bounds

Elementos de una matriz con algún vecino menor

PorJosé A. Alonso 7-abril-202215-abril-2022

Las matrices pueden representarse mediante tablas cuyos índices son pares de números naturales. Su tipo se define por

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz = Array (Int,Int) Int

Por ejemplo, la matriz

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

|9 4 6 5|

|8 1 7 3|

|4 2 5 4|

se define por

   ej :: Matriz
   ej = listArray ((1,1),(3,4)) [9,4,6,5,8,1,7,3,4,2,5,4]

1 2	ej :: Matriz ej = listArray ((1,1),(3,4)) [9,4,6,5,8,1,7,3,4,2,5,4]

Los vecinos de un elemento son los que están a un paso en la misma fila, columna o diagonal. Por ejemplo, en la matriz anterior, el 1 tiene 8 vecinos (el 9, 4, 6, 8, 7, 4, 2 y 5) pero el 9 sólo tiene 3 vecinos (el 4, 8 y 1).

Definir la función

   algunoMenor :: Matriz -> [Int]

1	algunoMenor :: Matriz -> [Int]

tal que (algunoMenor p) es la lista de los elementos de p que tienen algún vecino menor que él. Por ejemplo,

   algunoMenor ej == [9,4,6,5,8,7,4,2,5,4]

1	algunoMenor ej == [9,4,6,5,8,7,4,2,5,4]

pues sólo el 1 y el 3 no tienen ningún vecino menor en la matriz.

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), bounds, indices, inRange, listArray)
import Test.QuickCheck (Arbitrary, Gen, arbitrary, chooseInt, quickCheck,
                        vectorOf)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej :: Matriz
ej = listArray ((1,1),(3,4)) [9,4,6,5,8,1,7,3,4,2,5,4]

type Pos = (Int,Int)

-- 1ª solución
-- ===========

algunoMenor1 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor1 a =
  [a!p| p <- indices a,
        any (< a!p) (vecinos1 a p)]

-- (vecinos q p) es la lista de los vecinos en la matriz a de la
-- posición p. Por ejemplo,
--    vecinos1 ej (2,2)  ==  [9,4,6,8,7,4,2,5]
--    vecinos1 ej (1,1)  ==  [4,8,1]
vecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Int]
vecinos1 a p =
  [a!p' | p' <- posicionesVecinos1 a p]

-- (posicionesVecinos a p) es la lista de las posiciones de los
-- vecino de p en la matriz a. Por ejemplo,
--    λ> posicionesVecinos1 3 3 (2,2)
--    [(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3)]
--    λ> posicionesVecinos1 3 3 (1,1)
--    [(1,2),(2,1),(2,2)]
posicionesVecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Pos]
posicionesVecinos1 a (i,j) =
  [(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),
                             ( 0,-1),       ( 0,1),
                             ( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],
                 inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]

-- 2ª solución
-- ===========

algunoMenor2 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor2 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos2 p)]
  where
    vecinos2 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos2 p]
    posicionesVecinos2 (i,j) =
      [(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),
                                 ( 0,-1),       ( 0,1),
                                 ( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],
                     inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]

-- 3ª solución
-- ===========

algunoMenor3 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor3 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos3 p)]
  where
    vecinos3 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos3 p]
    posicionesVecinos3 (i,j) =
      [(i',j') | i' <- [i-1..i+1],
                 j' <- [j-1..j+1],
                 (i',j') /= (i,j),
                 inRange (bounds a) (i',j')]

-- 4ª solución
-- ===========

algunoMenor4 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor4 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos4 p)]
  where
    vecinos4 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos4 p]
    posicionesVecinos4 (i,j) =
      [(i',j') | i' <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],
                 j' <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],
                 (i',j') /= (i,j)]
      where (_,(m,n)) = bounds a


-- 5ª solución
-- ===========

algunoMenor5 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor5 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos5 p)]
  where
    vecinos5 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos5 p]
    posicionesVecinos5 (i,j) =
      [(i-1,j-1) | i > 1, j > 1] ++
      [(i-1,j)   | i > 1]        ++
      [(i-1,j+1) | i > 1, j < n] ++
      [(i,j-1)   | j > 1]        ++
      [(i,j+1)   | j < n]        ++
      [(i+1,j-1) | i < m, j > 1] ++
      [(i+1,j)   | i < m]        ++
      [(i+1,j+1) | i < m, j < n]
      where (_,(m,n)) = bounds a

-- ---------------------------------------------------------------------

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

newtype Matriz2 = M Matriz
  deriving Show

-- Generador de matrices arbitrarias. Por ejemplo,
--    λ> generate matrizArbitraria
--    M (array ((1,1),(3,4))
--             [((1,1),18),((1,2),6), ((1,3),-23),((1,4),-13),
--              ((2,1),-2),((2,2),22),((2,3),-25),((2,4),-5),
--              ((3,1),2), ((3,2),16),((3,3),-15),((3,4),7)])
matrizArbitraria :: Gen Matriz2
matrizArbitraria = do
  m  <- chooseInt (1,10)
  n  <- chooseInt (1,10)
  xs <- vectorOf (m*n) arbitrary
  return (M (listArray ((1,1),(m,n)) xs))

-- Matriz es una subclase de Arbitrary.
instance Arbitrary Matriz2 where
  arbitrary = matrizArbitraria

-- La propiedad es
prop_algunoMenor :: Matriz2 -> Bool
prop_algunoMenor (M p) =
  all (== algunoMenor1 p)
      [algunoMenor2 p,
       algunoMenor3 p,
       algunoMenor4 p,
       algunoMenor5 p]

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

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

-- La comparación es
--    λ> maximum (algunoMenor1 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.20 secs, 1,350,075,240 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor2 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.24 secs, 1,373,139,968 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor3 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.08 secs, 1,200,734,112 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor4 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.76 secs, 1,287,653,136 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor5 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (1.67 secs, 953,937,600 bytes)

100

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import Data.Array (Array, (!), bounds, indices, inRange, listArray)

import Test.QuickCheck (Arbitrary, Gen, arbitrary, chooseInt, quickCheck,

vectorOf)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej :: Matriz

ej = listArray ((1,1),(3,4)) [9,4,6,5,8,1,7,3,4,2,5,4]

type Pos = (Int,Int)

