Árboles

Árboles con n elementos

PorJosé A. Alonso 29-enero-20195-febrero-2019

Los árboles binarios se pueden representar con

   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 las funciones

   arboles  :: Integer -> a -> [Arbol a]
   nArboles :: [Integer]

1 2	arboles :: Integer -> a -> [Arbol a] nArboles :: [Integer]

tales que

(arboles n x) es la lista de todos los árboles binarios con n elementos iguales a x. Por ejemplo,

     λ> arboles 0 7
     []
     λ> arboles 1 7
     [H 7]
     λ> arboles 2 7
     []
     λ> arboles 3 7
     [N 7 (H 7) (H 7)]
     λ> arboles 4 7
     []
     λ> arboles 5 7
     [N 7 (H 7) (N 7 (H 7) (H 7)),N 7 (N 7 (H 7) (H 7)) (H 7)]
     λ> arboles 6 7
     []
     λ> arboles 7 7
     [N 7 (H 7) (N 7 (H 7) (N 7 (H 7) (H 7))),
      N 7 (H 7) (N 7 (N 7 (H 7) (H 7)) (H 7)),
      N 7 (N 7 (H 7) (H 7)) (N 7 (H 7) (H 7)),
      N 7 (N 7 (H 7) (N 7 (H 7) (H 7))) (H 7),
      N 7 (N 7 (N 7 (H 7) (H 7)) (H 7)) (H 7)]

λ> arboles 0 7

[]

λ> arboles 1 7

[H 7]

λ> arboles 2 7

[]

λ> arboles 3 7

[N 7 (H 7) (H 7)]

λ> arboles 4 7

[]

λ> arboles 5 7

[N 7 (H 7) (N 7 (H 7) (H 7)),N 7 (N 7 (H 7) (H 7)) (H 7)]

λ> arboles 6 7

[]

λ> arboles 7 7

[N 7 (H 7) (N 7 (H 7) (N 7 (H 7) (H 7))),

N 7 (H 7) (N 7 (N 7 (H 7) (H 7)) (H 7)),

N 7 (N 7 (H 7) (H 7)) (N 7 (H 7) (H 7)),

N 7 (N 7 (H 7) (N 7 (H 7) (H 7))) (H 7),

N 7 (N 7 (N 7 (H 7) (H 7)) (H 7)) (H 7)]

nArboles es la sucesión de los números de árboles con k elementos iguales a 7, con k ∈ {1,3,5,…}. Por ejemplo,

     λ> take 14 nArboles
     [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900]
     λ> nArboles !! 100
     896519947090131496687170070074100632420837521538745909320
     λ> length (show (nArboles !! 1000))
     598

λ> take 14 nArboles

[1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900]

λ> nArboles !! 100

896519947090131496687170070074100632420837521538745909320

λ> length (show (nArboles !! 1000))

598

Soluciones

import Data.List (genericLength)

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

-- 1ª definición de arboles
-- ========================

arboles :: Integer -> a -> [Arbol a]
arboles 0 _ = []
arboles 1 x = [H x]
arboles n x = [N x i d | k <- [0..n-1],
                         i <- arboles k x,
                         d <- arboles (n-1-k) x]

-- 2ª definición de arboles
-- ========================

arboles2 :: Integer -> a -> [Arbol a]
arboles2 0 _ = []
arboles2 1 x = [H x]
arboles2 n x = [N x i d | k <- [1,3..n-1],
                          i <- arboles2 k x,
                          d <- arboles2 (n-1-k) x]
  
-- 1ª definición de nArboles
-- =========================

nArboles :: [Integer]
nArboles = [genericLength (arboles2 n 7) | n <- [1,3..]]

