Exercitium

Orden de divisibilidad

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

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

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

7 es divisible por 1

74 es divisible por 2

741 es divisible por 3

7415 no es divisible por 4

Definir la función

   ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int

1	ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int

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

   ordenDeDivisibilidad 74156                      ==  3
   ordenDeDivisibilidad 3608528850368400786036725  ==  25

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

Soluciones

import Data.List (inits)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

import Data.List (inits)

-- 1ª definición de ordenDeDivisibilidad

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

ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int

ordenDeDivisibilidad n =

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

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

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

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

sucDigitos :: Integer -> [Integer]

sucDigitos n =

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

where k = length (show n)

-- 2ª definición de sucDigitos

sucDigitos2 :: Integer -> [Integer]

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

where aux [] = []

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

-- 3ª definición de sucDigitos

sucDigitos3 :: Integer -> [Integer]

sucDigitos3 n =

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

where ds = show n

-- 4ª definición de sucDigitos

sucDigitos4 :: Integer -> [Integer]

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

-- 5ª definición de sucDigitos

sucDigitos5 :: Integer -> [Integer]

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

-- 6ª definición de sucDigitos

sucDigitos6 :: Integer -> [Integer]

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

-- Eficiencia de las definiciones de sucDigitos

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

-- 5001

-- (0.01 secs, 1550688 bytes)

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

-- 5001

-- (1.25 secs, 729411872 bytes)

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

-- 5001

-- (0.02 secs, 2265120 bytes)

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

-- 5001

-- (1.10 secs, 728366872 bytes)

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

-- 5001

-- (1.12 secs, 728393864 bytes)

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

-- 5001

-- (1.20 secs, 728403052 bytes)

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

-- 3000001

-- (2.73 secs, 820042696 bytes)

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

-- 3000001

-- (3.69 secs, 820043688 bytes)

-- 2ª definición de ordenDeDivisibilidad

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

ordenDeDivisibilidad :: Integer -> Int

ordenDeDivisibilidad x =

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

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

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

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

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

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

y los que no lo tienen son

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

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

Diremos que un número es especial si cumple dicha propiedad.

Definir la sucesión

   especiales :: [Integer]

1	especiales :: [Integer]

cuyos elementos son los números especiales. Por ejemplo,

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

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

Soluciones

import Data.List (genericLength)

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

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

import Data.List (genericLength)

especiales :: [Integer]

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

especial :: Integer -> Bool

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

Caminos en un árbol binario

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

Los caminos en los árboles binarios

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

. .

/ \ / \

. . / \

/ \ . .

. . / \ / \

. . . .

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

Los árboles binarios se pueden representar por

   data Arbol = H | N Arbol Arbol

1	data Arbol = H \| N Arbol Arbol

los movimientos por

   data Mov    = I | D deriving Show

1	data Mov = I \| D deriving Show

y los caminos por

   type Camino = [Mov]

1	type Camino = [Mov]

Definir la función

   caminos :: Arbol -> [Camino]

1	caminos :: Arbol -> [Camino]

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

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

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

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

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

Soluciones

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

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

data Arbol = H | N Arbol Arbol

data Mov = I | D deriving Show

type Camino = [Mov]

caminos :: Arbol -> [Camino]

caminos H = [[]]

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

Listas con los ceros emparejados

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

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

Definir las funciones

   cerosEmparejados  :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
   nCerosEmparejados :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]] nCerosEmparejados :: Integer -> Integer -> Integer

tales que
+ (cerosEmparejados m n) es la lista de las listas de longitud n de ceros emparejados con los números 0, 1, 2,…, m. Por ejemplo,

