Dinámica – Exercitium

Cambio con el menor número de monedas

PorJosé A. Alonso 2-junio-202026-marzo-2022

El problema del cambio con el menor número de monedas consiste en, dada una lista ms de tipos de monedas (con infinitas monedas de cada tipo) y una cantidad objetivo x, calcular el menor número de monedas de ms cuya suma es x. Por ejemplo, con monedas de 1, 3 y 4 céntimos se puede obtener 6 céntimos de 4 formas

   1, 1, 1, 1, 1, 1
   1, 1, 1, 3
   1, 1, 4
   3, 3

1, 1, 1, 1, 1, 1

1, 1, 1, 3

1, 1, 4

3, 3

El menor número de monedas que se necesita es 2. En cambio, con monedas de 2, 5 y 10 es imposible obtener 3.

Definir

   monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int

1	monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int

tal que (monedas ms x) es el menor número de monedas de ms cuya suma es x, si es posible obtener dicha suma y es Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

   monedas [1,3,4]  6                    ==  Just 2
   monedas [2,5,10] 3                    ==  Nothing
   monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 520  ==  Just 4

monedas [1,3,4] 6 == Just 2

monedas [2,5,10] 3 == Nothing

monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 520 == Just 4

Soluciones

import Data.Array ((!), array)

-- 1ª solución
-- ===========

monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas ms x
  | null cs   = Nothing
  | otherwise = Just (minimum (map length cs))
  where cs = cambios ms x

-- (cambios ms x) es la lista de las foemas de obtener x sumando monedas
-- de ms. Por ejemplo,
--   λ> cambios [1,5,10] 12
--   [[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,5],[1,1,5,5],[1,1,10]]
--   λ> cambios [2,5,10] 3
--   []
--   λ> cambios [1,3,4] 6
--   [[1,1,1,1,1,1],[1,1,1,3],[1,1,4],[3,3]]
cambios :: [Int] -> Int -> [[Int]]
cambios _      0 = [[]]
cambios []     _ = []
cambios (k:ks) m
  | m < k     = []
  | otherwise = [k:zs | zs <- cambios (k:ks) (m - k)] ++
                cambios ks m

-- 2ª solución
-- ===========

monedas2 :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas2 ms n
  | sol == infinito = Nothing
  | otherwise       = Just sol
  where
    sol = aux n
    aux 0 = 0
    aux k = siguiente (minimo [aux (k - x) | x <- ms,  k >= x])

infinito :: Int
infinito = 10^30

minimo :: [Int] -> Int
minimo [] = infinito
minimo xs = minimum xs

siguiente :: Int -> Int
siguiente x | x == infinito = infinito
            | otherwise     = 1 + x

-- 3ª solución
-- ===========

monedas3 :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas3 ms n  
  | sol == infinito = Nothing
  | otherwise       = Just sol
  where
    sol = v ! n
    v   = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
    f 0 = 0
    f k = siguiente (minimo [v ! (k - x) | x <- ms, k >= x])

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

--    λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (0.02 secs, 871,144 bytes)
--    λ> monedas2 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (15.44 secs, 1,866,519,080 bytes)
--    λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (0.01 secs, 157,232 bytes)
--    
--    λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 188
--    Just 7
--    (14.20 secs, 1,845,293,080 bytes)
--    λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 188
--    Just 7
--    (0.01 secs, 623,376 bytes)

import Data.Array ((!), array)

-- 1ª solución

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

monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int

monedas ms x

| null cs = Nothing

| otherwise = Just (minimum (map length cs))

where cs = cambios ms x

-- (cambios ms x) es la lista de las foemas de obtener x sumando monedas

-- de ms. Por ejemplo,

-- λ> cambios [1,5,10] 12

-- [[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,5],[1,1,5,5],[1,1,10]]

-- λ> cambios [2,5,10] 3

-- []

-- λ> cambios [1,3,4] 6

-- [[1,1,1,1,1,1],[1,1,1,3],[1,1,4],[3,3]]

cambios :: [Int] -> Int -> [[Int]]

cambios _ 0 = [[]]

cambios [] _ = []

cambios (k:ks) m

| m < k = []

| otherwise = [k:zs | zs <- cambios (k:ks) (m - k)] ++

cambios ks m

-- 2ª solución

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

monedas2 :: [Int] -> Int -> Maybe Int

monedas2 ms n

| sol == infinito = Nothing

| otherwise = Just sol

where

sol = aux n

aux 0 = 0

aux k = siguiente (minimo [aux (k - x) | x <- ms, k >= x])

infinito :: Int

infinito = 10^30

minimo :: [Int] -> Int

minimo [] = infinito

minimo xs = minimum xs

siguiente :: Int -> Int

siguiente x | x == infinito = infinito

| otherwise = 1 + x

-- 3ª solución

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

monedas3 :: [Int] -> Int -> Maybe Int

monedas3 ms n

| sol == infinito = Nothing

| otherwise = Just sol

where

sol = v ! n

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 0

f k = siguiente (minimo [v ! (k - x) | x <- ms, k >= x])

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 27

-- Just 3

-- (0.02 secs, 871,144 bytes)

-- λ> monedas2 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27

-- Just 3

-- (15.44 secs, 1,866,519,080 bytes)

-- λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27

-- Just 3

-- (0.01 secs, 157,232 bytes)

-- λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 188

-- Just 7

-- (14.20 secs, 1,845,293,080 bytes)

-- λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 188

-- Just 7

-- (0.01 secs, 623,376 bytes)

Números de Perrin

PorJosé A. Alonso 19-mayo-202026-mayo-2020

Los números de Perrin se definen por la elación de recurrencia

   P(n) = P(n - 2) + P(n - 3) si n > 2,

1	P(n) = P(n - 2) + P(n - 3) si n > 2,

con los valores iniciales

   P(0) = 3, P(1) = 0 y P(2) = 2.

1	P(0) = 3, P(1) = 0 y P(2) = 2.

Definir la sucesión

   sucPerrin :: [Integer]

1	sucPerrin :: [Integer]

cuyos elementos son los números de Perrin. Por ejemplo,

   λ> take 15 sucPerrin
   [3,0,2,3,2,5,5,7,10,12,17,22,29,39,51]
   λ> length (show (sucPerrin !! (2*10^5)))
   24425

λ> take 15 sucPerrin

[3,0,2,3,2,5,5,7,10,12,17,22,29,39,51]

λ> length (show (sucPerrin !! (2*10^5)))

24425

Comprobar con QuickCheck si se verifica la siguiente propiedad: para todo entero n > 1, el n-ésimo término de la sucesión de Perrin es divisible por n si y sólo si n es primo.

