Árboles

Profundidad de un árbol binario

PorJosé A. Alonso 16-diciembre-202215-diciembre-2022

El árbol binario

/ \

3 7

/ \

2 4

se puede representar por

   N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

1	N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

El tipo de los árboles binarios se puede definir por

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

data Arbol a = H a

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show, Eq)

Definir la función

   profundidad :: Arbol a -> Int

1	profundidad :: Arbol a -> Int

tal que profundidad x es la profundidad del árbol x. Por ejemplo,

   profundidad (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7))              ==  2
   profundidad (N 9 (N 3 (H 2) (N 1 (H 4) (H 5))) (H 7))  ==  3
   profundidad (N 4 (N 5 (H 4) (H 2)) (N 3 (H 7) (H 4)))  ==  2

profundidad (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)) == 2

profundidad (N 9 (N 3 (H 2) (N 1 (H 4) (H 5))) (H 7)) == 3

profundidad (N 4 (N 5 (H 4) (H 2)) (N 3 (H 7) (H 4))) == 2

Comprobar con QuickCheck que para todo árbol biario x, se tiene que

   nNodos x <= 2^(profundidad x) - 1

1	nNodos x <= 2^(profundidad x) - 1

Soluciones

A continuación se muestran las soluciones en Haskell y las soluciones en Python.

Soluciones en Haskell

import Test.QuickCheck

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

profundidad :: Arbol a -> Int
profundidad (H _)     = 0
profundidad (N _ i d) = 1 + max (profundidad i) (profundidad d)

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,
--    λ> sample (arbolArbitrario 3 :: Gen (Arbol Int))
--    N 0 (H 0) (H 0)
--    N 1 (N (-2) (H (-1)) (H 1)) (H 2)
--    N 3 (H 1) (H 2)
--    N 6 (N 0 (H 5) (H (-5))) (N (-5) (H (-5)) (H 4))
--    H 7
--    N (-8) (H (-8)) (H 9)
--    H 2
--    N (-1) (H 7) (N 9 (H (-2)) (H (-8)))
--    H (-3)
--    N 0 (N 16 (H (-14)) (H (-18))) (H 7)
--    N (-16) (H 18) (N (-19) (H (-15)) (H (-18)))
arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)
arbolArbitrario 0 = H <$> arbitrary
arbolArbitrario n =
  oneof [H <$> arbitrary,
         N <$> arbitrary <*> arbolArbitrario (div n 2) <*> arbolArbitrario (div n 2)]

-- Arbol es subclase de Arbitrary
instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where
  arbitrary = sized arbolArbitrario

-- La propiedad es
prop_nNodosProfundidad :: Arbol Int -> Bool
prop_nNodosProfundidad x =
   nNodos x <= 2 ^ profundidad x - 1

-- (nNodos x) es el número de nodos del árbol x. Por ejemplo,
--      nNodos (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7))  ==  2
nNodos :: Arbol a -> Int
nNodos (H _)     = 0
nNodos (N _ i d) = 1 + nNodos i + nNodos d

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_nNodosProfundidad
--    OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

data Arbol a = H a

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show, Eq)

profundidad :: Arbol a -> Int

profundidad (H _) = 0

profundidad (N _ i d) = 1 + max (profundidad i) (profundidad d)

-- Comprobación de equivalencia

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

-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,

-- λ> sample (arbolArbitrario 3 :: Gen (Arbol Int))

-- N 0 (H 0) (H 0)

-- N 1 (N (-2) (H (-1)) (H 1)) (H 2)

-- N 3 (H 1) (H 2)

-- N 6 (N 0 (H 5) (H (-5))) (N (-5) (H (-5)) (H 4))

-- H 7

-- N (-8) (H (-8)) (H 9)

-- H 2

-- N (-1) (H 7) (N 9 (H (-2)) (H (-8)))

-- H (-3)

-- N 0 (N 16 (H (-14)) (H (-18))) (H 7)

-- N (-16) (H 18) (N (-19) (H (-15)) (H (-18)))

arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)

arbolArbitrario 0 = H <$> arbitrary

arbolArbitrario n =

oneof [H <$> arbitrary,

N <$> arbitrary <*> arbolArbitrario (div n 2) <*> arbolArbitrario (div n 2)]

-- Arbol es subclase de Arbitrary

instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where

arbitrary = sized arbolArbitrario

-- La propiedad es

prop_nNodosProfundidad :: Arbol Int -> Bool

prop_nNodosProfundidad x =

nNodos x <= 2 ^ profundidad x - 1

-- (nNodos x) es el número de nodos del árbol x. Por ejemplo,

-- nNodos (N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)) == 2

nNodos :: Arbol a -> Int

nNodos (H _) = 0

nNodos (N _ i d) = 1 + nNodos i + nNodos d

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_nNodosProfundidad

-- OK, passed 100 tests.

Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
from random import choice, randint
from typing import Generic, TypeVar

from hypothesis import given
from hypothesis import strategies as st

A = TypeVar("A")

@dataclass
class Arbol(Generic[A]):
    pass

@dataclass
class H(Arbol[A]):
    x: A

@dataclass
class N(Arbol[A]):
    x: A
    i: Arbol[A]
    d: Arbol[A]

def profundidad(a: Arbol[A]) -> int:
    match a:
        case H(_):
            return 0
        case N(_, i, d):
            return 1 + max(profundidad(i), profundidad(d))
    assert False

# Comprobación de equivalencia
# ============================

# (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de orden n. Por ejemplo,
#    >>> arbolArbitrario(4)
#    N(x=2, i=H(x=1), d=H(x=9))
#    >>> arbolArbitrario(4)
#    H(x=10)
#    >>> arbolArbitrario(4)
#    N(x=4, i=N(x=7, i=H(x=4), d=H(x=0)), d=H(x=6))
def arbolArbitrario(n: int) -> Arbol[int]:
    if n <= 1:
        return H(randint(0, 10))
    m = n // 2
    return choice([H(randint(0, 10)),
                   N(randint(0, 10),
                     arbolArbitrario(m),
                     arbolArbitrario(m))])

# nNodos(x) es el número de nodos del árbol x. Por ejemplo,
#    nNodos(N(9, N(3, H(2), H(4)), H(7)))  ==  2
def nNodos(a: Arbol[A]) -> int:
    match a:
        case H(_):
            return 0
        case N(_, i, d):
            return 1 + nNodos(i) + nNodos(d)
    assert False

# La propiedad es
@given(st.integers(min_value=1, max_value=10))
def test_nHojas(n: int) -> None:
    a = arbolArbitrario(n)
    assert nNodos(a) <= 2 ** profundidad(a) - 1

# La comprobación es
#    src> poetry run pytest -q profundidad_de_un_arbol_binario.py
#    1 passed in 0.11s

from dataclasses import dataclass

from random import choice, randint

from typing import Generic, TypeVar

from hypothesis import given

from hypothesis import strategies as st

A = TypeVar("A")

@dataclass

class Arbol(Generic[A]):

pass

@dataclass

class H(Arbol[A]):

x: A

@dataclass

class N(Arbol[A]):

x: A

i: Arbol[A]

d: Arbol[A]

def profundidad(a: Arbol[A]) -> int:

match a:

case H(_):

return 0

case N(_, i, d):

return 1 + max(profundidad(i), profundidad(d))

assert False

# Comprobación de equivalencia

# ============================

# (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de orden n. Por ejemplo,

# >>> arbolArbitrario(4)

# N(x=2, i=H(x=1), d=H(x=9))

# >>> arbolArbitrario(4)

# H(x=10)

# >>> arbolArbitrario(4)

# N(x=4, i=N(x=7, i=H(x=4), d=H(x=0)), d=H(x=6))

def arbolArbitrario(n: int) -> Arbol[int]:

if n <= 1:

return H(randint(0, 10))

m = n // 2

return choice([H(randint(0, 10)),

N(randint(0, 10),

arbolArbitrario(m),

arbolArbitrario(m))])

# nNodos(x) es el número de nodos del árbol x. Por ejemplo,

# nNodos(N(9, N(3, H(2), H(4)), H(7))) == 2

def nNodos(a: Arbol[A]) -> int:

match a:

case H(_):

return 0

case N(_, i, d):

return 1 + nNodos(i) + nNodos(d)

assert False

# La propiedad es

@given(st.integers(min_value=1, max_value=10))

def test_nHojas(n: int) -> None:

a = arbolArbitrario(n)

assert nNodos(a) <= 2 ** profundidad(a) - 1

# La comprobación es

# src> poetry run pytest -q profundidad_de_un_arbol_binario.py

# 1 passed in 0.11s

El tipo de los árboles binarios

PorJosé A. Alonso 15-diciembre-202222-abril-2023

1. El tipo de los árboles binarios en Haskell

El árbol binario

/ \

3 7

/ \

2 4

se puede representar por

   N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

1	N 9 (N 3 (H 2) (H 4)) (H 7)

usando el tipo de los árboles binarios definido como se muestra a continuación.