-- 2ª definición de nArboles
-- =========================

-- Con la definición anterior se observa que nArboles es
--    1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900
-- son los números de Catalan https://en.wikipedia.org/wiki/Catalan_number
-- Una forma de calcularlos (ver https://oeis.org/A000108) es
--     (2n)!/(n!(n+1)!)

nArboles2 :: [Integer]
nArboles2 =
  [factorial (2*n) `div` (factorial n * factorial (n+1)) | n <- [0..]]

factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 3ª definición de nArboles
-- =========================

-- 1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900

--  1
--  1 = 1*1
--  2 = 1*1  + 1*1
--  5 = 1*2  + 1*1 + 2*1
-- 14 = 1*5  + 1*2 + 2*1 + 5*1 
-- 42 = 1*14 + 1*5 + 2*2 + 5*1 + 14*1

nArboles3 :: [Integer]
nArboles3 = 1 : aux [1]
  where aux cs = c : aux (c:cs)
          where c = sum (zipWith (*) cs (reverse cs))  

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

--    λ> length (show (nArboles !! 12))
--    6
--    (6.50 secs, 1,060,563,128 bytes)
--    λ> length (show (nArboles2 !! 12))
--    6
--    (0.01 secs, 108,520 bytes)
--    λ> length (show (nArboles3 !! 12))
--    6
--    (0.01 secs, 119,096 bytes)
--
--    λ> length (show (nArboles2 !! 1000))
--    598
--    (0.01 secs, 4,796,440 bytes)
--    λ> length (show (nArboles3 !! 1000))
--    598
--    (1.66 secs, 321,771,704 bytes)

import Data.List (genericLength)

data Arbol a = H a

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Show, Eq)

-- 1ª definición de arboles

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

arboles :: Integer -> a -> [Arbol a]

arboles 0 _ = []

arboles 1 x = [H x]

arboles n x = [N x i d | k <- [0..n-1],

i <- arboles k x,

d <- arboles (n-1-k) x]

-- 2ª definición de arboles

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

arboles2 :: Integer -> a -> [Arbol a]

arboles2 0 _ = []

arboles2 1 x = [H x]

arboles2 n x = [N x i d | k <- [1,3..n-1],

i <- arboles2 k x,

d <- arboles2 (n-1-k) x]

-- 1ª definición de nArboles

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

nArboles :: [Integer]

nArboles = [genericLength (arboles2 n 7) | n <- [1,3..]]

-- 2ª definición de nArboles

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

-- Con la definición anterior se observa que nArboles es

-- 1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900

-- son los números de Catalan https://en.wikipedia.org/wiki/Catalan_number

-- Una forma de calcularlos (ver https://oeis.org/A000108) es

-- (2n)!/(n!(n+1)!)

nArboles2 :: [Integer]

nArboles2 =

[factorial (2*n) `div` (factorial n * factorial (n+1)) | n <- [0..]]

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 3ª definición de nArboles

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

-- 1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900

-- 1

-- 1 = 1*1

-- 2 = 1*1 + 1*1

-- 5 = 1*2 + 1*1 + 2*1

-- 14 = 1*5 + 1*2 + 2*1 + 5*1

-- 42 = 1*14 + 1*5 + 2*2 + 5*1 + 14*1

nArboles3 :: [Integer]

nArboles3 = 1 : aux [1]

where aux cs = c : aux (c:cs)

where c = sum (zipWith (*) cs (reverse cs))

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (show (nArboles !! 12))

-- 6

-- (6.50 secs, 1,060,563,128 bytes)

-- λ> length (show (nArboles2 !! 12))

-- 6

-- (0.01 secs, 108,520 bytes)

-- λ> length (show (nArboles3 !! 12))

-- 6

-- (0.01 secs, 119,096 bytes)

-- λ> length (show (nArboles2 !! 1000))

-- 598

-- (0.01 secs, 4,796,440 bytes)

-- λ> length (show (nArboles3 !! 1000))

-- 598

-- (1.66 secs, 321,771,704 bytes)

Pensamiento

Ni vale nada el fruto
cogido sin sazón …
Ni aunque te elogie un bruto
ha de tener razón.

