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Etiqueta: concat

Cálculo de pi con el producto de Wallis

José A. Alonso, ,

El producto de Wallis es una expresión, descubierta por John Wallis en 1655, para representar el valor de π y que establece que:

    π     2     2     4     4     6     6     8     8
   --- = --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- ···
    2     1     3     3     5     5     7     7     9

Definir las funciones

   factoresWallis  :: [Rational]
   productosWallis :: [Rational]
   aproximacionPi  :: Int -> Double
   errorPi         :: Double -> Int

tales que

  • factoresWallis es la sucesión de los factores del productos de Wallis. Por ejemplo,
     λ> take 10 factoresWallis
     [2 % 1,2 % 3,4 % 3,4 % 5,6 % 5,6 % 7,8 % 7,8 % 9,10 % 9,10 % 11]
  • productosWallis es la sucesión de los productos de los primeros factores de Wallis. Por ejemplo, 
     λ> take 7 productosWallis
     [2 % 1,4 % 3,16 % 9,64 % 45,128 % 75,256 % 175,2048 % 1225]
  • (aproximacionPi n) es la aproximación de pi obtenida multiplicando los n primeros factores de Wallis. Por ejemplo, 
     aproximacionPi 20     ==  3.2137849402931895
     aproximacionPi 200    ==  3.1493784731686008
     aproximacionPi 2000   ==  3.142377365093878
     aproximacionPi 20000  ==  3.141671186534396
  • (errorPi x) es el menor número de factores de Wallis necesarios para obtener pi con un error menor que x. Por ejemplo, 
     errorPi 0.1     ==  14
     errorPi 0.01    ==  155
     errorPi 0.001   ==  1569
     errorPi 0.0001  ==  15707

Soluciones

import Data.Ratio
 
factoresWallis :: [Rational]
factoresWallis =
  concat [[y%(y-1),  y%(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]
 
productosWallis :: [Rational]
productosWallis = scanl1 (*) factoresWallis
 
aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n =
  fromRational (2 * productosWallis !! n)
 
errorPi :: Double -> Int
errorPi x = head [n | n <- [1..]
                    , abs (pi - aproximacionPi n) < x]
 
-- 2ª definición de errorPi
errorPi2 :: Double -> Int
errorPi2 x =
  length (takeWhile (>=x) [abs (pi - 2 * fromRational y)
                          | y <- productosWallis])
 
-- 2ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n =
  2 * productosWallis2 !! n
 
productosWallis2 :: [Double]
productosWallis2 = scanl1 (*) factoresWallis2
 
factoresWallis2 :: [Double]
factoresWallis2 =
  concat [[y/(y-1),  y/(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]
 
-- 3ª definición de errorPi
errorPi3 :: Double -> Int
errorPi3 x = head [n | n <- [1..]
                     , abs (pi - aproximacionPi2 n) < x]
 
-- Comparación de eficiencia
--    λ> errorPi 0.001
--    1569
--    (0.82 secs, 374,495,816 bytes)
--
--    λ> errorPi2 0.001
--    1569
--    (0.79 secs, 369,282,320 bytes)
--
--    λ> errorPi3 0.001
--    1569
--    (0.04 secs, 0 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>

Pensamiento

«¿Por qué son hermosos los números? Es como preguntar por qué es bella la Novena Sinfonía de Beethoven. Si no ves por qué, alguien no puede decírtelo. Yo sé que los números son hermosos. Si no son hermosos, nada lo es.»

Paul Erdös.

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Búsqueda de la mina

José A. Alonso, ,

En este ejercicio, se representa un mapa mediante una lista de listas de la misma longitud donde todos sus elementos son 0 menos uno (que es un 1) que es donde se encuentra la mina. Por ejemplo, en el mapa

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

la posición de la mina es (2,1).

Definir la función

   posicionMina :: [[Int]] -> (Int,Int)

tal que (posicionMina m) es la posición de la mina en el mapa m, Por ejemplo,

   posicionMina [[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,1,0,0]]  ==  (2,1)

Soluciones

import Data.List (elemIndex)
import Data.Array (assocs, listArray)
 
-- 1ª solución
posicionMina :: [[Int]] -> (Int,Int)
posicionMina xss = (length yss, length ys)
  where (yss,xs:_) = break (1 `elem`) xss
        ys         = takeWhile (/= 1) xs
 
-- 2ª solución
posicionMina2 :: [[Int]] -> (Int,Int)
posicionMina2 xss = divMod p (length (head xss))
  where Just p = elemIndex 1 (concat xss)
 
-- 3ª solución
posicionMina3 :: [[Int]] -> (Int,Int)
posicionMina3 xss =
  (fst . head . filter ((1 ==) . snd) . assocs) a
  where m = length xss - 1
        n = length (head xss) - 1
        a = listArray ((0,0),(m,n)) (concat xss)

Otras soluciones

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Pensamiento

«La vida de un matemático está dominada por una insaciable curiosidad, un deseo que raya en la pasión por resolver los problemas que estudia.»

