Data.List

Producto de los elementos de la diagonal principal

PorJosé A. Alonso 3-febrero-202215-abril-2022

Las matrices se pueden representar como lista de listas de la misma longitud, donde cada uno de sus elementos representa una fila de la matriz.

Definir la función

   productoDiagonalPrincipal :: Num a => [[a]] -> a

1	productoDiagonalPrincipal :: Num a => [[a]] -> a

tal que (productoDiagonalPrincipal xss) es el producto de los elementos de la diagonal principal de la matriz cuadrada xss. Por ejemplo,

   productoDiagonal1 [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,8]]  ==  168
   productoDiagonal1 (replicate 5 [1..5])       ==  120
   length (show (productoDiagonal3 (replicate 30000 [1..30000])))  ==  121288

productoDiagonal1 [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,8]] == 168

productoDiagonal1 (replicate 5 [1..5]) == 120

length (show (productoDiagonal3 (replicate 30000 [1..30000]))) == 121288

Soluciones

import Data.List (genericReplicate)

-- 1ª solución
-- ===========

productoDiagonal1 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal1 xss = product (diagonal1 xss)

-- (diagonal1 xss) es la diagonal de la matriz xss. Por ejemplo,
--    diagonal1 [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,0]]  ==  [3,7,0]
--    diagonal1 [[3,5],[4,7],[6,9]]        ==  [3,7]
--    diagonal1 [[3,5,2],[4,7,1]]          ==  [3,7]
diagonal1 :: [[a]] -> [a]
diagonal1 ((x:_):xss) = x : diagonal1 (map tail xss)
diagonal1 _           = []

-- 2ª solución
-- ===========

productoDiagonal2 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal2 = product . diagonal1

-- 3ª solución
-- ===========

productoDiagonal3 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal3 = product . diagonal3

diagonal3 :: [[a]] -> [a]
diagonal3 xss = [xs !! k | (xs,k) <- zip xss [0..n]]
  where n = length (head xss) - 1

-- 4ª solución
-- ===========

productoDiagonal4 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal4 []          = 1
productoDiagonal4 [[]]        = 1
productoDiagonal4 ((x:_):xss) = x * productoDiagonal4 (map tail xss)

-- 5ª solución
-- ===========

productoDiagonal5 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal5 xss = product (zipWith (!!) xss [0..k])
  where m = length xss
        n = length (head xss)
        k = min m n - 1

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

ejemplo :: Integer -> [[Integer]]
ejemplo n = genericReplicate n [1..n]

-- La comparación es
--    λ> length (show (productoDiagonal1 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (1.23 secs, 3,396,129,424 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal2 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (0.94 secs, 3,396,127,680 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal3 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (0.09 secs, 44,841,864 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal4 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (0.96 secs, 3,614,137,840 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal5 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (0.07 secs, 44,168,984 bytes)
--
--    λ> length (show (productoDiagonal3 (ejemplo 70000)))
--    308760
--    (8.26 secs, 5,359,752,408 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal5 (ejemplo 70000)))
--    308760
--    (9.34 secs, 5,353,035,656 bytes)

import Data.List (genericReplicate)

-- 1ª solución

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

productoDiagonal1 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal1 xss = product (diagonal1 xss)

-- (diagonal1 xss) es la diagonal de la matriz xss. Por ejemplo,

-- diagonal1 [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,0]] == [3,7,0]

-- diagonal1 [[3,5],[4,7],[6,9]] == [3,7]

-- diagonal1 [[3,5,2],[4,7,1]] == [3,7]

diagonal1 :: [[a]] -> [a]

diagonal1 ((x:_):xss) = x : diagonal1 (map tail xss)

diagonal1 _ = []

-- 2ª solución

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

productoDiagonal2 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal2 = product . diagonal1

-- 3ª solución

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

productoDiagonal3 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal3 = product . diagonal3

diagonal3 :: [[a]] -> [a]

diagonal3 xss = [xs !! k | (xs,k) <- zip xss [0..n]]

where n = length (head xss) - 1

-- 4ª solución

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

productoDiagonal4 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal4 [] = 1

productoDiagonal4 [[]] = 1

productoDiagonal4 ((x:_):xss) = x * productoDiagonal4 (map tail xss)

-- 5ª solución

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

productoDiagonal5 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal5 xss = product (zipWith (!!) xss [0..k])

where m = length xss

n = length (head xss)

k = min m n - 1

-- Comparación de eficiencia

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

ejemplo :: Integer -> [[Integer]]

ejemplo n = genericReplicate n [1..n]

-- La comparación es

-- λ> length (show (productoDiagonal1 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (1.23 secs, 3,396,129,424 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal2 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (0.94 secs, 3,396,127,680 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal3 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (0.09 secs, 44,841,864 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal4 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (0.96 secs, 3,614,137,840 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal5 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (0.07 secs, 44,168,984 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal3 (ejemplo 70000)))

-- 308760

-- (8.26 secs, 5,359,752,408 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal5 (ejemplo 70000)))

-- 308760

-- (9.34 secs, 5,353,035,656 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

Sistema factorádico de numeración

PorJosé A. Alonso 28-enero-202215-abril-2022

El sistema factorádico es un sistema numérico basado en factoriales en el que el n-ésimo dígito, empezando desde la derecha, debe ser multiplicado por n! Por ejemplo, el número «341010» en el sistema factorádico es 463 en el sistema decimal ya que

   3×5! + 4×4! + 1×3! + 0×2! + 1×1! + 0×0! = 463

1	3×5! + 4×4! + 1×3! + 0×2! + 1×1! + 0×0! = 463

En este sistema numérico, el dígito de más a la derecha es siempre 0, el segundo 0 o 1, el tercero 0,1 o 2 y así sucesivamente.

Con los dígitos del 0 al 9 el mayor número que podemos codificar es el 10!-1 = 3628799. En cambio, si lo ampliamos con las letras A a Z podemos codificar hasta 36!-1 = 37199332678990121746799944815083519999999910.