Antonio Machado

Mínimo número de operaciones para transformar un número en otro

PorJosé A. Alonso 18-enero-201925-marzo-2022

Se considera el siguiente par de operaciones sobre los números:

multiplicar por dos
restar uno.

Dados dos números x e y se desea calcular el menor número de operaciones para transformar x en y. Por ejemplo, el menor número de operaciones para transformar el 4 en 7 es 2:

   4 ------> 8 ------> 7
      (*2)      (-1)

1 2	4 ------> 8 ------> 7 (*2) (-1)

y el menor número de operaciones para transformar 2 en 5 es 4

   2 ------> 4 ------> 3 ------> 6 ------> 5
      (*2)      (-1)      (*2)      (-1)

1 2	2 ------> 4 ------> 3 ------> 6 ------> 5 (2) (-1) (2) (-1)

Definir las siguientes funciones

   arbolOp :: Int -> Int -> Arbol
   minNOp  :: Int -> Int -> Int

1 2	arbolOp :: Int -> Int -> Arbol minNOp :: Int -> Int -> Int

tales que

(arbolOp x n) es el árbol de profundidad n obtenido aplicándole a x las dos operaciones. Por ejemplo,

    λ> arbolOp 4 1
    N 4 (H 8) (H 3)
    λ> arbolOp 4 2
    N 4 (N 8 (H 16) (H 7))
        (N 3 (H 6) (H 2))
    λ> arbolOp 2 3
    N 2 (N 4
           (N 8 (H 16) (H 7))
           (N 3 (H 6) (H 2)))
        (N 1
           (N 2 (H 4) (H 1))
           (H 0))
    λ> arbolOp 2 4
    N 2 (N 4 (N 8
                (N 16 (H 32) (H 15))
                (N 7 (H 14) (H 6)))
             (N 3
                (N 6 (H 12) (H 5))
                (N 2 (H 4) (H 1))))
        (N 1 (N 2
                (N 4 (H 8) (H 3))
                (N 1 (H 2) (H 0)))
             (H 0))

λ> arbolOp 4 1

N 4 (H 8) (H 3)

λ> arbolOp 4 2

N 4 (N 8 (H 16) (H 7))

(N 3 (H 6) (H 2))

λ> arbolOp 2 3

N 2 (N 4

(N 8 (H 16) (H 7))

(N 3 (H 6) (H 2)))

(N 1

(N 2 (H 4) (H 1))

(H 0))

λ> arbolOp 2 4

N 2 (N 4 (N 8

(N 16 (H 32) (H 15))

(N 7 (H 14) (H 6)))

(N 3

(N 6 (H 12) (H 5))

(N 2 (H 4) (H 1))))

(N 1 (N 2

(N 4 (H 8) (H 3))

(N 1 (H 2) (H 0)))

(H 0))

(minNOp x y) es el menor número de operaciones necesarias para transformar x en y. Por ejemplo,

     minNOp 4 7  ==  2
     minNOp 2 5  ==  4

1 2	minNOp 4 7 == 2 minNOp 2 5 == 4

Soluciones

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

arbolOp :: Int -> Int -> Arbol
arbolOp 0 _ = H 0
arbolOp x 0 = H x
arbolOp x n = N x (arbolOp (2 * x) (n - 1)) (arbolOp (x - 1) (n - 1))

ocurre :: Int -> Arbol -> Bool
ocurre x (H y)     = x == y
ocurre x (N y i d) = x == y || ocurre x i || ocurre x d

minNOp :: Int -> Int -> Int
minNOp x y =
  head [n | n <- [0..]
          , ocurre y (arbolOp x n)]

data Arbol = H Int

| N Int Arbol Arbol

deriving (Show, Eq)

arbolOp :: Int -> Int -> Arbol

arbolOp 0 _ = H 0

arbolOp x 0 = H x

arbolOp x n = N x (arbolOp (2 * x) (n - 1)) (arbolOp (x - 1) (n - 1))

ocurre :: Int -> Arbol -> Bool

ocurre x (H y) = x == y

ocurre x (N y i d) = x == y || ocurre x i || ocurre x d

minNOp :: Int -> Int -> Int

minNOp x y =

head [n | n <- [0..]