-- 1ª solución

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

algunoMenor1 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor1 a =

[a!p| p <- indices a,

any (< a!p) (vecinos1 a p)]

-- (vecinos q p) es la lista de los vecinos en la matriz a de la

-- posición p. Por ejemplo,

-- vecinos1 ej (2,2) == [9,4,6,8,7,4,2,5]

-- vecinos1 ej (1,1) == [4,8,1]

vecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Int]

vecinos1 a p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos1 a p]

-- (posicionesVecinos a p) es la lista de las posiciones de los

-- vecino de p en la matriz a. Por ejemplo,

-- λ> posicionesVecinos1 3 3 (2,2)

-- [(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3)]

-- λ> posicionesVecinos1 3 3 (1,1)

-- [(1,2),(2,1),(2,2)]

posicionesVecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Pos]

posicionesVecinos1 a (i,j) =

[(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),

( 0,-1), ( 0,1),

( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],

inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]

-- 2ª solución

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

algunoMenor2 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor2 a =

[a!p | p <- indices a,

any (<a!p) (vecinos2 p)]

where

vecinos2 p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos2 p]

posicionesVecinos2 (i,j) =

[(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),

( 0,-1), ( 0,1),

( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],

inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]

-- 3ª solución

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

algunoMenor3 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor3 a =

[a!p | p <- indices a,

any (<a!p) (vecinos3 p)]

where

vecinos3 p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos3 p]

posicionesVecinos3 (i,j) =

[(i',j') | i' <- [i-1..i+1],

j' <- [j-1..j+1],

(i',j') /= (i,j),

inRange (bounds a) (i',j')]

-- 4ª solución

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

algunoMenor4 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor4 a =

[a!p | p <- indices a,

any (<a!p) (vecinos4 p)]

where

vecinos4 p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos4 p]

posicionesVecinos4 (i,j) =

[(i',j') | i' <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],

j' <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],

(i',j') /= (i,j)]

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

-- 5ª solución

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

algunoMenor5 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor5 a =

[a!p | p <- indices a,

any (<a!p) (vecinos5 p)]

where

vecinos5 p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos5 p]

posicionesVecinos5 (i,j) =

[(i-1,j-1) | i > 1, j > 1] ++

[(i-1,j) | i > 1] ++

[(i-1,j+1) | i > 1, j < n] ++

[(i,j-1) | j > 1] ++

[(i,j+1) | j < n] ++

[(i+1,j-1) | i < m, j > 1] ++

[(i+1,j) | i < m] ++

[(i+1,j+1) | i < m, j < n]

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

-- ---------------------------------------------------------------------

-- Comprobación de equivalencia

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

newtype Matriz2 = M Matriz

deriving Show

-- Generador de matrices arbitrarias. Por ejemplo,

-- λ> generate matrizArbitraria

-- M (array ((1,1),(3,4))

-- [((1,1),18),((1,2),6), ((1,3),-23),((1,4),-13),

-- ((2,1),-2),((2,2),22),((2,3),-25),((2,4),-5),

-- ((3,1),2), ((3,2),16),((3,3),-15),((3,4),7)])

matrizArbitraria :: Gen Matriz2

matrizArbitraria = do

m <- chooseInt (1,10)

n <- chooseInt (1,10)

xs <- vectorOf (m*n) arbitrary

return (M (listArray ((1,1),(m,n)) xs))

-- Matriz es una subclase de Arbitrary.

instance Arbitrary Matriz2 where

arbitrary = matrizArbitraria

-- La propiedad es

prop_algunoMenor :: Matriz2 -> Bool

prop_algunoMenor (M p) =

all (== algunoMenor1 p)

[algunoMenor2 p,

algunoMenor3 p,

algunoMenor4 p,

algunoMenor5 p]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_algunoMenor

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> maximum (algunoMenor1 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (2.20 secs, 1,350,075,240 bytes)

-- λ> maximum (algunoMenor2 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (2.24 secs, 1,373,139,968 bytes)

-- λ> maximum (algunoMenor3 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (2.08 secs, 1,200,734,112 bytes)

-- λ> maximum (algunoMenor4 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (2.76 secs, 1,287,653,136 bytes)

-- λ> maximum (algunoMenor5 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (1.67 secs, 953,937,600 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

En los comentarios se pueden escribir nuevas soluciones.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Puntos alcanzables en un mapa

PorJosé A. Alonso 8-junio-20187-julio-2018

Un mapa con dos tipos de regiones (por ejemplo, tierra y mar) se puede representar mediante una matriz de ceros y unos.

Para los ejemplos usaremos los mapas definidos por

   type Punto = (Int,Int) 
   type Mapa  = Array Punto Int
   
   mapa1, mapa2 :: Mapa
   mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))
                     [1,1,0,0,
                      0,1,0,0,
                      1,0,0,0]
   mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))
                     [1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                      1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,
                      0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

type Punto = (Int,Int)

type Mapa = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa

mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))

[1,1,0,0,

0,1,0,0,

1,0,0,0]

mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))

[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,

0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

Definir las funciones

   alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]
   esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

1 2	alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto] esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

tales que

(alcanzables p) es la lista de los puntos de mapa m que se pueden alcanzar a partir del punto p moviéndose en la misma región que p (es decir, a través de ceros si el elemento de m en p es un cero o a través de unos, en caso contrario) y los movimientos permitidos son ir hacia el norte, sur este u oeste (pero no en diagonal). Por ejemplo,

     alcanzables mapa1 (1,1)  ==  [(2,2),(1,2),(1,1)]
     alcanzables mapa1 (1,2)  ==  [(2,2),(1,1),(1,2)]
     alcanzables mapa1 (1,3)  ==  [(3,2),(3,4),(3,3),(2,3),(2,4),(1,4),(1,3)]
     alcanzables mapa1 (3,1)  ==  [(3,1)]

alcanzables mapa1 (1,1) == [(2,2),(1,2),(1,1)]

alcanzables mapa1 (1,2) == [(2,2),(1,1),(1,2)]

alcanzables mapa1 (1,3) == [(3,2),(3,4),(3,3),(2,3),(2,4),(1,4),(1,3)]

alcanzables mapa1 (3,1) == [(3,1)]

