Medio

Las sucesiones de Loomis

PorJosé A. Alonso 22-mayo-202029-mayo-2020

La sucesión de Loomis generada por un número entero positivo x es la sucesión cuyos términos se definen por

f(0) es x
f(n) es la suma de f(n-1) y el producto de los dígitos no nulos de f(n-1)

Los primeros términos de las primeras sucesiones de Loomis son

Generada por 1: 1, 2, 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, …
Generada por 2: 2, 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, …
Generada por 3: 3, 6, 12, 14, 18, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, …
Generada por 4: 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, 138, …
Generada por 5: 5, 10, 11, 12, 14, 18, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, …

Se observa que a partir de un término todas coinciden con la generada por 1. Dicho término se llama el punto de convergencia. Por ejemplo,

la generada por 2 converge a 2
la generada por 3 converge a 26
la generada por 4 converge a 4
la generada por 5 converge a 26

Definir las siguientes funciones

   sucLoomis           :: Integer -> [Integer]
   convergencia        :: Integer -> Integer
   graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

sucLoomis :: Integer -> [Integer]

convergencia :: Integer -> Integer

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

tales que

(sucLoomis x) es la sucesión de Loomis generada por x. Por ejemplo,

     λ> take 15 (sucLoomis 1)
     [1,2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122]
     λ> take 15 (sucLoomis 2)
     [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]
     λ> take 15 (sucLoomis 3)
     [3,6,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]
     λ> take 15 (sucLoomis 4)
     [4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138]
     λ> take 15 (sucLoomis 5)
     [5,10,11,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122]
     λ> take 15 (sucLoomis 20)
     [20,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138,162,174]
     λ> take 15 (sucLoomis 100)
     [100,101,102,104,108,116,122,126,138,162,174,202,206,218,234]
     λ> sucLoomis 1 !! (2*10^5)
     235180736652

λ> take 15 (sucLoomis 1)

[1,2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122]

λ> take 15 (sucLoomis 2)

[2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]

λ> take 15 (sucLoomis 3)

[3,6,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]

λ> take 15 (sucLoomis 4)

[4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138]

λ> take 15 (sucLoomis 5)

[5,10,11,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122]

λ> take 15 (sucLoomis 20)

[20,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138,162,174]

λ> take 15 (sucLoomis 100)

[100,101,102,104,108,116,122,126,138,162,174,202,206,218,234]

λ> sucLoomis 1 !! (2*10^5)

235180736652

(convergencia x) es el término de convergencia de la sucesioń de Loomis generada por x xon la geerada por 1. Por ejemplo,

     convergencia  2      ==  2
     convergencia  3      ==  26
     convergencia  4      ==  4
     convergencia 17      ==  38
     convergencia 19      ==  102
     convergencia 43      ==  162
     convergencia 27      ==  202
     convergencia 58      ==  474
     convergencia 63      ==  150056
     convergencia 81      ==  150056
     convergencia 89      ==  150056
     convergencia (10^12) ==  1000101125092

convergencia 2 == 2

convergencia 3 == 26

convergencia 4 == 4

convergencia 17 == 38

convergencia 19 == 102

convergencia 43 == 162

convergencia 27 == 202

convergencia 58 == 474

convergencia 63 == 150056

convergencia 81 == 150056

convergencia 89 == 150056

convergencia (10^12) == 1000101125092

(graficaConvergencia xs) dibuja la gráfica de los términos de convergencia de las sucesiones de Loomis generadas por los elementos de xs. Por ejemplo, (graficaConvergencia ([1..50]) dibuja

y graficaConvergencia ([1..148] \ [63,81,89,137]) dibuja

Soluciones

import Data.List               ((\\))
import Data.Char               (digitToInt)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, Title, XRange, PNG))

-- 1ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis :: Integer -> [Integer]
sucLoomis x = map (loomis x) [0..]

loomis :: Integer -> Integer -> Integer
loomis x 0 = x
loomis x n = y + productoDigitosNoNulos y
  where y = loomis x (n-1)

productoDigitosNoNulos :: Integer -> Integer
productoDigitosNoNulos = product . digitosNoNulos

digitosNoNulos :: Integer -> [Integer]
digitosNoNulos x =
  [read [c] | c <- show x, c /= '0']