import Test.QuickCheck

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

-- Generador de árboles binarios
-- =============================

-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,
--    λ> sample (arbolArbitrario 3 :: Gen (Arbol Int))
--    N 0 (H 0) (H 0)
--    N 1 (N (-2) (H (-1)) (H 1)) (H 2)
--    N 3 (H 1) (H 2)
--    N 6 (N 0 (H 5) (H (-5))) (N (-5) (H (-5)) (H 4))
--    H 7
--    N (-8) (H (-8)) (H 9)
--    H 2
--    N (-1) (H 7) (N 9 (H (-2)) (H (-8)))
--    H (-3)
--    N 0 (N 16 (H (-14)) (H (-18))) (H 7)
--    N (-16) (H 18) (N (-19) (H (-15)) (H (-18)))
arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)
arbolArbitrario 0 = H <$> arbitrary
arbolArbitrario n =
  oneof [H <$> arbitrary,
         N <$> arbitrary <*> arbolArbitrario (div n 2) <*> arbolArbitrario (div n 2)]

-- Arbol es subclase de Arbitrary
instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where
  arbitrary = sized arbolArbitrario

import Test.QuickCheck

data Arbol a = H a

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show, Eq)

-- Generador de árboles binarios

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

-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,

-- λ> sample (arbolArbitrario 3 :: Gen (Arbol Int))

-- N 0 (H 0) (H 0)

-- N 1 (N (-2) (H (-1)) (H 1)) (H 2)

-- N 3 (H 1) (H 2)

-- N 6 (N 0 (H 5) (H (-5))) (N (-5) (H (-5)) (H 4))

-- H 7

-- N (-8) (H (-8)) (H 9)

-- H 2

-- N (-1) (H 7) (N 9 (H (-2)) (H (-8)))

-- H (-3)

-- N 0 (N 16 (H (-14)) (H (-18))) (H 7)

-- N (-16) (H 18) (N (-19) (H (-15)) (H (-18)))

arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)

arbolArbitrario 0 = H <$> arbitrary

arbolArbitrario n =

oneof [H <$> arbitrary,

N <$> arbitrary <*> arbolArbitrario (div n 2) <*> arbolArbitrario (div n 2)]

-- Arbol es subclase de Arbitrary

instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where

arbitrary = sized arbolArbitrario

2. El tipo de los árboles binarios en Python

El árbol binario

/ \

3 7

/ \

2 4

se puede representar por

   N(9, N(3, H(2), H(4)), H(7))

1	N(9, N(3, H(2), H(4)), H(7))

usando la definición de los árboles binarios que se muestra a continuación.

from dataclasses import dataclass
from random import choice, randint
from typing import Generic, TypeVar

A = TypeVar("A")

@dataclass
class Arbol(Generic[A]):
    pass

@dataclass
class H(Arbol[A]):
    x: A

@dataclass
class N(Arbol[A]):
    x: A
    i: Arbol[A]
    d: Arbol[A]

def nHojas(a: Arbol[A]) -> int:
    match a:
        case H(_):
            return 1
        case N(_, i, d):
            return nHojas(i) + nHojas(d)
    assert False

def nNodos(a: Arbol[A]) -> int:
    match a:
        case H(_):
            return 0
        case N(_, i, d):
            return 1 + nNodos(i) + nNodos(d)
    assert False

# Generador de árboles
# ====================

# (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de orden n. Por ejemplo,
#    >>> arbolArbitrario(4)
#    N(x=2, i=H(x=1), d=H(x=9))
#    >>> arbolArbitrario(4)
#    H(x=10)
#    >>> arbolArbitrario(4)
#    N(x=4, i=N(x=7, i=H(x=4), d=H(x=0)), d=H(x=6))
def arbolArbitrario(n: int) -> Arbol[int]:
    if n <= 1:
        return H(randint(0, 10))
    m = n // 2
    return choice([H(randint(0, 10)),
                   N(randint(0, 10),
                     arbolArbitrario(m),
                     arbolArbitrario(m))])

from dataclasses import dataclass

from random import choice, randint

from typing import Generic, TypeVar

A = TypeVar("A")

@dataclass

class Arbol(Generic[A]):

pass

@dataclass

class H(Arbol[A]):

x: A

@dataclass

class N(Arbol[A]):

x: A

i: Arbol[A]

d: Arbol[A]

def nHojas(a: Arbol[A]) -> int:

match a:

case H(_):

return 1

case N(_, i, d):

return nHojas(i) + nHojas(d)

assert False

def nNodos(a: Arbol[A]) -> int:

match a:

case H(_):

return 0

case N(_, i, d):

return 1 + nNodos(i) + nNodos(d)

assert False

# Generador de árboles

# ====================

# (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de orden n. Por ejemplo,

# >>> arbolArbitrario(4)

# N(x=2, i=H(x=1), d=H(x=9))

# >>> arbolArbitrario(4)

# H(x=10)

# >>> arbolArbitrario(4)

# N(x=4, i=N(x=7, i=H(x=4), d=H(x=0)), d=H(x=6))

def arbolArbitrario(n: int) -> Arbol[int]:

if n <= 1:

return H(randint(0, 10))

m = n // 2

return choice([H(randint(0, 10)),

N(randint(0, 10),

arbolArbitrario(m),

arbolArbitrario(m))])

