Avanzado – Exercitium

Representaciones de un número como potencia

PorJosé A. Alonso 12-marzo-202119-marzo-2021

El número 512 se puede escribir de tres maneras como potencias:

   512 = 2⁹ = 8³ = 512¹

1	512 = 2⁹ = 8³ = 512¹

Definir las funciones

   potencias       :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   numeroPotencias :: Integer -> Int

1 2	potencias :: Integer -> [(Integer,Integer)] numeroPotencias :: Integer -> Int

tales que

(potencias x) es la lista de las representaciones de x como potencias de números enteros positivos. Por ejemplo,

     potencias 7      ==  [(7,1)]
     potencias 8      ==  [(2,3),(8,1)]
     potencias 512    ==  [(2,9),(8,3),(512,1)]
     potencias 16384  ==  [(2,14),(4,7),(128,2),(16384,1)]
     potencias 65536  ==  [(2,16),(4,8),(16,4),(256,2),(65536,1)]

potencias 7 == [(7,1)]

potencias 8 == [(2,3),(8,1)]

potencias 512 == [(2,9),(8,3),(512,1)]

potencias 16384 == [(2,14),(4,7),(128,2),(16384,1)]

potencias 65536 == [(2,16),(4,8),(16,4),(256,2),(65536,1)]

(numeroPotencias x) de las representaciones de x como potencias de números enteros positivos. Por ejemplo,

     numeroPotencias 7          ==  1
     numeroPotencias 8          ==  2
     numeroPotencias 512        ==  3
     numeroPotencias 16384      ==  4
     numeroPotencias 65536      ==  5
     numeroPotencias (2^(10^5)) ==  36

numeroPotencias 7 == 1

numeroPotencias 8 == 2

numeroPotencias 512 == 3

numeroPotencias 16384 == 4

numeroPotencias 65536 == 5

numeroPotencias (2^(10^5)) == 36

Soluciones

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

potencias :: Integer -> [(Integer,Integer)]
potencias x = [(a^d,b `div` d) | d <- divisores b]
  where ps = factorizacionPrima x
        b   = mcd (map snd ps)
        a   = product [c^(e `div` b) | (c,e) <- ps]

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 120  ==  [1,2,3,4,5,6,8,10,12,15,20,24,30,40,60,120]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores x =
  [y | y <- [1..x], x `mod` y == 0]

-- (factorizacionPrima x) es la factorización prima de x. Por ejemplo,
--    factorizacionPrima 1200  ==  [(2,4),(3,1),(5,2)]
factorizacionPrima :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacionPrima x =
  [(head xs, genericLength xs) | xs <- group (primeFactors x)]

-- (mcd xs) es el máximo común divisor de xs. Por ejemplo,
--    mcd [12,30,42]  ==  6
mcd :: Integral a => [a] -> a
mcd xs = foldr1 gcd xs

-- 1ª definición de numeroPotencias
-- ================================

--    numeroPotencias 7          ==  1
--    numeroPotencias 8          ==  2
--    numeroPotencias 512        ==  3
--    numeroPotencias 16384      ==  4
--    numeroPotencias 65536      ==  5
--    numeroPotencias (2^(10^5)) ==  36
numeroPotencias :: Integer -> Int
numeroPotencias = length . potencias

-- 2ª definición de numeroPotencias
-- ================================

numeroPotencias2 :: Integer -> Int
numeroPotencias2 n =
  numeroDivisores (mcd (map length (group (primeFactors n))))

-- (numeroDivisores n) es el número de divisores de n. Por ejemplo,
--    numeroDivisores 12  ==  6
--    numeroDivisores 14  ==  4
numeroDivisores :: Int -> Int
numeroDivisores =
  product . map ((+1) . length) . group . primeFactors

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

-- La comparación es
--    λ> numeroPotencias (2^(10^5))
--    36
--    (0.40 secs, 707,287,312 bytes)
--    λ> numeroPotencias2 (2^(10^5))
--    36
--    (0.35 secs, 675,954,872 bytes)

import Data.List (group,genericLength)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

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

potencias x = [(a^d,b `div` d) | d <- divisores b]

where ps = factorizacionPrima x

b = mcd (map snd ps)

a = product [c^(e `div` b) | (c,e) <- ps]

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

-- divisores 120 == [1,2,3,4,5,6,8,10,12,15,20,24,30,40,60,120]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores x =

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

-- (factorizacionPrima x) es la factorización prima de x. Por ejemplo,

-- factorizacionPrima 1200 == [(2,4),(3,1),(5,2)]

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

factorizacionPrima x =

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

-- (mcd xs) es el máximo común divisor de xs. Por ejemplo,

-- mcd [12,30,42] == 6

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

mcd xs = foldr1 gcd xs

-- 1ª definición de numeroPotencias

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

-- numeroPotencias 7 == 1

-- numeroPotencias 8 == 2

-- numeroPotencias 512 == 3

-- numeroPotencias 16384 == 4

-- numeroPotencias 65536 == 5

-- numeroPotencias (2^(10^5)) == 36

numeroPotencias :: Integer -> Int

numeroPotencias = length . potencias

-- 2ª definición de numeroPotencias

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

numeroPotencias2 :: Integer -> Int

numeroPotencias2 n =

numeroDivisores (mcd (map length (group (primeFactors n))))

-- (numeroDivisores n) es el número de divisores de n. Por ejemplo,

-- numeroDivisores 12 == 6

-- numeroDivisores 14 == 4

numeroDivisores :: Int -> Int

numeroDivisores =

product . map ((+1) . length) . group . primeFactors

-- Comparación de eficiencia de numeroPotencias

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

-- La comparación es

-- λ> numeroPotencias (2^(10^5))

-- 36

-- (0.40 secs, 707,287,312 bytes)

-- λ> numeroPotencias2 (2^(10^5))

-- 36

-- (0.35 secs, 675,954,872 bytes)

Nuevas soluciones

En los comentarios se pueden escribir nuevas soluciones.
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Espirales

PorJosé A. Alonso 3-marzo-202110-marzo-2021

Definir la función

   espiral :: Int -> [[Int]]

1	espiral :: Int -> [[Int]]

tal que (espiral n) es la espiral de orden n (es decir, con n filas y n columnas). Por ejemplo,

   λ> mapM_ print (espiral 5)
   [1,1,1,1,1]
   [0,0,0,0,1]
   [1,1,1,0,1]
   [1,0,0,0,1]
   [1,1,1,1,1]
   λ> mapM_ print (espiral 6)
   [1,1,1,1,1,1]
   [0,0,0,0,0,1]
   [1,1,1,1,0,1]
   [1,0,0,1,0,1]
   [1,0,0,0,0,1]
   [1,1,1,1,1,1]
   λ> mapM_ print (espiral 7)
   [1,1,1,1,1,1,1]
   [0,0,0,0,0,0,1]
   [1,1,1,1,1,0,1]
   [1,0,0,0,1,0,1]
   [1,0,1,1,1,0,1]
   [1,0,0,0,0,0,1]
   [1,1,1,1,1,1,1]
   λ> mapM_ print (espiral 8)
   [1,1,1,1,1,1,1,1]
   [0,0,0,0,0,0,0,1]
   [1,1,1,1,1,1,0,1]
   [1,0,0,0,0,1,0,1]
   [1,0,1,0,0,1,0,1]
   [1,0,1,1,1,1,0,1]
   [1,0,0,0,0,0,0,1]
   [1,1,1,1,1,1,1,1]

λ> mapM_ print (espiral 5)

[1,1,1,1,1]

[0,0,0,0,1]

[1,1,1,0,1]

[1,0,0,0,1]

[1,1,1,1,1]

λ> mapM_ print (espiral 6)

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

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

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

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

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

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

λ> mapM_ print (espiral 7)

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

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

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

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

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

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

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

λ> mapM_ print (espiral 8)

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

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

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

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

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

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

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

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

Nota: La serpiente (formada por los 1) nunca se puede tocar a ella misma.

Soluciones

import Data.List (transpose)

espiral :: Int -> [[Int]]
espiral n = espiralAux n n

espiralAux :: Int -> Int -> [[Int]]
espiralAux 0 _ = []
espiralAux 1 1 = [[1]]
espiralAux n m = primeraFila n : segundaFila n : filasDesdeTercera n m

-- (primeraFila n) es la primera fila de la espiral de orden n. Por
-- ejemplo,
--    λ> primeraFila 5
--    [1,1,1,1,1]
primeraFila :: Int -> [Int]
primeraFila n = replicate n 1

-- (segundaFila n) es la segunda de la espiral de orden n. Por
-- ejemplo,
--    λ> segundaFila 5
--    [0,0,0,0,1]
segundaFila :: Int -> [Int]
segundaFila n = replicate (n-1) 0 ++ [1]

-- (filasDesdeTercera n m), cuando n = m, es la lista de las filas de la
-- espiral de orden n a partir de la tercera. Por ejemplo,
--    λ> mapM_ print (filasDesdeTercera 5 5)
--    [1,1,1,0,1]
--    [1,0,0,0,1]
--    [1,1,1,1,1]
filasDesdeTercera :: Int -> Int -> [[Int]]
filasDesdeTercera n m = map reverse (transpose (espiralAux (m-2) n))

import Data.List (transpose)

espiral :: Int -> [[Int]]

espiral n = espiralAux n n

espiralAux :: Int -> Int -> [[Int]]

espiralAux 0 _ = []

espiralAux 1 1 = [[1]]

espiralAux n m = primeraFila n : segundaFila n : filasDesdeTercera n m

-- (primeraFila n) es la primera fila de la espiral de orden n. Por

-- ejemplo,

-- λ> primeraFila 5

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

primeraFila :: Int -> [Int]

primeraFila n = replicate n 1

-- (segundaFila n) es la segunda de la espiral de orden n. Por

-- ejemplo,

-- λ> segundaFila 5

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

segundaFila :: Int -> [Int]

segundaFila n = replicate (n-1) 0 ++ [1]

-- (filasDesdeTercera n m), cuando n = m, es la lista de las filas de la

-- espiral de orden n a partir de la tercera. Por ejemplo,

-- λ> mapM_ print (filasDesdeTercera 5 5)

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

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

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

filasDesdeTercera :: Int -> Int -> [[Int]]

filasDesdeTercera n m = map reverse (transpose (espiralAux (m-2) n))

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Mayor número borrando k dígitos

PorJosé A. Alonso 8-febrero-202115-febrero-2021

Definir la función

   mayorBorrando :: Int -> Integer -> Integer

1	mayorBorrando :: Int -> Integer -> Integer

tal que (mayorBorrando k n) es el mayor número obtenido borrando k dígitos de n (se supone que n tiene más de k dígitos). Por ejemplo,

   mayorBorrando 1 6782334  ==  782334
   mayorBorrando 3 6782334  ==  8334
   mayorBorrando 3 10020    ==  20
   mayorBorrando 1000000 (4256 + 10^1000004) == 14256

mayorBorrando 1 6782334 == 782334

mayorBorrando 3 6782334 == 8334

mayorBorrando 3 10020 == 20

mayorBorrando 1000000 (4256 + 10^1000004) == 14256

Soluciones

import Data.List (subsequences)