, ocurre y (arbolOp x n)]

Pensamiento

¿Dijiste media verdad?
Dirán que mientes dos veces
si dices la otra mitad.

Antonio Machado

Subárboles monovalorados

PorJosé A. Alonso 10-enero-201917-enero-2019

Los árboles binarios con valores enteros se pueden representar mediante el tipo Arbol definido por

   data Arbol = H Int 
              | N Int Arbol Arbol
              deriving Show

data Arbol = H Int

| N Int Arbol Arbol

deriving Show

Por ejemplo, el árbol

         7
        / \ 
       /   \
      /     \
     4       9
    / \     / \
   1   3   5   6

/ \

4 9

/ \ / \

1 3 5 6

se puede representar por

   N 7 (N 4 (H 1) (H 3)) (N 9 (H 5) (H 6))

1	N 7 (N 4 (H 1) (H 3)) (N 9 (H 5) (H 6))

Un árbol es monovalorado si todos sus elementos son iguales. Por ejemplo, de los siguientes árboles sólo son monovalorados los dos primeros

    5          9           5          9    
   / \        / \         / \        / \   
  5   5      9   9       5   6      9   7  
                / \                    / \ 
               9   9                  9   9

5 9 5 9

/ \ / \ / \ / \

5 5 9 9 5 6 9 7

/ \ / \

9 9 9 9

Definir la función

   monovalorados :: Arbol -> [Arbol]

1	monovalorados :: Arbol -> [Arbol]

tal que (monovalorados a) es la lista de los subárboles monovalorados de a. Por ejemplo,

   λ> monovalorados (N 5 (H 5) (H 5))
   [N 5 (H 5) (H 5),H 5,H 5]
   λ> monovalorados (N 5 (H 5) (H 6))
   [H 5,H 6]
   λ> monovalorados (N 9 (H 9) (N 9 (H 9) (H 9)))
   [N 9 (H 9) (N 9 (H 9) (H 9)),H 9,N 9 (H 9) (H 9),H 9,H 9]
   λ> monovalorados (N 9 (H 9) (N 7 (H 9) (H 9)))
   [H 9,H 9,H 9]
   λ> monovalorados (N 9 (H 9) (N 9 (H 7) (H 9)))
   [H 9,H 7,H 9]

λ> monovalorados (N 5 (H 5) (H 5))

[N 5 (H 5) (H 5),H 5,H 5]

λ> monovalorados (N 5 (H 5) (H 6))

[H 5,H 6]

λ> monovalorados (N 9 (H 9) (N 9 (H 9) (H 9)))

[N 9 (H 9) (N 9 (H 9) (H 9)),H 9,N 9 (H 9) (H 9),H 9,H 9]

λ> monovalorados (N 9 (H 9) (N 7 (H 9) (H 9)))

[H 9,H 9,H 9]

λ> monovalorados (N 9 (H 9) (N 9 (H 7) (H 9)))

[H 9,H 7,H 9]

Soluciones

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

monovalorados :: Arbol -> [Arbol]
monovalorados (H x) = [H x]
monovalorados (N x i d) 
    | todosIguales i x && todosIguales d x =
        (N x i d) : (subarboles i ++ subarboles d)
    | otherwise = monovalorados i ++ monovalorados d

-- (todosIguales a x) se verifica si todos los valores de los nodos y
-- las hojas del árbol a son iguales a x.
todosIguales :: Arbol -> Int -> Bool
todosIguales (H y) x     = y == x
todosIguales (N y i d) x = y == x && todosIguales i x && todosIguales d x