Soluciones

import Data.List (genericIndex, unfoldr)
import Data.Numbers.Primes (isPrime)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
sucPerrin1 :: [Integer]
sucPerrin1 = 3 : 0 : 2 : zipWith (+) sucPerrin1 (tail sucPerrin1)

-- 2ª solución
sucPerrin2 :: [Integer]
sucPerrin2 = [x | (x,_,_) <- iterate op (3,0,2)]
  where op (a,b,c) = (b,c,a+b)
 
-- 3ª solución
sucPerrin3 :: [Integer]
sucPerrin3 =
  unfoldr (\(a, (b,c)) -> Just (a, (b,(c,a+b)))) (3,(0,2))

-- 4ª solución
sucPerrin4 :: [Integer]
sucPerrin4 = [vectorPerrin n ! n | n <- [0..]]

vectorPerrin :: Integer -> Array Integer Integer
vectorPerrin n = v where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 3
  f 1 = 0
  f 2 = 2
  f i = v ! (i-2) + v ! (i-3)

-- Comparación de eficiencia
--    λ> length (show (sucPerrin1 !! (3*10^5)))
--    36638
--    (1.62 secs, 2,366,238,984 bytes)
--    λ> length (show (sucPerrin2 !! (3*10^5)))
--    36638
--    (1.40 secs, 2,428,701,384 bytes)
--    λ> length (show (sucPerrin3 !! (3*10^5)))
--    36638
--    (1.14 secs, 2,409,504,864 bytes)
--    λ> length (show (sucPerrin4 !! (3*10^5)))
--    36638
--    (1.78 secs, 2,585,400,776 bytes)


-- Usaremos la 3ª
sucPerrin :: [Integer]
sucPerrin = sucPerrin3

-- La propiedad es  
conjeturaPerrin :: Integer -> Property
conjeturaPerrin n =
  n > 1 ==>
  (perrin n `mod` n == 0) == isPrime n

-- (perrin n) es el n-ésimo término de la sucesión de Perrin. Por
-- ejemplo,
--    perrin 4  ==  2
--    perrin 5  ==  5
--    perrin 6  ==  5
perrin :: Integer -> Integer
perrin n = sucPerrin `genericIndex` n

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

-- Nota: Aunque QuickCheck no haya encontrado contraejemplos, la
-- propiedad no es cierta. Sólo lo es una de las implicaciones: si n es
-- primo, entonces el  n-ésimo término de la sucesión de Perrin es
-- divisible por n. La otra es falsa y los primeros contraejemplos son
--    271441, 904631, 16532714, 24658561, 27422714, 27664033, 46672291

import Data.List (genericIndex, unfoldr)

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

sucPerrin1 :: [Integer]

sucPerrin1 = 3 : 0 : 2 : zipWith (+) sucPerrin1 (tail sucPerrin1)

-- 2ª solución

sucPerrin2 :: [Integer]

sucPerrin2 = [x | (x,_,_) <- iterate op (3,0,2)]

where op (a,b,c) = (b,c,a+b)

-- 3ª solución

sucPerrin3 :: [Integer]

sucPerrin3 =

unfoldr (\(a, (b,c)) -> Just (a, (b,(c,a+b)))) (3,(0,2))

-- 4ª solución

sucPerrin4 :: [Integer]

sucPerrin4 = [vectorPerrin n ! n | n <- [0..]]

vectorPerrin :: Integer -> Array Integer Integer

vectorPerrin n = v where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 3

f 1 = 0

f 2 = 2

f i = v ! (i-2) + v ! (i-3)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> length (show (sucPerrin1 !! (3*10^5)))

-- 36638

-- (1.62 secs, 2,366,238,984 bytes)

-- λ> length (show (sucPerrin2 !! (3*10^5)))

-- 36638

-- (1.40 secs, 2,428,701,384 bytes)

-- λ> length (show (sucPerrin3 !! (3*10^5)))

-- 36638

-- (1.14 secs, 2,409,504,864 bytes)

-- λ> length (show (sucPerrin4 !! (3*10^5)))

-- 36638

-- (1.78 secs, 2,585,400,776 bytes)

-- Usaremos la 3ª

sucPerrin :: [Integer]

sucPerrin = sucPerrin3

-- La propiedad es

conjeturaPerrin :: Integer -> Property

conjeturaPerrin n =

n > 1 ==>

(perrin n `mod` n == 0) == isPrime n

-- (perrin n) es el n-ésimo término de la sucesión de Perrin. Por

-- ejemplo,

-- perrin 4 == 2

-- perrin 5 == 5

-- perrin 6 == 5

perrin :: Integer -> Integer

perrin n = sucPerrin `genericIndex` n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck conjeturaPerrin

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Nota: Aunque QuickCheck no haya encontrado contraejemplos, la

-- propiedad no es cierta. Sólo lo es una de las implicaciones: si n es

-- primo, entonces el n-ésimo término de la sucesión de Perrin es

-- divisible por n. La otra es falsa y los primeros contraejemplos son

-- 271441, 904631, 16532714, 24658561, 27422714, 27664033, 46672291

Sucesión fractal

PorJosé A. Alonso 13-mayo-202020-mayo-2020

La sucesión fractal

   0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 
   10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

1 2	0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

está construida de la siguiente forma:

los términos pares forman la sucesión de los números naturales

     0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

1	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

los términos impares forman la misma sucesión original

     0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, ...

1	0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, ...

Definir las funciones

   sucFractal     :: [Integer]
   sumaSucFractal :: Integer -> Integer

1 2	sucFractal :: [Integer] sumaSucFractal :: Integer -> Integer

tales que

sucFractal es la lista de los términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     take 20 sucFractal   == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]
     sucFractal !! 30     == 15
     sucFractal !! (10^7) == 5000000

take 20 sucFractal == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]

sucFractal !! 30 == 15

sucFractal !! (10^7) == 5000000

(sumaSucFractal n) es la suma de los n primeros términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     sumaSucFractal 10      == 13
     sumaSucFractal (10^5)  == 1666617368
     sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669
     sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954
     sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198
     length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000
     sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9)    == 455972157

sumaSucFractal 10 == 13

sumaSucFractal (10^5) == 1666617368

sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669

sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954

sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198

length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000

sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9) == 455972157

Soluciones

-- 1ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal1 :: [Integer]
sucFractal1 = 
  map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,
--   termino 0            ==  0
--   termino 1            ==  0
--   map termino [0..10]  ==  [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]
termino :: Integer -> Integer
termino 0 = 0
termino n 
  | even n    = n `div` 2
  | otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal2 :: [Integer]
sucFractal2 =
  0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas
-- xs e ys. Por ejemplo,
--    take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..])  ==  [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]
mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
mezcla (x:xs) (y:ys) =
  x : y : mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal
-- =======================================================

--    λ> sum (take (10^6) sucFractal1)
--    166666169612
--    (5.56 secs, 842,863,264 bytes)
--    λ> sum (take (10^6) sucFractal2)
--    166666169612
--    (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición
sucFractal :: [Integer]
sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal1 n =
  sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal2 n =
  sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal3 0 = 0
sumaSucFractal3 1 = 0
sumaSucFractal3 n
  | even n    = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
  | otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
  where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal
-- ===========================================================

--    λ> sumaSucFractal1 (10^6)
--    166666169612
--    (5.25 secs, 810,622,504 bytes)
--    λ> sumaSucFractal2 (10^6)
--    166666169612
--    (1.72 secs, 286,444,048 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^6)
--    166666169612
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> sumaSucFractal2 (10^7)
--    16666661685034
--    (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^7)
--    16666661685034
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición de sucFractal

