Exercitium

Ampliación de una matriz sumando sus filas

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

Representamos las matrices mediante el tipo de dato

   type Matriz a = Array (Int,Int) a

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

Por ejemplo,

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

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

representa la matriz

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

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

Definir la función

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

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

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

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

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

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

|5 7 9 7|

En Haskell,

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

ghci> ampliada ejM

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

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

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

Soluciones

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

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

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

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ejM :: Matriz Int

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

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

ampliada p =

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

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

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

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

Ramas a las que pertenece un elemento

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

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

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

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

Por ejemplo,

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

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

Definir la función

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

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

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

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

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

Soluciones

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

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

-- 1ª definición
-- =============

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

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

-- 2ª definición
-- =============

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

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

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

ej1 :: Arbol Int

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

-- 1ª definición

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

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

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

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

ramas (H x) = [[x]]

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

-- 2ª definición

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

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

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

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

ramas2 (H x) = [[x]]

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

Pares de enteros con sólo un factor primo común

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

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

Definir la lista infinita

   paresRel :: [(Int,Int)]

1	paresRel :: [(Int,Int)]

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

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

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

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

Soluciones

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

-- 1ª solución
-- ===========

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

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

-- 2ª solución
-- ===========

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

-- 3ª solución
-- ===========

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

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

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

-- Cálculo
-- =======

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

import Data.List (group, intersect, nub)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª solución

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

paresRel1 :: [(Int,Int)]

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

relacionados :: Int -> Int -> Bool

relacionados a b =

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

-- 2ª solución

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

paresRel2 :: [(Int,Int)]

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

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

where m = gcd x y

ps = primeFactors m

-- 3ª solución

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

paresRel3 :: [(Int,Int)]

paresRel3 =

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

relacionados3 :: Int -> Int -> Bool

relacionados3 x y =

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

-- Comparación de eficiencia

-- λ> paresRel1 !! 40000

-- (216,489)

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

-- λ> paresRel2 !! 40000

-- (216,489)

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

-- λ> paresRel3 !! 40000

-- (216,489)

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

-- Cálculo

-- =======

-- El cálculo es

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

-- 2016

Agrupamiento de consecutivos iguales

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

Definir las funciones

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

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

tales que

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

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

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

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

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

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

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

Soluciones

import Data.List (group)
import Test.QuickCheck

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

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

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

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

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

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

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

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

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

-- Comprobación
-- ============

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

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

import Data.List (group)

import Test.QuickCheck

-- Definiciones de agrupa

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

-- 1ª definición (por recursión)

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

agrupa xs = aux xs 1

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

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

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

aux [] _ = []

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

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

agrupa2 [] = []

agrupa2 (x:xs) =

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

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

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

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

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

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

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

-- Definiciones de expande

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

-- 1ª definición (por comprensión)

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

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

-- 2ª definición (por concatMap)

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

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

-- 3ª definición (por recursión)

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

expande3 [] = []

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

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_expande_agrupa :: [Int] -> Bool

prop_expande_agrupa xs = expande (agrupa xs) == xs

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_expande_agrupa

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números de suma prima hereditarios por la derecha

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

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

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

Definir la constante

   listaSumaPrimaHD :: [Integer]

1	listaSumaPrimaHD :: [Integer]

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

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

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

Soluciones

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

-- 1ª definición
-- =============

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

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

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

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


-- 2ª definición
-- =============

listaSumaPrimaHD2 :: [Integer]
listaSumaPrimaHD2 = map fst paresSumaPrimaHDDigitos

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

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

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

-- 3ª definición
-- =============

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

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

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

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

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

import Data.Char (digitToInt)

import Data.Array

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición

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

listaSumaPrimaHD1 :: [Integer]

listaSumaPrimaHD1 = filter sumaPrimaHD [1..]

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

-- derecha. Por ejemplo,

-- sumaPrimaHD 7426 == True

-- sumaPrimaHD 7427 == False

sumaPrimaHD n

| n < 10 = isPrime n

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

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

-- ejemplo,

-- sumaPrima 562 == True

-- sumaPrima 514 == False

sumaPrima :: Integer -> Bool

sumaPrima = isPrime . sum . digitos

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

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

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos = map (fromIntegral . digitToInt) . show

-- 2ª definición

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

listaSumaPrimaHD2 :: [Integer]

listaSumaPrimaHD2 = map fst paresSumaPrimaHDDigitos

paresSumaPrimaHDDigitos :: [(Integer, Integer)]

paresSumaPrimaHDDigitos =

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

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

[(Integer,Integer)]

paresSumaPrimaHDDigitosAux n ac =

ac ++ paresSumaPrimaHDDigitosAux (n+1)

(concatMap extiendeSumaPrimaHD ac)

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

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

-- 3ª definición

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

listaSumaPrimaHD3 :: [Integer]

listaSumaPrimaHD3 =

map fst (concat (iterate (concatMap extiendeSumaPrimaHD3)

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

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

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

extensiones :: Array Integer [Integer]

extensiones = array (1,1000)

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

-- Comparación de eficiencia

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

-- ghci> listaSumaPrimaHD1 !! 600

-- 34004

-- (2.47 secs, 1565301720 bytes)

-- ghci> listaSumaPrimaHD2 !! 600

-- 34004

-- (0.02 secs, 7209000 bytes)

-- ghci> listaSumaPrimaHD3 !! 600

-- 34004

-- (0.01 secs, 1579920 bytes)

-- ghci> listaSumaPrimaHD2 !! 2000000

-- 3800024668046

-- (45.41 secs, 29056613824 bytes)

-- ghci> listaSumaPrimaHD3 !! 2000000

-- 3800024668046

-- (4.29 secs, 973265400 bytes)

Ampliación de una matriz sumando sus filas

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Ramas a las que pertenece un elemento

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Números de suma prima hereditarios por la derecha

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