-- (subarboles a) es la lista de los subárboles de a.
subarboles :: Arbol -> [Arbol]
subarboles (H x)     = [H x]
subarboles (N x i d) = (N x i d) : (subarboles i ++ subarboles d)

data Arbol = H Int

| N Int Arbol Arbol

deriving (Show, Eq)

monovalorados :: Arbol -> [Arbol]

monovalorados (H x) = [H x]

monovalorados (N x i d)

| todosIguales i x && todosIguales d x =

(N x i d) : (subarboles i ++ subarboles d)

| otherwise = monovalorados i ++ monovalorados d

-- (todosIguales a x) se verifica si todos los valores de los nodos y

-- las hojas del árbol a son iguales a x.

todosIguales :: Arbol -> Int -> Bool

todosIguales (H y) x = y == x

todosIguales (N y i d) x = y == x && todosIguales i x && todosIguales d x

-- (subarboles a) es la lista de los subárboles de a.

subarboles :: Arbol -> [Arbol]

subarboles (H x) = [H x]

subarboles (N x i d) = (N x i d) : (subarboles i ++ subarboles d)

Pensamiento

Y nadie pregunta
ni nadie contesta,
todos hablan solos.

Antonio Machado

Árbol de subconjuntos

PorJosé A. Alonso 28-diciembre-20184-enero-2019

Se dice que A es un subconjunto maximal de B si A ⊂ B y no existe ningún C tal que A ⊂ C y C ⊂ B. Por ejemplo, {2,5} es un subconjunto maximal de {2,3,5], pero {3] no lo es.

El árbol de los subconjuntos de un conjunto A es el árbol que tiene como raíz el conjunto A y cada nodo tiene como hijos sus subconjuntos maximales. Por ejemplo, el árbol de subconjuntos de [2,3,5] es

          [2, 3, 5]
          /   |  \
         /    |   \  
        /     |    \   
       /      |     \
      /       |      \
    [5,3]   [2,3]   [2,5]  
    /  \    /  \    /  \  
   [3] [5] [3] [2] [5] [2]
    |   |   |   |   |   | 
   [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

[2, 3, 5]

/ | \

[5,3] [2,3] [2,5]

/ \ / \ / \

[3] [5] [3] [2] [5] [2]

| | | | | |

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

Usando el tipo de dato

   data Arbol = N [Integer] [Arbol]
     deriving (Eq, Show)

1 2	data Arbol = N [Integer] [Arbol] deriving (Eq, Show)

el árbol anterior se representa por

   N [2,5,3]
     [N [5,3]
        [N [3]
           [N [] []],
         N [5]
           [N [] []]],
      N [2,3]
        [N [3]
           [N [] []],
         N [2]
           [N [] []]],
      N [2,5]
        [N [5]
           [N [] []],
         N [2]
           [N [] []]]]

N [2,5,3]

[N [5,3]

[N [3]

[N [] []],

N [5]

[N [] []]],

N [2,3]

[N [3]

[N [] []],

N [2]

[N [] []]],

N [2,5]

[N [5]

[N [] []],

N [2]

[N [] []]]]

Definir las funciones

   arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol 
   nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

1 2	arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

tales que

(arbolSubconjuntos x) es el árbol de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,

     λ> arbolSubconjuntos [2,5,3]
     N [2,5,3] [N [5,3] [N [3] [N [] []],N [5] [N [] []]],
                N [2,3] [N [3] [N [] []],N [2] [N [] []]],
                N [2,5] [N [5] [N [] []],N [2] [N [] []]]]

λ> arbolSubconjuntos [2,5,3]

N [2,5,3] [N [5,3] [N [3] [N [] []],N [5] [N [] []]],

N [2,3] [N [3] [N [] []],N [2] [N [] []]],

N [2,5] [N [5] [N [] []],N [2] [N [] []]]]

(nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys) es el número de veces que aparece el conjunto xs en el árbol de los subconjuntos de ys. Por ejemplo,

     nOcurrenciasArbolSubconjuntos []      [2,5,3]  ==  6
     nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3]     [2,5,3]  ==  2
     nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5]   [2,5,3]  ==  1
     nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5,2] [2,5,3]  ==  1

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [] [2,5,3] == 6

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3] [2,5,3] == 2

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5] [2,5,3] == 1

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5,2] [2,5,3] == 1

Comprobar con QuickChek que, para todo entero positivo n, el número de ocurrencia de un subconjunto xs de [1..n] en el árbol de los subconjuntos de [1..n] es el factorial de n-k (donde k es el número de elementos de xs).