-- 1ª definición
-- =============

mayorBorrando :: Int -> Integer -> Integer
mayorBorrando k n = read (mayorBorrandoLista1 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista1 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de
-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,
--    mayorBorrandoLista1 1 "6782334"  ==  "782334"
--    mayorBorrandoLista1 3 "6782334"  ==  "8334"
mayorBorrandoLista1 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]
mayorBorrandoLista1 k xs = maximum (borra1 k xs)

-- (borra1 k xs) es la lista de las listas obtenidas borrando k elementos
-- de xs. Por ejemplo,
--    borra1 1 "abcd"  ==  ["abc","abd","acd","bcd"]
--    borra1 2 "abcd"  ==  ["ab","ac","bc","ad","bd","cd"]
--    borra1 3 "abcd"  ==  ["a","b","c","d"]
borra1 n xs = [ys | ys <- subsequences xs, length ys == k]
  where k = length xs - n

-- 2ª definición
-- =============

mayorBorrando2 :: Int -> Integer -> Integer
mayorBorrando2 k n = read (mayorBorrandoLista2 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista2 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de
-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,
--    mayorBorrandoLista2 1 "6782334"  ==  "782334"
--    mayorBorrandoLista2 3 "6782334"  ==  "8334"
mayorBorrandoLista2 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]
mayorBorrandoLista2 k xs = maximum (borra2 k xs)

-- (borra2 k xs) es la lista de las listas obtenidas borrando k elementos
-- de xs. Por ejemplo,
--    borra2 1 "abcd"  ==  ["abc","abd","acd","bcd"]
--    borra2 2 "abcd"  ==  ["ab","ac","ad","bc","bd","cd"]
--    borra2 3 "abcd"  ==  ["a","b","c","d"]
borra2 :: Eq a => Int -> [a] -> [[a]]
borra2 0 xs     = [xs]
borra2 n []     = []
borra2 n (x:xs) = [x:ys | ys <- borra2 n xs] ++ borra2 (n-1) xs

-- 3ª definición
-- =============

mayorBorrando3 :: Int -> Integer -> Integer
mayorBorrando3 k n = read (mayorBorrandoLista3 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista3 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de
-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,
--    mayorBorrandoLista3 1 "6782334"  ==  "782334"
--    mayorBorrandoLista3 3 "6782334"  ==  "8334"
mayorBorrandoLista3 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]
mayorBorrandoLista3 k xs = maximum (itera k borraUnoListas [xs])

-- (borraUnoListas xss) es la lista obtenida borrando un elemento (de
-- todas las formas posibles de la lista de listas no vacías xss. Por
-- ejemplo,
--    borraUnoListas ["abc","def"]  ==  ["bc","ac","ab","ef","df","de"]
borraUnoListas :: [[a]] -> [[a]]
borraUnoListas = concatMap borraUno

-- (borraUno xs) es la lista de listas obtenidas borrando un elemento de la
-- lista no vacía xs de todas las formas posibles. Por ejemplo,
--    borraUno "abcde"  ==  ["bcde","acde","abde","abce","abcd"]
borraUno :: [a] -> [[a]]
borraUno [x] = [[]]
borraUno (x:xs) = xs : map (x:) (borraUno xs)

-- (itera k f x) es el resultado de aplicar k veces la función f al
-- elemento x. Por ejmplo,
--    itera 3 (*2) 1   ==  8
--    itera 4 (+2) 10  ==  18
itera :: Eq a => Int -> (a -> a) -> a -> a
itera 0 _ x = x
itera n f x = itera (n-1) f (f x)

-- 4ª definición
-- =============

mayorBorrando4 :: Int -> Integer -> Integer
mayorBorrando4 k n = read (mayorBorrandoLista4 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista4 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de
-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,
--    mayorBorrandoLista4 1 "6782334"  ==  "782334"
--    mayorBorrandoLista4 3 "6782334"  ==  "8334"
mayorBorrandoLista4 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]
mayorBorrandoLista4 k = itera k mayorBorraUno

-- (mayorBorraUno xs) es la mayor lista obtenida eliminando un elemento de
-- xs. Por ejemplo,
--    mayorBorraUno "6782334"  ==  "782334"
--    mayorBorraUno "782334"   ==  "82334"
--    mayorBorraUno "82334"    ==  "8334"
mayorBorraUno :: Ord a => [a] -> [a]
mayorBorraUno = maximum . borraUno

-- 5ª definición
-- =============

mayorBorrando5 :: Int -> Integer -> Integer
mayorBorrando5 k n = read (mayorBorrandoLista5 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista5 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de
-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,
--    mayorBorrandoLista5 1 "6782334"  ==  "782334"
--    mayorBorrandoLista5 3 "6782334"  ==  "8334"
mayorBorrandoLista5 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]
mayorBorrandoLista5 k = itera k mayorBorraUno2

-- (mayorBorraUno2 xs) es la mayor lista obtenida eliminando un elemento de
-- xs. Por ejemplo,
--    mayorBorraUno2 "6782334"  ==  "782334"
--    mayorBorraUno2 "782334"   ==  "82334"
--    mayorBorraUno2 "82334"    ==  "8334"
mayorBorraUno2 :: Ord a => [a] -> [a]
mayorBorraUno2 [x]      = []
mayorBorraUno2 (x:y:xs) | x < y     = y:xs
                        | otherwise = x : mayorBorraUno2 (y:xs)

-- 6ª definición
-- =============

mayorBorrando6 :: Int -> Integer -> Integer
mayorBorrando6 k n = read (mayorBorrandoLista6 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista6 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de
-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,
--    mayorBorrandoLista6 1 "6782334"  ==  "782334"
--    mayorBorrandoLista6 3 "6782334"  ==  "8334"
mayorBorrandoLista6 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]
mayorBorrandoLista6 k xs = aux k [] xs

aux 0 ys     xs     = reverse ys ++ xs
aux k ys     []     = reverse (drop k ys)
aux k []     (x:xs) = aux k [x] xs
aux k (y:ys) (x:xs) | y >= x    = aux k     (x:y:ys) xs
                    | otherwise = aux (k-1) ys       (x:xs)

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

-- La comparación es
--    λ> mayorBorrando 6 (product [1..18])
--    7705728000
--    (0.06 secs, 15,165,496 bytes)
--    λ> mayorBorrando2 6 (product [1..18])
--    7705728000
--    (0.04 secs, 19,662,816 bytes)
--    λ> mayorBorrando3 6 (product [1..18])
--    7705728000
--    (6.93 secs, 5,143,807,064 bytes)
--    λ> mayorBorrando4 6 (product [1..18])
--    7705728000
--    (0.01 secs, 183,728 bytes)
--    λ> mayorBorrando5 6 (product [1..18])
--    7705728000
--    (0.01 secs, 118,984 bytes)
--    λ> mayorBorrando6 6 (product [1..18])
--    7705728000
--
--    λ> mayorBorrando 17 (product [1..25])
--    998400000
--    (19.09 secs, 14,516,359,464 bytes)
--    λ> mayorBorrando2 17 (product [1..25])
--    998400000
--    (47.39 secs, 30,066,413,608 bytes)
--    λ> mayorBorrando4 17 (product [1..25])
--    998400000
--    (0.01 secs, 458,320 bytes)
--    λ> mayorBorrando5 17 (product [1..25])
--    998400000
--    (0.01 secs, 134,424 bytes)
--    λ> mayorBorrando6 17 (product [1..25])
--    984000000
--    (0.01 secs, 124,600 bytes)
--
--    λ> mayorBorrando4 600 (product [1..300])
--    999999999999999
--    (3.29 secs, 4,421,841,944 bytes)
--    λ> mayorBorrando5 600 (product [1..300])
--    999999999999999
--    (0.03 secs, 6,690,440 bytes)
--    λ> mayorBorrando6 600 (product [1..300])
--    960000000000000
--    (0.01 secs, 593,864 bytes)
--
--    λ> mayorBorrando5 10000 (4256 + 10^10004)
--    14256
--    (16.04 secs, 18,221,784,872 bytes)
--    λ> mayorBorrando6 10000 (4256 + 10^10004)
--    14256
--    (0.02 secs, 6,669,592 bytes)
--
--    λ> mayorBorrando6 1000000 (4256 + 10^1000004)
--    14256
--    (1.04 secs, 655,561,656 bytes)

100

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196

197

198

199

200

201

202

import Data.List (subsequences)

-- 1ª definición

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

mayorBorrando :: Int -> Integer -> Integer

mayorBorrando k n = read (mayorBorrandoLista1 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista1 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de

-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,

-- mayorBorrandoLista1 1 "6782334" == "782334"

-- mayorBorrandoLista1 3 "6782334" == "8334"

mayorBorrandoLista1 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]

mayorBorrandoLista1 k xs = maximum (borra1 k xs)

-- (borra1 k xs) es la lista de las listas obtenidas borrando k elementos

-- de xs. Por ejemplo,

-- borra1 1 "abcd" == ["abc","abd","acd","bcd"]

-- borra1 2 "abcd" == ["ab","ac","bc","ad","bd","cd"]

-- borra1 3 "abcd" == ["a","b","c","d"]

borra1 n xs = [ys | ys <- subsequences xs, length ys == k]

where k = length xs - n

-- 2ª definición

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

mayorBorrando2 :: Int -> Integer -> Integer

mayorBorrando2 k n = read (mayorBorrandoLista2 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista2 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de

-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,

-- mayorBorrandoLista2 1 "6782334" == "782334"

-- mayorBorrandoLista2 3 "6782334" == "8334"

mayorBorrandoLista2 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]

mayorBorrandoLista2 k xs = maximum (borra2 k xs)

-- (borra2 k xs) es la lista de las listas obtenidas borrando k elementos

-- de xs. Por ejemplo,

-- borra2 1 "abcd" == ["abc","abd","acd","bcd"]

-- borra2 2 "abcd" == ["ab","ac","ad","bc","bd","cd"]

-- borra2 3 "abcd" == ["a","b","c","d"]

borra2 :: Eq a => Int -> [a] -> [[a]]

borra2 0 xs = [xs]

borra2 n [] = []

borra2 n (x:xs) = [x:ys | ys <- borra2 n xs] ++ borra2 (n-1) xs

-- 3ª definición

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

mayorBorrando3 :: Int -> Integer -> Integer

mayorBorrando3 k n = read (mayorBorrandoLista3 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista3 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de

-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,

-- mayorBorrandoLista3 1 "6782334" == "782334"

-- mayorBorrandoLista3 3 "6782334" == "8334"

mayorBorrandoLista3 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]

mayorBorrandoLista3 k xs = maximum (itera k borraUnoListas [xs])