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

sucFractal1 :: [Integer]

sucFractal1 =

map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,

-- termino 0 == 0

-- termino 1 == 0

-- map termino [0..10] == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]

termino :: Integer -> Integer

termino 0 = 0

termino n

| even n = n `div` 2

| otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal

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

sucFractal2 :: [Integer]

sucFractal2 =

0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas

-- xs e ys. Por ejemplo,

-- take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..]) == [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]

mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

mezcla (x:xs) (y:ys) =

x : y : mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal

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

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal1)

-- 166666169612

-- (5.56 secs, 842,863,264 bytes)

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal2)

-- 166666169612

-- (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

sucFractal :: [Integer]

sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal1 n =

sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal2 n =

sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal3 0 = 0

sumaSucFractal3 1 = 0

sumaSucFractal3 n

| even n = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

| otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal

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

-- λ> sumaSucFractal1 (10^6)

-- 166666169612

-- (5.25 secs, 810,622,504 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^6)

-- 166666169612

-- (1.72 secs, 286,444,048 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^6)

-- 166666169612

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^7)

-- 16666661685034

-- (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^7)

-- 16666661685034

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Camino de máxima suma en una matriz

PorJosé A. Alonso 12-mayo-202019-mayo-2020

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

   (  1  6 11  2 )
   (  7 12  3  8 )
   (  3  8  4  9 )

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Las sumas de los caminos son 32, 41, 36, 40, 40, 35, 39, 34, 38 y 37, respectivamente. El camino de máxima suma es el segundo (1, 7, 12, 8, 4, 9) que tiene una suma de 41.

Definir la función

   caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

1	caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

tal que (caminoMaxSuma m) es un camino de máxima suma en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> caminoMaxSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   [1,7,12,8,4,9]
   λ> sum (caminoMaxSuma (fromList 800 800 [1..]))
   766721999

λ> caminoMaxSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

[1,7,12,8,4,9]

λ> sum (caminoMaxSuma (fromList 800 800 [1..]))

766721999

Nota: Se recomienda usar programación dinámica.

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición
-- =============

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma1 m =
  head [c | c <- cs, sum c == k] 
  where cs = caminos1 m
        k  = maximum (map sum cs)

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 m =
  map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p
-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,
caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]
caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]
caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]
caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]
caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs
                      | xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++
                              caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición
-- =============

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma2 m =
  head [c | c <- cs, sum c == k] 
  where cs = caminos2 m
        k  = maximum (map sum cs)

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 m =
  map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]
matrizCaminos m = q
  where
    q = matrix (nrows m) (ncols m) f
    f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]
    f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]
    f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]  

-- 3ª definición (con programación dinámica)
-- =========================================

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma3 m = reverse (snd (q ! (nf,nc)))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = caminoMaxSumaAux m

caminoMaxSumaAux :: Matrix Int -> Matrix (Int,[Int])
caminoMaxSumaAux m = q 
  where
    nf = nrows m
    nc = ncols m
    q  = matrix nf nc f
      where
        f (1,1) = (m!(1,1),[m!(1,1)])
        f (1,j) = (k + m!(1,j), m!(1,j):xs)
          where (k,xs) = q!(1,j-1)
        f (i,1) = (k + m!(i,1), m!(i,1):xs)
          where (k,xs) = q!(i-1,1)        
        f (i,j) | k1 > k2   = (k1 + m!(i,j), m!(i,j):xs)
                | otherwise = (k2 + m!(i,j), m!(i,j):ys)
          where (k1,xs) = q!(i,j-1)
                (k2,ys) = q!(i-1,j)

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

--    λ> length (caminoMaxSuma1 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (10.00 secs, 1,510,120,328 bytes)
--    λ> length (caminoMaxSuma2 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (3.84 secs, 745,918,544 bytes)
--    λ> length (caminoMaxSuma3 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (0.01 secs, 0 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª definición

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

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma1 m =

head [c | c <- cs, sum c == k]

where cs = caminos1 m

k = maximum (map sum cs)

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 m =

map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p

-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,

caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]

caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]

caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]

caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]

caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs

| xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++

caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición

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

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma2 m =

head [c | c <- cs, sum c == k]

where cs = caminos2 m

k = maximum (map sum cs)

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 m =

map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]

matrizCaminos m = q

where

q = matrix (nrows m) (ncols m) f

f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]

f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]

f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]

-- 3ª definición (con programación dinámica)

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

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma3 m = reverse (snd (q ! (nf,nc)))

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = caminoMaxSumaAux m

caminoMaxSumaAux :: Matrix Int -> Matrix (Int,[Int])

caminoMaxSumaAux m = q

where

nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where

f (1,1) = (m!(1,1),[m!(1,1)])

f (1,j) = (k + m!(1,j), m!(1,j):xs)

where (k,xs) = q!(1,j-1)

f (i,1) = (k + m!(i,1), m!(i,1):xs)

where (k,xs) = q!(i-1,1)

f (i,j) | k1 > k2 = (k1 + m!(i,j), m!(i,j):xs)

| otherwise = (k2 + m!(i,j), m!(i,j):ys)

where (k1,xs) = q!(i,j-1)

(k2,ys) = q!(i-1,j)

-- Comparación de eficiencia

-- -------------------------

-- λ> length (caminoMaxSuma1 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (10.00 secs, 1,510,120,328 bytes)

-- λ> length (caminoMaxSuma2 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (3.84 secs, 745,918,544 bytes)

-- λ> length (caminoMaxSuma3 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Máximo de las sumas de los caminos en una matriz

PorJosé A. Alonso 11-mayo-202018-mayo-2020

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

   (  1  6 11  2 )
   (  7 12  3  8 )
   (  3  8  4  9 )

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Las sumas de los caminos son 32, 41, 36, 40, 40, 35, 39, 34, 38 y 37, respectivamente. El máximo de las suma de los caminos es 41.

Definir la función

   maximaSuma :: Matrix Int -> Int

1	maximaSuma :: Matrix Int -> Int

tal que (maximaSuma m) es el máximo de las sumas de los caminos en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> maximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   41
   λ> maximaSuma (fromList 800 800 [1..])
   766721999

λ> maximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

λ> maximaSuma (fromList 800 800 [1..])

766721999

Nota: Se recomienda usar programación dinámica.