-- 2ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis2 :: Integer -> [Integer]
sucLoomis2 = iterate siguienteLoomis 

siguienteLoomis :: Integer -> Integer
siguienteLoomis y = y + productoDigitosNoNulos y

-- 3ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis3 :: Integer -> [Integer]
sucLoomis3 =
  iterate ((+) <*> product .
           map (toInteger . digitToInt) .
           filter (/= '0') . show)

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

--    λ> sucLoomis 1 !! 30000
--    6571272766
--    (2.45 secs, 987,955,944 bytes)
--    λ> sucLoomis2 1 !! 30000
--    6571272766
--    (2.26 secs, 979,543,328 bytes)
--    λ> sucLoomis3 1 !! 30000
--    6571272766
--    (0.31 secs, 88,323,832 bytes)

-- 1ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia1 :: Integer -> Integer
convergencia1 x =
  head (dropWhile noEnSucLoomisDe1 (sucLoomis x))

noEnSucLoomisDe1 :: Integer -> Bool
noEnSucLoomisDe1 x = not (pertenece x sucLoomisDe1)

sucLoomisDe1 :: [Integer]
sucLoomisDe1 = sucLoomis 1

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool
pertenece x ys =
  x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia2 :: Integer -> Integer
convergencia2 = aux (sucLoomis3 1) . sucLoomis3
 where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) | x == y    = x
                               | x < y     = aux xs bs
                               | otherwise = aux as ys

-- 3ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia3 :: Integer -> Integer
convergencia3 = head . interseccion (sucLoomis3 1) . sucLoomis3
 
-- (interseccion xs ys) es la intersección entre las listas ordenadas xs
-- e ys. Por ejemplo,
--    λ> take 10 (interseccion (sucLoomis3 1) (sucLoomis3 2))
--    [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102]
interseccion :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
interseccion = aux
  where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) = case compare x y of
                                    LT ->     aux xs bs
                                    EQ -> x : aux xs ys
                                    GT ->     aux as ys
        aux _         _         = []                           

-- 4ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia4 :: Integer -> Integer
convergencia4 x = perteneceA (sucLoomis3 x) 1
  where perteneceA (y:ys) n | y == c    = y
                            | otherwise = perteneceA ys c
          where c = head $ dropWhile (< y) $ sucLoomis3 n

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

--    λ> convergencia1 (10^4)
--    150056
--    (2.94 secs, 1,260,809,808 bytes)
--    λ> convergencia2 (10^4)
--    150056
--    (0.03 secs, 700,240 bytes)
--    λ> convergencia3 (10^4)
--    150056
--    (0.03 secs, 1,165,496 bytes)
--    λ> convergencia4 (10^4)
--    150056
--    (0.02 secs, 1,119,648 bytes)
--    
--    λ> convergencia2 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.81 secs, 714,901,080 bytes)
--    λ> convergencia3 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.92 secs, 744,932,184 bytes)
--    λ> convergencia4 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.82 secs, 941,053,328 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia
-- ==================================

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()
graficaConvergencia xs =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Convergencia de sucesiones de Loomis"
           , XRange (fromIntegral (minimum xs),fromIntegral (maximum xs))
           , PNG "Las_sucesiones_de_Loomis_2.png"
           ]
           [(x,convergencia2 x) | x <- xs]

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

import Data.List ((\\))

import Data.Char (digitToInt)

import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, Title, XRange, PNG))

-- 1ª definición de sucLoomis

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

sucLoomis :: Integer -> [Integer]

sucLoomis x = map (loomis x) [0..]

loomis :: Integer -> Integer -> Integer

loomis x 0 = x

loomis x n = y + productoDigitosNoNulos y

where y = loomis x (n-1)

productoDigitosNoNulos :: Integer -> Integer

productoDigitosNoNulos = product . digitosNoNulos

digitosNoNulos :: Integer -> [Integer]

digitosNoNulos x =

[read [c] | c <- show x, c /= '0']

-- 2ª definición de sucLoomis

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

sucLoomis2 :: Integer -> [Integer]

sucLoomis2 = iterate siguienteLoomis

siguienteLoomis :: Integer -> Integer

siguienteLoomis y = y + productoDigitosNoNulos y

-- 3ª definición de sucLoomis

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

sucLoomis3 :: Integer -> [Integer]

sucLoomis3 =

iterate ((+) <*> product .