-- (borraUnoListas xss) es la lista obtenida borrando un elemento (de

-- todas las formas posibles de la lista de listas no vacías xss. Por

-- ejemplo,

-- borraUnoListas ["abc","def"] == ["bc","ac","ab","ef","df","de"]

borraUnoListas :: [[a]] -> [[a]]

borraUnoListas = concatMap borraUno

-- (borraUno xs) es la lista de listas obtenidas borrando un elemento de la

-- lista no vacía xs de todas las formas posibles. Por ejemplo,

-- borraUno "abcde" == ["bcde","acde","abde","abce","abcd"]

borraUno :: [a] -> [[a]]

borraUno [x] = [[]]

borraUno (x:xs) = xs : map (x:) (borraUno xs)

-- (itera k f x) es el resultado de aplicar k veces la función f al

-- elemento x. Por ejmplo,

-- itera 3 (*2) 1 == 8

-- itera 4 (+2) 10 == 18

itera :: Eq a => Int -> (a -> a) -> a -> a

itera 0 _ x = x

itera n f x = itera (n-1) f (f x)

-- 4ª definición

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

mayorBorrando4 :: Int -> Integer -> Integer

mayorBorrando4 k n = read (mayorBorrandoLista4 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista4 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de

-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,

-- mayorBorrandoLista4 1 "6782334" == "782334"

-- mayorBorrandoLista4 3 "6782334" == "8334"

mayorBorrandoLista4 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]

mayorBorrandoLista4 k = itera k mayorBorraUno

-- (mayorBorraUno xs) es la mayor lista obtenida eliminando un elemento de

-- xs. Por ejemplo,

-- mayorBorraUno "6782334" == "782334"

-- mayorBorraUno "782334" == "82334"

-- mayorBorraUno "82334" == "8334"

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

mayorBorraUno = maximum . borraUno

-- 5ª definición

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

mayorBorrando5 :: Int -> Integer -> Integer

mayorBorrando5 k n = read (mayorBorrandoLista5 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista5 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de

-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,

-- mayorBorrandoLista5 1 "6782334" == "782334"

-- mayorBorrandoLista5 3 "6782334" == "8334"

mayorBorrandoLista5 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]

mayorBorrandoLista5 k = itera k mayorBorraUno2

-- (mayorBorraUno2 xs) es la mayor lista obtenida eliminando un elemento de

-- xs. Por ejemplo,

-- mayorBorraUno2 "6782334" == "782334"

-- mayorBorraUno2 "782334" == "82334"

-- mayorBorraUno2 "82334" == "8334"

mayorBorraUno2 :: Ord a => [a] -> [a]

mayorBorraUno2 [x] = []

mayorBorraUno2 (x:y:xs) | x < y = y:xs

| otherwise = x : mayorBorraUno2 (y:xs)

-- 6ª definición

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

mayorBorrando6 :: Int -> Integer -> Integer

mayorBorrando6 k n = read (mayorBorrandoLista6 k (show n))

-- (mayorBorrandoLista6 k xs) es la mayor lista obtenida borrando k elementos de

-- xs (se supone que xs tiene más de k elementos). Por ejemplo,

-- mayorBorrandoLista6 1 "6782334" == "782334"

-- mayorBorrandoLista6 3 "6782334" == "8334"

mayorBorrandoLista6 :: Ord a => Int -> [a] -> [a]

mayorBorrandoLista6 k xs = aux k [] xs

aux 0 ys xs = reverse ys ++ xs

aux k ys [] = reverse (drop k ys)

aux k [] (x:xs) = aux k [x] xs

aux k (y:ys) (x:xs) | y >= x = aux k (x:y:ys) xs

| otherwise = aux (k-1) ys (x:xs)

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> mayorBorrando 6 (product [1..18])

-- 7705728000

-- (0.06 secs, 15,165,496 bytes)

-- λ> mayorBorrando2 6 (product [1..18])

-- 7705728000

-- (0.04 secs, 19,662,816 bytes)

-- λ> mayorBorrando3 6 (product [1..18])

-- 7705728000

-- (6.93 secs, 5,143,807,064 bytes)

-- λ> mayorBorrando4 6 (product [1..18])

-- 7705728000

-- (0.01 secs, 183,728 bytes)

-- λ> mayorBorrando5 6 (product [1..18])

-- 7705728000

-- (0.01 secs, 118,984 bytes)

-- λ> mayorBorrando6 6 (product [1..18])

-- 7705728000

-- λ> mayorBorrando 17 (product [1..25])

-- 998400000

-- (19.09 secs, 14,516,359,464 bytes)

-- λ> mayorBorrando2 17 (product [1..25])

-- 998400000

-- (47.39 secs, 30,066,413,608 bytes)

-- λ> mayorBorrando4 17 (product [1..25])

-- 998400000

-- (0.01 secs, 458,320 bytes)

-- λ> mayorBorrando5 17 (product [1..25])

-- 998400000

-- (0.01 secs, 134,424 bytes)

-- λ> mayorBorrando6 17 (product [1..25])

-- 984000000

-- (0.01 secs, 124,600 bytes)

-- λ> mayorBorrando4 600 (product [1..300])

-- 999999999999999

-- (3.29 secs, 4,421,841,944 bytes)

-- λ> mayorBorrando5 600 (product [1..300])

-- 999999999999999

-- (0.03 secs, 6,690,440 bytes)

-- λ> mayorBorrando6 600 (product [1..300])

-- 960000000000000

-- (0.01 secs, 593,864 bytes)

-- λ> mayorBorrando5 10000 (4256 + 10^10004)

-- 14256

-- (16.04 secs, 18,221,784,872 bytes)

-- λ> mayorBorrando6 10000 (4256 + 10^10004)

-- 14256

-- (0.02 secs, 6,669,592 bytes)

-- λ> mayorBorrando6 1000000 (4256 + 10^1000004)

-- 14256

-- (1.04 secs, 655,561,656 bytes)

Nuevas soluciones

En los comentarios se pueden escribir nuevas soluciones.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Cambio con el menor número de monedas

PorJosé A. Alonso 2-junio-202026-marzo-2022

El problema del cambio con el menor número de monedas consiste en, dada una lista ms de tipos de monedas (con infinitas monedas de cada tipo) y una cantidad objetivo x, calcular el menor número de monedas de ms cuya suma es x. Por ejemplo, con monedas de 1, 3 y 4 céntimos se puede obtener 6 céntimos de 4 formas

   1, 1, 1, 1, 1, 1
   1, 1, 1, 3
   1, 1, 4
   3, 3

1, 1, 1, 1, 1, 1

1, 1, 1, 3

1, 1, 4

3, 3

El menor número de monedas que se necesita es 2. En cambio, con monedas de 2, 5 y 10 es imposible obtener 3.

Definir

   monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int

1	monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int

tal que (monedas ms x) es el menor número de monedas de ms cuya suma es x, si es posible obtener dicha suma y es Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

   monedas [1,3,4]  6                    ==  Just 2
   monedas [2,5,10] 3                    ==  Nothing
   monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 520  ==  Just 4

monedas [1,3,4] 6 == Just 2

monedas [2,5,10] 3 == Nothing

monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 520 == Just 4

Soluciones

import Data.Array ((!), array)

-- 1ª solución
-- ===========

monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas ms x
  | null cs   = Nothing
  | otherwise = Just (minimum (map length cs))
  where cs = cambios ms x

-- (cambios ms x) es la lista de las foemas de obtener x sumando monedas
-- de ms. Por ejemplo,
--   λ> cambios [1,5,10] 12
--   [[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,5],[1,1,5,5],[1,1,10]]
--   λ> cambios [2,5,10] 3
--   []
--   λ> cambios [1,3,4] 6
--   [[1,1,1,1,1,1],[1,1,1,3],[1,1,4],[3,3]]
cambios :: [Int] -> Int -> [[Int]]
cambios _      0 = [[]]
cambios []     _ = []
cambios (k:ks) m
  | m < k     = []
  | otherwise = [k:zs | zs <- cambios (k:ks) (m - k)] ++
                cambios ks m

-- 2ª solución
-- ===========

monedas2 :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas2 ms n
  | sol == infinito = Nothing
  | otherwise       = Just sol
  where
    sol = aux n
    aux 0 = 0
    aux k = siguiente (minimo [aux (k - x) | x <- ms,  k >= x])

infinito :: Int
infinito = 10^30

minimo :: [Int] -> Int
minimo [] = infinito
minimo xs = minimum xs

siguiente :: Int -> Int
siguiente x | x == infinito = infinito
            | otherwise     = 1 + x

-- 3ª solución
-- ===========

monedas3 :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas3 ms n  
  | sol == infinito = Nothing
  | otherwise       = Just sol
  where
    sol = v ! n
    v   = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
    f 0 = 0
    f k = siguiente (minimo [v ! (k - x) | x <- ms, k >= x])

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

--    λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (0.02 secs, 871,144 bytes)
--    λ> monedas2 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (15.44 secs, 1,866,519,080 bytes)
--    λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (0.01 secs, 157,232 bytes)
--    
--    λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 188
--    Just 7
--    (14.20 secs, 1,845,293,080 bytes)
--    λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 188
--    Just 7
--    (0.01 secs, 623,376 bytes)

import Data.Array ((!), array)

-- 1ª solución

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

monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int

monedas ms x

| null cs = Nothing

| otherwise = Just (minimum (map length cs))

where cs = cambios ms x

-- (cambios ms x) es la lista de las foemas de obtener x sumando monedas

-- de ms. Por ejemplo,

-- λ> cambios [1,5,10] 12

-- [[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,5],[1,1,5,5],[1,1,10]]

-- λ> cambios [2,5,10] 3

-- []

-- λ> cambios [1,3,4] 6

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

cambios :: [Int] -> Int -> [[Int]]

cambios _ 0 = [[]]

cambios [] _ = []

cambios (k:ks) m

| m < k = []

| otherwise = [k:zs | zs <- cambios (k:ks) (m - k)] ++

cambios ks m

-- 2ª solución

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

monedas2 :: [Int] -> Int -> Maybe Int

monedas2 ms n

| sol == infinito = Nothing

| otherwise = Just sol

where

sol = aux n

aux 0 = 0

aux k = siguiente (minimo [aux (k - x) | x <- ms, k >= x])

infinito :: Int

infinito = 10^30

minimo :: [Int] -> Int

minimo [] = infinito

minimo xs = minimum xs

siguiente :: Int -> Int

siguiente x | x == infinito = infinito

| otherwise = 1 + x

-- 3ª solución

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

monedas3 :: [Int] -> Int -> Maybe Int

monedas3 ms n

| sol == infinito = Nothing

| otherwise = Just sol

where

sol = v ! n

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

f 0 = 0

f k = siguiente (minimo [v ! (k - x) | x <- ms, k >= x])

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 27

-- Just 3

-- (0.02 secs, 871,144 bytes)

-- λ> monedas2 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27

-- Just 3

-- (15.44 secs, 1,866,519,080 bytes)

-- λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27

-- Just 3

-- (0.01 secs, 157,232 bytes)

-- λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 188

-- Just 7

-- (14.20 secs, 1,845,293,080 bytes)

-- λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 188

-- Just 7

-- (0.01 secs, 623,376 bytes)

Caminos en un grafo

PorJosé A. Alonso 28-mayo-20204-junio-2020

Definir las funciones

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

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

tales que

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[]

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

109601

Soluciones

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

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

-- 1ª solución
-- ===========

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

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

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

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

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

import Data.List (sort)

import I1M.Grafo

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

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

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

where ns = map fst as ++ map snd as

m = minimum ns

n = maximum ns

-- 1ª solución

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

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

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

aux [] = []

aux ((x:xs):yss)

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

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

, z `notElem` (x:xs)]

++ yss)

-- 2ª solución (mediante espacio de estados)

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

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

caminos2 g a b = buscaEE sucesores esFinal inicial

where inicial = [b]

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

, z `notElem` (x:xs)]

esFinal (x:xs) = x == a

-- Comparación de eficiencia

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

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

-- 109601

-- (3.57 secs, 500533816 bytes)

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

-- 109601

-- (3.53 secs, 470814096 bytes)

Espacio de estados del problema de las N reinas

PorJosé A. Alonso 21-mayo-202028-mayo-2020

El problema de las N reinas consiste en colocar N reinas en tablero rectangular de dimensiones N por N de forma que no se encuentren más de una en la misma línea: horizontal, vertical o diagonal. Por ejemplo, una solución para el problema de las 4 reinas es

   |---|---|---|---|
   |   | R |   |   |
   |---|---|---|---|
   |   |   |   | R |
   |---|---|---|---|
   | R |   |   |   |
   |---|---|---|---|
   |   |   | R |   |
   |---|---|---|---|

|---|---|---|---|

| | R | | |

|---|---|---|---|

| | | | R |

|---|---|---|---|

| R | | | |

|---|---|---|---|

| | | R | |

|---|---|---|---|

Los estados del problema de las N reinas son los tableros con las reinas colocadas. Inicialmente el tablero está vacío y, en cda paso se coloca una reina en la primera columna en la que aún no hay ninguna reina.

Cada estado se representa por una lista de números que indican las filas donde se han colocado las reinas. Por ejemplo, el tablero anterior se representa por [2,4,1,3].

Usando la librería de árboles Data.Tree, definir las funciones

   arbolReinas :: Int -> Tree [Int]
   nEstados    :: Int -> Int
   soluciones  :: Int -> [[Int]]
   nSoluciones :: Int -> Int

arbolReinas :: Int -> Tree [Int]

nEstados :: Int -> Int

soluciones :: Int -> [[Int]]

nSoluciones :: Int -> Int

tales que

(arbolReinas n) es el árbol de estados para el problema de las n reinas. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolReinas 4)))
     []
     |
     +- [1]
     |  |
     |  +- [3,1]
     |  |
     |  `- [4,1]
     |     |
     |     `- [2,4,1]
     |
     +- [2]
     |  |
     |  `- [4,2]
     |     |
     |     `- [1,4,2]
     |        |
     |        `- [3,1,4,2]
     |
     +- [3]
     |  |
     |  `- [1,3]
     |     |
     |     `- [4,1,3]
     |        |
     |        `- [2,4,1,3]
     |
     `- [4]
        |
        +- [1,4]
        |  |
        |  `- [3,1,4]
        |
        `- [2,4]
     
     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolReinas 5)))
     []
     |
     +- [1]
     |  |
     |  +- [3,1]
     |  |  |
     |  |  `- [5,3,1]
     |  |     |
     |  |     `- [2,5,3,1]
     |  |        |
     |  |        `- [4,2,5,3,1]
     |  |
     |  +- [4,1]
     |  |  |
     |  |  `- [2,4,1]
     |  |     |
     |  |     `- [5,2,4,1]
     |  |        |
     |  |        `- [3,5,2,4,1]
     |  |
     |  `- [5,1]
     |     |
     |     `- [2,5,1]
     |
     +- [2]
     |  |
     |  +- [4,2]
     |  |  |
     |  |  `- [1,4,2]
     |  |     |
     |  |     `- [3,1,4,2]
     |  |        |
     |  |        `- [5,3,1,4,2]
     |  |
     |  `- [5,2]
     |     |
     |     +- [1,5,2]
     |     |  |
     |     |  `- [4,1,5,2]
     |     |
     |     `- [3,5,2]
     |        |
     |        `- [1,3,5,2]
     |           |
     |           `- [4,1,3,5,2]
     |
     +- [3]
     |  |
     |  +- [1,3]
     |  |  |
     |  |  `- [4,1,3]
     |  |     |
     |  |     `- [2,4,1,3]
     |  |        |
     |  |        `- [5,2,4,1,3]
     |  |
     |  `- [5,3]
     |     |
     |     `- [2,5,3]
     |        |
     |        `- [4,2,5,3]
     |           |
     |           `- [1,4,2,5,3]
     |
     +- [4]
     |  |
     |  +- [1,4]
     |  |  |
     |  |  +- [3,1,4]
     |  |  |  |
     |  |  |  `- [5,3,1,4]
     |  |  |     |
     |  |  |     `- [2,5,3,1,4]
     |  |  |
     |  |  `- [5,1,4]
     |  |     |
     |  |     `- [2,5,1,4]
     |  |
     |  `- [2,4]
     |     |
     |     `- [5,2,4]
     |        |
     |        `- [3,5,2,4]
     |           |
     |           `- [1,3,5,2,4]
     |
     `- [5]
        |
        +- [1,5]
        |  |
        |  `- [4,1,5]
        |
        +- [2,5]
        |  |
        |  `- [4,2,5]
        |     |
        |     `- [1,4,2,5]
        |        |
        |        `- [3,1,4,2,5]
        |
        `- [3,5]
           |
           `- [1,3,5]
              |
              `- [4,1,3,5]
                 |
                 `- [2,4,1,3,5]

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolReinas 4)))

[]

+- [1]

| |

| +- [3,1]

| |

| `- [4,1]

| |

| `- [2,4,1]

+- [2]

| |

| `- [4,2]

| |

| `- [1,4,2]

| |

| `- [3,1,4,2]

+- [3]

| |

| `- [1,3]

| |

| `- [4,1,3]

| |

| `- [2,4,1,3]

`- [4]

+- [1,4]

| |

| `- [3,1,4]

`- [2,4]

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolReinas 5)))

[]

+- [1]

| |

| +- [3,1]

| | |

| | `- [5,3,1]

| | |

| | `- [2,5,3,1]

| | |

| | `- [4,2,5,3,1]

| |

| +- [4,1]

| | |

| | `- [2,4,1]

| | |

| | `- [5,2,4,1]

| | |

| | `- [3,5,2,4,1]

| |

| `- [5,1]

| |

| `- [2,5,1]

+- [2]

| |

| +- [4,2]

| | |

| | `- [1,4,2]

| | |

| | `- [3,1,4,2]

| | |

| | `- [5,3,1,4,2]

| |

| `- [5,2]

| |

| +- [1,5,2]

| | |

| | `- [4,1,5,2]

| |

| `- [3,5,2]

| |

| `- [1,3,5,2]

| |

| `- [4,1,3,5,2]

+- [3]

| |

| +- [1,3]

| | |

| | `- [4,1,3]

| | |

| | `- [2,4,1,3]

| | |

| | `- [5,2,4,1,3]

| |

| `- [5,3]

| |

| `- [2,5,3]

| |

| `- [4,2,5,3]

| |

| `- [1,4,2,5,3]

+- [4]

| |

| +- [1,4]

| | |

| | +- [3,1,4]

| | | |

| | | `- [5,3,1,4]

| | | |

| | | `- [2,5,3,1,4]

| | |

| | `- [5,1,4]

| | |

| | `- [2,5,1,4]

| |

| `- [2,4]

| |

| `- [5,2,4]

| |

| `- [3,5,2,4]

| |

| `- [1,3,5,2,4]

`- [5]

+- [1,5]

| |

| `- [4,1,5]

+- [2,5]

| |

| `- [4,2,5]

| |

| `- [1,4,2,5]

| |

| `- [3,1,4,2,5]

`- [3,5]

`- [1,3,5]

`- [4,1,3,5]

`- [2,4,1,3,5]

(nEstados n) es el número de estados en el problema de las n reinas. Por ejemplo,

     nEstados 4            ==  17
     nEstados 5            ==  54
     map nEstados [0..10]  ==  [1,2,3,6,17,54,153,552,2057,8394,35539]

nEstados 4 == 17

nEstados 5 == 54

map nEstados [0..10] == [1,2,3,6,17,54,153,552,2057,8394,35539]

(soluciones n) es la lista de estados que son soluciones del problema de las n reinas. Por ejemplo,

     λ> soluciones 4
     [[3,1,4,2],[2,4,1,3]]
     λ> soluciones 5
     [[4,2,5,3,1],[3,5,2,4,1],[5,3,1,4,2],[4,1,3,5,2],[5,2,4,1,3],
      [1,4,2,5,3],[2,5,3,1,4],[1,3,5,2,4],[3,1,4,2,5],[2,4,1,3,5]]

λ> soluciones 4

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

λ> soluciones 5

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

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

(nSoluciones n) es el número de soluciones del problema de las n reinas. Por ejemplo,

     nSoluciones 4            ==  2
     nSoluciones 5            ==  10
     map nSoluciones [0..10]  ==  [1,1,0,0,2,10,4,40,92,352,724]

nSoluciones 4 == 2

nSoluciones 5 == 10

map nSoluciones [0..10] == [1,1,0,0,2,10,4,40,92,352,724]

Soluciones

import Data.List ((\\))
import Data.Tree

-- Definición de arbolReinas
-- =========================

arbolReinas :: Int -> Tree [Int]
arbolReinas n = expansion n []
  where
    expansion m xs = Node xs [expansion (m-1) ys | ys <- sucesores n xs]

-- (sucesores n xs) es la lista de los sucesores del estado xs en el
-- problema de las n reinas. Por ejemplo,
--    sucesores 4 []       ==  [[1],[2],[3],[4]]
--    sucesores 4 [1]      ==  [[3,1],[4,1]]
--    sucesores 4 [4,1]    ==  [[2,4,1]]
--    sucesores 4 [2,4,1]  ==  []
sucesores :: Int -> [Int] -> [[Int]]
sucesores n xs = [y:xs | y <- [1..n] \\ xs
                       , noAtaca y xs 1]

-- (noAtaca y xs d) se verifica si la reina en la fila y no ataca a las
-- colocadas en las filas xs donde d es el número de columnas desde la
-- de la posición de x a la primera de xs.
noAtaca :: Int -> [Int] -> Int -> Bool
noAtaca _ [] _ = True
noAtaca y (x:xs) distH = abs(y-x) /= distH &&
                         noAtaca y xs (distH + 1)               