Definir las funciones

   factoradicoAdecimal :: String -> Integer
   decimalAfactoradico :: Integer -> String

1 2	factoradicoAdecimal :: String -> Integer decimalAfactoradico :: Integer -> String

tales que

(factoradicoAdecimal cs) es el número decimal correspondiente al número factorádico cs. Por ejemplo,

     λ> decimalAfactoradico 463
     "341010"
     λ> decimalAfactoradico 2022
     "2441000"
     λ> decimalAfactoradico 36288000
     "A0000000000"
     λ> map decimalAfactoradico [1..10]
     ["10","100","110","200","210","1000","1010","1100","1110","1200"]
     λ> decimalAfactoradico 37199332678990121746799944815083519999999
     "3KXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA9876543210"

λ> decimalAfactoradico 463

"341010"

λ> decimalAfactoradico 2022

"2441000"

λ> decimalAfactoradico 36288000

"A0000000000"

λ> map decimalAfactoradico [1..10]

["10","100","110","200","210","1000","1010","1100","1110","1200"]

λ> decimalAfactoradico 37199332678990121746799944815083519999999

"3KXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA9876543210"

(decimalAfactoradico n) es el número factorádico correpondiente al número decimal n. Por ejemplo,

     λ> factoradicoAdecimal "341010"
     463
     λ> factoradicoAdecimal "2441000"
     2022
     λ> factoradicoAdecimal "A0000000000"
     36288000
     λ> map factoradicoAdecimal ["10","100","110","200","210","1000","1010","1100","1110","1200"]
     [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]
     λ> factoradicoAdecimal "3KXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA9876543210"
     37199332678990121746799944815083519999999

λ> factoradicoAdecimal "341010"

463

λ> factoradicoAdecimal "2441000"

2022

λ> factoradicoAdecimal "A0000000000"

36288000

λ> map factoradicoAdecimal ["10","100","110","200","210","1000","1010","1100","1110","1200"]

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

λ> factoradicoAdecimal "3KXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA9876543210"

37199332678990121746799944815083519999999

Comprobar con QuickCheck que, para cualquier entero positivo n,

   factoradicoAdecimal (decimalAfactoradico n) == n

1	factoradicoAdecimal (decimalAfactoradico n) == n

Soluciones

{-# LANGUAGE TupleSections #-}

import Data.List (genericIndex, genericLength)
import qualified Data.Map as M
import Test.QuickCheck
import Test.Hspec

-- 1ª solución
-- ===========

factoradicoAdecimal1 :: String -> Integer
factoradicoAdecimal1 cs = sum (zipWith (*) xs ys)
  where xs = map caracterAentero cs
        n  = length cs
        ys = reverse (take n facts)

-- (caracterAentero c) es la posición del carácter c en la lista de
-- caracteres ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. Por ejemplo,
--    caracterAentero '0'  ==  0
--    caracterAentero '1'  ==  1
--    caracterAentero '9'  ==  9
--    caracterAentero 'A'  ==  10
--    caracterAentero 'B'  ==  11
--    caracterAentero 'Z'  ==  35
caracterAentero :: Char -> Integer
caracterAentero c =
  head [n | (n,x) <- zip [0..] caracteres, x == c]

-- caracteres es la lista de caracteres
-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']
caracteres :: String
caracteres = ['0'..'9'] ++ ['A'..'Z']

-- facts es la lista de los factoriales. Por ejemplo,
--    λ> take 12 facts
--    [1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880,3628800,39916800]
facts :: [Integer]
facts = scanl (*) 1 [1..]

decimalAfactoradico1 :: Integer -> String
decimalAfactoradico1 n = aux n (reverse (takeWhile (<=n) facts))
  where aux 0 xs     = ['0' | _ <- xs]
        aux m (x:xs) = enteroAcaracter (m `div` x) : aux (m `mod` x) xs

-- (enteroAcaracter k) es el k-ésimo elemento de la lista
-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. . Por ejemplo,
--    enteroAcaracter 0   ==  '0'
--    enteroAcaracter 1   ==  '1'
--    enteroAcaracter 9   ==  '9'
--    enteroAcaracter 10  ==  'A'
--    enteroAcaracter 11  ==  'B'
--    enteroAcaracter 35  ==  'Z'
enteroAcaracter :: Integer -> Char
enteroAcaracter k = caracteres `genericIndex` k

-- 2ª solución
-- ===========

factoradicoAdecimal2 :: String -> Integer
factoradicoAdecimal2 cs = sum (zipWith (*) xs ys)
    where xs = map caracterAentero2 cs
          n  = length cs
          ys = reverse (take n facts)

-- (caracterAentero2 c) es la posición del carácter c en la lista de
-- caracteres ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. Por ejemplo,
--    caracterAentero2 '0'  ==  0
--    caracterAentero2 '1'  ==  1
--    caracterAentero2 '9'  ==  9
--    caracterAentero2 'A'  ==  10
--    caracterAentero2 'B'  ==  11
--    caracterAentero2 'Z'  ==  35
caracterAentero2 :: Char -> Integer
caracterAentero2 c = caracteresEnteros M.! c

-- caracteresEnteros es el diccionario cuyas claves son los caracteres y
-- las claves son los números de 0 a 35.
caracteresEnteros :: M.Map Char Integer
caracteresEnteros = M.fromList (zip (['0'..'9'] ++ ['A'..'Z']) [0..])

decimalAfactoradico2 :: Integer -> String
decimalAfactoradico2 n = aux n (reverse (takeWhile (<=n) facts))
    where aux 0 xs     = ['0' | _ <- xs]
          aux m (x:xs) = enteroAcaracter2 (m `div` x) : aux (m `mod` x) xs