map (toInteger . digitToInt) .

filter (/= '0') . show)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sucLoomis 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (2.45 secs, 987,955,944 bytes)

-- λ> sucLoomis2 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (2.26 secs, 979,543,328 bytes)

-- λ> sucLoomis3 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (0.31 secs, 88,323,832 bytes)

-- 1ª definición de convergencia

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

convergencia1 :: Integer -> Integer

convergencia1 x =

head (dropWhile noEnSucLoomisDe1 (sucLoomis x))

noEnSucLoomisDe1 :: Integer -> Bool

noEnSucLoomisDe1 x = not (pertenece x sucLoomisDe1)

sucLoomisDe1 :: [Integer]

sucLoomisDe1 = sucLoomis 1

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool

pertenece x ys =

x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición de convergencia

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

convergencia2 :: Integer -> Integer

convergencia2 = aux (sucLoomis3 1) . sucLoomis3

where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) | x == y = x

| x < y = aux xs bs

| otherwise = aux as ys

-- 3ª definición de convergencia

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

convergencia3 :: Integer -> Integer

convergencia3 = head . interseccion (sucLoomis3 1) . sucLoomis3

-- (interseccion xs ys) es la intersección entre las listas ordenadas xs

-- e ys. Por ejemplo,

-- λ> take 10 (interseccion (sucLoomis3 1) (sucLoomis3 2))

-- [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102]

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

interseccion = aux

where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) = case compare x y of

LT -> aux xs bs

EQ -> x : aux xs ys

GT -> aux as ys

aux _ _ = []

-- 4ª definición de convergencia

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

convergencia4 :: Integer -> Integer

convergencia4 x = perteneceA (sucLoomis3 x) 1

where perteneceA (y:ys) n | y == c = y

| otherwise = perteneceA ys c

where c = head $ dropWhile (< y) $ sucLoomis3 n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> convergencia1 (10^4)

-- 150056

-- (2.94 secs, 1,260,809,808 bytes)

-- λ> convergencia2 (10^4)

-- 150056

-- (0.03 secs, 700,240 bytes)

-- λ> convergencia3 (10^4)

-- 150056

-- (0.03 secs, 1,165,496 bytes)

-- λ> convergencia4 (10^4)

-- 150056

-- (0.02 secs, 1,119,648 bytes)

-- λ> convergencia2 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.81 secs, 714,901,080 bytes)

-- λ> convergencia3 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.92 secs, 744,932,184 bytes)

-- λ> convergencia4 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.82 secs, 941,053,328 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia

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

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

graficaConvergencia xs =

plotList [ Key Nothing

, Title "Convergencia de sucesiones de Loomis"

, XRange (fromIntegral (minimum xs),fromIntegral (maximum xs))

, PNG "Las_sucesiones_de_Loomis_2.png"

]

[(x,convergencia2 x) | x <- xs]

Operaciones con polinomios como diccionarios

PorJosé A. Alonso 15-mayo-202022-mayo-2020

Los polinomios se pueden representar mediante diccionarios con los exponentes como claves y los coeficientes como valores.

El tipo de los polinomios con coeficientes de tipo a se define por

   type Polinomio a = M.Map Int a

1	type Polinomio a = M.Map Int a

Dos ejemplos de polinomios (que usaremos en los ejemplos) son

   3 + 7x - 5x^3
   4 + 5x^3 + x^5

1 2	3 + 7x - 5x^3 4 + 5x^3 + x^5

se definen por

  ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int
  ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]
  ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int

ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]

ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

Definir las funciones

   sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
   multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a
   multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a

multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

tales que

(sumaPol p q) es la suma de los polinomios p y q. Por ejemplo,

     λ> sumaPol ejPol1 ejPol2
     fromList [(0,7),(1,7),(5,1)]
     λ> sumaPol ejPol1 ejPol1
     fromList [(0,6),(1,14),(3,-10)]

λ> sumaPol ejPol1 ejPol2

fromList [(0,7),(1,7),(5,1)]

λ> sumaPol ejPol1 ejPol1

fromList [(0,6),(1,14),(3,-10)]