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición
-- =============

maximaSuma1 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma1 =
  maximum . map sum . caminos1

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 m =
  map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p
-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,
caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]
caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]
caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]
caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]
caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs
                      | xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++
                              caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición
-- =============

maximaSuma2 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma2 =
  maximum . map sum . caminos2

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 m =
  map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]
matrizCaminos m = q
  where
    q = matrix (nrows m) (ncols m) f
    f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]
    f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]
    f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]  

-- 3ª definicion (por recursión, sin calcular el camino)
-- =====================================================

maximaSuma3 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma3 m = maximaSuma3Aux m (nf,nc)
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (maximaSuma3Aux m p) calcula la suma máxima de un camino hasta la
-- posición p. Por ejemplo,
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,4)
--    41
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,3)
--    32
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (2,4)
--    31
maximaSuma3Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> Int
maximaSuma3Aux m (1,1) = m ! (1,1)
maximaSuma3Aux m (1,j) = maximaSuma3Aux m (1,j-1) + m ! (1,j)
maximaSuma3Aux m (i,1) = maximaSuma3Aux m (i-1,1) + m ! (i,1)
maximaSuma3Aux m (i,j) =
  max (maximaSuma3Aux m (i,j-1)) (maximaSuma3Aux m (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- 4ª solución (mediante programación dinámica)
-- ============================================

maximaSuma4 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma4 m = q ! (nf,nc)
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = matrizMaximaSuma m

-- (matrizMaximaSuma m) es la matriz donde en cada posición p se
-- encuentra el máxima de las sumas de los caminos desde (1,1) a p en la
-- matriz m. Por ejemplo,   
--    λ> matrizMaximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) 
--    (  1  7 18 20 )
--    (  8 20 23 31 )
--    ( 11 28 32 41 )
matrizMaximaSuma :: Matrix Int -> Matrix Int
matrizMaximaSuma m = q 
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = matrix nf nc f
          where  f (1,1) = m ! (1,1)
                 f (1,j) = q ! (1,j-1) + m ! (1,j)
                 f (i,1) = q ! (i-1,1) + m ! (i,1)
                 f (i,j) = max (q ! (i,j-1)) (q ! (i-1,j)) + m ! (i,j)

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

--    λ> maximaSuma1 (fromList 8 8 [1..])
--    659
--    (0.11 secs, 31,853,136 bytes)
--    λ> maximaSuma1a (fromList 8 8 [1..])
--    659
--    (0.09 secs, 19,952,640 bytes)
-- 
--    λ> maximaSuma1 (fromList 10 10 [1..])
--    1324
--    (2.25 secs, 349,722,744 bytes)
--    λ> maximaSuma2 (fromList 10 10 [1..])
--    1324
--    (0.76 secs, 151,019,296 bytes)
--    
--    λ> maximaSuma2 (fromList 11 11 [1..])
--    1781
--    (3.02 secs, 545,659,632 bytes)
--    λ> maximaSuma3 (fromList 11 11 [1..])
--    1781
--    (1.57 secs, 210,124,912 bytes)
--    
--    λ> maximaSuma3 (fromList 12 12 [1..])
--    2333
--    (5.60 secs, 810,739,032 bytes)
--    λ> maximaSuma4 (fromList 12 12 [1..])
--    2333
--    (0.01 secs, 23,154,776 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

import Data.Matrix

-- 1ª definición

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

maximaSuma1 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma1 =

maximum . map sum . caminos1

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 m =

map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p

-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,

caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]

caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]

caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]

caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]

caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs

| xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++

caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición

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

maximaSuma2 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma2 =

maximum . map sum . caminos2

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 m =

map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]

matrizCaminos m = q

where

q = matrix (nrows m) (ncols m) f

f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]

f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]

f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]

-- 3ª definicion (por recursión, sin calcular el camino)

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

maximaSuma3 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma3 m = maximaSuma3Aux m (nf,nc)

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (maximaSuma3Aux m p) calcula la suma máxima de un camino hasta la

-- posición p. Por ejemplo,

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,4)

-- 41

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,3)

-- 32

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (2,4)

-- 31

maximaSuma3Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> Int

maximaSuma3Aux m (1,1) = m ! (1,1)

maximaSuma3Aux m (1,j) = maximaSuma3Aux m (1,j-1) + m ! (1,j)

maximaSuma3Aux m (i,1) = maximaSuma3Aux m (i-1,1) + m ! (i,1)

maximaSuma3Aux m (i,j) =

max (maximaSuma3Aux m (i,j-1)) (maximaSuma3Aux m (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- 4ª solución (mediante programación dinámica)

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

maximaSuma4 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma4 m = q ! (nf,nc)

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrizMaximaSuma m

-- (matrizMaximaSuma m) es la matriz donde en cada posición p se

-- encuentra el máxima de las sumas de los caminos desde (1,1) a p en la

-- matriz m. Por ejemplo,

-- λ> matrizMaximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

-- ( 1 7 18 20 )

-- ( 8 20 23 31 )

-- ( 11 28 32 41 )

matrizMaximaSuma :: Matrix Int -> Matrix Int

matrizMaximaSuma m = q

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where f (1,1) = m ! (1,1)

f (1,j) = q ! (1,j-1) + m ! (1,j)

f (i,1) = q ! (i-1,1) + m ! (i,1)

f (i,j) = max (q ! (i,j-1)) (q ! (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximaSuma1 (fromList 8 8 [1..])

-- 659

-- (0.11 secs, 31,853,136 bytes)

-- λ> maximaSuma1a (fromList 8 8 [1..])

-- 659

-- (0.09 secs, 19,952,640 bytes)

-- λ> maximaSuma1 (fromList 10 10 [1..])

-- 1324

-- (2.25 secs, 349,722,744 bytes)

-- λ> maximaSuma2 (fromList 10 10 [1..])

-- 1324

-- (0.76 secs, 151,019,296 bytes)

-- λ> maximaSuma2 (fromList 11 11 [1..])

-- 1781

-- (3.02 secs, 545,659,632 bytes)

-- λ> maximaSuma3 (fromList 11 11 [1..])

-- 1781

-- (1.57 secs, 210,124,912 bytes)

-- λ> maximaSuma3 (fromList 12 12 [1..])

-- 2333

-- (5.60 secs, 810,739,032 bytes)

-- λ> maximaSuma4 (fromList 12 12 [1..])

-- 2333

-- (0.01 secs, 23,154,776 bytes)

Caminos en una matriz

PorJosé A. Alonso 8-mayo-202015-mayo-2020

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

   (  1  6 11  2 )
   (  7 12  3  8 )
   (  3  8  4  9 )

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Definir la función

   caminos :: Matrix Int -> [[Int]]

1	caminos :: Matrix Int -> [[Int]]

tal que (caminos m) es la lista de los caminos en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> caminos (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   [[1,7, 3,8,4,9],
    [1,7,12,8,4,9],
    [1,7,12,3,4,9],
    [1,7,12,3,8,9],
    [1,6,12,8,4,9],
    [1,6,12,3,4,9],
    [1,6,12,3,8,9],
    [1,6,11,3,4,9],
    [1,6,11,3,8,9],
    [1,6,11,2,8,9]]
   λ> length (caminos (fromList 12 13 [1..]))
   1352078

λ> caminos (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

[[1,7, 3,8,4,9],

[1,7,12,8,4,9],

[1,7,12,3,4,9],

[1,7,12,3,8,9],

[1,6,12,8,4,9],

[1,6,12,3,4,9],

[1,6,12,3,8,9],

[1,6,11,3,4,9],

[1,6,11,3,8,9],

[1,6,11,2,8,9]]

λ> length (caminos (fromList 12 13 [1..]))

1352078

Nota: Se recomienda usar programación dinámica.