Jean Dieudonné.

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Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

José A. Alonso, ,

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tales que

  • (aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo, 
     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793
  • (tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión
     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

Soluciones

import Text.Printf
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n
 
serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha
 
terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 = aux 3 2 1
  where aux x _ _ 0 = x
        aux x y z m =
          aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> aproximacionPi (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.82 secs, 145,964,728 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (2.27 secs, 432,463,496 bytes)
--    λ> aproximacionPi (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.34 secs, 73,056,488 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (3.24 secs, 648,603,824 bytes)
 
-- Definicioń de tabla
-- ===================
 
tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = do
  writeFile f (tablaAux ns)
 
tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea
 
linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"
 
cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"
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Nodos y conexiones de un grafo

José A. Alonso, ,

Un grafo no dirigido se representa por la lista de sus arcos. Por ejemplo, el grafo

             1  -- 2 -- 4
                   | \  |
                   |  \ |
                   3 -- 5

se representa por [(1,2),(2,3),(2,4),(2,5),(3,5),(4,5)].

Se define el tipo de grafo por

   type Grafo a = [(a,a)]

Definir las funciones

   nodos      :: Eq a => Grafo a -> [a]
   conectados :: Eq a => Grafo a -> a -> a -> Bool

tales que

  • (nodos g) es la lista de los nodos del grafo g. Por ejemplo,
     nodos [(1,2),(2,3),(2,4),(2,5),(3,5),(4,5)]  ==  [1,2,3,4,5]
  • (conectados g x y) se verifica si el grafo no dirigido g posee un arco con extremos x e y. Por ejemplo,
     conectados [(1,2),(2,3),(2,4),(2,5),(3,5),(4,5)] 3 2  ==  True
     conectados [(1,2),(2,3),(2,4),(2,5),(3,5),(4,5)] 2 3  ==  True
     conectados [(1,2),(2,3),(2,4),(2,5),(3,5),(4,5)] 3 4  ==  False

Nota: Escribir la solución en el módulo Grafo para poderlo usar en los siguientes ejercicios.

module Grafo where
 
import Data.List (nub)
 
type Grafo a = [(a,a)]
 
nodos :: Eq a => Grafo a -> [a]
nodos g = nub (concat [[x,y] | (x,y) <- g])
 
conectados :: Eq a => Grafo a -> a -> a -> Bool
conectados g x y =
  (x,y) `elem` g || (y,x) `elem` g

Otras soluciones

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Soluciones

Pensamiento

«La elegancia de un teorema es directamente proporcional al número de ideas que puedes ver en él e inversamente proporcional al esfuerzo que requiere verlas.»

George Pólya.

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Átomos de FNC (fórmulas en forma normal conjuntiva)

José A. Alonso, ,

Nota: En este ejercicio usaremos las mismas notaciones que en el anterior importando el módulo Evaluacion_de_FNC.

Definir las siguientes funciones

    atomosClausula :: Clausula -> [Atomo]
    atomosFNC      :: FNC -> [Atomo]

tales que

  • (atomosClausula c) es el conjunto de los átomos de la cláusula c. Por ejemplo, 
     atomosClausula [3,1,-3] == [1,3]
  • (atomosFNC f) es el conjunto de los átomos de la FNC f. Por ejemplo,
   atomosFNC [[4,5],[1,-2],[-4,-1,-5]]  ==  [1,2,4,5]

Nota: Escribir la solución en el módulo Atomos_de_FNC para poderlo usar en los siguientes ejercicios.

Soluciones

module Atomos_de_FNC where
 
import Evaluacion_de_FNC
import Data.List (sort, nub)
 
-- 1ª definición de atomosClausula
atomosClausula :: Clausula -> [Atomo]
atomosClausula c = sort (nub (map abs c))
 
-- 2ª definición de atomosClausula
atomosClausula2 :: Clausula -> [Atomo]
atomosClausula2 = sort . nub . map abs
 
-- 1ª definición de atomosFNC
atomosFNC :: FNC -> [Atomo]
atomosFNC f = sort (nub (concat [atomosClausula c | c <- f]))
 
-- 2ª definición
atomosFNC2 :: FNC -> [Atomo]
atomosFNC2 f = sort (nub (concatMap atomosClausula f))
 
-- 3ª definición
atomosFNC3 :: FNC -> [Atomo]
atomosFNC3 = sort . nub . concatMap atomosClausula

Otras soluciones

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Pensamiento

«La esencia de las matemáticas es su libertad.»

Georg Cantor.

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