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Etiqueta: Diccionarios

Operaciones con polinomios como diccionarios

Los polinomios se pueden representar mediante diccionarios con los exponentes como claves y los coeficientes como valores.

El tipo de los polinomios con coeficientes de tipo a se define por

   type Polinomio a = M.Map Int a

Dos ejemplos de polinomios (que usaremos en los ejemplos) son

   3 + 7x - 5x^3
   4 + 5x^3 + x^5

se definen por

  ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int
  ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]
  ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

Definir las funciones

   sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
   multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a
   multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

tales que

  • (sumaPol p q) es la suma de los polinomios p y q. Por ejemplo,
     λ> sumaPol ejPol1 ejPol2
     fromList [(0,7),(1,7),(5,1)]
     λ> sumaPol ejPol1 ejPol1
     fromList [(0,6),(1,14),(3,-10)]
  • (multPorTerm (n,a) p) es el producto del término ax^n por p. Por ejemplo,
     λ> multPorTerm (2,3) (M.fromList [(0,4),(2,1)])
     fromList [(2,12),(4,3)]
  • (multPol p q) es el producto de los polinomios p y q. Por ejemplo,
     λ> multPol ejPol1 ejPol2
     fromList [(0,12),(1,28),(3,-5),(4,35),(5,3),(6,-18),(8,-5)]
     λ> multPol ejPol1 ejPol1
     fromList [(0,9),(1,42),(2,49),(3,-30),(4,-70),(6,25)]
     λ> multPol ejPol2 ejPol2
     fromList [(0,16),(3,40),(5,8),(6,25),(8,10),(10,1)]

Soluciones

import qualified Data.Map as M
 
type Polinomio a = M.Map Int a 
 
ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int
ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]
ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]
 
sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
sumaPol p q = 
    M.filter (/=0) (M.unionWith (+) p q)
 
multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a
multPorTerm (n,a) p =
    M.map (*a) (M.mapKeys (+n) p)
 
multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
multPol p q
    | M.null p  = M.empty
    | otherwise = sumaPol (multPorTerm t q) (multPol r q)
    where (t,r) = M.deleteFindMin p

Diccionario inverso

El inverso de un diccionario d es el diccionario que a cada valor x le asigna la lista de claves cuyo valor en d es x. Por ejemplo, el inverso de

   [("a",3),("b",2),("c",3),("d",2),("e",1)])

es

   [(1,["e"]),(2,["d","b"]),(3,["c","a"])]

Definir la función

   inverso :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]

tal que (inverso d) es el inverso del diccionario d. Por ejemplo,

   λ> inverso (fromList [("a",3),("b",2),("c",3),("d",2),("e",1)])
   fromList [(1,["e"]),(2,["d","b"]),(3,["c","a"])]
   λ> inverso (fromList [(x,x^2) | x <- [-3,-2..3]])
   fromList [(0,[0]),(1,[1,-1]),(4,[2,-2]),(9,[3,-3])]

Soluciones

import Data.Map ( Map
                , assocs
                , deleteFindMin
                , empty
                , fromList
                , fromListWith
                , insertWith
                )
import qualified Data.Map as M 
 
 
-- 1ª definición
inverso :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]
inverso d = fromListWith (++) [(y,[x]) | (x,y) <- assocs d]
 
-- 2ª definición
inverso2 :: (Ord k, Ord v) => Map k v -> Map v [k]
inverso2 d
  | M.null d  = empty
  | otherwise = insertWith (++) y [x] (inverso2 e)
  where ((x,y),e) = deleteFindMin d

Operaciones con polinomios como diccionarios

Los polinomios se pueden representar mediante diccionarios con los exponentes como claves y los coeficientes como valores.

El tipo de los polinomios con coeficientes de tipo a se define por

   type Polinomio a = M.Map Int a

Dos ejemplos de polinomios (que usaremos en los ejemplos) son

   3 + 7x - 5x^3
   4 + 5x^3 + x^5

se definen por

  ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int
  ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]
  ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

Definir las funciones

   sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
   multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a
   multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

tales que

  • (sumaPol p q) es la suma de los polinomios p y q. Por ejemplo,
     ghci> sumaPol ejPol1 ejPol2
     fromList [(0,7),(1,7),(5,1)]
     ghci> sumaPol ejPol1 ejPol1
     fromList [(0,6),(1,14),(3,-10)]
  • (multPorTerm (n,a) p) es el producto del término ax^n por p. Por ejemplo,
     ghci> multPorTerm (2,3) (M.fromList [(0,4),(2,1)])
     fromList [(2,12),(4,3)]
  • (multPol p q) es el producto de los polinomios p y q. Por ejemplo,
     ghci> multPol ejPol1 ejPol2
     fromList [(0,12),(1,28),(3,-5),(4,35),(5,3),(6,-18),(8,-5)]
     ghci> multPol ejPol1 ejPol1
     fromList [(0,9),(1,42),(2,49),(3,-30),(4,-70),(6,25)]
     ghci> multPol ejPol2 ejPol2
     fromList [(0,16),(3,40),(5,8),(6,25),(8,10),(10,1)]

Soluciones

import qualified Data.Map as M
 
type Polinomio a = M.Map Int a 
 
ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int
ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]
ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]
 
sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
sumaPol p q = 
    M.filter (/=0) (M.unionWith (+) p q)
 
multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a
multPorTerm (n,a) p =
    M.map (*a) (M.mapKeys (+n) p)
 
multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
multPol p q
    | M.null p  = M.empty
    | otherwise = sumaPol (multPorTerm t q) (multPol r q)
    where (t,r) = M.deleteFindMin p