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición de caminos (por recursión)
-- ----------------------------------------

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 a = aux (1,1)
  where
    aux (i,j)
      | i == m           = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]
      | j == n           = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]
      | otherwise        = [a!(i,j) : cs | cs <- aux (i+1,j) ++ aux (i,j+1)]
      where m = nrows a
            n = ncols a

-- 2ª solución (mediante programación dinámica)
-- --------------------------------------------

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 a = q ! (1,1)
  where
    q = matrix m n f
    m = nrows a
    n = ncols a
    f (i,j) | i == m    = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]
            | j == n    = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]
            | otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- q!(i+1,j) ++ q!(i,j+1)]  

-- 3ª solución
-- ===========

caminos3 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos3 a
  | m == 1 || n == 1 = [toList a]
  | otherwise = map (a ! (1,1):) (caminos3 (submatrix 2 m 1 n a) ++
                                  caminos3 (submatrix 1 m 2 n a)) 
  where m = nrows a
        n = ncols a

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

--    λ> length (caminos1 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (4.15 secs, 738,764,712 bytes)
--    λ> length (caminos2 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (0.74 secs, 115,904,952 bytes)
--    λ> length (caminos3 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (2.22 secs, 614,472,136 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª definición de caminos (por recursión)

-- ----------------------------------------

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 a = aux (1,1)

where

aux (i,j)

| i == m = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]

| j == n = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]

| otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- aux (i+1,j) ++ aux (i,j+1)]

where m = nrows a

n = ncols a

-- 2ª solución (mediante programación dinámica)

-- --------------------------------------------

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 a = q ! (1,1)

where

q = matrix m n f

m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | i == m = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]

| j == n = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]

| otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- q!(i+1,j) ++ q!(i,j+1)]

-- 3ª solución

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

caminos3 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos3 a

| m == 1 || n == 1 = [toList a]

| otherwise = map (a ! (1,1):) (caminos3 (submatrix 2 m 1 n a) ++

caminos3 (submatrix 1 m 2 n a))

where m = nrows a

n = ncols a

-- Comparación de eficiencia

-- -------------------------

-- λ> length (caminos1 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (4.15 secs, 738,764,712 bytes)

-- λ> length (caminos2 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (0.74 secs, 115,904,952 bytes)

-- λ> length (caminos3 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (2.22 secs, 614,472,136 bytes)

Máxima longitud de sublistas crecientes

PorJosé A. Alonso 7-mayo-202014-mayo-2020

Definir la función

   longitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Int

1	longitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Int

tal que (longitudMayorSublistaCreciente xs) es la el máximo de las longitudes de las sublistas crecientes de xs. Por ejemplo,

   λ> longitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]
   3
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [10,22,9,33,21,50,41,60,80]
   6
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]
   6
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [1..2000]
   2000
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [2000,1999..1]
   1
   λ> import System.Random
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
   61
   λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
   61

λ> longitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [10,22,9,33,21,50,41,60,80]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [1..2000]

2000

λ> longitudMayorSublistaCreciente [2000,1999..1]

λ> import System.Random

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

Nota: Se puede usar programación dinámica para aumentar la eficiencia.

Soluciones

import Data.List (nub, sort)
import Data.Array (Array, (!), array, elems, listArray)

-- 1ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente1 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente1 =
  length . head . mayoresCrecientes

-- (mayoresCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de xs
-- de mayor longitud. Por ejemplo, 
--    λ> mayoresCrecientes [3,2,6,4,5,1]
--    [[3,4,5],[2,4,5]]
--    λ> mayoresCrecientes [3,2,3,2,3,1]
--    [[2,3],[2,3],[2,3]]
--    λ> mayoresCrecientes [10,22,9,33,21,50,41,60,80]
--    [[10,22,33,50,60,80],[10,22,33,41,60,80]]
--    λ> mayoresCrecientes [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]
--    [[0,4,6,9,13,15],[0,2,6,9,13,15],[0,4,6,9,11,15],[0,2,6,9,11,15]]
mayoresCrecientes :: Ord a => [a] -> [[a]]
mayoresCrecientes xs =
  [ys | ys <- xss
      , length ys == m]
  where xss = sublistasCrecientes xs
        m   = maximum (map length xss)

-- (sublistasCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de
-- xs. Por ejemplo,
--    λ> sublistasCrecientes [3,2,5]
--    [[3,5],[3],[2,5],[2],[5],[]]
sublistasCrecientes :: Ord a => [a] -> [[a]]
sublistasCrecientes []  = [[]]
sublistasCrecientes (x:xs) =
  [x:ys | ys <- yss, null ys || x < head ys] ++ yss
  where yss = sublistasCrecientes xs

-- 2ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente2 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente2 xs =
  longitudSCM xs (sort (nub xs))
  
-- (longitudSCM xs ys) es la longitud de la subsecuencia máxima de xs e
-- ys. Por ejemplo, 
--   longitudSCM "amapola" "matamoscas" == 4
--   longitudSCM "atamos" "matamoscas"  == 6
--   longitudSCM "aaa" "bbbb"           == 0
longitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
longitudSCM xs ys = (matrizLongitudSCM xs ys) ! (n,m)
  where n = length xs
        m = length ys

-- (matrizLongitudSCM xs ys) es la matriz de orden (n+1)x(m+1) (donde n
-- y m son los números de elementos de xs e ys, respectivamente) tal que
-- el valor en la posición (i,j) es la longitud de la SCM de los i
-- primeros elementos de xs y los j primeros elementos de ys. Por ejemplo,
--    λ> elems (matrizLongitudSCM "amapola" "matamoscas")
--    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,
--     0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
--     0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]
-- Gráficamente,
--       m a t a m o s c a s
--    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
-- a   0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
-- m   0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,
-- a   0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,
-- p   0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,
-- o   0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
-- l   0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
-- a   0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]
matrizLongitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Array (Int,Int) Int
matrizLongitudSCM xs ys = q
  where
    n = length xs
    m = length ys
    v = listArray (1,n) xs
    w = listArray (1,m) ys
    q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]
      where f 0 _ = 0
            f _ 0 = 0
            f i j | v ! i == w ! j = 1 + q ! (i-1,j-1)
                  | otherwise      = max (q ! (i-1,j)) (q ! (i,j-1))
  
-- 3ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente3 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente3 xs =
  maximum (elems (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs))

-- (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs) es el vector de longitud n
-- (donde n es el tamaño de xs) tal que el valor i-ésimo es la longitud
-- de la sucesión más larga que termina en el elemento i-ésimo de
-- xs. Por ejemplo,  
--    λ> vectorlongitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]
--    array (1,6) [(1,1),(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,1)]
vectorlongitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Array Int Int
vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs = v
  where v = array (1,n) [(i,f i) | i <- [1..n]]
        n = length xs
        w = listArray (1,n) xs
        f 1 = 1
        f i | null ls   = 1
            | otherwise = 1 + maximum ls
          where ls = [v ! j | j <-[1..i-1], w ! j < w ! i]