-- (enteroAcaracter2 k) es el k-ésimo elemento de la lista
-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. . Por ejemplo,
--    enteroAcaracter2 0   ==  '0'
--    enteroAcaracter2 1   ==  '1'
--    enteroAcaracter2 9   ==  '9'
--    enteroAcaracter2 10  ==  'A'
--    enteroAcaracter2 11  ==  'B'
--    enteroAcaracter2 35  ==  'Z'
enteroAcaracter2 :: Integer -> Char
enteroAcaracter2 k = enterosCaracteres M.! k

-- enterosCaracteres es el diccionario cuyas claves son los número de 0
-- a 35 y las claves son los caracteres.
enterosCaracteres :: M.Map Integer Char
enterosCaracteres = M.fromList (zip [0..] caracteres)

-- 3ª solución
-- ===========

factoradicoAdecimal3 :: String -> Integer
factoradicoAdecimal3 cs =
  sum (zipWith (*) facts (reverse (map caracterAentero3 cs)))

-- (caracterAentero3 c) es la posición del carácter c en la lista de
-- caracteres ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. Por ejemplo,
--    caracterAentero3 '0'  ==  0
--    caracterAentero3 '1'  ==  1
--    caracterAentero3 '9'  ==  9
--    caracterAentero3 'A'  ==  10
--    caracterAentero3 'B'  ==  11
--    caracterAentero3 'Z'  ==  35
caracterAentero3 :: Char -> Integer
caracterAentero3 c =
  genericLength (takeWhile (/= c) caracteres)

decimalAfactoradico3 :: Integer -> String
decimalAfactoradico3 n = aux "" 2 (n, 0)
  where aux s _ (0, 0) = s
        aux s n (d, r) = aux (enteroAcaracter3 r: s) (n + 1) (d `divMod` n)

-- (enteroAcaracter3 k) es el k-ésimo elemento de la lista
-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. . Por ejemplo,
--    enteroAcaracter3 0   ==  '0'
--    enteroAcaracter3 1   ==  '1'
--    enteroAcaracter3 9   ==  '9'
--    enteroAcaracter3 10  ==  'A'
--    enteroAcaracter3 11  ==  'B'
--    enteroAcaracter3 35  ==  'Z'
enteroAcaracter3 :: Integer -> Char
enteroAcaracter3 n =
  caracteres !! (fromInteger n)

-- 4ª solución
-- ===========

factoradicoAdecimal4 :: String -> Integer
factoradicoAdecimal4 =
  sum . zipWith (*) facts . reverse . map caracterAentero4

-- (caracterAentero4 c) es la posición del carácter c en la lista de
-- caracteres ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. Por ejemplo,
--    caracterAentero4 '0'  ==  0
--    caracterAentero4 '1'  ==  1
--    caracterAentero4 '9'  ==  9
--    caracterAentero4 'A'  ==  10
--    caracterAentero4 'B'  ==  11
--    caracterAentero4 'Z'  ==  35
caracterAentero4 :: Char -> Integer
caracterAentero4 =
  genericLength . flip takeWhile caracteres . (/=)

decimalAfactoradico4 :: Integer -> String
decimalAfactoradico4 = f "" 2 . (, 0)
  where f s _ (0, 0) = s
        f s n (d, r) = f (enteroAcaracter4 r: s) (n + 1) (d `divMod` n)

-- (enteroAcaracter4 k) es el k-ésimo elemento de la lista
-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. . Por ejemplo,
--    enteroAcaracter4 0   ==  '0'
--    enteroAcaracter4 1   ==  '1'
--    enteroAcaracter4 9   ==  '9'
--    enteroAcaracter4 10  ==  'A'
--    enteroAcaracter4 11  ==  'B'
--    enteroAcaracter4 35  ==  'Z'
enteroAcaracter4 :: Integer -> Char
enteroAcaracter4 = (caracteres `genericIndex`)

-- Propiedad de inverso
-- ====================

prop_factoradico :: Integer -> Property
prop_factoradico n =
  n >= 0 ==>
  factoradicoAdecimal1 (decimalAfactoradico1 n) == n &&
  factoradicoAdecimal2 (decimalAfactoradico2 n) == n &&
  factoradicoAdecimal3 (decimalAfactoradico3 n) == n &&
  factoradicoAdecimal4 (decimalAfactoradico4 n) == n

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

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

-- La comparación es
--    λ> length (decimalAfactoradico1 (10^300000))
--    68191
--    (2.46 secs, 9,088,634,744 bytes)
--    λ> length (decimalAfactoradico2 (10^300000))
--    68191
--    (2.36 secs, 9,088,634,800 bytes)
--    λ> length (decimalAfactoradico3 (10^300000))
--    68191
--    (2.18 secs, 4,490,856,416 bytes)
--    λ> length (decimalAfactoradico4 (10^300000))
--    68191
--    (1.98 secs, 4,490,311,536 bytes)
--
--    λ> length (show (factoradicoAdecimal1 (show (10^50000))))
--    213237
--    (0.93 secs, 2,654,156,680 bytes)
--    λ> length (show (factoradicoAdecimal2 (show (10^50000))))
--    213237
--    (0.51 secs, 2,633,367,168 bytes)
--    λ> length (show (factoradicoAdecimal3 (show (10^50000))))
--    213237
--    (0.93 secs, 2,635,792,192 bytes)
--    λ> length (show (factoradicoAdecimal4 (show (10^50000))))
--    213237
--    (0.43 secs, 2,636,996,848 bytes)

100

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210

211

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213

214

215

216

{-# LANGUAGE TupleSections #-}

import Data.List (genericIndex, genericLength)

import qualified Data.Map as M

import Test.QuickCheck

import Test.Hspec

-- 1ª solución

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

factoradicoAdecimal1 :: String -> Integer

factoradicoAdecimal1 cs = sum (zipWith (*) xs ys)

where xs = map caracterAentero cs

n = length cs

ys = reverse (take n facts)

-- (caracterAentero c) es la posición del carácter c en la lista de

-- caracteres ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. Por ejemplo,

