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Etiqueta: concat

Suma de divisores

Definir la función

   sumaDivisores :: Integer -> Integer

tal que (sumaDivisores x) es la suma de los divisores de x. Por ejemplo,

   sumaDivisores 12  ==  28
   sumaDivisores 25  ==  31
   sumaDivisores (product [1..25])  ==  93383273455325195473152000
   length (show (sumaDivisores (product [1..30000])))  ==  121289
   maximum (map sumaDivisores [1..10^5])  ==  403200

Número de divisores

Definir la función

   numeroDivisores :: Integer -> Integer

tal que (numeroDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

   numeroDivisores 12  ==  6
   numeroDivisores 25  ==  3
   length (show (numeroDivisores (product [1..3*10^4])))  ==  1948

Conjunto de divisores

Definir la función

   divisores :: Integer -> [Integer]

tal que (divisores x) es el conjunto de divisores de x. Por ejemplo,

  divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
  length (divisores (product [1..10]))  ==  270
  length (divisores (product [1..25]))  ==  340032

Particiones de enteros positivos

Una partición de un entero positivo n es una manera de escribir n como una suma de enteros positivos. Dos sumas que sólo difieren en el orden de sus sumandos se consideran la misma partición. Por ejemplo, 4 tiene cinco particiones: 4, 3+1, 2+2, 2+1+1 y 1+1+1+1.

Definir la función

   particiones :: Int -> [[Int]]

tal que (particiones n) es la lista de las particiones del número n. Por ejemplo,

   particiones 4  ==  [[4],[3,1],[2,2],[2,1,1],[1,1,1,1]]
   particiones 5  ==  [[5],[4,1],[3,2],[3,1,1],[2,2,1],[2,1,1,1],[1,1,1,1,1]]
   length (particiones 50)  ==  204226

Números con todos sus dígitos primos

Definir la lista

   numerosConDigitosPrimos :: [Integer]

cuyos elementos son los números con todos sus dígitos primos. Por ejemplo,

   λ> take 22 numerosConDigitosPrimos
   [2,3,5,7,22,23,25,27,32,33,35,37,52,53,55,57,72,73,75,77,222,223]
   λ> numerosConDigitosPrimos !! (10^7)
   322732232572

Eliminación de las ocurrencias aisladas.

Definir la función

   eliminaAisladas :: Eq a => a -> [a] -> [a]

tal que (eliminaAisladas x ys) es la lista obtenida eliminando en ys las ocurrencias aisladas de x (es decir, aquellas ocurrencias de x tales que su elemento anterior y posterior son distintos de x). Por ejemplo,

   eliminaAisladas 'X' ""                  == ""
   eliminaAisladas 'X' "X"                 == ""
   eliminaAisladas 'X' "XX"                == "XX"
   eliminaAisladas 'X' "XXX"               == "XXX"
   eliminaAisladas 'X' "abcd"              == "abcd"
   eliminaAisladas 'X' "Xabcd"             == "abcd"
   eliminaAisladas 'X' "XXabcd"            == "XXabcd"
   eliminaAisladas 'X' "XXXabcd"           == "XXXabcd"
   eliminaAisladas 'X' "abcdX"             == "abcd"
   eliminaAisladas 'X' "abcdXX"            == "abcdXX"
   eliminaAisladas 'X' "abcdXXX"           == "abcdXXX"
   eliminaAisladas 'X' "abXcd"             == "abcd"
   eliminaAisladas 'X' "abXXcd"            == "abXXcd"
   eliminaAisladas 'X' "abXXXcd"           == "abXXXcd"
   eliminaAisladas 'X' "XabXcdX"           == "abcd"
   eliminaAisladas 'X' "XXabXXcdXX"        == "XXabXXcdXX"
   eliminaAisladas 'X' "XXXabXXXcdXXX"     == "XXXabXXXcdXXX"
   eliminaAisladas 'X' "XabXXcdXeXXXfXx"   == "abXXcdeXXXfx"