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

--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1..20]
--    20
--    (4.60 secs, 597,014,240 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..20]
--    20
--    (0.03 secs, 361,384 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..20]
--    20
--    (0.03 secs, 253,944 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..2000]
--    2000
--    (8.00 secs, 1,796,495,488 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..2000]
--    2000
--    (5.12 secs, 1,137,667,496 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1000,999..1]
--    1
--    (0.95 secs, 97,029,328 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1000,999..1]
--    1
--    (7.48 secs, 1,540,857,208 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1000,999..1]
--    1
--    (0.86 secs, 160,859,128 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 (show (2^300))
--    10
--    (7.90 secs, 887,495,368 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^300))
--    10
--    (0.04 secs, 899,152 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^300))
--    10
--    (0.04 secs, 1,907,936 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^6000))
--    10
--    (0.06 secs, 9,950,592 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^6000))
--    10
--    (3.46 secs, 686,929,744 bytes)
--    
--    λ> import System.Random
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
--    (0.02 secs, 1,993,032 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
--    61
--    (7.73 secs, 1,538,771,392 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
--    61
--    (1.04 secs, 212,538,648 bytes)
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
--    (0.03 secs, 1,993,032 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
--    57
--    (7.56 secs, 1,538,573,680 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
--    57
--    (1.05 secs, 212,293,984 bytes)

100

101

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171

172

173

import Data.List (nub, sort)

import Data.Array (Array, (!), array, elems, listArray)

-- 1ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente1 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente1 =

length . head . mayoresCrecientes

-- (mayoresCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de xs

-- de mayor longitud. Por ejemplo,

-- λ> mayoresCrecientes [3,2,6,4,5,1]

-- [[3,4,5],[2,4,5]]

-- λ> mayoresCrecientes [3,2,3,2,3,1]

-- [[2,3],[2,3],[2,3]]

-- λ> mayoresCrecientes [10,22,9,33,21,50,41,60,80]

-- [[10,22,33,50,60,80],[10,22,33,41,60,80]]

-- λ> mayoresCrecientes [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]

-- [[0,4,6,9,13,15],[0,2,6,9,13,15],[0,4,6,9,11,15],[0,2,6,9,11,15]]

mayoresCrecientes :: Ord a => [a] -> [[a]]

mayoresCrecientes xs =

[ys | ys <- xss

, length ys == m]

where xss = sublistasCrecientes xs

m = maximum (map length xss)

-- (sublistasCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de

-- xs. Por ejemplo,

-- λ> sublistasCrecientes [3,2,5]

-- [[3,5],[3],[2,5],[2],[5],[]]

sublistasCrecientes :: Ord a => [a] -> [[a]]

sublistasCrecientes [] = [[]]

sublistasCrecientes (x:xs) =

[x:ys | ys <- yss, null ys || x < head ys] ++ yss

where yss = sublistasCrecientes xs

-- 2ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente2 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente2 xs =

longitudSCM xs (sort (nub xs))

-- (longitudSCM xs ys) es la longitud de la subsecuencia máxima de xs e

-- ys. Por ejemplo,

-- longitudSCM "amapola" "matamoscas" == 4

-- longitudSCM "atamos" "matamoscas" == 6

-- longitudSCM "aaa" "bbbb" == 0

longitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

longitudSCM xs ys = (matrizLongitudSCM xs ys) ! (n,m)

where n = length xs

m = length ys

-- (matrizLongitudSCM xs ys) es la matriz de orden (n+1)x(m+1) (donde n

-- y m son los números de elementos de xs e ys, respectivamente) tal que

-- el valor en la posición (i,j) es la longitud de la SCM de los i

-- primeros elementos de xs y los j primeros elementos de ys. Por ejemplo,

-- λ> elems (matrizLongitudSCM "amapola" "matamoscas")

-- [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,

-- 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]

-- Gráficamente,

-- m a t a m o s c a s

-- [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

-- a 0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

-- m 0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,

-- a 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,

-- p 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,

-- o 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- l 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- a 0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]

matrizLongitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Array (Int,Int) Int

matrizLongitudSCM xs ys = q

where

n = length xs

m = length ys

v = listArray (1,n) xs

w = listArray (1,m) ys

q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]

where f 0 _ = 0

f _ 0 = 0

f i j | v ! i == w ! j = 1 + q ! (i-1,j-1)

| otherwise = max (q ! (i-1,j)) (q ! (i,j-1))

-- 3ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente3 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente3 xs =

maximum (elems (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs))

-- (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs) es el vector de longitud n

-- (donde n es el tamaño de xs) tal que el valor i-ésimo es la longitud

-- de la sucesión más larga que termina en el elemento i-ésimo de

-- xs. Por ejemplo,

-- λ> vectorlongitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]

-- array (1,6) [(1,1),(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,1)]

vectorlongitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Array Int Int

vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs = v

where v = array (1,n) [(i,f i) | i <- [1..n]]

n = length xs

w = listArray (1,n) xs

f 1 = 1

f i | null ls = 1

| otherwise = 1 + maximum ls

where ls = [v ! j | j <-[1..i-1], w ! j < w ! i]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1..20]

-- 20

-- (4.60 secs, 597,014,240 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..20]

-- 20

-- (0.03 secs, 361,384 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..20]

-- 20

-- (0.03 secs, 253,944 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..2000]

-- 2000

-- (8.00 secs, 1,796,495,488 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..2000]

-- 2000

-- (5.12 secs, 1,137,667,496 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1000,999..1]

-- 1

-- (0.95 secs, 97,029,328 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1000,999..1]

-- 1

-- (7.48 secs, 1,540,857,208 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1000,999..1]

-- 1

-- (0.86 secs, 160,859,128 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 (show (2^300))

-- 10

-- (7.90 secs, 887,495,368 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^300))

-- 10

-- (0.04 secs, 899,152 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^300))

-- 10

-- (0.04 secs, 1,907,936 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^6000))

-- 10

-- (0.06 secs, 9,950,592 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^6000))

-- 10

-- (3.46 secs, 686,929,744 bytes)

-- λ> import System.Random

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

-- (0.02 secs, 1,993,032 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

-- 61

-- (7.73 secs, 1,538,771,392 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

-- 61

-- (1.04 secs, 212,538,648 bytes)

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

-- (0.03 secs, 1,993,032 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

-- 57

-- (7.56 secs, 1,538,573,680 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

-- 57

-- (1.05 secs, 212,293,984 bytes)

La sucesión de Sylvester

PorJosé A. Alonso 6-mayo-202013-mayo-2020

La sucesión de Sylvester es la sucesión que comienza en 2 y sus restantes términos se obtienen multiplicando los anteriores y sumándole 1.

Definir las funciones

   sylvester        :: Integer -> Integer
   graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

1 2	sylvester :: Integer -> Integer graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

(sylvester n) es el n-ésimo término de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,

     λ> [sylvester n | n <- [0..7]]
     [2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]
     λ> length (show (sylvester 25))
     6830085

λ> [sylvester n | n <- [0..7]]

[2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]

λ> length (show (sylvester 25))

6830085

(graficaSylvester d n) dibuja la gráfica de los d últimos dígitos de los n primeros términos de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,
- (graficaSylvester 3 30) dibuja
- (graficaSylvester 4 30) dibuja
- (graficaSylvester 5 30) dibuja

Nota: Se puede usar programación dinámica para aumentar la eficiencia.