Árbol con las hojas en la profundidad dada

PorJosé A. Alonso 9-diciembre-202214-diciembre-2022

El árbol binario

        ·
       / \
      /   \
     ·     ·
    / \   / \
   1   4 6   9

/ \

· ·

/ \ / \

1 4 6 9

se puede representar por

   ejArbol = Nodo (Nodo (Hoja 1) (Hoja 4))
                  (Nodo (Hoja 6) (Hoja 9))

1 2	ejArbol = Nodo (Nodo (Hoja 1) (Hoja 4)) (Nodo (Hoja 6) (Hoja 9))

El tipo de los árboles binarios se puede definir por

   data Arbol a = Hoja a
                | Nodo (Arbol a) (Arbol a)
     deriving (Show, Eq)

data Arbol a = Hoja a

| Nodo (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show, Eq)

Definir la función

   creaArbol :: Int -> Arbol ()

1	creaArbol :: Int -> Arbol ()

tal que creaArbol n es el árbol cuyas hoyas están en la profundidad n. Por ejemplo,

   λ> creaArbol 2
   Nodo (Nodo (Hoja ()) (Hoja ())) (Nodo (Hoja ()) (Hoja ()))

1 2	λ> creaArbol 2 Nodo (Nodo (Hoja ()) (Hoja ())) (Nodo (Hoja ()) (Hoja ()))

Soluciones

A continuación se muestran las soluciones en Haskell y las soluciones en Python.

Soluciones en Haskell

data Arbol a = Hoja a
             | Nodo (Arbol a) (Arbol a)
  deriving (Show, Eq)

creaArbol :: Int -> Arbol ()
creaArbol h
  | h <= 0    = Hoja ()
  | otherwise = Nodo x x
  where x = creaArbol (h - 1)

data Arbol a = Hoja a

| Nodo (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show, Eq)

creaArbol :: Int -> Arbol ()

creaArbol h

| h <= 0 = Hoja ()

| otherwise = Nodo x x

where x = creaArbol (h - 1)

Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
from typing import Any, Generic, TypeVar

A = TypeVar("A")

@dataclass
class Arbol(Generic[A]):
    pass

@dataclass
class Hoja(Arbol[A]):
    x: A

@dataclass
class Nodo(Arbol[A]):
    i: Arbol[A]
    d: Arbol[A]

def creaArbol(h: int) -> Arbol[Any]:
    if h <= 0:
        return Hoja(None)
    x = creaArbol(h - 1)
    return Nodo(x, x)

from dataclasses import dataclass

from typing import Any, Generic, TypeVar

A = TypeVar("A")

@dataclass

class Arbol(Generic[A]):

pass

@dataclass

class Hoja(Arbol[A]):

x: A

@dataclass

class Nodo(Arbol[A]):

i: Arbol[A]

d: Arbol[A]

def creaArbol(h: int) -> Arbol[Any]:

if h <= 0:

return Hoja(None)

x = creaArbol(h - 1)

return Nodo(x, x)

Árboles con la misma forma

PorJosé A. Alonso 8-diciembre-202214-diciembre-2022

El árbol binario

        ·
       / \
      /   \
     ·     ·
    / \   / \
   1   4 6   9

/ \

· ·

/ \ / \

1 4 6 9

se puede representar por

   ejArbol = Nodo (Nodo (Hoja 1) (Hoja 4))
                  (Nodo (Hoja 6) (Hoja 9))

1 2	ejArbol = Nodo (Nodo (Hoja 1) (Hoja 4)) (Nodo (Hoja 6) (Hoja 9))

El tipo de los árboles binarios se puede definir por

   data Arbol a = Hoja a
                | Nodo (Arbol a) (Arbol a)
     deriving (Show, Eq)

data Arbol a = Hoja a

| Nodo (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show, Eq)

Definir la función

   mismaForma :: Arbol a -> Arbol b -> Bool

1	mismaForma :: Arbol a -> Arbol b -> Bool

tal que mismaForma t1 t2 se verifica si t1 y t2 tienen la misma estructura. Por ejemplo,

   λ> arbol1 = Hoja 5
   λ> arbol2 = Hoja 3
   λ> mismaForma arbol1 arbol2
   True
   λ> arbol3 = Nodo (Hoja 6) (Hoja 7)
   λ> mismaForma arbol1 arbol3
   False
   λ> arbol4 = Nodo (Hoja 9) (Hoja 5)
   λ> mismaForma arbol3 arbol4
   True

λ> arbol1 = Hoja 5

λ> arbol2 = Hoja 3

λ> mismaForma arbol1 arbol2

True

λ> arbol3 = Nodo (Hoja 6) (Hoja 7)

λ> mismaForma arbol1 arbol3

False

λ> arbol4 = Nodo (Hoja 9) (Hoja 5)

λ> mismaForma arbol3 arbol4

True

Soluciones

A continuación se muestran las soluciones en Haskell y las soluciones en Python.