-- Definición de nEstados
-- ======================

nEstados :: Int -> Int
nEstados = length . arbolReinas

-- Definición de solucionesReinas
-- ==============================

--    λ> soluciones 4
--    [[3,1,4,2],[2,4,1,3]]
--    λ> soluciones 5
--    [[4,2,5,3,1],[3,5,2,4,1],[5,3,1,4,2],[4,1,3,5,2],[5,2,4,1,3],
--     [1,4,2,5,3],[2,5,3,1,4],[1,3,5,2,4],[3,1,4,2,5],[2,4,1,3,5]]
soluciones :: Int -> [[Int]]
soluciones n =
  filter (\xs -> length xs == n) (estados n)

-- (estados n) es la lista de estados del problema de las n reinas. Por
-- ejemplo, 
--   λ> estados 4
--   [[],
--    [1],[2],[3],[4],
--    [3,1],[4,1],[4,2],[1,3],[1,4],[2,4],
--    [2,4,1],[1,4,2],[4,1,3],[3,1,4],
--    [3,1,4,2],[2,4,1,3]]
estados :: Int -> [[Int]]
estados = concat . levels . arbolReinas

-- Definición de nSoluciones
-- =========================

nSoluciones :: Int -> Int
nSoluciones = length . soluciones

import Data.List ((\\))

import Data.Tree

-- Definición de arbolReinas

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

arbolReinas :: Int -> Tree [Int]

arbolReinas n = expansion n []

where

expansion m xs = Node xs [expansion (m-1) ys | ys <- sucesores n xs]

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

-- problema de las n reinas. Por ejemplo,

-- sucesores 4 [] == [[1],[2],[3],[4]]

-- sucesores 4 [1] == [[3,1],[4,1]]

-- sucesores 4 [4,1] == [[2,4,1]]

-- sucesores 4 [2,4,1] == []

sucesores :: Int -> [Int] -> [[Int]]

sucesores n xs = [y:xs | y <- [1..n] \\ xs

, noAtaca y xs 1]

-- (noAtaca y xs d) se verifica si la reina en la fila y no ataca a las

-- colocadas en las filas xs donde d es el número de columnas desde la

-- de la posición de x a la primera de xs.

noAtaca :: Int -> [Int] -> Int -> Bool

noAtaca _ [] _ = True

noAtaca y (x:xs) distH = abs(y-x) /= distH &&

noAtaca y xs (distH + 1)

-- Definición de nEstados

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

nEstados :: Int -> Int

nEstados = length . arbolReinas

-- Definición de solucionesReinas

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

-- λ> soluciones 4

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

-- λ> soluciones 5

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

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

soluciones :: Int -> [[Int]]

soluciones n =

filter (\xs -> length xs == n) (estados n)

-- (estados n) es la lista de estados del problema de las n reinas. Por

-- ejemplo,

-- λ> estados 4

-- [[],

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

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

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

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

estados :: Int -> [[Int]]

estados = concat . levels . arbolReinas

-- Definición de nSoluciones

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

nSoluciones :: Int -> Int

nSoluciones = length . soluciones

Conjuntos de primos emparejables

PorJosé A. Alonso 5-mayo-202017-agosto-2020

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

Definir la función

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

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

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

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

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

take 5 (emparejables 3 10) == []

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

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

take 5 (emparejables 4 100) == []

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

Conjetura de las familias estables por uniones

PorJosé A. Alonso 24-abril-20201-mayo-2020

La conjetura de las familias estables por uniones fue planteada por Péter Frankl en 1979 y aún sigue abierta.

Una familia de conjuntos es estable por uniones si la unión de dos conjuntos cualesquiera de la familia pertenece a la familia. Por ejemplo, {∅, {1}, {2}, {1,2}, {1,3}, {1,2,3}} es estable por uniones; pero {{1}, {2}, {1,3}, {1,2,3}} no lo es.

La conjetura afirma que toda familia no vacía estable por uniones y distinta de {∅} posee algún elemento que pertenece al menos a la mitad de los conjuntos de la familia.

Definir las funciones

   esEstable :: Ord a => Set (Set a) -> Bool
   familiasEstables :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
   mayoritarios :: Ord a => Set (Set a) -> [a]
   conjeturaFrankl :: Int -> Bool

esEstable :: Ord a => Set (Set a) -> Bool

familiasEstables :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))

mayoritarios :: Ord a => Set (Set a) -> [a]

conjeturaFrankl :: Int -> Bool

tales que

(esEstable f) se verifica si la familia f es estable por uniones. Por ejemplo,

     λ> esEstable (fromList [empty, fromList [1,2], fromList [1..5]])
     True
     λ> esEstable (fromList [empty, fromList [1,7], fromList [1..5]])
     False
     λ> esEstable (fromList [fromList [1,2], singleton 3, fromList [1..3]])
     True

λ> esEstable (fromList [empty, fromList [1,2], fromList [1..5]])

True

λ> esEstable (fromList [empty, fromList [1,7], fromList [1..5]])

False

λ> esEstable (fromList [fromList [1,2], singleton 3, fromList [1..3]])

True

(familiasEstables c) es el conjunto de las familias estables por uniones formadas por elementos del conjunto c. Por ejemplo,

     λ> familiasEstables (fromList [1..2])
     fromList
       [ fromList []
       , fromList [fromList []]
       , fromList [fromList [],fromList [1]]
       , fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2]],
         fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [],fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [],fromList [2]]
       , fromList [fromList [1]]
       , fromList [fromList [1],fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [1,2]]
       , fromList [fromList [1,2],fromList [2]]
       , fromList [fromList [2]]]
     λ> size (familiasEstables (fromList [1,2]))
     14
     λ> size (familiasEstables (fromList [1..3]))
     122
     λ> size (familiasEstables (fromList [1..4]))
     4960

λ> familiasEstables (fromList [1..2])

fromList

[ fromList []

, fromList [fromList []]

, fromList [fromList [],fromList [1]]

, fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2]],

fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]

, fromList [fromList [],fromList [1,2]]

, fromList [fromList [],fromList [1,2],fromList [2]]

, fromList [fromList [],fromList [2]]

, fromList [fromList [1]]

, fromList [fromList [1],fromList [1,2]]

, fromList [fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]

, fromList [fromList [1,2]]

, fromList [fromList [1,2],fromList [2]]

, fromList [fromList [2]]]

λ> size (familiasEstables (fromList [1,2]))

λ> size (familiasEstables (fromList [1..3]))

122

λ> size (familiasEstables (fromList [1..4]))

4960

(mayoritarios f) es la lista de elementos que pertenecen al menos a la mitad de los conjuntos de la familia f. Por ejemplo,

     mayoritarios (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) == [3]
     mayoritarios (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [4,5]]) == []

1 2	mayoritarios (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) == [3] mayoritarios (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [4,5]]) == []

(conjeturaFrankl n) se verifica si para toda familia f formada por elementos del conjunto {1,2,…,n} no vacía, estable por uniones y distinta de {∅} posee algún elemento que pertenece al menos a la mitad de los conjuntos de f. Por ejemplo.

     conjeturaFrankl 2  ==  True
     conjeturaFrankl 3  ==  True
     conjeturaFrankl 4  ==  True

conjeturaFrankl 2 == True

conjeturaFrankl 3 == True

conjeturaFrankl 4 == True

Soluciones

import Data.Set  as S ( Set
                      , delete
                      , deleteFindMin
                      , empty
                      , filter
                      , fromList
                      , insert
                      , map
                      , member
                      , null
                      , singleton
                      , size
                      , toList
                      , union
                      , unions
                      )
import Data.List as L ( filter
                      , null
                      )

esEstable :: Ord a => Set (Set a) -> Bool
esEstable xss =
  and [ys `S.union` zs `member` xss | (ys,yss) <- selecciones xss
                                    , zs <- toList yss]

-- (seleccciones xs) es la lista de los pares formada por un elemento de
-- xs y los restantes elementos. Por ejemplo,
--    λ> selecciones (fromList [3,2,5])
--    [(2,fromList [3,5]),(3,fromList [2,5]),(5,fromList [2,3])]
selecciones :: Ord a => Set a -> [(a,Set a)]
selecciones xs =
  [(x,delete x xs) | x <- toList xs] 

familiasEstables :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
familiasEstables xss =
  S.filter esEstable (familias xss)

-- (familias c) es la familia formadas con elementos de c. Por ejemplo,
--    λ> mapM_ print (familias (fromList [1,2]))
--    fromList []
--    fromList [fromList []]
--    fromList [fromList [],fromList [1]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1]]
--    fromList [fromList [1],fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1],fromList [2]]
--    fromList [fromList [1,2]]
--    fromList [fromList [1,2],fromList [2]]
--    fromList [fromList [2]]
--    λ> size (familias (fromList [1,2]))
--    16
--    λ> size (familias (fromList [1,2,3]))
--    256
--    λ> size (familias (fromList [1,2,3,4]))
--    65536
familias :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))
familias c =
  subconjuntos (subconjuntos c)

-- (subconjuntos c) es el conjunto de los subconjuntos de c. Por ejemplo,
--    λ> mapM_ print (subconjuntos (fromList [1,2,3]))
--    fromList []
--    fromList [1]
--    fromList [1,2]
--    fromList [1,2,3]
--    fromList [1,3]
--    fromList [2]
--    fromList [2,3]
--    fromList [3]
subconjuntos :: Ord a => Set a -> Set (Set a)
subconjuntos c
  | S.null c  = singleton empty
  | otherwise = S.map (insert x) sr `union` sr
  where (x,rc) = deleteFindMin c
        sr     = subconjuntos rc

-- (elementosFamilia f) es el conjunto de los elementos de los elementos
-- de la familia f. Por ejemplo, 
--    λ> elementosFamilia (fromList [empty, fromList [1,2], fromList [2,5]])
--    fromList [1,2,5]
elementosFamilia :: Ord a => Set (Set a) -> Set a
elementosFamilia = unions . toList

-- (nOcurrencias f x) es el número de conjuntos de la familia f a los
-- que pertenece el elemento x. Por ejemplo,
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 3 == 2
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 4 == 0
--    nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 5 == 1
nOcurrencias :: Ord a => Set (Set a) -> a -> Int
nOcurrencias f x =
  length (L.filter (x `member`) (toList f))

mayoritarios :: Ord a => Set (Set a) -> [a]
mayoritarios f =
  [x | x <- toList (elementosFamilia f)
     , nOcurrencias f x >= n]
  where n = (1 + size f) `div` 2

conjeturaFrankl :: Int -> Bool
conjeturaFrankl n =
  and [ not (L.null (mayoritarios f))
      | f <- fs
      , f /= fromList []
      , f /= fromList [empty]]
  where fs = toList (familiasEstables (fromList [1..n]))


-- conjeturaFrankl' :: Int -> Bool
conjeturaFrankl' n =
  [f | f <- fs
     , L.null (mayoritarios f)
     , f /= fromList []
     , f /= fromList [empty]]
  where fs = toList (familiasEstables (fromList [1..n]))

