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Números en una cadena

José A. Alonso, ,

Definir la función

   numeros :: String -> [Int]

tal que (numeros cs) es la lista de los números enteros no negativos de la cadena cs. Por ejemplo,

   λ> numeros "Esta cadena tiene 3 numeros: el 16 y el 2019 solamente." 
   [3,16,2019]
   λ> numeros "Esta cadena tiene 3 numeros naturales: -2 más 2 es 0" 
   [3,2,0]
   λ> numeros "Esta cadena tiene 1 numero natural: 2.5 no es entereo" 
   [1]

Soluciones

import Data.Char  (isDigit)
 
-- 1ª definición
-- =============
 
numeros :: String -> [Int]
numeros cs = map read (filter esNumero (words cs))
 
-- (esNumero cs) se verifica si la cadena no vacía cs representa
-- un número entero. Por ejemplo,
--    esNumero "2019"  ==  True
--    esNumero "20.9"  ==  False
--    esNumero "201a"  ==  False
esNumero :: String -> Bool
esNumero = all (`elem` ['0'..'9'])
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
numeros2 :: String -> [Int]
numeros2 cs = map read (filter (all isDigit) (words cs))
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
numeros3 :: String -> [Int]
numeros3 = map read . filter (all isDigit) . words

Pensamiento

Tu profecía, poeta.
— Mañana hablarán los mudos:
el corazón y la piedra.

Antonio Machado

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Conjetura de las familias estables por uniones

José A. Alonso, ,

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

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
  • (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
  • (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]]) == []
  • (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

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]))

Pensamiento

Pero tampoco es razón
desdeñar
consejo que es confesión.

Antonio Machado

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Distribución de diferencias de dígitos consecutivos de pi

José A. Alonso, ,

Usando la librería Data.Number.CReal, que se instala con

   cabal install number

se pueden calcular el número pi con la precisión que se desee. Por ejemplo,

   λ> import Data.Number.CReal
   λ> showCReal 60 pi
   "3.141592653589793238462643383279502884197169399375105820974945"

importa la librería y calcula el número pi con 60 decimales.

La distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los 18 primeros n dígitos de pi se calcula como sigue: los primeros 18 dígitos de pi son

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

Las diferencias de sus elementos consecutivos es

   2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

y la distribución de sus frecuencias en el intervalo [-9,9] es

   0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

es decir, el desde el -9 a -5 no aparecen, el -4 aparece 3 veces, el -2 aparece 2 veces y así sucesivamente.

Definir las funciones

   distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
   graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

tales que

  • (distribucionDDCpi n) es la distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi. Por ejemplo,
     λ> distribucionDDCpi 18
     [0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]
     λ> distribucionDDCpi 100
     [1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]
     λ> distribucionDDCpi 200
     [3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]
     λ> distribucionDDCpi 1000
     [16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]
     λ> distribucionDDCpi 5000
     [67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]
  • (graficas ns f) dibuja en el fichero f las gráficas de las distribuciones de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi, para n en ns. Por ejemplo, al evaluar (graficas [100,250..4000] “distribucionDDCpi.png” se escribe en el fichero “distribucionDDCpi.png” la siguiente gráfica

Soluciones

import Data.Number.CReal
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Data.Array
 
--    λ> digitosPi 18
--    [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]
digitosPi :: Int -> [Int]
digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]
  where (x:_:xs) = showCReal n pi
 
--    λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)
--    [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]
diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]
diferenciasConsecutivos xs =
  zipWith (-) xs (tail xs)
 
distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
distribucionDDCpi =
  distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi
  where distribucion xs =
          elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))
 
graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()
graficas ns f = 
  plotLists [Key Nothing, PNG f]
            [puntos n | n <- ns]
  where puntos :: Int -> [(Int,Int)]
        puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

Pensamiento

Doy consejo, a fuer de viejo:
nunca sigas mi consejo.

Antonio Machado

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Cálculo de dígitos de pi y su distribución

José A. Alonso, ,

Se pueden generar los dígitos de Pi, como se explica en el artículo Unbounded spigot algorithms for the digits of pi c0on la función digitosPi definida por

   digitosPi :: [Integer]
   digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where
     g (q,r,t,k,n,l) = 
       if 4*q+r-t < n*t
       then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)
       else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

Por ejemplo,

   λ> take 25 digitosPi
   [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3,8,4,6,2,6,4,3]

La distribución de los primeros 25 dígitos de pi es [0,2,3,5,3,3,3,1,2,3] ya que el 0 no aparece, el 1 ocurre 2 veces, el 3 ocurre 3 veces, el 4 ocurre 5 veces, …

Usando digitosPi, definir las siguientes funciones

   distribucionDigitosPi :: Int -> [Int]
   frecuenciaDigitosPi   :: Int -> [Double]

tales que

  • (distribucionDigitosPi n) es la distribución de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,
     λ> distribucionDigitosPi 10
     [0,2,1,2,1,2,1,0,0,1]
     λ> distribucionDigitosPi 100
     [8,8,12,12,10,8,9,8,12,13]
     λ> distribucionDigitosPi 1000
     [93,116,103,103,93,97,94,95,101,105]
     λ> distribucionDigitosPi 5000
     [466,531,496,460,508,525,513,488,492,521]
  • (frecuenciaDigitosPi n) es la frecuencia de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,
   λ> frecuenciaDigitosPi 10
   [0.0,20.0,10.0,20.0,10.0,20.0,10.0,0.0,0.0,10.0]
   λ> frecuenciaDigitosPi 100
   [8.0,8.0,12.0,12.0,10.0,8.0,9.0,8.0,12.0,13.0]
   λ> frecuenciaDigitosPi 1000
   [9.3,11.6,10.3,10.3,9.3,9.7,9.4,9.5,10.1,10.5]
   λ> frecuenciaDigitosPi 5000
   [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