     ghci> cerosEmparejados 2 0
     [[]]
     ghci> cerosEmparejados 2 1
     [[1],[2]]
     ghci> cerosEmparejados 3 1
     [[1],[2],[3]]
     ghci> cerosEmparejados 2 2
     [[1,1],[1,2],[2,1],[2,2],[0,0]]
     ghci> cerosEmparejados 2 3
     [[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[1,0,0],[2,1,1],[2,1,2],
      [2,2,1],[2,2,2],[2,0,0],[0,0,1],[0,0,2]]
     ghci> cerosEmparejados 2 4
     [[1,1,1,1],[1,1,1,2],[1,1,2,1],[1,1,2,2],[1,1,0,0],[1,2,1,1],
      [1,2,1,2],[1,2,2,1],[1,2,2,2],[1,2,0,0],[1,0,0,1],[1,0,0,2],
      [2,1,1,1],[2,1,1,2],[2,1,2,1],[2,1,2,2],[2,1,0,0],[2,2,1,1],
      [2,2,1,2],[2,2,2,1],[2,2,2,2],[2,2,0,0],[2,0,0,1],[2,0,0,2],
      [0,0,1,1],[0,0,1,2],[0,0,2,1],[0,0,2,2],[0,0,0,0]]

ghci> cerosEmparejados 2 0

[[]]

ghci> cerosEmparejados 2 1

[[1],[2]]

ghci> cerosEmparejados 3 1

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

ghci> cerosEmparejados 2 2

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

ghci> cerosEmparejados 2 3

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

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

ghci> cerosEmparejados 2 4

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

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

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

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

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

(nCerosEmparejados m n) es el número de listas de longitud n de ceros emparejados con los números 0, 1, 2,…, m. Por ejemplo,

     nCerosEmparejados 2 2   ==  5
     nCerosEmparejados 2 3   ==  12
     nCerosEmparejados 2 4   ==  29
     nCerosEmparejados 9 27  ==  79707842493701635611689499

nCerosEmparejados 2 2 == 5

nCerosEmparejados 2 3 == 12

nCerosEmparejados 2 4 == 29

nCerosEmparejados 9 27 == 79707842493701635611689499

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Data.List (genericLength) 

cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
cerosEmparejados m 0 = [[]]
cerosEmparejados m 1 = [[k] | k <- [1..m]]
cerosEmparejados m n = 
    [x:ys | x <- [1..m], ys <- cerosEmparejados m (n-1)] ++
    [0:0:ys | ys <- cerosEmparejados m (n-2)]

-- 1ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados1 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados1 m n = fromIntegral (length (cerosEmparejados m n))

-- 2ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados2 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados2 _ 0 = 1
nCerosEmparejados2 m 1 = m
nCerosEmparejados2 m n = 
    m * nCerosEmparejados2 m (n-1) + nCerosEmparejados2 m (n-2)

-- 3ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados3 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados3 m n = aux `genericIndex` n
    where aux = 1 : m : zipWith (\x y -> x+m*y) aux (tail aux)

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> nCerosEmparejados1 9 7
--    5144589
--    (22.30 secs, 6556279384 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados2 9 7
--    5144589
--    (0.01 secs, 515464 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados3 9 7
--    5144589
--    (0.01 secs, 518104 bytes)
--
--    ghci> nCerosEmparejados2 9 33
--    45556060883025783396845717812863
--    (21.59 secs, 2676070480 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados3 9 33
--    45556060883025783396845717812863
--    (0.00 secs, 1017240 bytes)

import Data.List (genericIndex)

import Data.List (genericLength)

cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

cerosEmparejados m 0 = [[]]

cerosEmparejados m 1 = [[k] | k <- [1..m]]

cerosEmparejados m n =

[x:ys | x <- [1..m], ys <- cerosEmparejados m (n-1)] ++

[0:0:ys | ys <- cerosEmparejados m (n-2)]

-- 1ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados1 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados1 m n = fromIntegral (length (cerosEmparejados m n))

-- 2ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados2 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados2 _ 0 = 1

nCerosEmparejados2 m 1 = m

nCerosEmparejados2 m n =

m * nCerosEmparejados2 m (n-1) + nCerosEmparejados2 m (n-2)

-- 3ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados3 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados3 m n = aux `genericIndex` n

where aux = 1 : m : zipWith (\x y -> x+m*y) aux (tail aux)

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> nCerosEmparejados1 9 7

-- 5144589

-- (22.30 secs, 6556279384 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados2 9 7

-- 5144589

-- (0.01 secs, 515464 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados3 9 7

-- 5144589

-- (0.01 secs, 518104 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados2 9 33