Trenzado de listas

Definir la función

   trenza :: [a] -> [a] -> [a]

tal que (trenza xs ys) es la lista obtenida intercalando los elementos de xs e ys. Por ejemplo,

   trenza [5,1] [2,7,4]             ==  [5,2,1,7]
   trenza [5,1,7] [2..]             ==  [5,2,1,3,7,4]
   trenza [2..] [5,1,7]             ==  [2,5,3,1,4,7]
   take 8 (trenza [2,4..] [1,5..])  ==  [2,1,4,5,6,9,8,13]

Soluciones

import Test.QuickCheck (quickCheck)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
trenza1 :: [a] -> [a] -> [a]
trenza1 []     _      = []
trenza1 _      []     = []
trenza1 (x:xs) (y:ys) = x : y : trenza1 xs ys
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
trenza2 :: [a] -> [a] -> [a]
trenza2 (x:xs) (y:ys) = x : y : trenza2 xs ys
trenza2 _      _      = []
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
trenza3 :: [a] -> [a] -> [a]
trenza3 xs ys = concat [[x,y] | (x,y) <- zip xs ys]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
trenza4 :: [a] -> [a] -> [a]
trenza4 xs ys = concat (zipWith par xs ys)
 
par :: a -> a -> [a]
par x y = [x,y]
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
-- Explicación de eliminación de argumentos en composiciones con varios
-- argumentos:
 
f :: Int -> Int
f x = x + 1
 
g :: Int -> Int -> Int
g x y = x + y
 
h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7 :: Int -> Int -> Int
h1 x y  = f (g x y)
h2 x y  = f ((g x) y)
h3 x y  = (f . (g x)) y
h4 x    = f . (g x)
h5 x    = (f .) (g x)
h6 x    = ((f .) . g) x
h7      = (f .) . g
 
prop_composicion :: Int -> Int -> Bool
prop_composicion x y =
  all (== h1 x y)
      [p x y | p <- [h2, h3, h4, h5, h6, h7]]
 
-- λ> quickCheck prop_composicion
-- +++ OK, passed 100 tests.
 
-- En general,
--    f . g             --> \x -> f (g x)
--    (f .) . g         --> \x y -> f (g x y)
--    ((f .) .) . g     --> \x y z -> f (g x y z)
--    (((f .) .) .) . g --> \w x y z -> f (g w x y z)
 
trenza5 :: [a] -> [a] -> [a]
trenza5 = (concat .) . zipWith par
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_trenza :: [Int] -> [Int] -> Bool
prop_trenza xs ys =
  all (== trenza1 xs ys)
      [trenza2 xs ys,
       trenza3 xs ys,
       trenza4 xs ys,
       trenza5 xs ys]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_trenza
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> last (trenza1 [1,1..] [1..4*10^6])
--    4000000
--    (2.33 secs, 1,472,494,952 bytes)
--    λ> last (trenza2 [1,1..] [1..4*10^6])
--    4000000
--    (2.24 secs, 1,376,494,928 bytes)
--    λ> last (trenza3 [1,1..] [1..4*10^6])
--    4000000
--    (1.33 secs, 1,888,495,048 bytes)
--    λ> last (trenza4 [1,1..] [1..4*10^6])
--    4000000
--    (0.76 secs, 1,696,494,968 bytes)
--    λ> last (trenza5 [1,1..] [1..4*10^6])
--    4000000
--    (0.76 secs, 1,696,495,064 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>

Espacio de estados del problema de las N reinas

El problema de las N reinas consiste en colocar N reinas en tablero rectangular de dimensiones N por N de forma que no se encuentren más de una en la misma línea: horizontal, vertical o diagonal. Por ejemplo, una solución para el problema de las 4 reinas es

   |---|---|---|---|
   |   | R |   |   |
   |---|---|---|---|
   |   |   |   | R |
   |---|---|---|---|
   | R |   |   |   |
   |---|---|---|---|
   |   |   | R |   |
   |---|---|---|---|

Los estados del problema de las N reinas son los tableros con las reinas colocadas. Inicialmente el tablero está vacío y, en cda paso se coloca una reina en la primera columna en la que aún no hay ninguna reina.

Cada estado se representa por una lista de números que indican las filas donde se han colocado las reinas. Por ejemplo, el tablero anterior se representa por [2,4,1,3].