Soluciones

import Data.List (delete, nub, sort, subsequences)
import Test.QuickCheck

data Arbol = N [Int] [Arbol]
  deriving (Eq, Show)

arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol 
arbolSubconjuntos xs =
  N xs (map arbolSubconjuntos (subconjuntosMaximales xs))

-- (subconjuntosMaximales xs) es la lista de los subconjuntos maximales
-- de xs. Por ejemplo,
--    subconjuntosMaximales [2,5,3]  ==  [[5,3],[2,3],[2,5]]
subconjuntosMaximales :: [Int] -> [[Int]]
subconjuntosMaximales xs =
  [delete x xs | x <- xs]

-- Definición de nOcurrenciasArbolSubconjuntos
-- ===========================================

nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int
nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys =
  nOcurrencias xs (arbolSubconjuntos ys)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aparece x en el árbol
-- a. Por ejemplo,
--    nOcurrencias 3 (arbolSubconjuntos 30)  ==  2
nOcurrencias :: [Int] -> Arbol -> Int
nOcurrencias xs (N ys [])
  | conjunto xs == conjunto ys  = 1
  | otherwise                   = 0
nOcurrencias xs (N ys zs)
  | conjunto xs == conjunto ys = 1 + sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]
  | otherwise                  = sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

-- (conjunto xs) es el conjunto ordenado correspondiente a xs. Por
-- ejemplo, 
--    conjunto [3,2,5,2,3,7,2]  ==  [2,3,5,7]
conjunto :: [Int] -> [Int]
conjunto = nub . sort

-- La propiedad es
prop_nOcurrencias :: (Positive Int) -> [Int] -> Bool
prop_nOcurrencias (Positive n) xs =
  nOcurrenciasArbolSubconjuntos ys [1..n] == factorial (n-k)
  where ys = nub [1 + x `mod` n | x <- xs]
        k  = length ys
        factorial m = product [1..m]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=9}) prop_nOcurrencias
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (delete, nub, sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

data Arbol = N [Int] [Arbol]

deriving (Eq, Show)

arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol

arbolSubconjuntos xs =

N xs (map arbolSubconjuntos (subconjuntosMaximales xs))

-- (subconjuntosMaximales xs) es la lista de los subconjuntos maximales

-- de xs. Por ejemplo,

-- subconjuntosMaximales [2,5,3] == [[5,3],[2,3],[2,5]]

subconjuntosMaximales :: [Int] -> [[Int]]

subconjuntosMaximales xs =

[delete x xs | x <- xs]

-- Definición de nOcurrenciasArbolSubconjuntos

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

nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys =

nOcurrencias xs (arbolSubconjuntos ys)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aparece x en el árbol

-- a. Por ejemplo,

-- nOcurrencias 3 (arbolSubconjuntos 30) == 2

nOcurrencias :: [Int] -> Arbol -> Int

nOcurrencias xs (N ys [])

| conjunto xs == conjunto ys = 1

| otherwise = 0

nOcurrencias xs (N ys zs)

| conjunto xs == conjunto ys = 1 + sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

| otherwise = sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

-- (conjunto xs) es el conjunto ordenado correspondiente a xs. Por

-- ejemplo,

-- conjunto [3,2,5,2,3,7,2] == [2,3,5,7]

conjunto :: [Int] -> [Int]

conjunto = nub . sort

-- La propiedad es

prop_nOcurrencias :: (Positive Int) -> [Int] -> Bool

prop_nOcurrencias (Positive n) xs =

nOcurrenciasArbolSubconjuntos ys [1..n] == factorial (n-k)

where ys = nub [1 + x `mod` n | x <- xs]

k = length ys

factorial m = product [1..m]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=9}) prop_nOcurrencias

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Nunca traces tu frontera,
ni cuides de tu perfil;
todo eso es cosa de fuera.