(esAlcanzable m p1 p2) se verifica si el punto p1 es alcanzable desde el p1 en el mapa m. Por ejemplo,

     esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,2)    ==  True
     esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,1)    ==  False
     esAlcanzable mapa2 (2,3) (8,16)   ==  True
     esAlcanzable mapa2 (8,1) (7,3)    ==  True
     esAlcanzable mapa2 (1,1) (10,20)  ==  False

esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,2) == True

esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,1) == False

esAlcanzable mapa2 (2,3) (8,16) == True

esAlcanzable mapa2 (8,1) (7,3) == True

esAlcanzable mapa2 (1,1) (10,20) == False

Nota: Este ejercicio está basado en el problema 10 kinds of people de Kattis.

Soluciones

import Data.Array

type Punto = (Int,Int) 
type Mapa  = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa
mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))
                  [1,1,0,0,
                   0,1,0,0,
                   1,0,0,0]
mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))
                  [1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                   1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,
                   0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]
alcanzables mapa p = aux [p] []
  where region = mapa ! p
        (_,(m,n)) = bounds mapa
        vecinos (i,j) = [(a,b) | (a,b) <- [(i,j+1),(i,j-1),(i+1,j),(i-1,j)]
                               , 1 <= a && a <= m
                               , 1 <= b && b <= n  
                               , mapa ! (a,b) == region]
        aux [] ys = ys
        aux (x:xs) ys
          | x `elem` ys = aux xs ys
          | otherwise   = aux (vecinos x ++ xs) (x:ys)    

esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool
esAlcanzable m p1 p2 =
  p2 `elem` alcanzables m p1

import Data.Array

type Punto = (Int,Int)

type Mapa = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa

mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))

[1,1,0,0,

0,1,0,0,

1,0,0,0]

mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))

[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,

0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]

alcanzables mapa p = aux [p] []

where region = mapa ! p

(_,(m,n)) = bounds mapa

vecinos (i,j) = [(a,b) | (a,b) <- [(i,j+1),(i,j-1),(i+1,j),(i-1,j)]

, 1 <= a && a <= m

, 1 <= b && b <= n

, mapa ! (a,b) == region]

aux [] ys = ys

aux (x:xs) ys

| x `elem` ys = aux xs ys

| otherwise = aux (vecinos x ++ xs) (x:ys)

esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

esAlcanzable m p1 p2 =

p2 `elem` alcanzables m p1

Operaciones binarias con matrices

PorJosé A. Alonso 28-marzo-20185-abril-2018

Entre dos matrices de la misma dimensión se pueden aplicar distintas operaciones binarias entre los elementos en la misma posición. Por ejemplo, si a y b son las matrices

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

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

entonces a+b y a-b son, respectivamente

   |4 8 8|     |2 0 4|
   |7 7 9|     |3 5 5

1 2	\|4 8 8\| \|2 0 4\| \|7 7 9\| \|3 5 5

Definir la función

   opMatriz :: (Int -> Int -> Int) -> 
               Matriz Int -> Matriz Int -> Matriz Int

1 2	opMatriz :: (Int -> Int -> Int) -> Matriz Int -> Matriz Int -> Matriz Int

tal que (opMatriz f p q) es la matriz obtenida aplicando la operación f entre los elementos de p y q de la misma posición. Por ejemplo,

   λ> a = listArray ((1,1),(2,3)) [3,4,6,5,6,7]
   λ> b = listArray ((1,1),(2,3)) [1,4,2,2,1,2]
   λ> elems (opMatriz (+) a b)
   [4,8,8,7,7,9]
   λ> elems (opMatriz max a b)
   [3,4,6,5,6,7]
   λ> c = listArray ((1,1),(2,2)) ["ab","c","d","ef"]
   λ> d = listArray ((1,1),(2,2)) [3,1,0,5]
   λ> elems (opMatriz menor c d)
   [True,False,False,True]

λ> a = listArray ((1,1),(2,3)) [3,4,6,5,6,7]

λ> b = listArray ((1,1),(2,3)) [1,4,2,2,1,2]

λ> elems (opMatriz (+) a b)

[4,8,8,7,7,9]

λ> elems (opMatriz max a b)

[3,4,6,5,6,7]

λ> c = listArray ((1,1),(2,2)) ["ab","c","d","ef"]

λ> d = listArray ((1,1),(2,2)) [3,1,0,5]

λ> elems (opMatriz menor c d)

[True,False,False,True]

Soluciones

import Data.Array

-- 1ª solución
opMatriz :: (a -> b -> c) ->
            Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c
opMatriz f p q =
  array (bounds p) [(k, f (p!k) (q!k)) | k <- indices p]
          
-- 2ª solución
opMatriz2 :: (a -> b -> c) ->
            Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c
opMatriz2 f p q = 
  listArray (bounds p) [f x y | (x,y) <- zip (elems p) (elems q)]

-- 3ª solución
opMatriz3 :: (a -> b -> c) ->
            Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c
opMatriz3 f p q = 
  listArray (bounds p) (zipWith f (elems p) (elems q))

import Data.Array

-- 1ª solución

opMatriz :: (a -> b -> c) ->

Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c

opMatriz f p q =

array (bounds p) [(k, f (p!k) (q!k)) | k <- indices p]

-- 2ª solución

opMatriz2 :: (a -> b -> c) ->

Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c

opMatriz2 f p q =

listArray (bounds p) [f x y | (x,y) <- zip (elems p) (elems q)]

-- 3ª solución

opMatriz3 :: (a -> b -> c) ->

Array (Int,Int) a -> Array (Int,Int) b -> Array (Int,Int) c

opMatriz3 f p q =

listArray (bounds p) (zipWith f (elems p) (elems q))

Matrices centro simétricas

PorJosé A. Alonso 2-marzo-201814-marzo-2018

Una matriz centro simétrica es una matriz cuadrada que es simétrica respecto de su centro. Por ejemplo, de las siguientes matrices, las dos primeras son simétricas y las otras no lo son