Soluciones

import Data.List               (genericIndex)
import Data.Array              ((!), array)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================

sylvester1 :: Integer -> Integer
sylvester1 0 = 2
sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

sylvester2 :: Integer -> Integer
sylvester2 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución
-- ===========

-- Observando que
--    S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)
--         = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)
-- se obtiene la siguiente definición.
sylvester3 :: Integer -> Integer
sylvester3 0 = 2
sylvester3 n = 1 + x^2 - x
  where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución
-- ===========

sylvester4 :: Integer -> Integer
sylvester4 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + x^2 - x
    where x = v ! (m-1)

-- 5ª solución
-- ===========

sylvester5 :: Integer -> Integer
sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]
sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2 

-- La comparación es
--    λ> length (show (sylvester1 23))
--    1707522
--    (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)
--    λ> length (show (sylvester2 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,477,296 bytes)
--    λ> length (show (sylvester3 23))
--    1707522
--    (0.35 secs, 109,395,136 bytes)
--    λ> length (show (sylvester4 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,402,440 bytes)
--    λ> length (show (sylvester5 23))
--    1707522
--    (0.30 secs, 108,676,256 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()
graficaSylvester d n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")
           ]
           [sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

import Data.List (genericIndex)

import Data.Array ((!), array)

import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)

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

sylvester1 :: Integer -> Integer

sylvester1 0 = 2

sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)

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

sylvester2 :: Integer -> Integer

sylvester2 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 2

f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución

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

-- Observando que

-- S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)

-- = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)

-- se obtiene la siguiente definición.

sylvester3 :: Integer -> Integer

sylvester3 0 = 2

sylvester3 n = 1 + x^2 - x

where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución

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

sylvester4 :: Integer -> Integer

sylvester4 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 2

f m = 1 + x^2 - x

where x = v ! (m-1)

-- 5ª solución

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

sylvester5 :: Integer -> Integer

sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]

sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2

-- La comparación es

-- λ> length (show (sylvester1 23))

-- 1707522

-- (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)

-- λ> length (show (sylvester2 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,477,296 bytes)

-- λ> length (show (sylvester3 23))

-- 1707522

-- (0.35 secs, 109,395,136 bytes)

-- λ> length (show (sylvester4 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,402,440 bytes)

-- λ> length (show (sylvester5 23))

-- 1707522

-- (0.30 secs, 108,676,256 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

graficaSylvester d n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")

]

[sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

Matriz de mínimas distancias

PorJosé A. Alonso 22-abril-202029-abril-2020

Definir las funciones

   minimasDistancias             :: Matrix Int -> Matrix Int
   sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

1 2	minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

tales que

(mininasDistancias a) es la matriz de las mínimas distancias de cada elemento de a hasta alcanzar un 1 donde un paso es un movimiento hacia la izquierda, derecha, arriba o abajo. Por ejemplo,

     λ> minimasDistancias (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])
     ( 1 0 0 )
     ( 2 1 0 )
     λ> minimasDistancias (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])
     ( 1 1 0 )
     ( 0 1 1 )
     λ> minimasDistancias (identity 5)
     ( 0 1 2 3 4 )
     ( 1 0 1 2 3 )
     ( 2 1 0 1 2 )
     ( 3 2 1 0 1 )
     ( 4 3 2 1 0 )

λ> minimasDistancias (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])

( 1 0 0 )

( 2 1 0 )

λ> minimasDistancias (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])

( 1 1 0 )

( 0 1 1 )

λ> minimasDistancias (identity 5)

( 0 1 2 3 4 )

( 1 0 1 2 3 )

( 2 1 0 1 2 )

( 3 2 1 0 1 )

( 4 3 2 1 0 )

(sumaMinimaDistanciasIdentidad n) es la suma de los elementos de la matriz de las mínimas distancias correspondiente a la matriz identidad de orden n. Por ejemplo,

     sumaMinimaDistanciasIdentidad 5       ==  40
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2)  ==  333300
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4)  ==  333333330000
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6)  ==  333333333333000000

sumaMinimaDistanciasIdentidad 5 == 40

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2) == 333300

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4) == 333333330000

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6) == 333333333333000000

Soluciones

import Data.Matrix     
import Data.Maybe      
import Test.QuickCheck 

-- 1ª definición de minimasDistancias
-- ==================================

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int
minimasDistancias a = 
  matrix (nrows a) (ncols a) (\(i,j) -> minimaDistancia (i,j) a) 
 
minimaDistancia :: (Int,Int) -> Matrix Int -> Int
minimaDistancia (a,b) p =
  minimum [distancia (a,b) (c,d) | (c,d) <- unos p]
 
unos :: Matrix Int -> [(Int,Int)]
unos p = [(i,j) | i <- [1..nrows p]
                , j <- [1..ncols p]
                , p ! (i,j) == 1]
 
distancia :: (Int,Int) -> (Int,Int) -> Int
distancia (a,b) (c,d) = abs (c - a) + abs (d - b)

-- 2ª definición de minimasDistancias
-- ==================================

minimasDistancias2 :: Matrix Int -> Matrix Int
minimasDistancias2 a = fmap fromJust (aux (matrizInicial a))
  where aux b | Nothing `elem` c = aux c
              | otherwise        = c
          where c = propagacion b

-- (matrizInicial a) es la matriz que tiene (Just 0) en los elementos de
-- a iguales a 1 y Nothing en los restantes. Por ejemplo,
--    λ> matrizInicial (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])
--    ( Nothing Nothing  Just 0 )
--    (  Just 0 Nothing Nothing )
matrizInicial :: Matrix Int -> Matrix (Maybe Int)
matrizInicial a = matrix m n f
  where m = nrows a
        n = ncols a
        f (i,j) | a ! (i,j) == 1 = Just 0
                | otherwise      = Nothing

-- (propagacion a) es la matriz obtenida cambiando los elementos Nothing
-- de a por el siguiente del mínimo de los valores de sus vecinos. Por
-- ejemplo,
--    λ> propagacion (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])
--    (  Just 1  Just 0  Just 0 )
--    ( Nothing  Just 1  Just 0 )
--    
--    λ> propagacion it
--    ( Just 1 Just 0 Just 0 )
--    ( Just 2 Just 1 Just 0 )
propagacion :: Matrix (Maybe Int) -> Matrix (Maybe Int)
propagacion a = matrix m n f
  where
    m = nrows a
    n = ncols a
    f (i,j) | isJust x  = x
            | otherwise = siguiente (minimo (valoresVecinos a (i,j)))
      where x = a ! (i,j)

-- (valoresVecinos a p) es la lista de los valores de los vecinos la
-- posición p en la matriz a. Por ejemplo,             
--    λ> a = fromList 3 4 [1..]
--    λ> a
--    (  1  2  3  4 )
--    (  5  6  7  8 )
--    (  9 10 11 12 )
--    
--    λ> valoresVecinos a (1,1)
--    [5,2]
--    λ> valoresVecinos a (2,3)
--    [3,11,6,8]
--    λ> valoresVecinos a (2,4)
--    [4,12,7]
valoresVecinos :: Matrix a -> (Int,Int) -> [a]
valoresVecinos a (i,j) = [a ! (k,l) | (k,l) <- vecinos m n (i,j)]
  where m = nrows a
        n = ncols a

