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Etiqueta: cycle

Cálculo de pi mediante los métodos de Gregory-Leibniz y de Beeler

José A. Alonso, ,

La fórmula de Gregory-Leibniz para calcular pi es
Calculo_de_pi_mediante_los_metodos_de_Gregory-Leibniz_y_de_Beeler_1
y la de Beeler es
Calculo_de_pi_mediante_los_metodos_de_Gregory-Leibniz_y_de_Beeler_2

Definir las funciones

   aproximaPiGL     :: Int -> Double
   aproximaPiBeeler :: Int -> Double
   graficas         :: [Int] -> IO ()

tales que

  • (aproximaPiGL n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Gregory-Leibniz. Por ejemplo,
     aproximaPiGL 1       ==  4.0
     aproximaPiGL 2       ==  2.666666666666667
     aproximaPiGL 3       ==  3.466666666666667
     aproximaPiGL 10      ==  3.0418396189294032
     aproximaPiGL 100     ==  3.1315929035585537
     aproximaPiGL 1000    ==  3.140592653839794
     aproximaPiGL 10000   ==  3.1414926535900345
     aproximaPiGL 100000  ==  3.1415826535897198
  • (aproximaPiBeeler n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Beeler. Por ejemplo,
     aproximaPiBeeler 1   ==  2.0
     aproximaPiBeeler 2   ==  2.6666666666666665
     aproximaPiBeeler 3   ==  2.933333333333333
     aproximaPiBeeler 10  ==  3.140578169680337
     aproximaPiBeeler 60  ==  3.141592653589793
     pi                   ==  3.141592653589793
  • (graficas xs) dibuja la gráfica de las k-ésimas aproximaciones de pi, donde k toma los valores de la lista xs, con las fórmulas de Gregory-Leibniz y de Beeler. Por ejemplo, (graficas [1..25]) dibuja
    Calculo_de_pi_mediante_los_metodos_de_Gregory-Leibniz_y_de_Beeler_3
    donde la línea morada corresponde a la aproximación de Gregory-Leibniz y la verde a la de Beeler.

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple
 
-- Definiciones de aproximaPiGL
-- ============================
 
-- 1ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL :: Int -> Double
aproximaPiGL n = 4 * (sum . take n . sumaA . zipWith (/) [1,1..]) [1,3..]
  where sumaA (x:y:xs) = x:(-y):sumaA xs
 
-- 2ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL2 :: Int -> Double
aproximaPiGL2 n =
  4 * (sum (take n (zipWith (/) (cycle [1,-1]) [1,3..])))
 
-- 3ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL3 :: Int -> Double
aproximaPiGL3 n =
  4 * (sum . take n . zipWith (/) (cycle [1,-1])) [1,3..]
 
-- 4ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL4 :: Int -> Double
aproximaPiGL4 n = serieGL !! (n-1)
 
serieGL :: [Double]
serieGL = scanl1 (+) (zipWith (/) numeradores denominadores)
  where numeradores   = cycle [4,-4]
        denominadores = [1,3..]
 
-- Definición de aproximaPiBeeler
aproximaPiBeeler :: Int -> Double
aproximaPiBeeler n = 2 * aux (fromIntegral n) 1
  where
    aux :: Double -> Double -> Double 
    aux n k | n == k    = 1
            | otherwise = 1 + (k/(2*k+1)) * aux n (1+k)
 
-- Definición de graficas
graficas :: [Int] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
             [[(k,aproximaPiGL k)     | k <- xs],
              [(k,aproximaPiBeeler k) | k <- xs]]

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>
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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"
Leer más →

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)
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
aproximacionPi3 :: Int -> Double
aproximacionPi3 x =
  3 + sum [(((-1)**(n+1))*4)/(2*n*(2*n+1)*(2*n+2))
          | n <- [1..fromIntegral x]]
 
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> aproximacionPi (10^6)
--    3.141592653589787
--    (1.35 secs, 729,373,160 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (10^6)
--    3.141592653589787
--    (2.96 secs, 2,161,766,096 bytes)
--    λ> aproximacionPi3 (10^6)
--    3.1415926535897913
--    (2.02 secs, 1,121,372,536 bytes)
 
-- Definicioń de tabla
-- ===================
 
tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = 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"

Pensamiento

Bueno es saber que los vasos
nos sirven para beber;
lo malo es que no sabemos
para que sirve la sed.

Antonio Machado

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Recorrido de árboles en espiral

José A. Alonso, ,

Los árboles se pueden representar mediante el siguiente tipo de datos

   data Arbol a = N a [Arbol a]
     deriving Show

Por ejemplo, los árboles

         1             1             1  
        /  \          / \           / \ 
       /    \        8   3         8   3
      2      3          /|\       /|\  |
     / \    / \        4 5 6     4 5 6 7
    4   5  6   7

se representan por

   ej1, ej2, ej3 :: Arbol Int
   ej1 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 3 [N 6 [], N 7 []]]
   ej2 = N 1 [N 8 [], N 3 [N 4 [], N 5 [], N 6 []]]
   ej3 = N 1 [N 8 [N 4 [], N 5 [], N 6 []], N 3 [N 7 []]]