Antonio Machado

Árbol de divisores

PorJosé A. Alonso 21-diciembre-201828-diciembre-2018

Se dice que a es un divisor propio maximal de un número b si a es un divisor de b distinto de b y no existe ningún número c tal que a < c < b, a es un divisor de c y c es un divisor de b. Por ejemplo, 15 es un divisor propio maximal de 30, pero 5 no lo es.

El árbol de los divisores de un número x es el árbol que tiene como raíz el número x y cada nodo tiene como hijos sus divisores propios maximales. Por ejemplo, el árbol de divisores de 30 es

          30
          /|\
         / | \
        /  |  \
       /   |   \
      /    |    \
     6    10    15
    / \   / \   / \
   2   3 2   5 3   5

/|\

/ | \

6 10 15

/ \ / \ / \

2 3 2 5 3 5

Usando el tipo de dato

   data Arbol = N Integer [Arbol]
     deriving (Eq, Show)

1 2	data Arbol = N Integer [Arbol] deriving (Eq, Show)

el árbol anterior se representa por

   N 30
     [N 6
        [N 2 [N 1 []],
         N 3 [N 1 []]],
      N 10
        [N 2 [N 1 []],
         N 5 [N 1 []]],
      N 15
        [N 3 [N 1 []],
         N 5 [N 1 []]]]

N 30

[N 6

[N 2 [N 1 []],

N 3 [N 1 []]],

N 10

[N 2 [N 1 []],

N 5 [N 1 []]],

N 15

[N 3 [N 1 []],

N 5 [N 1 []]]]

Definir las funciones

   arbolDivisores             :: Integer -> Arbol
   nOcurrenciasArbolDivisores :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	arbolDivisores :: Integer -> Arbol nOcurrenciasArbolDivisores :: Integer -> Integer -> Integer

tales que

(arbolDivisores x) es el árbol de los divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> arbolDivisores 30
     N 30 [N 6  [N 2 [N 1 []],N 3 [N 1 []]],
           N 10 [N 2 [N 1 []],N 5 [N 1 []]],
           N 15 [N 3 [N 1 []],N 5 [N 1 []]]]

λ> arbolDivisores 30

N 30 [N 6 [N 2 [N 1 []],N 3 [N 1 []]],

N 10 [N 2 [N 1 []],N 5 [N 1 []]],

N 15 [N 3 [N 1 []],N 5 [N 1 []]]]

(nOcurrenciasArbolDivisores x y) es el número de veces que aparece el número x en el árbol de los divisores del número y. Por ejemplo,

     nOcurrenciasArbolDivisores  3 30  ==  2
     nOcurrenciasArbolDivisores  6 30  ==  1
     nOcurrenciasArbolDivisores 30 30  ==  1
     nOcurrenciasArbolDivisores  1 30  ==  6
     nOcurrenciasArbolDivisores  9 30  ==  0
     nOcurrenciasArbolDivisores  2 (product [1..10])  ==  360360
     nOcurrenciasArbolDivisores  3 (product [1..10])  ==  180180
     nOcurrenciasArbolDivisores  5 (product [1..10])  ==  90090
     nOcurrenciasArbolDivisores  7 (product [1..10])  ==  45045
     nOcurrenciasArbolDivisores  6 (product [1..10])  ==  102960
     nOcurrenciasArbolDivisores 10 (product [1..10])  ==  51480
     nOcurrenciasArbolDivisores 14 (product [1..10])  ==  25740