-- caracterAentero '0' == 0

-- caracterAentero '1' == 1

-- caracterAentero '9' == 9

-- caracterAentero 'A' == 10

-- caracterAentero 'B' == 11

-- caracterAentero 'Z' == 35

caracterAentero :: Char -> Integer

caracterAentero c =

head [n | (n,x) <- zip [0..] caracteres, x == c]

-- caracteres es la lista de caracteres

-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']

caracteres :: String

caracteres = ['0'..'9'] ++ ['A'..'Z']

-- facts es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- λ> take 12 facts

-- [1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880,3628800,39916800]

facts :: [Integer]

facts = scanl (*) 1 [1..]

decimalAfactoradico1 :: Integer -> String

decimalAfactoradico1 n = aux n (reverse (takeWhile (<=n) facts))

where aux 0 xs = ['0' | _ <- xs]

aux m (x:xs) = enteroAcaracter (m `div` x) : aux (m `mod` x) xs

-- (enteroAcaracter k) es el k-ésimo elemento de la lista

-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. . Por ejemplo,

-- enteroAcaracter 0 == '0'

-- enteroAcaracter 1 == '1'

-- enteroAcaracter 9 == '9'

-- enteroAcaracter 10 == 'A'

-- enteroAcaracter 11 == 'B'

-- enteroAcaracter 35 == 'Z'

enteroAcaracter :: Integer -> Char

enteroAcaracter k = caracteres `genericIndex` k

-- 2ª solución

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

factoradicoAdecimal2 :: String -> Integer

factoradicoAdecimal2 cs = sum (zipWith (*) xs ys)

where xs = map caracterAentero2 cs

n = length cs

ys = reverse (take n facts)

-- (caracterAentero2 c) es la posición del carácter c en la lista de

-- caracteres ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. Por ejemplo,

-- caracterAentero2 '0' == 0

-- caracterAentero2 '1' == 1

-- caracterAentero2 '9' == 9

-- caracterAentero2 'A' == 10

-- caracterAentero2 'B' == 11

-- caracterAentero2 'Z' == 35

caracterAentero2 :: Char -> Integer

caracterAentero2 c = caracteresEnteros M.! c

-- caracteresEnteros es el diccionario cuyas claves son los caracteres y

-- las claves son los números de 0 a 35.

caracteresEnteros :: M.Map Char Integer

caracteresEnteros = M.fromList (zip (['0'..'9'] ++ ['A'..'Z']) [0..])

decimalAfactoradico2 :: Integer -> String

decimalAfactoradico2 n = aux n (reverse (takeWhile (<=n) facts))

where aux 0 xs = ['0' | _ <- xs]

aux m (x:xs) = enteroAcaracter2 (m `div` x) : aux (m `mod` x) xs

-- (enteroAcaracter2 k) es el k-ésimo elemento de la lista

-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. . Por ejemplo,

-- enteroAcaracter2 0 == '0'

-- enteroAcaracter2 1 == '1'

-- enteroAcaracter2 9 == '9'

-- enteroAcaracter2 10 == 'A'

-- enteroAcaracter2 11 == 'B'

-- enteroAcaracter2 35 == 'Z'

enteroAcaracter2 :: Integer -> Char

enteroAcaracter2 k = enterosCaracteres M.! k

-- enterosCaracteres es el diccionario cuyas claves son los número de 0

-- a 35 y las claves son los caracteres.

enterosCaracteres :: M.Map Integer Char

enterosCaracteres = M.fromList (zip [0..] caracteres)

-- 3ª solución

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

factoradicoAdecimal3 :: String -> Integer

factoradicoAdecimal3 cs =

sum (zipWith (*) facts (reverse (map caracterAentero3 cs)))

-- (caracterAentero3 c) es la posición del carácter c en la lista de

-- caracteres ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. Por ejemplo,

-- caracterAentero3 '0' == 0

-- caracterAentero3 '1' == 1

-- caracterAentero3 '9' == 9

-- caracterAentero3 'A' == 10

-- caracterAentero3 'B' == 11

-- caracterAentero3 'Z' == 35

caracterAentero3 :: Char -> Integer

caracterAentero3 c =

genericLength (takeWhile (/= c) caracteres)

decimalAfactoradico3 :: Integer -> String

decimalAfactoradico3 n = aux "" 2 (n, 0)

where aux s _ (0, 0) = s

aux s n (d, r) = aux (enteroAcaracter3 r: s) (n + 1) (d `divMod` n)

-- (enteroAcaracter3 k) es el k-ésimo elemento de la lista

-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. . Por ejemplo,

-- enteroAcaracter3 0 == '0'

-- enteroAcaracter3 1 == '1'

-- enteroAcaracter3 9 == '9'

-- enteroAcaracter3 10 == 'A'

-- enteroAcaracter3 11 == 'B'

-- enteroAcaracter3 35 == 'Z'

enteroAcaracter3 :: Integer -> Char

enteroAcaracter3 n =

caracteres !! (fromInteger n)

-- 4ª solución

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

factoradicoAdecimal4 :: String -> Integer

factoradicoAdecimal4 =

sum . zipWith (*) facts . reverse . map caracterAentero4

-- (caracterAentero4 c) es la posición del carácter c en la lista de

-- caracteres ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. Por ejemplo,

-- caracterAentero4 '0' == 0

-- caracterAentero4 '1' == 1

-- caracterAentero4 '9' == 9

-- caracterAentero4 'A' == 10

-- caracterAentero4 'B' == 11

-- caracterAentero4 'Z' == 35

caracterAentero4 :: Char -> Integer

caracterAentero4 =

genericLength . flip takeWhile caracteres . (/=)

decimalAfactoradico4 :: Integer -> String

decimalAfactoradico4 = f "" 2 . (, 0)

where f s _ (0, 0) = s

f s n (d, r) = f (enteroAcaracter4 r: s) (n + 1) (d `divMod` n)