   (1 2)   (1 2 3)   (1 2 3)   (1 2 3)    
   (2 1)   (4 5 4)   (4 5 4)   (4 5 4)
           (3 2 1)   (3 2 2)

(1 2) (1 2 3) (1 2 3) (1 2 3)

(2 1) (4 5 4) (4 5 4) (4 5 4)

(3 2 1) (3 2 2)

Definir la función

   esCentroSimetrica :: Eq t => Array (Int,Int) t -> Bool

1	esCentroSimetrica :: Eq t => Array (Int,Int) t -> Bool

tal que (esCentroSimetrica a) se verifica si la matriz a es centro simétrica. Por ejemplo,

   λ> esCentroSimetrica (listArray ((1,1),(2,2)) [1,2, 2,1])
   True
   λ> esCentroSimetrica (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3, 4,5,4, 3,2,1])
   True
   λ> esCentroSimetrica (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3, 4,5,4, 3,2,2])
   False
   λ> esCentroSimetrica (listArray ((1,1),(2,3)) [1,2,3, 4,5,4])
   False

λ> esCentroSimetrica (listArray ((1,1),(2,2)) [1,2, 2,1])

True

λ> esCentroSimetrica (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3, 4,5,4, 3,2,1])

True

λ> esCentroSimetrica (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3, 4,5,4, 3,2,2])

False

λ> esCentroSimetrica (listArray ((1,1),(2,3)) [1,2,3, 4,5,4])

False

Soluciones

import Data.Array 

esCentroSimetrica :: Eq t => Array (Int,Int) t -> Bool
esCentroSimetrica a =
  n == m && and [a!(i,j) == a!(n-i+1,n-j+1) | i <- [1..n], j <- [i..n]] 
  where (_,(n,m)) = bounds a

import Data.Array

esCentroSimetrica :: Eq t => Array (Int,Int) t -> Bool

esCentroSimetrica a =

n == m && and [a!(i,j) == a!(n-i+1,n-j+1) | i <- [1..n], j <- [i..n]]

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

Puntos alcanzables en un mapa

PorJosé A. Alonso 24-marzo-201725-abril-2021

Un mapa con dos tipos de regiones (por ejemplo, tierra y mar) se puede representar mediante una matriz de ceros y unos.

Para los ejemplos usaremos los mapas definidos por

   type Punto = (Int,Int) 
   type Mapa  = Array Punto Int
   
   mapa1, mapa2 :: Mapa
   mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))
                     [1,1,0,0,
                      0,1,0,0,
                      1,0,0,0]
   mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))
                     [1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                      1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,
                      0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

type Punto = (Int,Int)

type Mapa = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa

mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))

[1,1,0,0,

0,1,0,0,

1,0,0,0]

mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))

[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,

0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

Definir las funciones

   alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]
   esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

1 2	alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto] esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

tales que

(alcanzables p) es la lista de los puntos de mapa m que se pueden alcanzar a partir del punto p moviéndose en la misma región que p (es decir, a través de ceros si el elemento de m en p es un cero o a través de unos, en caso contrario) y los movimientos permitidos son ir hacia el norte, sur este u oeste (pero no en diagonal). Por ejemplo,

     alcanzables mapa1 (1,1)  ==  [(2,2),(1,2),(1,1)]
     alcanzables mapa1 (1,2)  ==  [(2,2),(1,1),(1,2)]
     alcanzables mapa1 (1,3)  ==  [(3,2),(3,4),(3,3),(2,3),(2,4),(1,4),(1,3)]
     alcanzables mapa1 (3,1)  ==  [(3,1)]

alcanzables mapa1 (1,1) == [(2,2),(1,2),(1,1)]

alcanzables mapa1 (1,2) == [(2,2),(1,1),(1,2)]

alcanzables mapa1 (1,3) == [(3,2),(3,4),(3,3),(2,3),(2,4),(1,4),(1,3)]

alcanzables mapa1 (3,1) == [(3,1)]

(esAlcanzable m p1 p2) se verifica si el punto p1 es alcanzable desde el p1 en el mapa m. Por ejemplo,

     esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,2)    ==  True
     esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,1)    ==  False
     esAlcanzable mapa2 (2,3) (8,16)   ==  True
     esAlcanzable mapa2 (8,1) (7,3)    ==  True
     esAlcanzable mapa2 (1,1) (10,20)  ==  False

esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,2) == True

esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,1) == False

esAlcanzable mapa2 (2,3) (8,16) == True

esAlcanzable mapa2 (8,1) (7,3) == True

esAlcanzable mapa2 (1,1) (10,20) == False

Nota: Este ejercicio está basado en el problema 10 kinds of people de Kattis.

Soluciones

import Data.Array

type Punto = (Int,Int) 
type Mapa  = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa
mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))
                  [1,1,0,0,
                   0,1,0,0,
                   1,0,0,0]
mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))
                  [1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                   1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,
                   0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]
alcanzables mapa p = aux [p] []
  where region = mapa ! p
        (_,(m,n)) = bounds mapa
        vecinos (i,j) = [(a,b) | (a,b) <- [(i,j+1),(i,j-1),(i+1,j),(i-1,j)]
                               , 1 <= a && a <= m
                               , 1 <= b && b <= n  
                               , mapa ! (a,b) == region]
        aux [] ys = ys
        aux (x:xs) ys
          | x `elem` ys = aux xs ys
          | otherwise   = aux (vecinos x ++ xs) (x:ys)    

esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool
esAlcanzable m p1 p2 =
  p2 `elem` alcanzables m p1

import Data.Array

type Punto = (Int,Int)

type Mapa = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa

mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))

[1,1,0,0,

0,1,0,0,

1,0,0,0]

mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))

[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,

0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]

alcanzables mapa p = aux [p] []

where region = mapa ! p

(_,(m,n)) = bounds mapa

vecinos (i,j) = [(a,b) | (a,b) <- [(i,j+1),(i,j-1),(i+1,j),(i-1,j)]