Soluciones en Haskell

import Test.QuickCheck

data Arbol a = Hoja a
             | Nodo (Arbol a) (Arbol a)
  deriving (Show, Eq)

-- 1ª solución
-- ===========

mismaForma1 :: Arbol a -> Arbol b -> Bool
mismaForma1 (Hoja _)   (Hoja _)     = True
mismaForma1 (Nodo l r) (Nodo l' r') = mismaForma1 l l' && mismaForma1 r r'
mismaForma1 _          _            = False

-- 2ª solución
-- ===========

mismaForma2 :: Arbol a -> Arbol b -> Bool
mismaForma2 x y = f x == f y
  where
    f = mapArbol (const ())

-- (mapArbol f t) es el árbol obtenido aplicando la función f a los
-- elementos del árbol t. Por ejemplo,
--    λ> mapArbol (+ 1) (Nodo (Hoja 2) (Hoja 4))
--    Nodo (Hoja 3) (Hoja 5)
mapArbol :: (a -> b) -> Arbol a -> Arbol b
mapArbol f (Hoja a)   = Hoja (f a)
mapArbol f (Nodo i d) = Nodo (mapArbol f i) (mapArbol f d)

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,
--    λ> sample (arbolArbitrario 3 :: Gen (Arbol Int))
--    Nodo (Nodo (Nodo (Hoja 0) (Hoja 0)) (Hoja 0)) (Hoja 0)
--    Nodo (Nodo (Hoja 4) (Hoja 8)) (Hoja (-4))
--    Nodo (Nodo (Nodo (Hoja 4) (Hoja 10)) (Hoja (-6))) (Hoja (-1))
--    Nodo (Nodo (Hoja 3) (Hoja 6)) (Hoja (-5))
--    Nodo (Nodo (Hoja (-11)) (Hoja (-13))) (Hoja 14)
--    Nodo (Nodo (Hoja (-7)) (Hoja 15)) (Hoja (-2))
--    Nodo (Nodo (Hoja (-9)) (Hoja (-2))) (Hoja (-6))
--    Nodo (Nodo (Hoja (-15)) (Hoja (-16))) (Hoja (-20))
arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)
arbolArbitrario n
  | n <= 1    = Hoja <$> arbitrary
  | otherwise = do
      k <- choose (2, n - 1)
      Nodo <$> arbolArbitrario k <*> arbolArbitrario (n - k)

-- Arbol es subclase de Arbitraria
instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where
  arbitrary = sized arbolArbitrario
  shrink (Hoja x)   = Hoja <$> shrink x
  shrink (Nodo l r) = l :
                      r :
                      [Nodo l' r | l' <- shrink l] ++
                      [Nodo l r' | r' <- shrink r]

-- La propiedad es
prop_mismaForma :: Arbol Int -> Arbol Int -> Property
prop_mismaForma a1 a2 =
  mismaForma1 a1 a2 === mismaForma2 a1 a2

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_mismaForma
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

data Arbol a = Hoja a

| Nodo (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show, Eq)

-- 1ª solución

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

mismaForma1 :: Arbol a -> Arbol b -> Bool

mismaForma1 (Hoja _) (Hoja _) = True

mismaForma1 (Nodo l r) (Nodo l' r') = mismaForma1 l l' && mismaForma1 r r'

mismaForma1 _ _ = False

-- 2ª solución

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

mismaForma2 :: Arbol a -> Arbol b -> Bool

mismaForma2 x y = f x == f y

where

f = mapArbol (const ())

-- (mapArbol f t) es el árbol obtenido aplicando la función f a los

-- elementos del árbol t. Por ejemplo,

-- λ> mapArbol (+ 1) (Nodo (Hoja 2) (Hoja 4))

-- Nodo (Hoja 3) (Hoja 5)

mapArbol :: (a -> b) -> Arbol a -> Arbol b

mapArbol f (Hoja a) = Hoja (f a)

mapArbol f (Nodo i d) = Nodo (mapArbol f i) (mapArbol f d)

-- Comprobación de equivalencia

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

-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,

-- λ> sample (arbolArbitrario 3 :: Gen (Arbol Int))

-- Nodo (Nodo (Nodo (Hoja 0) (Hoja 0)) (Hoja 0)) (Hoja 0)

-- Nodo (Nodo (Hoja 4) (Hoja 8)) (Hoja (-4))

-- Nodo (Nodo (Nodo (Hoja 4) (Hoja 10)) (Hoja (-6))) (Hoja (-1))