-- (enteroAcaracter4 k) es el k-ésimo elemento de la lista

-- ['0', '1',..., '9', 'A', 'B',..., 'Z']. . Por ejemplo,

-- enteroAcaracter4 0 == '0'

-- enteroAcaracter4 1 == '1'

-- enteroAcaracter4 9 == '9'

-- enteroAcaracter4 10 == 'A'

-- enteroAcaracter4 11 == 'B'

-- enteroAcaracter4 35 == 'Z'

enteroAcaracter4 :: Integer -> Char

enteroAcaracter4 = (caracteres `genericIndex`)

-- Propiedad de inverso

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

prop_factoradico :: Integer -> Property

prop_factoradico n =

n >= 0 ==>

factoradicoAdecimal1 (decimalAfactoradico1 n) == n &&

factoradicoAdecimal2 (decimalAfactoradico2 n) == n &&

factoradicoAdecimal3 (decimalAfactoradico3 n) == n &&

factoradicoAdecimal4 (decimalAfactoradico4 n) == n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_factoradico

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> length (decimalAfactoradico1 (10^300000))

-- 68191

-- (2.46 secs, 9,088,634,744 bytes)

-- λ> length (decimalAfactoradico2 (10^300000))

-- 68191

-- (2.36 secs, 9,088,634,800 bytes)

-- λ> length (decimalAfactoradico3 (10^300000))

-- 68191

-- (2.18 secs, 4,490,856,416 bytes)

-- λ> length (decimalAfactoradico4 (10^300000))

-- 68191

-- (1.98 secs, 4,490,311,536 bytes)

-- λ> length (show (factoradicoAdecimal1 (show (10^50000))))

-- 213237

-- (0.93 secs, 2,654,156,680 bytes)

-- λ> length (show (factoradicoAdecimal2 (show (10^50000))))

-- 213237

-- (0.51 secs, 2,633,367,168 bytes)

-- λ> length (show (factoradicoAdecimal3 (show (10^50000))))

-- 213237

-- (0.93 secs, 2,635,792,192 bytes)

-- λ> length (show (factoradicoAdecimal4 (show (10^50000))))

-- 213237

-- (0.43 secs, 2,636,996,848 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

Caminos en un grafo

PorJosé A. Alonso 17-mayo-201726-marzo-2022

Definir las funciones

   grafo   :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int
   caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

1 2	grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

tales que

(grafo as) es el grafo no dirigido definido cuyas aristas son as. Por ejemplo,

     ghci> grafo [(2,4),(4,5)]
     G ND (array (2,5) [(2,[(4,0)]),(3,[]),(4,[(2,0),(5,0)]),(5,[(4,0)])])

1 2	ghci> grafo [(2,4),(4,5)] G ND (array (2,5) [(2,[(4,0)]),(3,[]),(4,[(2,0),(5,0)]),(5,[(4,0)])])

(caminos g a b) es la lista los caminos en el grafo g desde a hasta b sin pasar dos veces por el mismo nodo. Por ejemplo,

     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 7)
     [[1,3,5,7],[1,3,7]]
     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 2 7)
     [[2,5,3,7],[2,5,7]]
     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 2)
     [[1,3,5,2],[1,3,7,5,2]]
     ghci> caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 4
     []
     ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
     109601

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 7)

[[1,3,5,7],[1,3,7]]

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 2 7)

[[2,5,3,7],[2,5,7]]

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 2)

[[1,3,5,2],[1,3,7,5,2]]

ghci> caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 4

[]

ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

109601

Nota: Este ejercicio debe realizarse usando únicamente las funciones de la librería de grafos (I1M.Grafo) que se describe aquí y se encuentra aquí.

Soluciones

[schedule expon=’2017-05-24′ expat=»06:00″]

Las soluciones se pueden escribir en los comentarios hasta el 24 de mayo.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

[/schedule]

[schedule on=’2017-05-24′ at=»06:00″]

import Data.List (sort)
import I1M.Grafo
import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int
grafo as = creaGrafo ND (m,n) [(x,y,0) | (x,y) <- as]
    where ns = map fst as ++ map snd as
          m  = minimum ns
          n  = maximum ns

-- 1ª solución
-- ===========

caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]
caminos g a b = aux [[b]] where 
    aux [] = []
    aux ((x:xs):yss)
        | x == a    = (x:xs) : aux yss
        | otherwise = aux ([z:x:xs | z <- adyacentes g x
                                   , z `notElem` (x:xs)] 
                           ++ yss) 

-- 2ª solución (mediante espacio de estados)
-- =========================================

caminos2 :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]
caminos2 g a b = buscaEE sucesores esFinal inicial
    where inicial          = [b]
          sucesores (x:xs) = [z:x:xs | z <- adyacentes g x
                                     , z `notElem` (x:xs)] 
          esFinal (x:xs)   = x == a

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

--    ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
--    109601
--    (3.57 secs, 500533816 bytes)
--    ghci> length (caminos2 (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
--    109601
--    (3.53 secs, 470814096 bytes)

import Data.List (sort)

import I1M.Grafo

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int

grafo as = creaGrafo ND (m,n) [(x,y,0) | (x,y) <- as]

where ns = map fst as ++ map snd as

m = minimum ns

n = maximum ns

-- 1ª solución

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

caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

caminos g a b = aux [[b]] where

aux [] = []

aux ((x:xs):yss)

| x == a = (x:xs) : aux yss

| otherwise = aux ([z:x:xs | z <- adyacentes g x

, z `notElem` (x:xs)]

++ yss)

-- 2ª solución (mediante espacio de estados)

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

caminos2 :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

caminos2 g a b = buscaEE sucesores esFinal inicial

where inicial = [b]

sucesores (x:xs) = [z:x:xs | z <- adyacentes g x

, z `notElem` (x:xs)]

esFinal (x:xs) = x == a

-- Comparación de eficiencia

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

-- ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

-- 109601

-- (3.57 secs, 500533816 bytes)

-- ghci> length (caminos2 (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

-- 109601

-- (3.53 secs, 470814096 bytes)

[/schedule]

Problema del dominó

PorJosé A. Alonso 16-mayo-201726-marzo-2022

Las fichas del dominó se pueden representar por pares de números enteros. El problema del dominó consiste en colocar todas las fichas de una lista dada de forma que el segundo número de cada ficha coincida con el primero de la siguiente.

