) H) == [[I,I],[I,D],[D]]

caminos (N (N H H) (N H H)) == [[I,I],[I,D],[D,I],[D,D]]

caminos (N H (N (N H H) (N H H))) == [[I],[D,I,I],[D,I,D],[D,D,I],[D,D,D]]

Soluciones

data Arbol  = H | N Arbol Arbol
data Mov    = I | D deriving Show
type Camino = [Mov]

caminos :: Arbol -> [Camino]
caminos H       = [[]]
caminos (N i d) = [I:xs | xs <- caminos i] ++ [D:xs | xs <- caminos d]

data Arbol = H | N Arbol Arbol

data Mov = I | D deriving Show

type Camino = [Mov]

caminos :: Arbol -> [Camino]

caminos H = [[]]

caminos (N i d) = [I:xs | xs <- caminos i] ++ [D:xs | xs <- caminos d]

Listas con los ceros emparejados

PorJosé A. Alonso 4-marzo-201511-marzo-2015

Sea S un conjunto de números. Las listas de ceros emparejados de S son las listas formadas con los elementos de S y en las cuales los ceros aparecen en sublistas de longitud par. Por ejemplo, si S = {0,1,2} entonces [1], [2], [2,1], [2,0,0,2,0,0,1] y [0,0,0,0,1,2] son listas de ceros emparejados de S; pero [0,0,0,2,1,0,0] y [0,0,1,0,1] no lo son.

Definir las funciones

   cerosEmparejados  :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
   nCerosEmparejados :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]] nCerosEmparejados :: Integer -> Integer -> Integer

tales que
+ (cerosEmparejados m n) es la lista de las listas de longitud n de ceros emparejados con los números 0, 1, 2,…, m. Por ejemplo,

     ghci> cerosEmparejados 2 0
     [[]]
     ghci> cerosEmparejados 2 1
     [[1],[2]]
     ghci> cerosEmparejados 3 1
     [[1],[2],[3]]
     ghci> cerosEmparejados 2 2
     [[1,1],[1,2],[2,1],[2,2],[0,0]]
     ghci> cerosEmparejados 2 3
     [[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[1,0,0],[2,1,1],[2,1,2],
      [2,2,1],[2,2,2],[2,0,0],[0,0,1],[0,0,2]]
     ghci> cerosEmparejados 2 4
     [[1,1,1,1],[1,1,1,2],[1,1,2,1],[1,1,2,2],[1,1,0,0],[1,2,1,1],
      [1,2,1,2],[1,2,2,1],[1,2,2,2],[1,2,0,0],[1,0,0,1],[1,0,0,2],
      [2,1,1,1],[2,1,1,2],[2,1,2,1],[2,1,2,2],[2,1,0,0],[2,2,1,1],
      [2,2,1,2],[2,2,2,1],[2,2,2,2],[2,2,0,0],[2,0,0,1],[2,0,0,2],
      [0,0,1,1],[0,0,1,2],[0,0,2,1],[0,0,2,2],[0,0,0,0]]

ghci> cerosEmparejados 2 0

[[]]

ghci> cerosEmparejados 2 1

[[1],[2]]

ghci> cerosEmparejados 3 1

[[1],[2],[3]]

ghci> cerosEmparejados 2 2

[[1,1],[1,2],[2,1],[2,2],[0,0]]

ghci> cerosEmparejados 2 3

[[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[1,0,0],[2,1,1],[2,1,2],

[2,2,1],[2,2,2],[2,0,0],[0,0,1],[0,0,2]]

ghci> cerosEmparejados 2 4

[[1,1,1,1],[1,1,1,2],[1,1,2,1],[1,1,2,2],[1,1,0,0],[1,2,1,1],

[1,2,1,2],[1,2,2,1],[1,2,2,2],[1,2,0,0],[1,0,0,1],[1,0,0,2],

[2,1,1,1],[2,1,1,2],[2,1,2,1],[2,1,2,2],[2,1,0,0],[2,2,1,1],

[2,2,1,2],[2,2,2,1],[2,2,2,2],[2,2,0,0],[2,0,0,1],[2,0,0,2],

[0,0,1,1],[0,0,1,2],[0,0,2,1],[0,0,2,2],[0,0,0,0]]