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

import Data.Set as S ( Set

, delete

, deleteFindMin

, empty

, filter

, fromList

, insert

, map

, member

, null

, singleton

, size

, toList

, union

, unions

)

import Data.List as L ( filter

, null

)

esEstable :: Ord a => Set (Set a) -> Bool

esEstable xss =

and [ys `S.union` zs `member` xss | (ys,yss) <- selecciones xss

, zs <- toList yss]

-- (seleccciones xs) es la lista de los pares formada por un elemento de

-- xs y los restantes elementos. Por ejemplo,

-- λ> selecciones (fromList [3,2,5])

-- [(2,fromList [3,5]),(3,fromList [2,5]),(5,fromList [2,3])]

selecciones :: Ord a => Set a -> [(a,Set a)]

selecciones xs =

[(x,delete x xs) | x <- toList xs]

familiasEstables :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))

familiasEstables xss =

S.filter esEstable (familias xss)

-- (familias c) es la familia formadas con elementos de c. Por ejemplo,

-- λ> mapM_ print (familias (fromList [1,2]))

-- fromList []

-- fromList [fromList []]

-- fromList [fromList [],fromList [1]]

-- fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2]]

-- fromList [fromList [],fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]

-- fromList [fromList [],fromList [1],fromList [2]]

-- fromList [fromList [],fromList [1,2]]

-- fromList [fromList [],fromList [1,2],fromList [2]]

-- fromList [fromList [],fromList [2]]

-- fromList [fromList [1]]

-- fromList [fromList [1],fromList [1,2]]

-- fromList [fromList [1],fromList [1,2],fromList [2]]

-- fromList [fromList [1],fromList [2]]

-- fromList [fromList [1,2]]

-- fromList [fromList [1,2],fromList [2]]

-- fromList [fromList [2]]

-- λ> size (familias (fromList [1,2]))

-- 16

-- λ> size (familias (fromList [1,2,3]))

-- 256

-- λ> size (familias (fromList [1,2,3,4]))

-- 65536

familias :: Ord a => Set a -> Set (Set (Set a))

familias c =

subconjuntos (subconjuntos c)

-- (subconjuntos c) es el conjunto de los subconjuntos de c. Por ejemplo,

-- λ> mapM_ print (subconjuntos (fromList [1,2,3]))

-- fromList []

-- fromList [1]

-- fromList [1,2]

-- fromList [1,2,3]

-- fromList [1,3]

-- fromList [2]

-- fromList [2,3]

-- fromList [3]

subconjuntos :: Ord a => Set a -> Set (Set a)

subconjuntos c

| S.null c = singleton empty

| otherwise = S.map (insert x) sr `union` sr

where (x,rc) = deleteFindMin c

sr = subconjuntos rc

-- (elementosFamilia f) es el conjunto de los elementos de los elementos

-- de la familia f. Por ejemplo,

-- λ> elementosFamilia (fromList [empty, fromList [1,2], fromList [2,5]])

-- fromList [1,2,5]

elementosFamilia :: Ord a => Set (Set a) -> Set a

elementosFamilia = unions . toList

-- (nOcurrencias f x) es el número de conjuntos de la familia f a los

-- que pertenece el elemento x. Por ejemplo,

-- nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 3 == 2

-- nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 4 == 0

-- nOcurrencias (fromList [empty, fromList [1,3], fromList [3,5]]) 5 == 1

nOcurrencias :: Ord a => Set (Set a) -> a -> Int

nOcurrencias f x =

length (L.filter (x `member`) (toList f))

mayoritarios :: Ord a => Set (Set a) -> [a]

mayoritarios f =

[x | x <- toList (elementosFamilia f)

, nOcurrencias f x >= n]

where n = (1 + size f) `div` 2

conjeturaFrankl :: Int -> Bool

conjeturaFrankl n =

and [ not (L.null (mayoritarios f))

| f <- fs

, f /= fromList []

, f /= fromList [empty]]

where fs = toList (familiasEstables (fromList [1..n]))

-- conjeturaFrankl' :: Int -> Bool

conjeturaFrankl' n =

[f | f <- fs

, L.null (mayoritarios f)

, f /= fromList []

, f /= fromList [empty]]

where fs = toList (familiasEstables (fromList [1..n]))

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Menor no expresable como suma

PorJosé A. Alonso 15-abril-202029-abril-2020

Definir la función

   menorNoSuma :: [Integer] -> Integer

1	menorNoSuma :: [Integer] -> Integer

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

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

menorNoSuma [6,1,2] == 4

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

menorNoSuma [5] == 1

menorNoSuma [1..20] == 211

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

Comprobar con QuickCheck que para todo n,

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

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

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

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

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

-- 2ª definición
-- =============

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

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

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

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

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

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

-- 1ª definición

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

import Data.List (sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

menorNoSuma1 :: [Integer] -> Integer

menorNoSuma1 xs =

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

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

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

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

sumas :: [Integer] -> [Integer]

sumas xs = map sum (subsequences xs)

-- 2ª definición

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

menorNoSuma2 :: [Integer] -> Integer

menorNoSuma2 = menorNoSumaOrd . reverse . sort

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

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

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

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

menorNoSumaOrd [] = 1

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

| otherwise = y+x

where y = menorNoSumaOrd xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> menorNoSuma1 [1..20]

-- 211

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

-- λ> menorNoSuma2 [1..20]

-- 211

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_menorNoSuma :: (Positive Integer) -> Bool

prop_menorNoSuma (Positive n) =

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

-- La comprobación es

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

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

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El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Cálculo de pi mediante los métodos de Gregory-Leibniz y de Beeler

PorJosé A. Alonso 7-abril-202026-marzo-2022

La fórmula de Gregory-Leibniz para calcular pi es

y la de Beeler es

Definir las funciones

   aproximaPiGL     :: Int -> Double
   aproximaPiBeeler :: Int -> Double
   graficas         :: [Int] -> IO ()

aproximaPiGL :: Int -> Double

aproximaPiBeeler :: Int -> Double

graficas :: [Int] -> IO ()

tales que

(aproximaPiGL n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Gregory-Leibniz. Por ejemplo,

     aproximaPiGL 1       ==  4.0
     aproximaPiGL 2       ==  2.666666666666667
     aproximaPiGL 3       ==  3.466666666666667
     aproximaPiGL 10      ==  3.0418396189294032
     aproximaPiGL 100     ==  3.1315929035585537
     aproximaPiGL 1000    ==  3.140592653839794
     aproximaPiGL 10000   ==  3.1414926535900345
     aproximaPiGL 100000  ==  3.1415826535897198

aproximaPiGL 1 == 4.0

aproximaPiGL 2 == 2.666666666666667

aproximaPiGL 3 == 3.466666666666667

aproximaPiGL 10 == 3.0418396189294032

aproximaPiGL 100 == 3.1315929035585537

aproximaPiGL 1000 == 3.140592653839794

aproximaPiGL 10000 == 3.1414926535900345

aproximaPiGL 100000 == 3.1415826535897198

(aproximaPiBeeler n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Beeler. Por ejemplo,

     aproximaPiBeeler 1   ==  2.0
     aproximaPiBeeler 2   ==  2.6666666666666665
     aproximaPiBeeler 3   ==  2.933333333333333
     aproximaPiBeeler 10  ==  3.140578169680337
     aproximaPiBeeler 60  ==  3.141592653589793
     pi                   ==  3.141592653589793

aproximaPiBeeler 1 == 2.0

aproximaPiBeeler 2 == 2.6666666666666665

aproximaPiBeeler 3 == 2.933333333333333

aproximaPiBeeler 10 == 3.140578169680337

aproximaPiBeeler 60 == 3.141592653589793

pi == 3.141592653589793

(graficas xs) dibuja la gráfica de las k-ésimas aproximaciones de pi, donde k toma los valores de la lista xs, con las fórmulas de Gregory-Leibniz y de Beeler. Por ejemplo, (graficas [1..25]) dibuja

donde la línea morada corresponde a la aproximación de Gregory-Leibniz y la verde a la de Beeler.

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definiciones de aproximaPiGL
-- ============================

-- 1ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL :: Int -> Double
aproximaPiGL n = 4 * (sum . take n . sumaA . zipWith (/) [1,1..]) [1,3..]
  where sumaA (x:y:xs) = x:(-y):sumaA xs

-- 2ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL2 :: Int -> Double
aproximaPiGL2 n =
  4 * (sum (take n (zipWith (/) (cycle [1,-1]) [1,3..])))

-- 3ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL3 :: Int -> Double
aproximaPiGL3 n =
  4 * (sum . take n . zipWith (/) (cycle [1,-1])) [1,3..]

-- 4ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL4 :: Int -> Double
aproximaPiGL4 n = serieGL !! (n-1)

serieGL :: [Double]
serieGL = scanl1 (+) (zipWith (/) numeradores denominadores)
  where numeradores   = cycle [4,-4]
        denominadores = [1,3..]

-- Definición de aproximaPiBeeler
aproximaPiBeeler :: Int -> Double
aproximaPiBeeler n = 2 * aux (fromIntegral n) 1
  where
    aux :: Double -> Double -> Double 
    aux n k | n == k    = 1
            | otherwise = 1 + (k/(2*k+1)) * aux n (1+k)

-- Definición de graficas
graficas :: [Int] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
             [[(k,aproximaPiGL k)     | k <- xs],
              [(k,aproximaPiBeeler k) | k <- xs]]

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definiciones de aproximaPiGL

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

-- 1ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL :: Int -> Double

aproximaPiGL n = 4 * (sum . take n . sumaA . zipWith (/) [1,1..]) [1,3..]

where sumaA (x:y:xs) = x:(-y):sumaA xs

-- 2ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL2 :: Int -> Double

aproximaPiGL2 n =

4 * (sum (take n (zipWith (/) (cycle [1,-1]) [1,3..])))

-- 3ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL3 :: Int -> Double

aproximaPiGL3 n =

4 * (sum . take n . zipWith (/) (cycle [1,-1])) [1,3..]

-- 4ª definición de aproximaPiGL

aproximaPiGL4 :: Int -> Double

aproximaPiGL4 n = serieGL !! (n-1)

serieGL :: [Double]

serieGL = scanl1 (+) (zipWith (/) numeradores denominadores)

where numeradores = cycle [4,-4]

denominadores = [1,3..]

-- Definición de aproximaPiBeeler

aproximaPiBeeler :: Int -> Double

aproximaPiBeeler n = 2 * aux (fromIntegral n) 1

where

aux :: Double -> Double -> Double

aux n k | n == k = 1

| otherwise = 1 + (k/(2*k+1)) * aux n (1+k)

-- Definición de graficas

graficas :: [Int] -> IO ()

graficas xs =

plotLists [Key Nothing]

[[(k,aproximaPiGL k) | k <- xs],

[(k,aproximaPiBeeler k) | k <- xs]]

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 27-marzo-20206-abril-2020

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)

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)

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)

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Pensamiento

«El desarrollo de las matemáticas hacia una mayor precisión ha llevado, como es bien sabido, a la formalización de grandes partes de las mismas, de modo que se puede probar cualquier teorema usando nada más que unas pocas reglas mecánicas.»