Definir la función

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

1	domino :: [(Int,Int)] -> [[(Int,Int)]]

tal que (domino fs) es la lista de las soluciones del problema del dominó correspondiente a las fichas fs. Por ejemplo,

   λ> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]
   [[(4,1),(1,2),(2,3)],[(3,2),(2,1),(1,4)]]
   λ> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]
   [[(4,1),(1,1),(1,2)],[(2,1),(1,1),(1,4)]]
   λ> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]
   [[(1,2),(2,3),(3,4)]]
   λ> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]
   []
   λ> domino [(x,y) | x <- [1..2], y <- [x..2]]
   [[(2,2),(2,1),(1,1)],[(1,1),(1,2),(2,2)]]
   λ> [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]]
   [(1,1),(1,2),(1,3),(2,2),(2,3),(3,3)]
   λ> mapM_ print (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])
   [(1,3),(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1)]
   [(1,2),(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1)]
   [(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2)]
   [(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3)]
   [(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2)]
   [(2,1),(1,1),(1,3),(3,3),(3,2),(2,2)]
   [(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3)]
   [(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3),(3,3)]
   [(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3),(3,3)]
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])
   9
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..4], y <- [x..4]])
   0
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..5], y <- [x..5]])
   84480

λ> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]

[[(4,1),(1,2),(2,3)],[(3,2),(2,1),(1,4)]]

λ> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]

[[(4,1),(1,1),(1,2)],[(2,1),(1,1),(1,4)]]

λ> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]

[[(1,2),(2,3),(3,4)]]

λ> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]

[]

λ> domino [(x,y) | x <- [1..2], y <- [x..2]]

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

λ> [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]]

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

λ> mapM_ print (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])

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

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

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

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

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

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

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

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

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

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..4], y <- [x..4]])

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..5], y <- [x..5]])

84480

Soluciones

[schedule expon=’2017-05-23′ expat=»06:00″]

Las soluciones se pueden escribir en los comentarios hasta el 23 de mayo.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

[/schedule]

[schedule on=’2017-05-23′ at=»06:00″]

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)
import Data.List (delete)

-- 1ª solución (por búsqueda en anchura)
-- =====================================

-- Las fichas son pares de números enteros.
type Ficha  = (Int,Int)

-- Un problema está definido por la lista de fichas que hay que colocar
type Problema = [Ficha]

-- Los estados son los pares formados por la listas sin colocar y las
-- colocadas. 
type Estado = ([Ficha],[Ficha])

-- (inicial p) es el estado inicial del problema p.
inicial :: Problema -> Estado
inicial p = (p,[])

-- (es final e) se verifica si e es un estado final.
esFinal :: Estado -> Bool
esFinal (fs,_) = null fs 

sucesores :: Estado -> [Estado]
sucesores (fs,[]) =
  [(delete f fs, [f]) | f <- fs]
sucesores (fs,n@((x,y):qs)) =
  [(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u /= v, v == x] ++
  [(delete (u,v) fs,(v,u):n) | (u,v) <- fs, u /= v, u == x] ++
  [(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u == v, u == x] 

soluciones :: Problema -> [Estado]
soluciones p = busca [(inicial p)]
  where
    busca []        = []
    busca (e:es)  
      | esFinal e = e : busca es
      | otherwise = busca (es ++ sucesores e)

domino :: Problema -> [[Ficha]]
domino ps = map snd (soluciones ps)
      
-- 2ª solución (por búsqueda en profundidad)
-- =========================================

soluciones2 :: Problema -> [Estado]
soluciones2 p = busca [(inicial p)]
  where
    busca []        = []
    busca (e:es)  
      | esFinal e = e : busca es
      | otherwise = busca (sucesores e ++ es)

domino2 :: Problema -> [[Ficha]]
domino2 ps = map snd (soluciones2 ps)
      
-- 3ª solución (con I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados)
-- =================================================

domino3 :: Problema -> [[Ficha]]
domino3 ps = map snd (soluciones3 ps)

soluciones3 :: Problema -> [Estado]
soluciones3 ps = buscaEE sucesores
                         esFinal         
                         (inicial ps)

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)

import Data.List (delete)

-- 1ª solución (por búsqueda en anchura)

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

-- Las fichas son pares de números enteros.

type Ficha = (Int,Int)

-- Un problema está definido por la lista de fichas que hay que colocar

type Problema = [Ficha]

-- Los estados son los pares formados por la listas sin colocar y las

-- colocadas.

type Estado = ([Ficha],[Ficha])

-- (inicial p) es el estado inicial del problema p.

inicial :: Problema -> Estado

inicial p = (p,[])

-- (es final e) se verifica si e es un estado final.

esFinal :: Estado -> Bool

esFinal (fs,_) = null fs

sucesores :: Estado -> [Estado]

sucesores (fs,[]) =

[(delete f fs, [f]) | f <- fs]

sucesores (fs,n@((x,y):qs)) =

[(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u /= v, v == x] ++

[(delete (u,v) fs,(v,u):n) | (u,v) <- fs, u /= v, u == x] ++

[(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u == v, u == x]

soluciones :: Problema -> [Estado]

soluciones p = busca [(inicial p)]

where

busca [] = []

busca (e:es)

| esFinal e = e : busca es

| otherwise = busca (es ++ sucesores e)

domino :: Problema -> [[Ficha]]

domino ps = map snd (soluciones ps)

-- 2ª solución (por búsqueda en profundidad)