(multPorTerm (n,a) p) es el producto del término ax^n por p. Por ejemplo,

     λ> multPorTerm (2,3) (M.fromList [(0,4),(2,1)])
     fromList [(2,12),(4,3)]

1 2	λ> multPorTerm (2,3) (M.fromList [(0,4),(2,1)]) fromList [(2,12),(4,3)]

(multPol p q) es el producto de los polinomios p y q. Por ejemplo,

     λ> multPol ejPol1 ejPol2
     fromList [(0,12),(1,28),(3,-5),(4,35),(5,3),(6,-18),(8,-5)]
     λ> multPol ejPol1 ejPol1
     fromList [(0,9),(1,42),(2,49),(3,-30),(4,-70),(6,25)]
     λ> multPol ejPol2 ejPol2
     fromList [(0,16),(3,40),(5,8),(6,25),(8,10),(10,1)]

λ> multPol ejPol1 ejPol2

fromList [(0,12),(1,28),(3,-5),(4,35),(5,3),(6,-18),(8,-5)]

λ> multPol ejPol1 ejPol1

fromList [(0,9),(1,42),(2,49),(3,-30),(4,-70),(6,25)]

λ> multPol ejPol2 ejPol2

fromList [(0,16),(3,40),(5,8),(6,25),(8,10),(10,1)]

Soluciones

import qualified Data.Map as M

type Polinomio a = M.Map Int a 

ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int
ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]
ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
sumaPol p q = 
    M.filter (/=0) (M.unionWith (+) p q)

multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a
multPorTerm (n,a) p =
    M.map (*a) (M.mapKeys (+n) p)

multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
multPol p q
    | M.null p  = M.empty
    | otherwise = sumaPol (multPorTerm t q) (multPol r q)
    where (t,r) = M.deleteFindMin p

import qualified Data.Map as M

type Polinomio a = M.Map Int a

ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int

ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]

ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

sumaPol p q =

M.filter (/=0) (M.unionWith (+) p q)

multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a

multPorTerm (n,a) p =

M.map (*a) (M.mapKeys (+n) p)

multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

multPol p q

| M.null p = M.empty

| otherwise = sumaPol (multPorTerm t q) (multPol r q)

where (t,r) = M.deleteFindMin p

Cadenas de divisores

PorJosé A. Alonso 14-mayo-202021-mayo-2020

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

Definir la función

   cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

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

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

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

λ> cadenasDivisores 12

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

λ> length (cadenaDivisores 48)

λ> length (cadenaDivisores 120)

132

Soluciones

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

-- 1ª definición
-- =============

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

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

-- 2ª definición
-- =============

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

-- 3ª definición
-- =============

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

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

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

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

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

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

import Data.List (sort)

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición

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

cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

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

where extiendeLista [] = []

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

extiendeLista ((x:xs):yss) =

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

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

-- de x. Por ejemplo,

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

divisores :: Int -> [Int]

divisores x =

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

where a = x `div` 2

-- 2ª definición

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

cadenasDivisores2 :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores2 = sort . aux

where aux 1 = [[]]

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

-- 3ª definición

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

cadenasDivisores3 :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores3 = sort . map reverse . aux

where aux 1 = [[]]

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

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

-- de x. Por ejemplo,

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

divisores3 :: Int -> [Int]

divisores3 x =

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

where a = x `div` 2

-- 1ª definición de nCadenasDivisores

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

nCadenasDivisores1 :: Int -> Int

nCadenasDivisores1 = length . cadenasDivisores

-- 2ª definición de nCadenasDivisores

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

nCadenasDivisores2 :: Int -> Int

nCadenasDivisores2 1 = 1

nCadenasDivisores2 n =

sum [nCadenasDivisores2 x | x <- divisores n]

Sucesión fractal

PorJosé A. Alonso 13-mayo-202020-mayo-2020

La sucesión fractal

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

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

está construida de la siguiente forma:

los términos pares forman la sucesión de los números naturales

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

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

los términos impares forman la misma sucesión original

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

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

Definir las funciones

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

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

tales que

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

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

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

sucFractal !! 30 == 15

sucFractal !! (10^7) == 5000000

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

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

sumaSucFractal 10 == 13

sumaSucFractal (10^5) == 1666617368

sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669

sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954

sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198

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

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

Soluciones

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

-- 1ª definición de sucFractal

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

sucFractal1 :: [Integer]

sucFractal1 =

map termino [0..]