Kurt Gödel.

Primos magnánimos

PorJosé A. Alonso 20-marzo-202027-marzo-2020

Un número magnánimo es un número tal que las sumas obtenidas insertando un «+» entre sus dígitos en cualquier posición son números primos. Por ejemplo, 4001 es un número magnánimo porque los números 4+001=5, 40+01=41 y 400+1=401 son primos.

Definir las funciones

   esMagnanimo :: Integer -> Bool
   primosMagnanimos :: [Integer]

1 2	esMagnanimo :: Integer -> Bool primosMagnanimos :: [Integer]

tales que

(esMagnanimo n) se verifica si n es un número magnánimo. Por ejemplo,

     esMagnanimo 4001  ==  True
     esMagnanimo 2019  ==  False

1 2	esMagnanimo 4001 == True esMagnanimo 2019 == False

primosMagnanimos es la lista de los números primos magnánimos. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosMagnanimos
     [2,3,5,7,11,23,29,41,43,47,61,67,83,89,101,227,229,281,401,443]

1 2	λ> take 20 primosMagnanimos [2,3,5,7,11,23,29,41,43,47,61,67,83,89,101,227,229,281,401,443]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primes)

esMagnanimo :: Integer -> Bool
esMagnanimo n =
  all isPrime [x + y | (x, y) <- divisionesNumero n]

-- (divisionesNumero n) es la lista de las divisiones de n en dos
-- números. Por ejemplo,
--    divisionesNumero 1234  ==  [(1,234),(12,34),(123,4)]
--    divisionesNumero 234   ==  [(2,34),(23,4)]
--    divisionesNumero 34    ==  [(3,4)]
--    divisionesNumero 4     ==  []
divisionesNumero :: Integer -> [(Integer,Integer)]
divisionesNumero n =
  [(read xs, read ys) | (xs,ys) <- divisiones (show n)]

-- (divisiones xs) es la lista de las divisiones de xs en dos listas no
-- vacías. Por ejemplo,
--    divisiones "abcd"  ==  [("a","bcd"),("ab","cd"),("abc","d")]
--    divisiones "bcd"   ==  [("b","cd"),("bc","d")]
--    divisiones "cd"    ==  [("c","d")]
--    divisiones "d"     ==  []
--    divisiones ""      ==  []
divisiones :: [a] -> [([a],[a])]
divisiones []     = []
divisiones [_]    = []
divisiones (x:xs) = ([x],xs) : [(x:is,ds) | (is,ds) <- divisiones xs]

primosMagnanimos :: [Integer]
primosMagnanimos = filter esMagnanimo primes

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primes)

esMagnanimo :: Integer -> Bool

esMagnanimo n =

all isPrime [x + y | (x, y) <- divisionesNumero n]

-- (divisionesNumero n) es la lista de las divisiones de n en dos

-- números. Por ejemplo,

-- divisionesNumero 1234 == [(1,234),(12,34),(123,4)]

-- divisionesNumero 234 == [(2,34),(23,4)]

-- divisionesNumero 34 == [(3,4)]

-- divisionesNumero 4 == []

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

divisionesNumero n =

[(read xs, read ys) | (xs,ys) <- divisiones (show n)]

-- (divisiones xs) es la lista de las divisiones de xs en dos listas no

-- vacías. Por ejemplo,

-- divisiones "abcd" == [("a","bcd"),("ab","cd"),("abc","d")]

-- divisiones "bcd" == [("b","cd"),("bc","d")]

-- divisiones "cd" == [("c","d")]

-- divisiones "d" == []

-- divisiones "" == []

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

divisiones [] = []

divisiones [_] = []

divisiones (x:xs) = ([x],xs) : [(x:is,ds) | (is,ds) <- divisiones xs]

primosMagnanimos :: [Integer]

primosMagnanimos = filter esMagnanimo primes

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Pensamiento

«Existe una distinción entre lo que se puede llamar un problema y lo que puede considerar un ejercicio. Este último sirve para entrenar al en alguna técnica o procedimiento, y requiere poco o ningún original. A diferencia de un ejercicio, un problema, si es apropiado para nivel, debe requerir pensamiento por parte del estudiante. Es imposible exagerar la importancia de los problemas en las matemáticas. Es por medio de los problemas que las matemáticas se desarrollan y se levantan por sí mismas. Cada nuevo descubrimiento en matemáticas es el resultado de un intento de resolver algún problema.»

Howard Eves.

Medias de dígitos de pi

PorJosé A. Alonso 16-marzo-202023-marzo-2020

El fichero Digitos_de_pi.txt contiene el número pi con un millón de decimales; es decir,

   3.1415926535897932384626433832 ... 83996346460422090106105779458151

1	3.1415926535897932384626433832 ... 83996346460422090106105779458151

Definir las funciones

   mediasDigitosDePi        :: IO [Double]
   graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

1 2	mediasDigitosDePi :: IO [Double] graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

tales que

mediasDigitosDePi es la sucesión cuyo n-ésimo elemento es la media de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,

     λ> xs <- mediasDigitosDePi
     λ> take 5 xs
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0]
     λ> take 10 xs
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]
     λ> take 10 <$> mediasDigitosDePi
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

λ> xs <- mediasDigitosDePi

λ> take 5 xs

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0]

λ> take 10 xs

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

λ> take 10 <$> mediasDigitosDePi

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

(graficaMediasDigitosDePi n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de mediasDigitosDePi. Por ejemplo,
- (graficaMediasDigitosDePi 20) dibuja
- (graficaMediasDigitosDePi 200) dibuja
- (graficaMediasDigitosDePi 2000) dibuja

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Data.List (genericLength, inits, tails)
import Graphics.Gnuplot.Simple ( Attribute (Key, PNG)
                               , plotList )

-- Definición de mediasDigitosDePi
-- ===============================

mediasDigitosDePi :: IO [Double]
mediasDigitosDePi = do
  (_:_:ds) <- readFile "Digitos_de_pi.txt"
  return (medias (digitos ds))

-- (digitos cs) es la lista de los digitos de cs. Por ejempplo,
--    digitos "1415926535"  ==  [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]
digitos :: String -> [Int]
digitos = map digitToInt

-- (medias xs) es la lista de las medias de los segmentos iniciales de
-- xs. Por ejemplo,
--    λ> medias [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]
--    [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]
medias :: [Int] -> [Double]
medias xs = map media (tail (inits xs))

-- (media xs) es la media aritmética de xs. Por ejemplo,
--    media [1,4,1,5,9]  ==  4.0
media :: [Int] -> Double
media xs = fromIntegral (sum xs) / genericLength xs

-- Definición de graficaMediasDigitosDePi
-- ======================================

graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()
graficaMediasDigitosDePi n = do
  xs <- mediasDigitosDePi
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Medias_de_digitos_de_pi_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (take n xs)

import Data.Char (digitToInt)

import Data.List (genericLength, inits, tails)

import Graphics.Gnuplot.Simple ( Attribute (Key, PNG)

, plotList )

-- Definición de mediasDigitosDePi

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

mediasDigitosDePi :: IO [Double]

mediasDigitosDePi = do

(_:_:ds) <- readFile "Digitos_de_pi.txt"

return (medias (digitos ds))

-- (digitos cs) es la lista de los digitos de cs. Por ejempplo,

-- digitos "1415926535" == [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]

digitos :: String -> [Int]

digitos = map digitToInt

-- (medias xs) es la lista de las medias de los segmentos iniciales de

-- xs. Por ejemplo,

-- λ> medias [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]

-- [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

medias :: [Int] -> [Double]

medias xs = map media (tail (inits xs))

-- (media xs) es la media aritmética de xs. Por ejemplo,

-- media [1,4,1,5,9] == 4.0

media :: [Int] -> Double

media xs = fromIntegral (sum xs) / genericLength xs

-- Definición de graficaMediasDigitosDePi

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

graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

graficaMediasDigitosDePi n = do

xs <- mediasDigitosDePi

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Medias_de_digitos_de_pi_" ++ show n ++ ".png")

]

(take n xs)

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Pensamiento

Es el mejor de los buenos
quien sabe que en esta vida
todo es cuestión de medida:
un poco más, algo menos.

Antonio Machado

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 12-marzo-202025-marzo-2022

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.1666666666666665

aproximacionPi 2 == 3.1333333333333333

aproximacionPi 3 == 3.145238095238095

aproximacionPi 4 == 3.1396825396825396

aproximacionPi 5 == 3.1427128427128426

aproximacionPi 10 == 3.1414067184965018

aproximacionPi 100 == 3.1415924109719824

aproximacionPi 1000 == 3.141592653340544

aproximacionPi 10000 == 3.141592653589538

aproximacionPi 100000 == 3.1415926535897865

aproximacionPi 1000000 == 3.141592653589787

pi == 3.141592653589793

(tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

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

| n | Aproximación | Error |

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

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |

| 20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |

| 30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |

| 40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |

| 50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |

| 60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |

| 70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |

| 80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |

| 90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |

| 100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |

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

al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

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

| n | Aproximación | Error |

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

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |

| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |

| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |

| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |

| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |

| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |

| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |

| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |

| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |

| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |

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

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª solución
-- ===========

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución
-- ===========

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 = aux 3 2 1
  where aux x _ _ 0 = x
        aux x y z m =
          aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

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

--    λ> aproximacionPi (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.82 secs, 145,964,728 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (2.27 secs, 432,463,496 bytes)
--    λ> aproximacionPi (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.34 secs, 73,056,488 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla
-- ===================

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = do
  writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea

linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"

import Text.Printf

-- 1ª solución

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]

serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]

terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores

where numeradores = 3 : cycle [4,-4]

denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 = aux 3 2 1

where aux x _ _ 0 = x

aux x y z m =

aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> aproximacionPi (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.82 secs, 145,964,728 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (2.27 secs, 432,463,496 bytes)

-- λ> aproximacionPi (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.34 secs, 73,056,488 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla

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

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tabla f ns = do

writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String

tablaAux ns =

linea

++ cabecera

++ linea

++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e

| n <- ns

, let a = aproximacionPi n

, let e = abs (pi - a)]

++ linea

linea :: String

linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String

cabecera = "| n | Aproximación | Error |\n"

Pandemia

PorJosé A. Alonso 2-marzo-20209-marzo-2020

¡El mundo está en cuarentena! Hay una nueva pandemia que lucha contra la humanidad. Cada continente está aislado de los demás, pero las personas infectadas se han propagado antes de la advertencia.

En este problema se representará el mundo por una cadena como la siguiente

   "01000000X000X011X0X"

1	"01000000X000X011X0X"

donde 0 representa no infectado, 1 representa infectado y X representa un océano

Las reglas de propagación son:

El virus no puede propagarse al otro lado de un océano.
Si una persona se infecta, todas las personas de este continente se infectan también.
El primer y el último continente no están conectados.