Soluciones

import Data.Array
import Data.List (group, sort)
 
digitosPi :: [Integer]
digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where
  g (q,r,t,k,n,l) = 
    if 4*q+r-t < n*t
    then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)
    else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)
 
-- 1ª definición
-- =============
 
distribucionDigitosPi :: Int -> [Int]
distribucionDigitosPi n =
    elems (accumArray (+) 0 (0,9) [(i,1)
                                  | i <- take n digitosPi]) 
 
frecuenciaDigitosPi :: Int -> [Double]
frecuenciaDigitosPi n =
  [100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi n]
  where m = fromIntegral n
 
-- 2ª definición
-- =============
 
distribucionDigitosPi2 :: Int -> [Int]
distribucionDigitosPi2 n =
  [length xs - 1 | xs <- group (sort (take n digitosPi ++ [0..9]))]
 
frecuenciaDigitosPi2 :: Int -> [Double]
frecuenciaDigitosPi2 n =
  [100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi2 n]
  where m = fromIntegral n
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> last (take 5000 digitosPi)
--    2
--    (4.47 secs, 3,927,848,448 bytes)
--    λ> frecuenciaDigitosPi 5000
--    [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> frecuenciaDigitosPi2 5000
--    [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]
--    (0.02 secs, 0 bytes)

Pensamiento

¿Cuál es la verdad? ¿El río
que fluye y pasa
donde el barco y el barquero
son también ondas de agua?
¿O este soñar del marino
siempre con ribera y ancla?

Antonio Machado

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Huecos de Aquiles

José A. Alonso, ,

Un número de Aquiles es un número natural n que es potente (es decir, si p es un divisor primo de n, entonces p² también lo es) y no es una potencia perfecta (es decir, no existen números naturales m y k tales que n es igual a m^k). Por ejemplo,

  • 108 es un número de Aquiles proque es un número potente (ya que su factorización es 2^2 · 3^3, sus divisores primos son 2 and 3 y sus cuadrados (2^2 = 4 y 3^2 = 9) son divisores de 108. Además, 108 no es una potencia perfecta.
  • 360 no es un número de Aquiles ya que 5 es un divisor primo de 360, pero 5^2 = 15 no lo es.
  • 784 no es un número de Aquiles porque, aunque es potente, es una potencia perfecta ya que 784 = 28^2.

Los primeros números de Aquiles son

   72, 108, 200, 288, 392, 432, 500, 648, 675, 800, 864, 968, 972, ...

Definir las funciones

   esAquiles              :: Integer -> Bool
   huecosDeAquiles        :: [Integer]
   graficaHuecosDeAquiles :: Int -> IO ()

tales que

  • (esAquiles x) se verifica si x es un número de Aquiles. Por ejemplo, 
     esAquiles 108         ==  True
     esAquiles 360         ==  False
     esAquiles 784         ==  False
     esAquiles 5425069447  ==  True
     esAquiles 5425069448  ==  True
  • huecosDeAquiles es la sucesión de la diferencias entre los números de Aquiles consecutivos. Por ejemplo,
     λ> take 15 huecosDeAquiles
     [36,92,88,104,40,68,148,27,125,64,104,4,153,27,171]
  • (graficaHuecosDeAquiles n) dibuja la gráfica de los n primeros huecos de Aquiles. Por ejemplo, (graficaHuecosDeAquiles 160) dibuja

Soluciones

import Data.List (group)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Graphics.Gnuplot.Simple
 
-- Definición de esAquiles
-- =======================
 
esAquiles :: Integer -> Bool
esAquiles x = esPotente x && noEsPotenciaPerfecta x
 
-- (esPotente x) se verifica si x es potente. Por ejemplo,
--    esPotente 108  ==  True
--    esPotente 360  ==  False
--    esPotente 784  ==  True
esPotente :: Integer -> Bool
esPotente x = all (>1) (exponentes x)
 
-- (exponentes x) es la lista de los exponentes en la factorización de
-- x. Por ejemplo,
--    exponentes 108  ==  [2,3]
--    exponentes 360  ==  [3,2,1]
--    exponentes 784  ==  [4,2]
exponentes :: Integer -> [Int]
exponentes x = map length (group (primeFactors x))
 
-- (noEsPotenciaPerfecta x) se verifica si x no es una potencia
-- perfecta. Por ejemplo,
--    noEsPotenciaPerfecta 108  ==  True
--    noEsPotenciaPerfecta 360  ==  True
--    noEsPotenciaPerfecta 784  ==  False
noEsPotenciaPerfecta :: Integer -> Bool
noEsPotenciaPerfecta x = foldl1 gcd (exponentes x) == 1 
 
-- Definición de huecosDeAquiles
-- =============================
 
huecosDeAquiles :: [Integer]
huecosDeAquiles = zipWith (-) (tail aquiles) aquiles
 
-- aquiles es la sucesión de los números de Aquiles. Por ejemplo, 
--    λ> take 15 aquiles
--    [72,108,200,288,392,432,500,648,675,800,864,968,972,1125,1152]
aquiles :: [Integer]
aquiles = filter esAquiles [2..]
 
-- Definición de graficaHuecosDeAquiles
-- ====================================
 
graficaHuecosDeAquiles :: Int -> IO ()
graficaHuecosDeAquiles n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG "Huecos_de_Aquiles.png"
           ]
           (take n huecosDeAquiles)

Pensamiento

Tengo a mis amigos
en mi soledad;
cuando estoy con ellos
¡qué lejos están!

Antonio Machado

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