Agrupamiento según valores

Definir la función

   agrupa :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]

tal que (agrupa f xs) es el diccionario obtenido agrupando los elementos de xs según sus valores mediante la función f. Por ejemplo,

   ghci> agrupa length ["hoy", "ayer", "ana", "cosa"]
   fromList [(3,["hoy","ana"]),(4,["ayer","cosa"])]
   ghci> agrupa head ["claro", "ayer", "ana", "cosa"]
   fromList [('a',["ayer","ana"]),('c',["claro","cosa"])]

Soluciones

import qualified Data.List as L
import Data.Map
 
-- 1ª definición (por recursión)
agrupa1 :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]
agrupa1 _ []     = empty
agrupa1 f (x:xs) = insertWith (++) (f x) [x] (agrupa1 f xs)
 
-- 2ª definición (por plegado)
agrupa2 :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]
agrupa2 f = L.foldr (\x -> insertWith (++) (f x) [x]) empty

Distancias entre primos consecutivos

Los 15 primeros números primos son

   2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47

Las distancias entre los elementos consecutivos son

   1, 2, 2, 4, 2,  4,  2,  4,  6,  2,  6,  4,  2,  4

La distribución de las distancias es

   (1,1), (2,6), (4,5), (6,2)

(es decir, el 1 aparece una vez, el 2 aparece 6 veces, etc.) La frecuencia de las distancias es

   (1,7.142857), (2,42.857143), (4,35.714287), (6,14.285714)

(es decir, el 1 aparece el 7.142857%, el 2 el 42.857143% etc.)

Definir las funciones

  cuentaDistancias        :: Int -> [(Int,Int)]
  frecuenciasDistancias   :: Int -> [(Int,Float)]
  graficas                :: [Int] -> IO ()
  distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]

tales que

  • (cuentaDistancias n) es la distribución de distancias entre los n primeros primos consecutivos. Por ejemplo,
     λ> cuentaDistancias 15
     [(1,1),(2,6),(4,5),(6,2)]
     λ> cuentaDistancias 100
     [(1,1),(2,25),(4,26),(6,25),(8,7),(10,7),(12,4),(14,3),(18,1)]
  • (frecuenciasDistancias n) es la frecuencia de distancias entre los n primeros primos consecutivos. Por ejemplo,
     λ> frecuenciasDistancias 15
     [(1,7.142857),(2,42.857143),(4,35.714287),(6,14.285714)]
     λ> frecuenciasDistancias 30
     [(1,3.4482758),(2,34.482758),(4,34.482758),(6,24.137932),(8,3.4482758)]
  • (graficas ns) dibuja las gráficas de (frecuenciasDistancias k) para k en ns. Por ejemplo, (graficas [10,20,30]) dibuja
    Distancias_entre_primos_consecutivos1
    (graficas [1000,2000,3000]) dibuja
    Distancias_entre_primos_consecutivos2
    y (graficas [100000,200000,300000]) dibuja
    Distancias_entre_primos_consecutivos3
  • (distanciasMasFrecuentes n) es la lista de las distancias más frecuentes entre los elementos consecutivos de la lista de los n primeros primos. Por ejemplo,
     distanciasMasFrecuentes 15     ==  [2]
     distanciasMasFrecuentes 26     ==  [2,4]
     distanciasMasFrecuentes 32     ==  [4]
     distanciasMasFrecuentes 41     ==  [2,4,6]
     distanciasMasFrecuentes 77     ==  [6]
     distanciasMasFrecuentes 160    ==  [4,6]
     distanciasMasFrecuentes (10^6) == [6]

Comprobar con QuickCheck si para todo n > 160 se verifica que (distanciasMasFrecuentes n) es [6].

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import qualified Data.Map as M 
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck
 
cuentaDistancias :: Int -> [(Int,Int)]
cuentaDistancias = M.toList . dicDistancias
 
dicDistancias :: Int -> M.Map Int Int
dicDistancias n =
  M.fromListWith (+) (zip (distancias n) (repeat 1))
 
distancias :: Int -> [Int]
distancias n =
  zipWith (-) (tail xs) xs
  where xs = take n primes
 
frecuenciasDistancias :: Int -> [(Int,Float)]
frecuenciasDistancias n =
  [(k,(100 * fromIntegral x) / n1) | (k,x) <- cuentaDistancias n]
  where n1 = fromIntegral (n-1)
 
graficas :: [Int] -> IO ()
graficas ns =
  plotLists [Key Nothing]
            (map frecuenciasDistancias ns)
 
distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]
distanciasMasFrecuentes n =
  M.keys (M.filter (==m) d)
  where d = dicDistancias n
        m = maximum (M.elems d)
 
-- La propiedad es
prop_distanciasMasFrecuentes :: Int -> Bool
prop_distanciasMasFrecuentes n =
  distanciasMasFrecuentes (161 + abs n) == [6]

Agrupamiento según valores

Definir la función

   agrupa :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]

tal que (agrupa f xs) es el diccionario obtenido agrupando los elementos de xs según sus valores mediante la función f. Por ejemplo,

   ghci> agrupa length ["hoy", "ayer", "ana", "cosa"]
   fromList [(3,["hoy","ana"]),(4,["ayer","cosa"])]
   ghci> agrupa head ["claro", "ayer", "ana", "cosa"]
   fromList [('a',["ayer","ana"]),('c',["claro","cosa"])]
   ghci> agrupa length (words "suerte en el examen")
   fromList [(2,["en","el"]),(6,["suerte","examen"])]

Soluciones

import qualified Data.List as L
import Data.Map
 
-- 1ª definición (por recursión)
agrupa1 :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]
agrupa1 _ []     = empty
agrupa1 f (x:xs) = insertWith (++) (f x) [x] (agrupa1 f xs)
 
-- 2ª definición (por plegado)
agrupa2 :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]
agrupa2 f = L.foldr (\x -> insertWith (++) (f x) [x]) empty