El problema consiste en encontrar el porcentaje de la población humana que se infectó al final. Por ejemplo,

   inicio:     "01000000X000X011X0X"
   final:      "11111111X000X111X0X"
   total:      15
   infectados: 11
   porcentaje: 100*11/15 = 73.33333333333333

inicio: "01000000X000X011X0X"

final: "11111111X000X111X0X"

total: 15

infectados: 11

porcentaje: 100*11/15 = 73.33333333333333

Definir la función

   porcentajeInfectados :: String -> Double

1	porcentajeInfectados :: String -> Double

tal que (porcentajeInfectados xs) es el porcentaje final de infectados para el mapa inicial xs. Por ejemplo,

   porcentajeInfectados "01000000X000X011X0X"  == 73.33333333333333
   porcentajeInfectados "01X000X010X011XX"     == 72.72727272727273
   porcentajeInfectados "XXXXX"                == 0.0
   porcentajeInfectados "0000000010"           == 100.0
   porcentajeInfectados "X00X000000X10X0100"   == 42.857142857142854

porcentajeInfectados "01000000X000X011X0X" == 73.33333333333333

porcentajeInfectados "01X000X010X011XX" == 72.72727272727273

porcentajeInfectados "XXXXX" == 0.0

porcentajeInfectados "0000000010" == 100.0

porcentajeInfectados "X00X000000X10X0100" == 42.857142857142854

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Data.List.Split (splitOn)

-- 1ª solución
-- ===========

porcentajeInfectados :: String -> Double
porcentajeInfectados xs
  | nh == 0   = 0
  | otherwise = 100 * ni / nh
  where ni = fromIntegral (numeroInfectados xs)
        nh = fromIntegral (numeroHabitantes xs)

-- (continentes xs) es la lista de las poblaciones de los continentes
-- del mapa xs. Por ejemplo,
--    continentes "01000000X000X011X0X" == ["01000000","000","011","0"]
--    continentes "01X000X010X011XX"    == ["01","000","010","011"]
--    continentes "XXXXX"               == [""]
--    continentes "0000000010"          == ["0000000010"]
--    continentes "X00X000000X10X0100"  == ["","00","000000","10","0100"]
continentes :: String -> [String]
continentes [] = []
continentes xs = as : continentes (dropWhile (=='X') bs)
  where (as,bs) = break (=='X') xs

-- (numeroInfectados xs) es el número final de infectados a partir del
-- mapa xs. Por ejemplo,
--    numeroInfectados "01000000X000X011X0X"  ==  11
numeroInfectados :: String -> Int
numeroInfectados xs =
  sum [length ys | ys <- continentes xs
                 , '1' `elem` ys]
  
-- (numeroHabitantes xs) es el número final de habitantes del mapa
-- xs. Por ejemplo, 
--    numeroHabitantes "01000000X000X011X0X"  ==  15
numeroHabitantes :: String -> Int
numeroHabitantes xs = length (filter (/='X') xs)

-- 2ª solución
-- ===========

porcentajeInfectados2 :: String -> Double
porcentajeInfectados2 xs
  | nh == 0   = 0
  | otherwise = 100 * ni / nh
  where ni = sum [genericLength ys | ys <- splitOn "X" xs, '1' `elem` ys]
        nh = genericLength (filter (/='X') xs)

import Data.List (genericLength)

import Data.List.Split (splitOn)

-- 1ª solución

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

porcentajeInfectados :: String -> Double

porcentajeInfectados xs

| nh == 0 = 0

| otherwise = 100 * ni / nh

where ni = fromIntegral (numeroInfectados xs)

nh = fromIntegral (numeroHabitantes xs)

-- (continentes xs) es la lista de las poblaciones de los continentes

-- del mapa xs. Por ejemplo,

-- continentes "01000000X000X011X0X" == ["01000000","000","011","0"]

-- continentes "01X000X010X011XX" == ["01","000","010","011"]

-- continentes "XXXXX" == [""]

-- continentes "0000000010" == ["0000000010"]

-- continentes "X00X000000X10X0100" == ["","00","000000","10","0100"]

continentes :: String -> [String]

continentes [] = []

continentes xs = as : continentes (dropWhile (=='X') bs)

where (as,bs) = break (=='X') xs

-- (numeroInfectados xs) es el número final de infectados a partir del

-- mapa xs. Por ejemplo,

-- numeroInfectados "01000000X000X011X0X" == 11

numeroInfectados :: String -> Int

numeroInfectados xs =

sum [length ys | ys <- continentes xs

, '1' `elem` ys]

-- (numeroHabitantes xs) es el número final de habitantes del mapa

-- xs. Por ejemplo,

-- numeroHabitantes "01000000X000X011X0X" == 15

numeroHabitantes :: String -> Int

numeroHabitantes xs = length (filter (/='X') xs)

-- 2ª solución

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

porcentajeInfectados2 :: String -> Double

porcentajeInfectados2 xs

| nh == 0 = 0

| otherwise = 100 * ni / nh

where ni = sum [genericLength ys | ys <- splitOn "X" xs, '1' `elem` ys]

nh = genericLength (filter (/='X') xs)

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Pensamiento

«El avance de las matemáticas puede ser visto como un progreso de lo infinito a lo finito.»

Gian-Carlo Rota.

Producto de Kronecker

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20207-marzo-2020

Si $A$ es una matriz $m \times n$ y $B$ es una matriz $p \times q$ , entonces el producto de Kronecker $A \otimes B$ es la matriz bloque $mp \times nq$

Más explícitamente, tenemos

Por ejemplo,

Definir la función

   kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

1	kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

tal que (kronecker a b) es el producto de Kronecker de las matrices a y b. Por ejemplo,

   λ> kronecker (fromLists [[1,2],[3,1]]) (fromLists [[0,3],[2,1]])
   ┌         ┐
   │ 0 3 0 6 │
   │ 2 1 4 2 │
   │ 0 9 0 3 │
   │ 6 3 2 1 │
   └         ┘
   λ> kronecker (fromLists [[1,2],[3,4]]) (fromLists [[2,1],[-1,0],[3,2]])
   ┌             ┐
   │  2  1  4  2 │
   │ -1  0 -2  0 │
   │  3  2  6  4 │
   │  6  3  8  4 │
   │ -3  0 -4  0 │
   │  9  6 12  8 │
   └             ┘
   λ> kronecker (fromLists [[2,1],[-1,0],[3,2]]) (fromLists [[1,2],[3,4]])
   ┌             ┐
   │  2  4  1  2 │
   │  6  8  3  4 │
   │ -1 -2  0  0 │
   │ -3 -4  0  0 │
   │  3  6  2  4 │
   │  9 12  6  8 │
   └             ┘

λ> kronecker (fromLists [[1,2],[3,1]]) (fromLists [[0,3],[2,1]])

┌ ┐

│ 0 3 0 6 │

│ 2 1 4 2 │

│ 0 9 0 3 │

│ 6 3 2 1 │

└ ┘

λ> kronecker (fromLists [[1,2],[3,4]]) (fromLists [[2,1],[-1,0],[3,2]])

┌ ┐

│ 2 1 4 2 │

│ -1 0 -2 0 │

│ 3 2 6 4 │

│ 6 3 8 4 │

│ -3 0 -4 0 │

│ 9 6 12 8 │

└ ┘

λ> kronecker (fromLists [[2,1],[-1,0],[3,2]]) (fromLists [[1,2],[3,4]])

┌ ┐

│ 2 4 1 2 │

│ 6 8 3 4 │

│ -1 -2 0 0 │

│ -3 -4 0 0 │

│ 3 6 2 4 │

│ 9 12 6 8 │

└ ┘

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª solución
-- ===========

kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t
kronecker a b =
  matrix (m*p) (n*q) f
  where m = nrows a
        n = ncols a
        p = nrows b
        q = ncols b
        f (i,j) = a !(k+1,r+1) * b!(l+1,s+1)
          where (k,l) = quotRem (i-1) p
                (r,s) = quotRem (j-1) q

-- 2ª solución
-- ===========

kronecker2 a b = bloqueFila a b (ncols a)
  where
    bloque (i,j) a b = scaleMatrix (a!(i,j)) b
    bloqueFila a b 1 = bloqueColumna 1 a b
    bloqueFila a b n = bloqueFila a b (n-1) <|> bloqueColumna n a b
    bloqueColumna j a b = aux a b (nrows a)
      where aux a b 1 = bloque (1,j) a b
            aux a b n = aux a b (n-1) <-> bloque (n,j) a b

-- 3ª solución
-- ===========

kronecker3 :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t
kronecker3 a b =
  foldl1 (<->) [foldl1 (<|>) [scaleMatrix (a!(i,j)) b
                             | j <- [1..ncols b]]
                             | i <- [1..nrows a]]

import Data.Matrix

-- 1ª solución

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

kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

kronecker a b =

matrix (m*p) (n*q) f

where m = nrows a

n = ncols a

p = nrows b

q = ncols b

f (i,j) = a !(k+1,r+1) * b!(l+1,s+1)

where (k,l) = quotRem (i-1) p

(r,s) = quotRem (j-1) q

-- 2ª solución

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

kronecker2 a b = bloqueFila a b (ncols a)

where

bloque (i,j) a b = scaleMatrix (a!(i,j)) b

bloqueFila a b 1 = bloqueColumna 1 a b

bloqueFila a b n = bloqueFila a b (n-1) <|> bloqueColumna n a b

bloqueColumna j a b = aux a b (nrows a)

where aux a b 1 = bloque (1,j) a b

aux a b n = aux a b (n-1) <-> bloque (n,j) a b

-- 3ª solución

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

kronecker3 :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

kronecker3 a b =

foldl1 (<->) [foldl1 (<|>) [scaleMatrix (a!(i,j)) b

| j <- [1..ncols b]]

| i <- [1..nrows a]]

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«La resolución de problemas es una habilidad práctica como, digamos, la natación. Adquirimos cualquier habilidad práctica por imitación y práctica. Tratando de nadar, imitas lo que otras personas hacen con sus manos y pies para mantener sus cabezas sobre el agua, y, finalmente, aprendes a nadar practicando la natación. Al intentar resolver problemas, hay que observar e imitar lo que hacen otras personas al resolver problemas y, finalmente, se aprende a resolver problemas haciéndolos.»

George Pólya.

Reducción de SAT a Clique

PorJosé A. Alonso 27-febrero-20205-marzo-2020

Nota: En este ejercicio se usa la misma notación que en los anteriores importando los módulos

+ Evaluacion_de_FNC
+ Modelos_de_FNC
+ Problema_SAT_para_FNC
+ Cliques
+ KCliques
+ Grafo_FNC

+ Evaluacion_de_FNC

+ Modelos_de_FNC

+ Problema_SAT_para_FNC

+ Cliques

+ KCliques

+ Grafo_FNC

Definir las funciones