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

-- termino 0 == 0

-- termino 1 == 0

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

termino :: Integer -> Integer

termino 0 = 0

termino n

| even n = n `div` 2

| otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal

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

sucFractal2 :: [Integer]

sucFractal2 =

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

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

-- xs e ys. Por ejemplo,

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

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

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

x : y : mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal

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

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal1)

-- 166666169612

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

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal2)

-- 166666169612

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

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

sucFractal :: [Integer]

sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal1 n =

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

-- 2ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal2 n =

sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal3 0 = 0

sumaSucFractal3 1 = 0

sumaSucFractal3 n

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

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

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

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal

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

-- λ> sumaSucFractal1 (10^6)

-- 166666169612

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

-- λ> sumaSucFractal2 (10^6)

-- 166666169612

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

-- λ> sumaSucFractal3 (10^6)

-- 166666169612

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^7)

-- 16666661685034

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

-- λ> sumaSucFractal3 (10^7)

-- 16666661685034

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Máximo de las sumas de los caminos en una matriz

PorJosé A. Alonso 11-mayo-202018-mayo-2020

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

   (  1  6 11  2 )
   (  7 12  3  8 )
   (  3  8  4  9 )

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Las sumas de los caminos son 32, 41, 36, 40, 40, 35, 39, 34, 38 y 37, respectivamente. El máximo de las suma de los caminos es 41.

Definir la función

   maximaSuma :: Matrix Int -> Int

1	maximaSuma :: Matrix Int -> Int

tal que (maximaSuma m) es el máximo de las sumas de los caminos en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> maximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   41
   λ> maximaSuma (fromList 800 800 [1..])
   766721999

λ> maximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

λ> maximaSuma (fromList 800 800 [1..])

766721999

Nota: Se recomienda usar programación dinámica.

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición
-- =============

maximaSuma1 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma1 =
  maximum . map sum . caminos1

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 m =
  map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p
-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,
caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]
caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]
caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]
caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]
caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs
                      | xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++
                              caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición
-- =============

maximaSuma2 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma2 =
  maximum . map sum . caminos2

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 m =
  map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]
matrizCaminos m = q
  where
    q = matrix (nrows m) (ncols m) f
    f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]
    f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]
    f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]  

-- 3ª definicion (por recursión, sin calcular el camino)
-- =====================================================

maximaSuma3 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma3 m = maximaSuma3Aux m (nf,nc)
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (maximaSuma3Aux m p) calcula la suma máxima de un camino hasta la
-- posición p. Por ejemplo,
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,4)
--    41
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,3)
--    32
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (2,4)
--    31
maximaSuma3Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> Int
maximaSuma3Aux m (1,1) = m ! (1,1)
maximaSuma3Aux m (1,j) = maximaSuma3Aux m (1,j-1) + m ! (1,j)
maximaSuma3Aux m (i,1) = maximaSuma3Aux m (i-1,1) + m ! (i,1)
maximaSuma3Aux m (i,j) =
  max (maximaSuma3Aux m (i,j-1)) (maximaSuma3Aux m (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- 4ª solución (mediante programación dinámica)
-- ============================================

maximaSuma4 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma4 m = q ! (nf,nc)
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = matrizMaximaSuma m

-- (matrizMaximaSuma m) es la matriz donde en cada posición p se
-- encuentra el máxima de las sumas de los caminos desde (1,1) a p en la
-- matriz m. Por ejemplo,   
--    λ> matrizMaximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) 
--    (  1  7 18 20 )
--    (  8 20 23 31 )
--    ( 11 28 32 41 )
matrizMaximaSuma :: Matrix Int -> Matrix Int
matrizMaximaSuma m = q 
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = matrix nf nc f
          where  f (1,1) = m ! (1,1)
                 f (1,j) = q ! (1,j-1) + m ! (1,j)
                 f (i,1) = q ! (i-1,1) + m ! (i,1)
                 f (i,j) = max (q ! (i,j-1)) (q ! (i-1,j)) + m ! (i,j)