, 1 <= a && a <= m

, 1 <= b && b <= n

, mapa ! (a,b) == region]

aux [] ys = ys

aux (x:xs) ys

| x `elem` ys = aux xs ys

| otherwise = aux (vecinos x ++ xs) (x:ys)

esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

esAlcanzable m p1 p2 =

p2 `elem` alcanzables m p1

Codificación matricial

PorJosé A. Alonso 21-marzo-201729-marzo-2017

El procedimiento de codificación matricial se puede entender siguiendo la codificación del mensaje "todoparanada" como se muestra a continuación:

Se calcula la longitud L del mensaje. En el ejemplo es L es 12.
Se calcula el menor entero positivo N cuyo cuadrado es mayor o igual que L. En el ejemplo N es 4.
Se extiende el mensaje con N²-L asteriscos. En el ejemplo, el mensaje extendido es "todoparanada****"
Con el mensaje extendido se forma una matriz cuadrada NxN. En el ejemplo la matriz es

     | t o d o |
     | p a r a |
     | n a d a |
     | * * * * |

| t o d o |

| p a r a |

| n a d a |

| * * * * |

Se rota 90º la matriz del mensaje extendido. En el ejemplo, la matriz rotada es

     | * n p t |
     | * a a o |
     | * d r d |
     | * a a o |

| * n p t |

| * a a o |

| * d r d |

| * a a o |

Se calculan los elementos de la matriz rotada. En el ejemplo, los elementos son "*npt*aap*drd*aao"
El mensaje codificado se obtiene eliminando los asteriscos de los elementos de la matriz rotada. En el ejemplo, "nptaapdrdaao".

Definir la función

   codificado :: String -> String

1	codificado :: String -> String

tal que (codificado cs) es el mensaje obtenido aplicando la codificación matricial al mensaje cs. Por ejemplo,

   codificado "todoparanada"    ==  "nptaaodrdaao"
   codificado "nptaaodrdaao"    ==  "danaopadtora"
   codificado "danaopadtora"    ==  "todoparanada"
   codificado "entodolamedida"  ==  "dmdeaeondltiao"

codificado "todoparanada" == "nptaaodrdaao"

codificado "nptaaodrdaao" == "danaopadtora"

codificado "danaopadtora" == "todoparanada"

codificado "entodolamedida" == "dmdeaeondltiao"

Nota: Este ejercicio está basado en el problema Secret Message de Kattis.

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Data.Array

codificado :: String -> String
codificado cs =
  filter (/='*') (elems (rota p))
  where n = ceiling (sqrt (genericLength cs))
        p = listArray ((1,1),(n,n)) (cs ++ repeat '*')

rota :: Array (Int,Int) Char -> Array (Int,Int) Char
rota p = array d [((i,j),p!(n+1-j,i)) | (i,j) <- indices p]
  where d = bounds p
        n = fst (snd d)

import Data.List (genericLength)

import Data.Array

codificado :: String -> String

codificado cs =

filter (/='*') (elems (rota p))

where n = ceiling (sqrt (genericLength cs))

p = listArray ((1,1),(n,n)) (cs ++ repeat '*')

rota :: Array (Int,Int) Char -> Array (Int,Int) Char

rota p = array d [((i,j),p!(n+1-j,i)) | (i,j) <- indices p]

where d = bounds p

n = fst (snd d)

Posiciones de máximos locales

PorJosé A. Alonso 28-marzo-20164-abril-2016

Los vectores se definen usando tablas como sigue:

   type Vector a = Array Int a

1	type Vector a = Array Int a

Un elemento de un vector es un máximo local si no tiene ningún elemento adyacente mayor o igual que él.

Definir la función

   posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

1	posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

tal que (posMaxVec p) devuelve las posiciones del vector p en las que p tiene un máximo local. Por ejemplo,

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

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

posMaxVec (listArray (1,2) [5,5]) == []

posMaxVec (listArray (1,1) [5]) == [1]

Soluciones

import Data.Array

type Vector a = Array Int a

-- 1ª definición
posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec p 
    | n == 1 = [1]
    | otherwise = 
        (if p!1 > p!2 then [1] else []) ++ 
        [i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++
        (if p!(n-1) < p!n then [n] else [])
    where (_,n) = bounds p

-- 2ª definición
posMaxVec2 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec2 p  
    | n == 1 = [1]
    | otherwise = 
        [1 | p ! 1 > p ! 2] ++ 
        [i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++
        [n | p ! (n - 1) < p ! n]
    where (_,n) = bounds p

-- 3ª definición
posMaxVec3 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec3 p  
    | n == 1    = [1]
    | otherwise = [i | i <- [1..n],
                       all (<p!i) [p!j | j <- vecinos i]]
    where (_,n) = bounds p
          vecinos 1 = [2]
          vecinos j | j == n    = [n-1]
                    | otherwise = [j-1,j+1]

-- 4ª definición
posMaxVec4 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec4 p = [i | (i,x) <- assocs p
                  , i == a || p!(i-1) < x
                  , i == b || p!(i+1) < x ]
    where (a,b) = bounds p

import Data.Array

type Vector a = Array Int a

-- 1ª definición

posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec p

| n == 1 = [1]

| otherwise =

(if p!1 > p!2 then [1] else []) ++

[i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++

(if p!(n-1) < p!n then [n] else [])

where (_,n) = bounds p

-- 2ª definición

posMaxVec2 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec2 p

| n == 1 = [1]

| otherwise =

[1 | p ! 1 > p ! 2] ++

[i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++

[n | p ! (n - 1) < p ! n]

where (_,n) = bounds p

-- 3ª definición

posMaxVec3 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec3 p

| n == 1 = [1]

| otherwise = [i | i <- [1..n],

all (<p!i) [p!j | j <- vecinos i]]

where (_,n) = bounds p

vecinos 1 = [2]

vecinos j | j == n = [n-1]

| otherwise = [j-1,j+1]

-- 4ª definición

posMaxVec4 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec4 p = [i | (i,x) <- assocs p

, i == a || p!(i-1) < x

, i == b || p!(i+1) < x ]

where (a,b) = bounds p

Máxima suma en una matriz

PorJosé A. Alonso 11-marzo-201628-marzo-2016

Las matrices puede representarse mediante tablas cuyos índices son pares de números naturales:

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz = Array (Int,Int) Int

Definir la función

   maximaSuma :: Matriz -> Int

1	maximaSuma :: Matriz -> Int

tal que (maximaSuma p) es el máximo de las sumas de las listas de elementos de la matriz p tales que cada elemento pertenece sólo a una fila y a una columna. Por ejemplo,

   ghci> maximaSuma (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
   17

1 2	ghci> maximaSuma (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7]) 17

ya que las selecciones, y sus sumas, de la matriz

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

|1 2 3|

|8 4 9|

|5 6 7|

son

   [1,4,7] --> 12
   [1,9,6] --> 16
   [2,8,7] --> 17
   [2,9,5] --> 16
   [3,8,6] --> 17
   [3,4,5] --> 12

[1,4,7] --> 12

[1,9,6] --> 16

[2,8,7] --> 17

[2,9,5] --> 16

[3,8,6] --> 17

[3,4,5] --> 12

Hay dos selecciones con máxima suma: [2,8,7] y [3,8,6].

Soluciones

import Data.Array
import Data.List (permutations)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

maximaSuma :: Matriz -> Int
maximaSuma p = maximum [sum xs | xs <- selecciones p]

-- (selecciones p) es la lista de las selecciones en las que cada
-- elemento pertenece a un única fila y a una única columna de la matriz
-- p. Por ejemplo,
--    ghci> selecciones (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
--    [[1,4,7],[2,8,7],[3,4,5],[2,9,5],[3,8,6],[1,9,6]]
selecciones :: Matriz -> [[Int]]
selecciones p = 
    [[p!(i,j) | (i,j) <- ijs] | 
     ijs <- [zip [1..n] xs | xs <- permutations [1..n]]] 
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- 2ª solución (mediante submatrices):
maximaSuma2 :: Matriz -> Int
maximaSuma2 p 
    | (m,n) == (1,1) = p!(1,1)
    | otherwise = maximum [p!(1,j) 
                  + maximaSuma2 (submatriz 1 j p) | j <- [1..n]]
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- (submatriz i j p) es la matriz obtenida a partir de la p eliminando
-- la fila i y la columna j. Por ejemplo, 
--    ghci> submatriz 2 3 (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])
--    array ((1,1),(2,2)) [((1,1),1),((1,2),2),((2,1),5),((2,2),6)]
submatriz :: Int -> Int -> Matriz -> Matriz
submatriz i j p = 
    array ((1,1), (m-1,n -1))
          [((k,l), p ! f k l) | k <- [1..m-1], l <- [1.. n-1]]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          f k l | k < i  && l < j  = (k,l)
                | k >= i && l < j  = (k+1,l)
                | k < i  && l >= j = (k,l+1)
                | otherwise        = (k+1,l+1)

import Data.Array

import Data.List (permutations)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

maximaSuma :: Matriz -> Int

maximaSuma p = maximum [sum xs | xs <- selecciones p]

-- (selecciones p) es la lista de las selecciones en las que cada

-- elemento pertenece a un única fila y a una única columna de la matriz

-- p. Por ejemplo,

-- ghci> selecciones (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])

-- [[1,4,7],[2,8,7],[3,4,5],[2,9,5],[3,8,6],[1,9,6]]

selecciones :: Matriz -> [[Int]]

selecciones p =

[[p!(i,j) | (i,j) <- ijs] |

ijs <- [zip [1..n] xs | xs <- permutations [1..n]]]

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

-- 2ª solución (mediante submatrices):

maximaSuma2 :: Matriz -> Int

maximaSuma2 p

| (m,n) == (1,1) = p!(1,1)

| otherwise = maximum [p!(1,j)

+ maximaSuma2 (submatriz 1 j p) | j <- [1..n]]

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

-- (submatriz i j p) es la matriz obtenida a partir de la p eliminando

-- la fila i y la columna j. Por ejemplo,

-- ghci> submatriz 2 3 (listArray ((1,1),(3,3)) [1,2,3,8,4,9,5,6,7])

-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),1),((1,2),2),((2,1),5),((2,2),6)]

submatriz :: Int -> Int -> Matriz -> Matriz

submatriz i j p =

array ((1,1), (m-1,n -1))

[((k,l), p ! f k l) | k <- [1..m-1], l <- [1.. n-1]]

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

f k l | k < i && l < j = (k,l)

| k >= i && l < j = (k+1,l)

| k < i && l >= j = (k,l+1)

| otherwise = (k+1,l+1)

Relleno de matrices

PorJosé A. Alonso 19-enero-201626-enero-2016

Dada una matriz cuyos elementos son 0 ó 1, su relleno es la matriz obtenida haciendo iguales a 1 los elementos de las filas y de las columna que contienen algún uno. Por ejemplo, el relleno de la matriz de la izquierda es la de la derecha:

   0 0 0 0 0    1 0 0 1 0
   0 0 0 0 0    1 0 0 1 0
   0 0 0 1 0    1 1 1 1 1
   1 0 0 0 0    1 1 1 1 1
   0 0 0 0 0    1 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1 0 0 1 0

0 0 0 1 0 1 1 1 1 1

1 0 0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 1 0 0 1 0

Las matrices se pueden representar mediante tablas cuyos índices son pares de enteros

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz = Array (Int,Int) Int

por ejemplo, la matriz de la izquierda de la figura anterior se define por

   ej :: Matriz                  
   ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,
                                 0, 0, 0, 0, 0,
                                 0, 0, 0, 1, 0,
                                 1, 0, 0, 0, 0,
                                 0, 0, 0, 0, 0]

ej :: Matriz

ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 1, 0,

1, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0]

Definir la función

   relleno :: Matriz -> Matriz

1	relleno :: Matriz -> Matriz

tal que (relleno p) es el relleno de la matriz p. Por ejemplo,

   λ> elems (relleno ej)
   [1,0,0,1,0,
    1,0,0,1,0,
    1,1,1,1,1,
    1,1,1,1,1,
    1,0,0,1,0]

λ> elems (relleno ej)