Definir la función

   espiral :: Arbol a -> [a]

tal que (espiral x) es la lista de los nodos del árbol x recorridos en espiral; es decir, la raíz de x, los nodos del primer nivel de izquierda a derecha, los nodos del segundo nivel de derecha a izquierda y así sucesivamente. Por ejemplo,

   espiral ej1  ==  [1,2,3,7,6,5,4]
   espiral ej2  ==  [1,8,3,6,5,4]
   espiral ej3  ==  [1,8,3,7,6,5,4]

Soluciones

data Arbol a = N a [Arbol a]
  deriving Show
 
ej1, ej2, ej3 :: Arbol Int
ej1 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 3 [N 6 [], N 7 []]]
ej2 = N 1 [N 8 [], N 3 [N 4 [], N 5 [], N 6 []]]
ej3 = N 1 [N 8 [N 4 [], N 5 [], N 6 []], N 3 [N 7 []]]
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
espiral :: Arbol a -> [a]
espiral x =
  concat [f xs | (f,xs) <- zip (cycle [reverse,id]) (niveles x)]
 
-- (niveles x) es la lista de los niveles del árbol x. Por ejemplo, 
--    niveles ej1 == [[1],[8,3],[4]]
--    niveles ej2 == [[1],[8,3],[4,5,6]]
--    niveles ej3 == [[1],[8,3],[4,5,6,7]]
niveles :: Arbol a -> [[a]]
niveles x = takeWhile (not . null) [nivel n x | n <- [0..]]
 
-- (nivel n x) es el nivel de nivel n del árbol x. Por ejemplo,
--    nivel 0 ej1  ==  [1]
--    nivel 1 ej1  ==  [8,3]
--    nivel 2 ej1  ==  [4]
--    nivel 4 ej1  ==  []
nivel :: Int -> Arbol a ->  [a]
nivel 0 (N x _)  = [x]
nivel n (N _ xs) = concatMap (nivel (n-1)) xs
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
espiral2 :: Arbol a -> [a]
espiral2 = 
  concat . zipWith ($) (cycle [reverse,id]) . niveles
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
espiral3 :: Arbol a -> [a]
espiral3 = concat . zipWith ($) (cycle [reverse,id]) . niveles3
 
niveles3 :: Arbol a -> [[a]]
niveles3 t = map (map raiz)
           . takeWhile (not . null)
           . iterate (concatMap subBosque) $ [t]
 
raiz :: Arbol a -> a
raiz (N x _) = x
 
subBosque :: Arbol a -> [Arbol a]
subBosque (N _ ts) = ts
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
espiral4 :: Arbol a -> [a]
espiral4 = concat . zipWith ($) (cycle [reverse,id]) . niveles4
 
niveles4 :: Arbol a -> [[a]]
niveles4 = map (map raiz)
         . takeWhile (not . null)
         . iterate (concatMap subBosque)
         . return  
 
-- 5ª definición
-- =============
 
espiral5 :: Arbol a -> [a]
espiral5 x = concat $ zipWith ($) (cycle [reverse,id]) $ niveles5 [x]
 
niveles5 :: [Arbol a] -> [[a]]
niveles5 [] = []
niveles5 xs = a : niveles5 (concat b)
  where (a,b) = unzip $ map (\(N x y) -> (x,y)) xs
 
-- 6ª definición
-- =============
 
espiral6 :: Arbol a -> [a]
espiral6 = concat . zipWith ($) (cycle [reverse,id]) . niveles5 . return

Pensamiento

Dice la monotonía
del agua clara al caer:
un día es como otro día;
hoy es lo mismo que ayer.

Antonio Machado

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Recorrido en ZigZag

José A. Alonso, ,

El recorrido en ZigZag de una matriz consiste en pasar de la primera fila hasta la última, de izquierda a derecha en las filas impares y de derecha a izquierda en las filas pares, como se indica en la figura.

         /             \
         | 1 -> 2 -> 3 |
         |           | |
         |           v |
         | 4 <- 5 <- 6 |   =>  Recorrido ZigZag: [1,2,3,6,5,4,7,8,9]
         | |           |
         | v           |
         | 7 -> 8 -> 9 |
         \             /

Definir la función

   recorridoZigZag :: Matrix a -> [a]

tal que (recorridoZigZag m) es la lista con los elementos de la matriz m cuando se recorre esta en ZigZag. Por ejemplo,

   λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])
   [1,2,3,6,5,4,7,8,9]
   λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2],[3,4],[5,6],[7,8]])
   [1,2,4,3,5,6,8,7]
   λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2,3,4],[5,6,7,8],[9,10,11,12]])
   [1,2,3,4,8,7,6,5,9,10,11,12]
   λ> recorridoZigZag (fromList 5 4 "Cada paso es la meta")
   "Cadasap o es al meta"
   λ> recorridoZigZag (fromList 4 5 "Cada paso es la meta")
   "Cada  osapes laatem "
   λ> recorridoZigZag (fromList 10 2 "Cada paso es la meta")
   "Caad psao se l ameat"
   λ> recorridoZigZag (fromList 2 10 "Cada paso es la meta")
   "Cada paso atem al se"

Soluciones

import Data.Matrix (Matrix, toLists, fromLists, fromList)
 
recorridoZigZag :: Matrix a -> [a]
recorridoZigZag m =
  concat [f xs | (f,xs) <- zip (cycle [id,reverse]) (toLists m)]
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