Usando la librería de árboles Data.Tree, definir las funciones

   arbolReinas :: Int -> Tree [Int]
   nEstados    :: Int -> Int
   soluciones  :: Int -> [[Int]]
   nSoluciones :: Int -> Int

tales que

  • (arbolReinas n) es el árbol de estados para el problema de las n reinas. Por ejemplo,
     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolReinas 4)))
     []
     |
     +- [1]
     |  |
     |  +- [3,1]
     |  |
     |  `- [4,1]
     |     |
     |     `- [2,4,1]
     |
     +- [2]
     |  |
     |  `- [4,2]
     |     |
     |     `- [1,4,2]
     |        |
     |        `- [3,1,4,2]
     |
     +- [3]
     |  |
     |  `- [1,3]
     |     |
     |     `- [4,1,3]
     |        |
     |        `- [2,4,1,3]
     |
     `- [4]
        |
        +- [1,4]
        |  |
        |  `- [3,1,4]
        |
        `- [2,4]
 
     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolReinas 5)))
     []
     |
     +- [1]
     |  |
     |  +- [3,1]
     |  |  |
     |  |  `- [5,3,1]
     |  |     |
     |  |     `- [2,5,3,1]
     |  |        |
     |  |        `- [4,2,5,3,1]
     |  |
     |  +- [4,1]
     |  |  |
     |  |  `- [2,4,1]
     |  |     |
     |  |     `- [5,2,4,1]
     |  |        |
     |  |        `- [3,5,2,4,1]
     |  |
     |  `- [5,1]
     |     |
     |     `- [2,5,1]
     |
     +- [2]
     |  |
     |  +- [4,2]
     |  |  |
     |  |  `- [1,4,2]
     |  |     |
     |  |     `- [3,1,4,2]
     |  |        |
     |  |        `- [5,3,1,4,2]
     |  |
     |  `- [5,2]
     |     |
     |     +- [1,5,2]
     |     |  |
     |     |  `- [4,1,5,2]
     |     |
     |     `- [3,5,2]
     |        |
     |        `- [1,3,5,2]
     |           |
     |           `- [4,1,3,5,2]
     |
     +- [3]
     |  |
     |  +- [1,3]
     |  |  |
     |  |  `- [4,1,3]
     |  |     |
     |  |     `- [2,4,1,3]
     |  |        |
     |  |        `- [5,2,4,1,3]
     |  |
     |  `- [5,3]
     |     |
     |     `- [2,5,3]
     |        |
     |        `- [4,2,5,3]
     |           |
     |           `- [1,4,2,5,3]
     |
     +- [4]
     |  |
     |  +- [1,4]
     |  |  |
     |  |  +- [3,1,4]
     |  |  |  |
     |  |  |  `- [5,3,1,4]
     |  |  |     |
     |  |  |     `- [2,5,3,1,4]
     |  |  |
     |  |  `- [5,1,4]
     |  |     |
     |  |     `- [2,5,1,4]
     |  |
     |  `- [2,4]
     |     |
     |     `- [5,2,4]
     |        |
     |        `- [3,5,2,4]
     |           |
     |           `- [1,3,5,2,4]
     |
     `- [5]
        |
        +- [1,5]
        |  |
        |  `- [4,1,5]
        |
        +- [2,5]
        |  |
        |  `- [4,2,5]
        |     |
        |     `- [1,4,2,5]
        |        |
        |        `- [3,1,4,2,5]
        |
        `- [3,5]
           |
           `- [1,3,5]
              |
              `- [4,1,3,5]
                 |
                 `- [2,4,1,3,5]
  • (nEstados n) es el número de estados en el problema de las n reinas. Por ejemplo,
     nEstados 4            ==  17
     nEstados 5            ==  54
     map nEstados [0..10]  ==  [1,2,3,6,17,54,153,552,2057,8394,35539]
  • (soluciones n) es la lista de estados que son soluciones del problema de las n reinas. Por ejemplo,
     λ> soluciones 4
     [[3,1,4,2],[2,4,1,3]]
     λ> soluciones 5
     [[4,2,5,3,1],[3,5,2,4,1],[5,3,1,4,2],[4,1,3,5,2],[5,2,4,1,3],
      [1,4,2,5,3],[2,5,3,1,4],[1,3,5,2,4],[3,1,4,2,5],[2,4,1,3,5]]
  • (nSoluciones n) es el número de soluciones del problema de las n reinas. Por ejemplo,
     nSoluciones 4            ==  2
     nSoluciones 5            ==  10
     map nSoluciones [0..10]  ==  [1,1,0,0,2,10,4,40,92,352,724]