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

soluciones2 :: Problema -> [Estado]

soluciones2 p = busca [(inicial p)]

where

busca [] = []

busca (e:es)

| esFinal e = e : busca es

| otherwise = busca (sucesores e ++ es)

domino2 :: Problema -> [[Ficha]]

domino2 ps = map snd (soluciones2 ps)

-- 3ª solución (con I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados)

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

domino3 :: Problema -> [[Ficha]]

domino3 ps = map snd (soluciones3 ps)

soluciones3 :: Problema -> [Estado]

soluciones3 ps = buscaEE sucesores

esFinal

(inicial ps)

[/schedule]

Grafo de divisibilidad

PorJosé A. Alonso 11-mayo-201726-marzo-2022

El grafo de divisibilidad de orden n es el grafo cuyos nodos son los números naturales entre 1 y n, cuyas aristas son los pares (x,y) tales que x divide a y o y divide a x y el coste de cada arista es el cociente entre su mayos y menor elemento.

Definir las siguientes funciones:

   grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int
   coste :: Int -> Int

1 2	grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int coste :: Int -> Int

tales que

(grafoDivisibilidad n) es el grafo de divisibilidad de orden n. Por ejemplo,

      λ> grafoDivisibilidad 12
      G ND (array (1,12)
                  [(1,[(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(6,6),(7,7),
                       (8,8),(9,9),(10,10),(11,11),(12,12)]),
                   (2,[(1,2),(4,2),(6,3),(8,4),(10,5),(12,6)]),
                   (3,[(1,3),(6,2),(9,3),(12,4)]),
                   (4,[(1,4),(2,2),(8,2),(12,3)]),
                   (5,[(1,5),(10,2)]),
                   (6,[(1,6),(2,3),(3,2),(12,2)]),
                   (7,[(1,7)]),
                   (8,[(1,8),(2,4),(4,2)]),
                   (9,[(1,9),(3,3)]),
                   (10,[(1,10),(2,5),(5,2)]),
                   (11,[(1,11)]),
                   (12,[(1,12),(2,6),(3,4),(4,3),(6,2)])])

λ> grafoDivisibilidad 12

G ND (array (1,12)

[(1,[(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(6,6),(7,7),

(8,8),(9,9),(10,10),(11,11),(12,12)]),

(2,[(1,2),(4,2),(6,3),(8,4),(10,5),(12,6)]),

(3,[(1,3),(6,2),(9,3),(12,4)]),

(4,[(1,4),(2,2),(8,2),(12,3)]),

(5,[(1,5),(10,2)]),

(6,[(1,6),(2,3),(3,2),(12,2)]),

(7,[(1,7)]),

(8,[(1,8),(2,4),(4,2)]),

(9,[(1,9),(3,3)]),

(10,[(1,10),(2,5),(5,2)]),

(11,[(1,11)]),

(12,[(1,12),(2,6),(3,4),(4,3),(6,2)])])

(coste n) es el coste del árbol de expansión mínimo del grafo de divisibilidad de orden n. Por ejemplo,

      coste 12    ==  41
      coste 3000  ==  605305

1 2	coste 12 == 41 coste 3000 == 605305

Soluciones

[schedule expon=’2017-05-18′ expat=»06:00″]

Las soluciones se pueden escribir en los comentarios hasta el 18 de mayo.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

[/schedule]

[schedule on=’2017-05-18′ at=»06:00″]

import Data.Ix
import Data.List (delete, sort)
import qualified Data.Set as S
import I1M.Grafo
import I1M.Tabla

grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int
grafoDivisibilidad n =
  creaGrafo ND (1,n) [(x,y,y `div` x) | y <- [1..n]
                                      , x <- [1..y-1]
                                      , y `mod` x == 0]


-- 1ª solución (con el algoritmo de Kruskal)
-- =========================================

coste1 :: Int -> Int
coste1 n = sum [p | (p,x,y) <- kruskal (grafoDivisibilidad n)]

-- (kruskal g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Kruskal. Por ejemplo,
--    λ> kruskal (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(5,1,5),(3,3,9),(3,1,3),(2,6,12),(2,5,10),
--     (2,4,8),(2,3,6),(2,2,4),(2,1,2)]
kruskal :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
kruskal g = kruskal' cola                           -- Cola ordenada
                     (tabla [(x,x) | x <- nodos g]) -- Tabla de raices
                     []                             -- Árbol de expansión
                     ((length (nodos g)) - 1)       -- Aristas por
                                                    -- colocar
    where cola = sort [(p,x,y) | (x,y,p) <- aristas g]

kruskal' ((p,x,y):as) t ae n 
  | n==0        = ae
  | actualizado = kruskal' as t' ((p,x,y):ae) (n-1)
  | otherwise   = kruskal' as t  ae           n
  where (actualizado,t') = buscaActualiza (x,y) t

-- (raiz t n) es la raíz de n en la tabla t. Por ejemplo,
--    raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 5  == 1
--    raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 2  == 6
raiz:: Eq n => Tabla n n -> n -> n
raiz t x | v == x    = v
         | otherwise = raiz t v
         where v = valor t x

-- (buscaActualiza a t) es el par formado por False y la tabla t, si los
-- dos vértices de la arista a tienen la misma raíz en t y el par
-- formado por True y la tabla obtenida añadiéndole a t la arista
-- formada por el vértice de a de mayor raíz y la raíz del vértice de
-- a de menor raíz. Por ejemplo,
--    ghci> let t = crea [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)]
--    ghci> buscaActualiza (2,3) t
--    (True,Tbl [(1,1),(2,1),(3,1),(4,1)])
--    ghci> buscaActualiza (3,4) t
--    (False,Tbl [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)])
buscaActualiza :: (Eq n, Ord n) => (n,n) -> Tabla n n -> (Bool,Tabla n n)
buscaActualiza (x,y) t 
  | x' == y'  = (False, t) 
  | y' <  x'  = (True, modifica (x,y') t)
  | otherwise = (True, modifica (y,x') t)
  where x' = raiz t x 
        y' = raiz t y