[1,0,0,1,0,

1,0,0,1,0,

1,1,1,1,1,

1,0,0,1,0]

Soluciones

import Data.Array

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej :: Matriz                  
ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 1, 0,
                              1, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 0, 0]

-- 1ª solución
-- ===========

relleno1 :: Matriz -> Matriz
relleno1 p = 
    array ((1,1),(m,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..m], j <- [1..n]]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          f i j | 1 `elem` [p!(i,k) | k <- [1..n]] = 1
                | 1 `elem` [p!(k,j) | k <- [1..m]] = 1
                | otherwise                        = 0

-- 2ª solución
-- ===========

relleno2 :: Matriz -> Matriz
relleno2 p = 
    array ((1,1),(m,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..m], j <- [1..n]]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          filas     = filasConUno p
          columnas  = columnasConUno p
          f i j | i `elem` filas    = 1
                | j `elem` columnas = 1
                | otherwise         = 0

-- (filasConUno p) es la lista de las filas de p que tienen algún
-- uno. Por ejemplo,
--    filasConUno ej  ==  [3,4]
filasConUno :: Matriz -> [Int]
filasConUno p = [i | i <- [1..m], filaConUno p i]
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- (filaConUno p i) se verifica si p tiene algún uno en la fila i. Por
-- ejemplo, 
--    filaConUno ej 3  ==  True
--    filaConUno ej 2  ==  False
filaConUno :: Matriz -> Int -> Bool
filaConUno p i = any (==1) [p!(i,j) | j <- [1..n]]
    where (_,(_,n)) = bounds p

-- (columnasConUno p) es la lista de las columnas de p que tienen algún
-- uno. Por ejemplo,
--    columnasConUno ej  ==  [1,4]
columnasConUno :: Matriz -> [Int]
columnasConUno p = [j | j <- [1..n], columnaConUno p j]
    where (_,(m,n)) = bounds p

-- (columnaConUno p i) se verifica si p tiene algún uno en la columna i. Por
-- ejemplo, 
--    columnaConUno ej 1  ==  True
--    columnaConUno ej 2  ==  False
columnaConUno :: Matriz -> Int -> Bool
columnaConUno p j = any (==1) [p!(i,j) | i <- [1..m]]
    where (_,(m,_)) = bounds p

-- 3ª solución
-- ===========

relleno3 :: Matriz -> Matriz
relleno3 p = p // ([((i,j),1) | i <- filas,  j <- [1..n]] ++ 
                   [((i,j),1) | i <- [1..m], j <- columnas])
  where (_,(m,n)) = bounds p
        filas     = filasConUno p
        columnas  = columnasConUno p


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

--    λ> let f i j = if i == j then 1 else 0 
--    λ> let q n = array ((1,1),(n,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..n], j <- [1..n]]
--    
--    λ> sum (elems (relleno1 (q 200)))
--    40000
--    (6.90 secs, 1,877,369,544 bytes)
--    
--    λ> sum (elems (relleno2 (q 200)))
--    40000
--    (0.46 secs, 57,354,168 bytes)
--    
--    λ> sum (elems (relleno3 (q 200)))
--    40000
--    (0.34 secs, 80,465,144 bytes)
--    
--    λ> sum (elems (relleno2 (q 500)))
--    250000
--    (4.33 secs, 353,117,640 bytes)
--    
--    λ> sum (elems (relleno3 (q 500)))
--    250000
--    (2.40 secs, 489,630,048 bytes)

100

101

import Data.Array

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej :: Matriz

ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 1, 0,

1, 0, 0, 0, 0,

0, 0, 0, 0, 0]

-- 1ª solución

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

relleno1 :: Matriz -> Matriz

relleno1 p =

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

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

f i j | 1 `elem` [p!(i,k) | k <- [1..n]] = 1

| 1 `elem` [p!(k,j) | k <- [1..m]] = 1

| otherwise = 0

-- 2ª solución

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

relleno2 :: Matriz -> Matriz

relleno2 p =

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

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

filas = filasConUno p

columnas = columnasConUno p

f i j | i `elem` filas = 1

| j `elem` columnas = 1

| otherwise = 0

-- (filasConUno p) es la lista de las filas de p que tienen algún

-- uno. Por ejemplo,

-- filasConUno ej == [3,4]

filasConUno :: Matriz -> [Int]

filasConUno p = [i | i <- [1..m], filaConUno p i]

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

-- (filaConUno p i) se verifica si p tiene algún uno en la fila i. Por

-- ejemplo,

-- filaConUno ej 3 == True

-- filaConUno ej 2 == False

filaConUno :: Matriz -> Int -> Bool

filaConUno p i = any (==1) [p!(i,j) | j <- [1..n]]

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

-- (columnasConUno p) es la lista de las columnas de p que tienen algún

-- uno. Por ejemplo,

-- columnasConUno ej == [1,4]

columnasConUno :: Matriz -> [Int]

columnasConUno p = [j | j <- [1..n], columnaConUno p j]

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

-- (columnaConUno p i) se verifica si p tiene algún uno en la columna i. Por

-- ejemplo,

-- columnaConUno ej 1 == True

-- columnaConUno ej 2 == False

columnaConUno :: Matriz -> Int -> Bool

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

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

-- 3ª solución

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

relleno3 :: Matriz -> Matriz

relleno3 p = p // ([((i,j),1) | i <- filas, j <- [1..n]] ++

[((i,j),1) | i <- [1..m], j <- columnas])

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

filas = filasConUno p

columnas = columnasConUno p

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let f i j = if i == j then 1 else 0

-- λ> let q n = array ((1,1),(n,n)) [((i,j),f i j) | i <- [1..n], j <- [1..n]]

-- λ> sum (elems (relleno1 (q 200)))

-- 40000

-- (6.90 secs, 1,877,369,544 bytes)

-- λ> sum (elems (relleno2 (q 200)))

-- 40000

-- (0.46 secs, 57,354,168 bytes)

-- λ> sum (elems (relleno3 (q 200)))

-- 40000

-- (0.34 secs, 80,465,144 bytes)

-- λ> sum (elems (relleno2 (q 500)))

-- 250000

-- (4.33 secs, 353,117,640 bytes)

-- λ> sum (elems (relleno3 (q 500)))

-- 250000

-- (2.40 secs, 489,630,048 bytes)

Referencias

Basado en Matrix Fill-In del blog Programming Praxis.