Soluciones

import Data.List ((\\))
import Data.Tree
 
-- Definición de arbolReinas
-- =========================
 
arbolReinas :: Int -> Tree [Int]
arbolReinas n = expansion n []
  where
    expansion m xs = Node xs [expansion (m-1) ys | ys <- sucesores n xs]
 
-- (sucesores n xs) es la lista de los sucesores del estado xs en el
-- problema de las n reinas. Por ejemplo,
--    sucesores 4 []       ==  [[1],[2],[3],[4]]
--    sucesores 4 [1]      ==  [[3,1],[4,1]]
--    sucesores 4 [4,1]    ==  [[2,4,1]]
--    sucesores 4 [2,4,1]  ==  []
sucesores :: Int -> [Int] -> [[Int]]
sucesores n xs = [y:xs | y <- [1..n] \\ xs
                       , noAtaca y xs 1]
 
-- (noAtaca y xs d) se verifica si la reina en la fila y no ataca a las
-- colocadas en las filas xs donde d es el número de columnas desde la
-- de la posición de x a la primera de xs.
noAtaca :: Int -> [Int] -> Int -> Bool
noAtaca _ [] _ = True
noAtaca y (x:xs) distH = abs(y-x) /= distH &&
                         noAtaca y xs (distH + 1)               
 
-- Definición de nEstados
-- ======================
 
nEstados :: Int -> Int
nEstados = length . arbolReinas
 
-- Definición de solucionesReinas
-- ==============================
 
--    λ> soluciones 4
--    [[3,1,4,2],[2,4,1,3]]
--    λ> soluciones 5
--    [[4,2,5,3,1],[3,5,2,4,1],[5,3,1,4,2],[4,1,3,5,2],[5,2,4,1,3],
--     [1,4,2,5,3],[2,5,3,1,4],[1,3,5,2,4],[3,1,4,2,5],[2,4,1,3,5]]
soluciones :: Int -> [[Int]]
soluciones n =
  filter (\xs -> length xs == n) (estados n)
 
-- (estados n) es la lista de estados del problema de las n reinas. Por
-- ejemplo, 
--   λ> estados 4
--   [[],
--    [1],[2],[3],[4],
--    [3,1],[4,1],[4,2],[1,3],[1,4],[2,4],
--    [2,4,1],[1,4,2],[4,1,3],[3,1,4],
--    [3,1,4,2],[2,4,1,3]]
estados :: Int -> [[Int]]
estados = concat . levels . arbolReinas
 
-- Definición de nSoluciones
-- =========================
 
nSoluciones :: Int -> Int
nSoluciones = length . soluciones

Período de una lista

El período de una lista xs es la lista más corta ys tal que xs se puede obtener concatenando varias veces la lista ys. Por ejemplo, el período “abababab” es “ab” ya que “abababab” se obtiene repitiendo tres veces la lista “ab”.

Definir la función

   periodo :: Eq a => [a] -> [a]

tal que (periodo xs) es el período de xs. Por ejemplo,

   periodo "ababab"      ==  "ab"
   periodo "buenobueno"  ==  "bueno"
   periodo "oooooo"      ==  "o"
   periodo "sevilla"     ==  "sevilla"

Soluciones

import Data.List (isPrefixOf, inits)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
periodo1 :: Eq a => [a] -> [a]
periodo1 xs = take n xs
    where l = length xs
          n = head [m | m <- divisores l, 
                        concat (replicate (l `div` m) (take m xs)) == xs]
 