-- Nodo (Nodo (Hoja 3) (Hoja 6)) (Hoja (-5))

-- Nodo (Nodo (Hoja (-11)) (Hoja (-13))) (Hoja 14)

-- Nodo (Nodo (Hoja (-7)) (Hoja 15)) (Hoja (-2))

-- Nodo (Nodo (Hoja (-9)) (Hoja (-2))) (Hoja (-6))

-- Nodo (Nodo (Hoja (-15)) (Hoja (-16))) (Hoja (-20))

arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)

arbolArbitrario n

| n <= 1 = Hoja <$> arbitrary

| otherwise = do

k <- choose (2, n - 1)

Nodo <$> arbolArbitrario k <*> arbolArbitrario (n - k)

-- Arbol es subclase de Arbitraria

instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where

arbitrary = sized arbolArbitrario

shrink (Hoja x) = Hoja <$> shrink x

shrink (Nodo l r) = l :

r :

[Nodo l' r | l' <- shrink l] ++

[Nodo l r' | r' <- shrink r]

-- La propiedad es

prop_mismaForma :: Arbol Int -> Arbol Int -> Property

prop_mismaForma a1 a2 =

mismaForma1 a1 a2 === mismaForma2 a1 a2

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_mismaForma

-- +++ OK, passed 100 tests.

Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
from random import randint
from typing import Callable, Generic, TypeVar

from hypothesis import given
from hypothesis import strategies as st

A = TypeVar("A")
B = TypeVar("B")

@dataclass
class Arbol(Generic[A]):
    pass

@dataclass
class Hoja(Arbol[A]):
    x: A

@dataclass
class Nodo(Arbol[A]):
    i: Arbol[A]
    d: Arbol[A]

# -- 1ª solución
# -- ===========

def mismaForma1(a: Arbol[A], b: Arbol[B]) -> bool:
    match (a, b):
        case (Hoja(_), Hoja(_)):
            return True
        case (Nodo(i1, d1), Nodo(i2, d2)):
            return mismaForma1(i1, i2) and mismaForma1(d1, d2)
        case (_, _):
            return False
    assert False

# -- 2ª solución
# -- ===========

# mapArbol(f, t) es el árbolo obtenido aplicando la función f a
# los elementos del árbol t. Por ejemplo,
#    >>> mapArbol(lambda x: 1 + x, Nodo(Hoja(2), Hoja(4)))
#    Nodo(i=Hoja(x=3), d=Hoja(x=5))
def mapArbol(f: Callable[[A], B], a: Arbol[A]) -> Arbol[B]:
    match a:
        case Hoja(x):
            return Hoja(f(x))
        case Nodo(i, d):
            return Nodo(mapArbol(f, i), mapArbol(f, d))
    assert False

def mismaForma2(a: Arbol[A], b: Arbol[B]) -> bool:
    return mapArbol(lambda x: 0, a) == mapArbol(lambda x: 0, b)

# Comprobación de equivalencia
# ============================

# arbolArbitrario(n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,
#    >>> arbolArbitrario(3)
#    Nodo(i=Hoja(x=2), d=Nodo(i=Hoja(x=5), d=Hoja(x=2)))
#    >>> arbolArbitrario(3)
#    Nodo(i=Nodo(i=Hoja(x=6), d=Hoja(x=9)), d=Hoja(x=1))
def arbolArbitrario(n: int) -> Arbol[int]:
    if n <= 1:
        return Hoja(randint(1, 10 * n))
    k = min(randint(1, n), n - 1)
    return Nodo(arbolArbitrario(k), arbolArbitrario(n - k))

# La propiedad es
@given(st.integers(min_value=1, max_value=10),
       st.integers(min_value=1, max_value=10))
def test_mismaForma(n1: int, n2: int) -> None:
    a1 = arbolArbitrario(n1)
    a2 = arbolArbitrario(n2)
    assert mismaForma1(a1, a2) == mismaForma2(a1, a2)

# La comprobación es
#    src> poetry run pytest -q arboles_con_la_misma_forma.py
#    1 passed in 0.22s

from dataclasses import dataclass

from random import randint

from typing import Callable, Generic, TypeVar

from hypothesis import given

from hypothesis import strategies as st

A = TypeVar("A")

B = TypeVar("B")

@dataclass

class Arbol(Generic[A]):

pass

@dataclass

class Hoja(Arbol[A]):

x: A

@dataclass

class Nodo(Arbol[A]):

i: Arbol[A]

d: Arbol[A]