(nCerosEmparejados m n) es el número de listas de longitud n de ceros emparejados con los números 0, 1, 2,…, m. Por ejemplo,

     nCerosEmparejados 2 2   ==  5
     nCerosEmparejados 2 3   ==  12
     nCerosEmparejados 2 4   ==  29
     nCerosEmparejados 9 27  ==  79707842493701635611689499

nCerosEmparejados 2 2 == 5

nCerosEmparejados 2 3 == 12

nCerosEmparejados 2 4 == 29

nCerosEmparejados 9 27 == 79707842493701635611689499

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Data.List (genericLength) 

cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
cerosEmparejados m 0 = [[]]
cerosEmparejados m 1 = [[k] | k <- [1..m]]
cerosEmparejados m n = 
    [x:ys | x <- [1..m], ys <- cerosEmparejados m (n-1)] ++
    [0:0:ys | ys <- cerosEmparejados m (n-2)]

-- 1ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados1 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados1 m n = fromIntegral (length (cerosEmparejados m n))

-- 2ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados2 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados2 _ 0 = 1
nCerosEmparejados2 m 1 = m
nCerosEmparejados2 m n = 
    m * nCerosEmparejados2 m (n-1) + nCerosEmparejados2 m (n-2)

-- 3ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados3 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados3 m n = aux `genericIndex` n
    where aux = 1 : m : zipWith (\x y -> x+m*y) aux (tail aux)

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> nCerosEmparejados1 9 7
--    5144589
--    (22.30 secs, 6556279384 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados2 9 7
--    5144589
--    (0.01 secs, 515464 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados3 9 7
--    5144589
--    (0.01 secs, 518104 bytes)
--
--    ghci> nCerosEmparejados2 9 33
--    45556060883025783396845717812863
--    (21.59 secs, 2676070480 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados3 9 33
--    45556060883025783396845717812863
--    (0.00 secs, 1017240 bytes)

import Data.List (genericIndex)

import Data.List (genericLength)

cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

cerosEmparejados m 0 = [[]]

cerosEmparejados m 1 = [[k] | k <- [1..m]]

cerosEmparejados m n =

[x:ys | x <- [1..m], ys <- cerosEmparejados m (n-1)] ++

[0:0:ys | ys <- cerosEmparejados m (n-2)]

-- 1ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados1 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados1 m n = fromIntegral (length (cerosEmparejados m n))

-- 2ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados2 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados2 _ 0 = 1

nCerosEmparejados2 m 1 = m

nCerosEmparejados2 m n =

m * nCerosEmparejados2 m (n-1) + nCerosEmparejados2 m (n-2)

-- 3ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados3 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados3 m n = aux `genericIndex` n

where aux = 1 : m : zipWith (\x y -> x+m*y) aux (tail aux)

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> nCerosEmparejados1 9 7

-- 5144589

-- (22.30 secs, 6556279384 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados2 9 7

-- 5144589

-- (0.01 secs, 515464 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados3 9 7

-- 5144589

-- (0.01 secs, 518104 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados2 9 33

-- 45556060883025783396845717812863

-- (21.59 secs, 2676070480 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados3 9 33

-- 45556060883025783396845717812863

-- (0.00 secs, 1017240 bytes)

Productos simultáneos de dos y tres números consecutivos

PorJosé A. Alonso 3-marzo-201525-abril-2021

Definir la función

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

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

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

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

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

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

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

productos 2 5 == []

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

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

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

Usando productos, definir la función

   productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

1	productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

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

   head productosDe2y3consecutivos  ==  6

1	head productosDe2y3consecutivos == 6

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

Soluciones

import Test.QuickCheck

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

-- 2ª definición
-- =============

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

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

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

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

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

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

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

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

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

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

-- 2ª definición

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

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

-- siguientes desigualdades

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

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

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

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

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

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

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

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

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

productos = productos2

prop_productos n x =

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

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_productos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- (0.10 secs, 26409644 bytes)

productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

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

let ys = productos 2 x,

not (null ys),

let zs = productos 3 x,

not (null zs)]

-- El cálculo es

-- ghci> take 2 productosDe2y3consecutivos

-- [6,210]

-- ghci> productos 2 210

-- [[14,15]]

-- ghci> productos 3 210

-- [[5,6,7]]

Soluciones

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