-- 2ª solución (con el algoritmo de Prim)
-- ======================================

coste2 :: Int -> Int
coste2 n = sum [p | (p,x,y) <- prim (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,
--    λ> prim (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),
--     (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]
prim :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
prim g = prim' [n]              -- Nodos colocados
               ns               -- Nodos por colocar 
               []               -- Árbol de expansión
               (aristas g)      -- Aristas del grafo
         where (n:ns) = nodos g

prim' t [] ae as = ae
prim' t r  ae as = prim' (v':t) (delete v' r) (e:ae) as
  where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,
                                         elem u t, 
                                         elem v r]

-- 3ª solución (con el algoritmo de Prim con conjuntos)
-- ====================================================

coste3 :: Int -> Int
coste3 n = sum [p | (p,x,y) <- prim2 (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim2 g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,
--    λ> prim2 (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),
--     (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]
prim2 :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
prim2 g = prim2' (S.singleton n)  -- Nodos colocados
                 (S.fromList ns)  -- Nodos por colocar 
                 []               -- Árbol de expansión
                 (aristas g)      -- Aristas del grafo
  where (n:ns) = nodos g

prim2' t r ae as
  | S.null r  = ae
  | otherwise = prim2' (S.insert v' t)
                       (S.delete v' r)
                       (e:ae)
                       as
  where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,
                                         S.member u t, 
                                         S.member v r]

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

--    λ> coste1 400
--    14923
--    (0.08 secs, 31,336,440 bytes)
--    λ> coste2 400
--    14923
--    (4.54 secs, 220,745,608 bytes)
--    λ> coste3 400
--    14923
--    (0.69 secs, 217,031,144 bytes)

100

101

102

103

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import Data.Ix

import Data.List (delete, sort)

import qualified Data.Set as S

import I1M.Grafo

import I1M.Tabla

grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int

grafoDivisibilidad n =

creaGrafo ND (1,n) [(x,y,y `div` x) | y <- [1..n]

, x <- [1..y-1]

, y `mod` x == 0]

-- 1ª solución (con el algoritmo de Kruskal)

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

coste1 :: Int -> Int

coste1 n = sum [p | (p,x,y) <- kruskal (grafoDivisibilidad n)]

-- (kruskal g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Kruskal. Por ejemplo,

-- λ> kruskal (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(5,1,5),(3,3,9),(3,1,3),(2,6,12),(2,5,10),

-- (2,4,8),(2,3,6),(2,2,4),(2,1,2)]

kruskal :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

kruskal g = kruskal' cola -- Cola ordenada

(tabla [(x,x) | x <- nodos g]) -- Tabla de raices

[] -- Árbol de expansión

((length (nodos g)) - 1) -- Aristas por

-- colocar

where cola = sort [(p,x,y) | (x,y,p) <- aristas g]

kruskal' ((p,x,y):as) t ae n

| n==0 = ae

| actualizado = kruskal' as t' ((p,x,y):ae) (n-1)

| otherwise = kruskal' as t ae n

where (actualizado,t') = buscaActualiza (x,y) t

-- (raiz t n) es la raíz de n en la tabla t. Por ejemplo,

-- raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 5 == 1

-- raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 2 == 6

raiz:: Eq n => Tabla n n -> n -> n

raiz t x | v == x = v

| otherwise = raiz t v

where v = valor t x

-- (buscaActualiza a t) es el par formado por False y la tabla t, si los

-- dos vértices de la arista a tienen la misma raíz en t y el par

-- formado por True y la tabla obtenida añadiéndole a t la arista

-- formada por el vértice de a de mayor raíz y la raíz del vértice de

-- a de menor raíz. Por ejemplo,

-- ghci> let t = crea [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)]

-- ghci> buscaActualiza (2,3) t

-- (True,Tbl [(1,1),(2,1),(3,1),(4,1)])

-- ghci> buscaActualiza (3,4) t

-- (False,Tbl [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)])

buscaActualiza :: (Eq n, Ord n) => (n,n) -> Tabla n n -> (Bool,Tabla n n)

buscaActualiza (x,y) t

| x' == y' = (False, t)

| y' < x' = (True, modifica (x,y') t)

| otherwise = (True, modifica (y,x') t)

where x' = raiz t x

y' = raiz t y

-- 2ª solución (con el algoritmo de Prim)

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

coste2 :: Int -> Int

coste2 n = sum [p | (p,x,y) <- prim (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,

-- λ> prim (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),

-- (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]

prim :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

prim g = prim' [n] -- Nodos colocados

ns -- Nodos por colocar

[] -- Árbol de expansión

(aristas g) -- Aristas del grafo

where (n:ns) = nodos g

prim' t [] ae as = ae

prim' t r ae as = prim' (v':t) (delete v' r) (e:ae) as

where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,

elem u t,

elem v r]

-- 3ª solución (con el algoritmo de Prim con conjuntos)

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

coste3 :: Int -> Int

coste3 n = sum [p | (p,x,y) <- prim2 (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim2 g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,

-- λ> prim2 (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),

-- (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]

prim2 :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

prim2 g = prim2' (S.singleton n) -- Nodos colocados

(S.fromList ns) -- Nodos por colocar

[] -- Árbol de expansión

(aristas g) -- Aristas del grafo

where (n:ns) = nodos g

prim2' t r ae as

| S.null r = ae

| otherwise = prim2' (S.insert v' t)

(S.delete v' r)

(e:ae)

where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,

S.member u t,

S.member v r]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> coste1 400

-- 14923

-- (0.08 secs, 31,336,440 bytes)

-- λ> coste2 400

-- 14923

-- (4.54 secs, 220,745,608 bytes)

-- λ> coste3 400

-- 14923

-- (0.69 secs, 217,031,144 bytes)

[/schedule]

Producto de los elementos de la diagonal principal

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