# -- 1ª solución

# -- ===========

def mismaForma1(a: Arbol[A], b: Arbol[B]) -> bool:

match (a, b):

case (Hoja(_), Hoja(_)):

return True

case (Nodo(i1, d1), Nodo(i2, d2)):

return mismaForma1(i1, i2) and mismaForma1(d1, d2)

case (_, _):

return False

assert False

# -- 2ª solución

# -- ===========

# mapArbol(f, t) es el árbolo obtenido aplicando la función f a

# los elementos del árbol t. Por ejemplo,

# >>> mapArbol(lambda x: 1 + x, Nodo(Hoja(2), Hoja(4)))

# Nodo(i=Hoja(x=3), d=Hoja(x=5))

def mapArbol(f: Callable[[A], B], a: Arbol[A]) -> Arbol[B]:

match a:

case Hoja(x):

return Hoja(f(x))

case Nodo(i, d):

return Nodo(mapArbol(f, i), mapArbol(f, d))

assert False

def mismaForma2(a: Arbol[A], b: Arbol[B]) -> bool:

return mapArbol(lambda x: 0, a) == mapArbol(lambda x: 0, b)

# Comprobación de equivalencia

# ============================

# arbolArbitrario(n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,

# >>> arbolArbitrario(3)

# Nodo(i=Hoja(x=2), d=Nodo(i=Hoja(x=5), d=Hoja(x=2)))

# >>> arbolArbitrario(3)

# Nodo(i=Nodo(i=Hoja(x=6), d=Hoja(x=9)), d=Hoja(x=1))

def arbolArbitrario(n: int) -> Arbol[int]:

if n <= 1:

return Hoja(randint(1, 10 * n))

k = min(randint(1, n), n - 1)

return Nodo(arbolArbitrario(k), arbolArbitrario(n - k))

# La propiedad es

@given(st.integers(min_value=1, max_value=10),

st.integers(min_value=1, max_value=10))

def test_mismaForma(n1: int, n2: int) -> None:

a1 = arbolArbitrario(n1)

a2 = arbolArbitrario(n2)

assert mismaForma1(a1, a2) == mismaForma2(a1, a2)

# La comprobación es

# src> poetry run pytest -q arboles_con_la_misma_forma.py

# 1 passed in 0.22s

El tipo de los árboles binarios con valores en las hojas

PorJosé A. Alonso 6-diciembre-202223-abril-2023

1. El tipo de los árboles binarios con valores en las hojas en Haskell

El árbol binario

        ·
       / \
      /   \
     ·     ·
    / \   / \
   1   4 6   9

/ \

· ·

/ \ / \

1 4 6 9

se puede representar por

   ejArbol = Nodo (Nodo (Hoja 1) (Hoja 4))
                  (Nodo (Hoja 6) (Hoja 9))

1 2	ejArbol = Nodo (Nodo (Hoja 1) (Hoja 4)) (Nodo (Hoja 6) (Hoja 9))

usando el tipo de los árboles binarios con valores en las hojas definido como se muestra a continuación.

data Arbol a = Hoja a
             | Nodo (Arbol a) (Arbol a)
  deriving (Eq, Show)

-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,
--    λ> sample (arbolArbitrario 3 :: Gen (Arbol Int))
--    Nodo (Nodo (Nodo (Hoja 0) (Hoja 0)) (Hoja 0)) (Hoja 0)
--    Nodo (Nodo (Hoja 4) (Hoja 8)) (Hoja (-4))
--    Nodo (Nodo (Nodo (Hoja 4) (Hoja 10)) (Hoja (-6))) (Hoja (-1))
--    Nodo (Nodo (Hoja 3) (Hoja 6)) (Hoja (-5))
--    Nodo (Nodo (Hoja (-11)) (Hoja (-13))) (Hoja 14)
--    Nodo (Nodo (Hoja (-7)) (Hoja 15)) (Hoja (-2))
--    Nodo (Nodo (Hoja (-9)) (Hoja (-2))) (Hoja (-6))
--    Nodo (Nodo (Hoja (-15)) (Hoja (-16))) (Hoja (-20))
arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)
arbolArbitrario n
  | n <= 1    = Hoja <$> arbitrary
  | otherwise = do
      k <- choose (2, n - 1)
      Nodo <$> arbolArbitrario k <*> arbolArbitrario (n - k)

-- Arbol es subclase de Arbitraria
instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where
  arbitrary = sized arbolArbitrario
  shrink (Hoja x)   = Hoja <$> shrink x
  shrink (Nodo l r) = l :
                      r :
                      [Nodo l' r | l' <- shrink l] ++
                      [Nodo l r' | r' <- shrink r]

data Arbol a = Hoja a

| Nodo (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Eq, Show)

-- (arbolArbitrario n) es un árbol aleatorio de altura n. Por ejemplo,

-- λ> sample (arbolArbitrario 3 :: Gen (Arbol Int))

-- Nodo (Nodo (Nodo (Hoja 0) (Hoja 0)) (Hoja 0)) (Hoja 0)