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]]

Máximos locales de una matriz

PorJosé A. Alonso 20-marzo-20151-mayo-2015

Un elemento de una matriz es un máximo local si es mayor que todos sus vecinos. Por ejemplo, en la matriz

    [[1,0,0,8],
     [0,2,0,3],
     [0,0,0,5],
     [3,5,7,6],
     [1,2,3,4]]

[[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]]

los máximos locales son 8 (en la posición (1,4)), 2 (en la posición (2,2)) y 7 (en la posición (4,3)).

Definimos el tipo de las matrices, mediante

   type Matriz a = Array (Int,Int) Int

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

y el ejemplo anterior por

   ej1 :: Matriz Int
   ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],
                                          [0,2,0,3],
                                          [0,0,0,5],
                                          [3,5,7,6],
                                          [1,2,3,4]])

ej1 :: Matriz Int

ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]])

Definir la función

   maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

1	maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

tal que (maximosLocales p) es la lista de las posiciones en las que hay un máximo local, con el valor correspondiente. Por ejemplo,

   maximosLocales ej1 == [((1,4),8),((2,2),2),((4,3),7)]

1	maximosLocales ej1 == [((1,4),8),((2,2),2),((4,3),7)]

Soluciones

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ej1 :: Matriz Int
ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],
                                       [0,2,0,3],
                                       [0,0,0,5],
                                       [3,5,7,6],
                                       [1,2,3,4]])

maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]
maximosLocales p = 
    [((i,j),p!(i,j)) | (i,j) <- indices p,
               and [p!(a,b) < p!(i,j) | (a,b) <- vecinos (i,j)]] 
    where (_,(m,n)) = bounds p
          vecinos (i,j) = [(a,b) | a <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],
                                   b <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],
                                   (a,b) /= (i,j)]

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ej1 :: Matriz Int

ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]])

maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

maximosLocales p =

[((i,j),p!(i,j)) | (i,j) <- indices p,

and [p!(a,b) < p!(i,j) | (a,b) <- vecinos (i,j)]]

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

vecinos (i,j) = [(a,b) | a <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],

b <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],

(a,b) /= (i,j)]

Diagonales secundarias de una matriz

PorJosé A. Alonso 20-febrero-201526-abril-2015

Definir la función

   diagonalesSecundarias :: Matriz a -> [[a]]

1	diagonalesSecundarias :: Matriz a -> [[a]]

tal que (diagonalesSecundarias p) es la lista de las diagonales secundarias de p. Por ejemplo, para la matriz

   1  2  3  4
   5  6  7  8
   9 10 11 12

1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

la lista de sus diagonales secundarias es

   [[1],[2,5],[3,6,9],[4,7,10],[8,11],[12]]

1	[[1],[2,5],[3,6,9],[4,7,10],[8,11],[12]]

En Haskell,

   ghci> diagonalesSecundarias (listArray ((1,1),(3,4)) [1..12])
   [[1],[2,5],[3,6,9],[4,7,10],[8,11],[12]]

1 2	ghci> diagonalesSecundarias (listArray ((1,1),(3,4)) [1..12]) [[1],[2,5],[3,6,9],[4,7,10],[8,11],[12]]

Soluciones

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

diagonalesSecundarias :: Matriz a -> [[a]]
diagonalesSecundarias p = 
    [[p!ij1 | ij1 <- extension ij] | ij <- iniciales]
    where (_,(m,n)) = bounds p
          iniciales = [(1,j) | j <- [1..n]] ++ [(i,n) | i <- [2..m]] 
          extension (i,j) = [(i+k,j-k) | k <- [0..min (j-1) (m-i)]]

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

diagonalesSecundarias :: Matriz a -> [[a]]

diagonalesSecundarias p =

[[p!ij1 | ij1 <- extension ij] | ij <- iniciales]

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

iniciales = [(1,j) | j <- [1..n]] ++ [(i,n) | i <- [2..m]]

extension (i,j) = [(i+k,j-k) | k <- [0..min (j-1) (m-i)]]

Posición del primer falso en un vector

PorJosé A. Alonso 29-enero-201526-marzo-2022

Excercitium

Definir la función

   posicion :: Array Int Bool -> Maybe Int

1	posicion :: Array Int Bool -> Maybe Int

tal que (posicion v) es la menor posición del vector de booleanos v cuyo valor es falso y es Nothing si todos los valores son verdaderos. Por ejemplo,

   posicion (listArray (0,4) [True,True,False,True,False]) == Just 2
   posicion (listArray (0,4) [i <= 2 | i <- [0..4]])       == Just 3
   posicion (listArray (0,4) [i <= 7 | i <- [0..4]])       == Nothing

posicion (listArray (0,4) [True,True,False,True,False]) == Just 2

posicion (listArray (0,4) [i <= 2 | i <- [0..4]]) == Just 3

posicion (listArray (0,4) [i <= 7 | i <- [0..4]]) == Nothing

Soluciones

import Data.Array 

-- 1ª definición:
posicion :: Array Int Bool -> Maybe Int
posicion v | p > n     = Nothing
           | otherwise = Just p
    where p = (length . takeWhile id . elems) v
          (_,n) = bounds v 

-- 2ª posición:
posicion2 :: Array Int Bool -> Maybe Int
posicion2 v | null xs   = Nothing
            | otherwise = Just (head xs)
    where xs = [i | i <- indices v, v!i]

import Data.Array

-- 1ª definición:

posicion :: Array Int Bool -> Maybe Int

posicion v | p > n = Nothing

| otherwise = Just p

where p = (length . takeWhile id . elems) v

(_,n) = bounds v

-- 2ª posición:

posicion2 :: Array Int Bool -> Maybe Int

posicion2 v | null xs = Nothing

| otherwise = Just (head xs)

where xs = [i | i <- indices v, v!i]

Elementos de una matriz con algún vecino menor

Soluciones

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