-- 45556060883025783396845717812863

-- (21.59 secs, 2676070480 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados3 9 33

-- 45556060883025783396845717812863

-- (0.00 secs, 1017240 bytes)

Productos simultáneos de dos y tres números consecutivos

PorJosé A. Alonso 3-marzo-201525-abril-2021

Definir la función

   productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

1	productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

tal que (productos n x) es las listas de n elementos consecutivos cuyo producto es x. Por ejemplo,

   productos 2 6     ==  [[2,3]]
   productos 3 6     ==  [[1,2,3]]
   productos 4 1680  ==  [[5,6,7,8]]
   productos 2 5     ==  []

productos 2 6 == [[2,3]]

productos 3 6 == [[1,2,3]]

productos 4 1680 == [[5,6,7,8]]

productos 2 5 == []

Comprobar con QuickCheck que si n > 0 y x > 0, entonces

   productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

1	productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

Usando productos, definir la función

   productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

1	productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

cuyos elementos son los números naturales (no nulos) que pueden expresarse simultáneamente como producto de dos y tres números consecutivos. Por ejemplo,

   head productosDe2y3consecutivos  ==  6

1	head productosDe2y3consecutivos == 6

Nota. Según demostró Mordell en 1962, productosDe2y3consecutivos sólo tiene dos elementos.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
productos1 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos1 n x = [[y..y+n-1] | y <- [1..x],
                               product [y..y+n-1] == x]

-- 2ª definición
-- =============

-- Se puede reducir el intervalo de búsqueda teniendo en cuenta las
-- siguientes desigualdades
--    y*(y+1)* ... (y+n-1) = x
--    y^n <= x <= (y+n-1)^n
--    y <= x^(1/n), x^(1/n)-n+1 <= y
--    x^(1/n)-n+1 <= y <= x^(1/n)

productos2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos2 n x = [[z..z+n-1] | z <- [y-n+1..y],
                               product [z..z+n-1] == x]
    where y = floor ((fromIntegral x)**(1/(fromIntegral n)))

productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos = productos2

prop_productos n x =
    n > 0 && x > 0 ==> productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_productos
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    (0.10 secs, 26409644 bytes)

productosDe2y3consecutivos :: [Integer]
productosDe2y3consecutivos = [x| x <- [1..], 
                                 let ys = productos 2 x,
                                 not (null ys), 
                                 let zs = productos 3 x,
                                 not (null zs)] 

-- El cálculo es
--    ghci> take 2 productosDe2y3consecutivos
--    [6,210]
--    ghci> productos 2 210
--    [[14,15]]
--    ghci> productos 3 210
--    [[5,6,7]]

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

productos1 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos1 n x = [[y..y+n-1] | y <- [1..x],

product [y..y+n-1] == x]

-- 2ª definición

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

-- Se puede reducir el intervalo de búsqueda teniendo en cuenta las

-- siguientes desigualdades

-- y*(y+1)* ... (y+n-1) = x

-- y^n <= x <= (y+n-1)^n

-- y <= x^(1/n), x^(1/n)-n+1 <= y

-- x^(1/n)-n+1 <= y <= x^(1/n)

productos2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos2 n x = [[z..z+n-1] | z <- [y-n+1..y],

product [z..z+n-1] == x]

where y = floor ((fromIntegral x)**(1/(fromIntegral n)))

productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos = productos2

prop_productos n x =

n > 0 && x > 0 ==> productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_productos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- (0.10 secs, 26409644 bytes)

productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

productosDe2y3consecutivos = [x| x <- [1..],

let ys = productos 2 x,

not (null ys),

let zs = productos 3 x,

not (null zs)]

-- El cálculo es

-- ghci> take 2 productosDe2y3consecutivos

-- [6,210]

-- ghci> productos 2 210

-- [[14,15]]

-- ghci> productos 3 210

-- [[5,6,7]]

Orden de divisibilidad

Soluciones

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

Soluciones

Caminos en un árbol binario

Soluciones

Listas con los ceros emparejados

Soluciones

Productos simultáneos de dos y tres números consecutivos

Soluciones

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