-- Nodo (Nodo (Hoja 4) (Hoja 8)) (Hoja (-4))

-- Nodo (Nodo (Nodo (Hoja 4) (Hoja 10)) (Hoja (-6))) (Hoja (-1))

-- Nodo (Nodo (Hoja 3) (Hoja 6)) (Hoja (-5))

-- Nodo (Nodo (Hoja (-11)) (Hoja (-13))) (Hoja 14)

-- Nodo (Nodo (Hoja (-7)) (Hoja 15)) (Hoja (-2))

-- Nodo (Nodo (Hoja (-9)) (Hoja (-2))) (Hoja (-6))

-- Nodo (Nodo (Hoja (-15)) (Hoja (-16))) (Hoja (-20))

arbolArbitrario :: Arbitrary a => Int -> Gen (Arbol a)

arbolArbitrario n

| n <= 1 = Hoja <$> arbitrary

| otherwise = do

k <- choose (2, n - 1)

Nodo <$> arbolArbitrario k <*> arbolArbitrario (n - k)

-- Arbol es subclase de Arbitraria

instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where

arbitrary = sized arbolArbitrario

shrink (Hoja x) = Hoja <$> shrink x

shrink (Nodo l r) = l :

r :

[Nodo l' r | l' <- shrink l] ++

[Nodo l r' | r' <- shrink r]

2. El tipo de los árboles binarios con valores en las hojas en Python

El árbol binario

        ·
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     ·     ·
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   1   4 6   9

/ \

· ·

/ \ / \

1 4 6 9

se puede representar por

   ejArbol = Nodo(Nodo(Hoja(1), Hoja(4)),
                  Nodo(Hoja(6), Hoja(9)))

1 2	ejArbol = Nodo(Nodo(Hoja(1), Hoja(4)), Nodo(Hoja(6), Hoja(9)))

usando el tipo de los árboles binarios con valores en las hojas definido como se muestra a continuación.

from dataclasses import dataclass
from typing import Generic, TypeVar
from random import randint

A = TypeVar("A")

@dataclass
class Arbol(Generic[A]):
    pass

@dataclass
class Hoja(Arbol[A]):
    x: A

@dataclass
class Nodo(Arbol[A]):
    i: Arbol[A]
    d: Arbol[A]

# Generador
# =========

# arbolArbitrario(n) es un árbol aleatorio de orden n. Por ejemplo,
#    >>> arbolArbitrario(2)
#    Nodo(i=Nodo(i=Hoja(x=6), d=Hoja(x=3)), d=Nodo(i=Hoja(x=4), d=Hoja(x=4)))
#    >>> arbolArbitrario(2)
#    Nodo(i=Nodo(i=Hoja(x=9), d=Hoja(x=6)), d=Nodo(i=Hoja(x=9), d=Hoja(x=8)))
def arbolArbitrario(n: int) -> Arbol[int]:
    if n == 0:
        return Hoja(randint(1, 10))
    if n == 1:
        return Nodo(arbolArbitrario(0), arbolArbitrario(0))
    k = min(randint(1, n + 1), n - 1)
    return Nodo(arbolArbitrario(k), arbolArbitrario(n - k))

from dataclasses import dataclass

from typing import Generic, TypeVar

from random import randint

A = TypeVar("A")

@dataclass

class Arbol(Generic[A]):

pass

@dataclass

class Hoja(Arbol[A]):

x: A

@dataclass

class Nodo(Arbol[A]):

i: Arbol[A]

d: Arbol[A]

# Generador

# =========

# arbolArbitrario(n) es un árbol aleatorio de orden n. Por ejemplo,

# >>> arbolArbitrario(2)

# Nodo(i=Nodo(i=Hoja(x=6), d=Hoja(x=3)), d=Nodo(i=Hoja(x=4), d=Hoja(x=4)))

# >>> arbolArbitrario(2)

# Nodo(i=Nodo(i=Hoja(x=9), d=Hoja(x=6)), d=Nodo(i=Hoja(x=9), d=Hoja(x=8)))

def arbolArbitrario(n: int) -> Arbol[int]:

if n == 0:

return Hoja(randint(1, 10))

if n == 1:

return Nodo(arbolArbitrario(0), arbolArbitrario(0))

k = min(randint(1, n + 1), n - 1)

return Nodo(arbolArbitrario(k), arbolArbitrario(n - k))

Profundidad de un árbol binario

El tipo de los árboles binarios

1. El tipo de los árboles binarios en Haskell

2. El tipo de los árboles binarios en Python

Árbol con las hojas en la profundidad dada

Árboles con la misma forma

El tipo de los árboles binarios con valores en las hojas

1. El tipo de los árboles binarios con valores en las hojas en Haskell

2. El tipo de los árboles binarios con valores en las hojas en Python

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