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

--    λ> maximaSuma1 (fromList 8 8 [1..])
--    659
--    (0.11 secs, 31,853,136 bytes)
--    λ> maximaSuma1a (fromList 8 8 [1..])
--    659
--    (0.09 secs, 19,952,640 bytes)
-- 
--    λ> maximaSuma1 (fromList 10 10 [1..])
--    1324
--    (2.25 secs, 349,722,744 bytes)
--    λ> maximaSuma2 (fromList 10 10 [1..])
--    1324
--    (0.76 secs, 151,019,296 bytes)
--    
--    λ> maximaSuma2 (fromList 11 11 [1..])
--    1781
--    (3.02 secs, 545,659,632 bytes)
--    λ> maximaSuma3 (fromList 11 11 [1..])
--    1781
--    (1.57 secs, 210,124,912 bytes)
--    
--    λ> maximaSuma3 (fromList 12 12 [1..])
--    2333
--    (5.60 secs, 810,739,032 bytes)
--    λ> maximaSuma4 (fromList 12 12 [1..])
--    2333
--    (0.01 secs, 23,154,776 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

import Data.Matrix

-- 1ª definición

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

maximaSuma1 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma1 =

maximum . map sum . caminos1

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 m =

map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p

-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,

caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]

caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]

caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]

caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]

caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs

| xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++

caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición

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

maximaSuma2 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma2 =

maximum . map sum . caminos2

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 m =

map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]

matrizCaminos m = q

where

q = matrix (nrows m) (ncols m) f

f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]

f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]

f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]

-- 3ª definicion (por recursión, sin calcular el camino)

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

maximaSuma3 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma3 m = maximaSuma3Aux m (nf,nc)

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (maximaSuma3Aux m p) calcula la suma máxima de un camino hasta la

-- posición p. Por ejemplo,

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,4)

-- 41

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,3)

-- 32

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (2,4)

-- 31

maximaSuma3Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> Int

maximaSuma3Aux m (1,1) = m ! (1,1)

maximaSuma3Aux m (1,j) = maximaSuma3Aux m (1,j-1) + m ! (1,j)

maximaSuma3Aux m (i,1) = maximaSuma3Aux m (i-1,1) + m ! (i,1)

maximaSuma3Aux m (i,j) =

max (maximaSuma3Aux m (i,j-1)) (maximaSuma3Aux m (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- 4ª solución (mediante programación dinámica)

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

maximaSuma4 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma4 m = q ! (nf,nc)

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrizMaximaSuma m

-- (matrizMaximaSuma m) es la matriz donde en cada posición p se

-- encuentra el máxima de las sumas de los caminos desde (1,1) a p en la

-- matriz m. Por ejemplo,

-- λ> matrizMaximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

-- ( 1 7 18 20 )

-- ( 8 20 23 31 )

-- ( 11 28 32 41 )

matrizMaximaSuma :: Matrix Int -> Matrix Int

matrizMaximaSuma m = q

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where f (1,1) = m ! (1,1)

f (1,j) = q ! (1,j-1) + m ! (1,j)

f (i,1) = q ! (i-1,1) + m ! (i,1)

f (i,j) = max (q ! (i,j-1)) (q ! (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximaSuma1 (fromList 8 8 [1..])

-- 659

-- (0.11 secs, 31,853,136 bytes)

-- λ> maximaSuma1a (fromList 8 8 [1..])

-- 659

-- (0.09 secs, 19,952,640 bytes)

-- λ> maximaSuma1 (fromList 10 10 [1..])

-- 1324

-- (2.25 secs, 349,722,744 bytes)

-- λ> maximaSuma2 (fromList 10 10 [1..])

-- 1324

-- (0.76 secs, 151,019,296 bytes)

-- λ> maximaSuma2 (fromList 11 11 [1..])

-- 1781

-- (3.02 secs, 545,659,632 bytes)

-- λ> maximaSuma3 (fromList 11 11 [1..])

-- 1781

-- (1.57 secs, 210,124,912 bytes)

-- λ> maximaSuma3 (fromList 12 12 [1..])

-- 2333

-- (5.60 secs, 810,739,032 bytes)

-- λ> maximaSuma4 (fromList 12 12 [1..])

-- 2333

-- (0.01 secs, 23,154,776 bytes)

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