-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,
--    divisores 96  ==  [1,2,3,4,6,8,12,16,24,32,48,96]
divisores :: Int -> [Int]
divisores n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
periodo2 :: Eq a => [a] -> [a]
periodo2 xs = take n xs
    where l = length xs
          n = head [m | m <- divisores l, 
                        xs `isPrefixOf` cycle (take m xs)]

Combinaciones divisibles

Definir la función

   tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Int -> Bool

tal que (tieneCombinacionDivisible xs m) se verifica si existe alguna forma de combinar todos los elementos de la lista (con las operaciones suma o resta) de forma que el resultado sea divisible por m. Por ejemplo,

   tieneCombinacionDivisible [1,3,4,6] 4  ==  True
   tieneCombinacionDivisible [1,3,9]   2  ==  False

En el primer ejemplo, 1 – 2 + 3 + 4 + 6 = 12 es una combinación divisible por 4. En el segundo ejemplo, las combinaciones de [1,3,9] son

   1 + 3 + 9 =  13
  -1 + 3 + 9 =  11
   1 - 3 + 9 =   7
  -1 - 3 + 9 =   5
   1 + 3 - 9 =  -5
  -1 + 3 - 9 =  -7
   1 - 3 - 9 = -11
  -1 - 3 - 9 = -13

y ninguna de las 4 es divisible por 2.

Soluciones

import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Int -> Bool
tieneCombinacionDivisible xs m =
  any esDivisible (valoresCombinaciones xs)
  where esDivisible x = x `mod` m == 0
 
-- (valoresCombinaciones xs) es la lista de los valores de todas las
-- combinaciones de todos los elementos de la lista con las operaciones
-- suma o resta. Por ejemplo,
--    λ> valoresCombinaciones [1,3,4,6]
--    [14,12,8,6,6,4,0,-2,2,0,-4,-6,-6,-8,-12,-14]
--    λ> valoresCombinaciones [1,3,-4,6]
--    [6,4,0,-2,14,12,8,6,-6,-8,-12,-14,2,0,-4,-6]
valoresCombinaciones :: [Int] -> [Int]
valoresCombinaciones []     = []
valoresCombinaciones [x]    = [x,-x]
valoresCombinaciones (x:xs) = concat [[y + x, y - x] | y <- ys]
  where ys = valoresCombinaciones xs
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
tieneCombinacionDivisible2 :: [Int] -> Int -> Bool
tieneCombinacionDivisible2 xs m =
  tieneCombinacionCongruente xs m 0
 
-- (tieneCombinacionCongruente xs m a) se verifica si existe alguna
-- forma de combinar todos los elementos de la lista xs (con las
-- operaciones suma o resta) de forma que el resultado sea congruente
-- con a módulo m. Por ejemplo,
--    tieneCombinacionCongruente [1,3,4,6] 4 0  ==  True
--    tieneCombinacionCongruente [1,3,4,6] 4 1  ==  False
--    tieneCombinacionCongruente [1,3,9] 2 0    ==  False
--    tieneCombinacionCongruente [1,3,9] 2 1    ==  True
tieneCombinacionCongruente :: [Int] -> Int -> Int -> Bool
tieneCombinacionCongruente []  _  _ = False
tieneCombinacionCongruente [x] m  a = (x - a) `mod` m == 0
tieneCombinacionCongruente (x:xs) m a =
  tieneCombinacionCongruente xs m (a-x) ||
  tieneCombinacionCongruente xs m (a+x)
 
-- Equivalencia
-- ============
 
-- La propiedad es
prop_tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Positive Int -> Bool
prop_tieneCombinacionDivisible xs (Positive m) =
  tieneCombinacionDivisible xs m == tieneCombinacionDivisible2 xs m
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=25}) prop_tieneCombinacionDivisible
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> (n,xs,m) = (200,[-n..n],sum [1..n]) 
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> and [tieneCombinacionDivisible xs a | a <- [1..m]]
--    True
--    (4.74 secs, 6,536,494,976 bytes)
--    λ> and [tieneCombinacionDivisible2 xs a | a <- [1..m]]
--    True
--    (2.97 secs, 3,381,932,664 bytes)

Otras soluciones

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