nOcurrenciasArbolDivisores 3 30 == 2

nOcurrenciasArbolDivisores 6 30 == 1

nOcurrenciasArbolDivisores 30 30 == 1

nOcurrenciasArbolDivisores 1 30 == 6

nOcurrenciasArbolDivisores 9 30 == 0

nOcurrenciasArbolDivisores 2 (product [1..10]) == 360360

nOcurrenciasArbolDivisores 3 (product [1..10]) == 180180

nOcurrenciasArbolDivisores 5 (product [1..10]) == 90090

nOcurrenciasArbolDivisores 7 (product [1..10]) == 45045

nOcurrenciasArbolDivisores 6 (product [1..10]) == 102960

nOcurrenciasArbolDivisores 10 (product [1..10]) == 51480

nOcurrenciasArbolDivisores 14 (product [1..10]) == 25740

Soluciones

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

data Arbol = N Integer [Arbol]
  deriving (Eq, Show)

-- Definición de arbolDivisores
-- ============================

arbolDivisores :: Integer -> Arbol
arbolDivisores x =
  N x (map arbolDivisores (divisoresPropiosMaximales x))

-- (divisoresPropiosMaximales x) es la lista de los divisores propios
-- maximales de x. Por ejemplo,
--    divisoresPropiosMaximales 30   ==  [6,10,15]
--    divisoresPropiosMaximales 420  ==  [60,84,140,210]
--    divisoresPropiosMaximales 7    ==  [1]
divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer]
divisoresPropiosMaximales x =
  reverse [x `div` y | y <- nub (primeFactors x)]

-- Definición de nOcurrenciasArbolDivisores
-- ========================================
  
nOcurrenciasArbolDivisores :: Integer -> Integer -> Integer
nOcurrenciasArbolDivisores x y =
  nOcurrencias x (arbolDivisores y)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aprece x en el árbol
-- a. Por ejemplo,
--    nOcurrencias 3 (arbolDivisores 30)  ==  2
nOcurrencias :: Integer -> Arbol -> Integer
nOcurrencias x (N y [])
  | x == y    = 1
  | otherwise = 0
nOcurrencias x (N y zs)
  | x == y    = 1 + sum [nOcurrencias x z | z <- zs]
  | otherwise = sum [nOcurrencias x z | z <- zs]

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Data.List (genericLength, group, nub)

data Arbol = N Integer [Arbol]

deriving (Eq, Show)

-- Definición de arbolDivisores

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

arbolDivisores :: Integer -> Arbol

arbolDivisores x =

N x (map arbolDivisores (divisoresPropiosMaximales x))

-- (divisoresPropiosMaximales x) es la lista de los divisores propios

-- maximales de x. Por ejemplo,

-- divisoresPropiosMaximales 30 == [6,10,15]

-- divisoresPropiosMaximales 420 == [60,84,140,210]

-- divisoresPropiosMaximales 7 == [1]

divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer]

divisoresPropiosMaximales x =

reverse [x `div` y | y <- nub (primeFactors x)]

-- Definición de nOcurrenciasArbolDivisores

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

nOcurrenciasArbolDivisores :: Integer -> Integer -> Integer

nOcurrenciasArbolDivisores x y =

nOcurrencias x (arbolDivisores y)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aprece x en el árbol

-- a. Por ejemplo,

-- nOcurrencias 3 (arbolDivisores 30) == 2

nOcurrencias :: Integer -> Arbol -> Integer

nOcurrencias x (N y [])

| x == y = 1

| otherwise = 0

nOcurrencias x (N y zs)

| x == y = 1 + sum [nOcurrencias x z | z <- zs]

| otherwise = sum [nOcurrencias x z | z <- zs]

Pensamiento

«¿Dónde está la utilidad
de nuestras utilidades?
Volvamos a la verdad:
vanidad de vanidades.»

Antonio Machado

Árboles con n elementos

Soluciones

Pensamiento

Mínimo número de operaciones para transformar un número en otro

Soluciones

Pensamiento

Subárboles monovalorados

Soluciones

Pensamiento

Árbol de subconjuntos

Soluciones

Pensamiento

Árbol de divisores

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Pensamiento

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