-- (vecinos m n p) es la lista de las posiciones vecinas de la posición
-- p en la matriz a; es decir, los que se encuentran a su izquierda,
-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,
--    vecinos 3 4 (1,1)  ==  [(2,1),(1,2)]
--    vecinos 3 4 (2,3)  ==  [(1,3),(3,3),(2,2),(2,4)]
--    vecinos 3 4 (2,4)  ==  [(1,4),(3,4),(2,3)]
vecinos :: Int -> Int -> (Int,Int) -> [(Int,Int)]
vecinos m n (i,j) = [(i - 1,j)     | i > 1] ++
                    [(i + 1,j)     | i < m] ++
                    [(i,    j - 1) | j > 1] ++
                    [(i,    j + 1) | j < n]

-- (minimo xs) es el mínimo de la lista de valores opcionales xs
-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,
--    minimo [Just 3, Nothing, Just 2]  ==  Just 2
minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int
minimo = foldr1 minimo2

-- (minimo2 x y) es el mínimo de los valores opcionales x e y
-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,
--    minimo2 (Just 3) (Just 2)  ==  Just 2
--    minimo2 (Just 1) (Just 2)  ==  Just 1
--    minimo2 (Just 1) Nothing   ==  Just 1
--    minimo2 Nothing (Just 2)   ==  Just 2
--    minimo2 Nothing Nothing    ==  Nothing
minimo2 :: Maybe Int -> Maybe Int -> Maybe Int
minimo2 (Just x) (Just y) = Just (min x y)
minimo2 Nothing  (Just y) = Just y
minimo2 (Just x) Nothing  = Just x
minimo2 Nothing  Nothing  = Nothing

-- (siguiente x) es el siguiente elemento del opcional x (considerando
-- Nothing como el infinito). Por ejemplo, 
--    siguiente (Just 3)  ==  Just 4
--    siguiente Nothing  ==  Nothing
siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int
siguiente (Just x) = Just (1 + x)
siguiente Nothing  = Nothing

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

-- La comparación es
--    λ> maximum (minimasDistancias (identity 40))
--    39
--    (3.85 secs, 654,473,496 bytes)
--    λ> maximum (minimasDistancias2 (identity 40))
--    39
--    (0.50 secs, 75,079,912 bytes)

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- ==============================================

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int
sumaMinimaDistanciasIdentidad n =
  sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- ==============================================

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int
sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =
  n*(n^2-1) `div` 3

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- =================================================================

-- La propiedad es
prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool
prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =
  sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) prop_MinimaDistanciasIdentidad
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

-- La comparación es
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50
--    41650
--    (0.24 secs, 149,395,744 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100
--    333300
--    (1.98 secs, 1,294,676,272 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200
--    2666600
--    (17.96 secs, 11,094,515,016 bytes)
--    
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50
--    41650
--    (0.00 secs, 126,944 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100
--    333300
--    (0.00 secs, 126,872 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200
--    2666600
--    (0.00 secs, 131,240 bytes)
--
-- Resumidamente, el tiempo es
--
--    +-----+---------+--------+
--    |   n | 1ª def. | 2ª def |
--    +-----+---------+--------+
--    |  50 |  0.24   | 0.00   |
--    | 100 |  1.98   | 0.00   |
--    | 200 | 17.96   | 0.00   | 
--    +-----+---------+--------+

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

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146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

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170

171

172

173

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175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

import Data.Matrix

import Data.Maybe

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de minimasDistancias

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

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int

minimasDistancias a =

matrix (nrows a) (ncols a) (\(i,j) -> minimaDistancia (i,j) a)

minimaDistancia :: (Int,Int) -> Matrix Int -> Int

minimaDistancia (a,b) p =

minimum [distancia (a,b) (c,d) | (c,d) <- unos p]

unos :: Matrix Int -> [(Int,Int)]

unos p = [(i,j) | i <- [1..nrows p]

, j <- [1..ncols p]

, p ! (i,j) == 1]

distancia :: (Int,Int) -> (Int,Int) -> Int

distancia (a,b) (c,d) = abs (c - a) + abs (d - b)

-- 2ª definición de minimasDistancias

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

minimasDistancias2 :: Matrix Int -> Matrix Int

minimasDistancias2 a = fmap fromJust (aux (matrizInicial a))

where aux b | Nothing `elem` c = aux c

| otherwise = c

where c = propagacion b

-- (matrizInicial a) es la matriz que tiene (Just 0) en los elementos de

-- a iguales a 1 y Nothing en los restantes. Por ejemplo,

-- λ> matrizInicial (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])

-- ( Nothing Nothing Just 0 )

-- ( Just 0 Nothing Nothing )

matrizInicial :: Matrix Int -> Matrix (Maybe Int)

matrizInicial a = matrix m n f

where m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | a ! (i,j) == 1 = Just 0

| otherwise = Nothing

-- (propagacion a) es la matriz obtenida cambiando los elementos Nothing

-- de a por el siguiente del mínimo de los valores de sus vecinos. Por

-- ejemplo,

-- λ> propagacion (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Nothing Just 1 Just 0 )

-- λ> propagacion it

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Just 2 Just 1 Just 0 )

propagacion :: Matrix (Maybe Int) -> Matrix (Maybe Int)

propagacion a = matrix m n f

where

m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | isJust x = x

| otherwise = siguiente (minimo (valoresVecinos a (i,j)))

where x = a ! (i,j)

-- (valoresVecinos a p) es la lista de los valores de los vecinos la

-- posición p en la matriz a. Por ejemplo,

-- λ> a = fromList 3 4 [1..]

-- λ> a

-- ( 1 2 3 4 )

-- ( 5 6 7 8 )

-- ( 9 10 11 12 )

-- λ> valoresVecinos a (1,1)

-- [5,2]

-- λ> valoresVecinos a (2,3)

-- [3,11,6,8]

-- λ> valoresVecinos a (2,4)

-- [4,12,7]

valoresVecinos :: Matrix a -> (Int,Int) -> [a]

valoresVecinos a (i,j) = [a ! (k,l) | (k,l) <- vecinos m n (i,j)]

where m = nrows a

n = ncols a

-- (vecinos m n p) es la lista de las posiciones vecinas de la posición

-- p en la matriz a; es decir, los que se encuentran a su izquierda,

-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,

-- vecinos 3 4 (1,1) == [(2,1),(1,2)]

-- vecinos 3 4 (2,3) == [(1,3),(3,3),(2,2),(2,4)]

-- vecinos 3 4 (2,4) == [(1,4),(3,4),(2,3)]

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

vecinos m n (i,j) = [(i - 1,j) | i > 1] ++

[(i + 1,j) | i < m] ++

[(i, j - 1) | j > 1] ++

[(i, j + 1) | j < n]

-- (minimo xs) es el mínimo de la lista de valores opcionales xs

-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,

-- minimo [Just 3, Nothing, Just 2] == Just 2

minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int

minimo = foldr1 minimo2

-- (minimo2 x y) es el mínimo de los valores opcionales x e y

-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,

-- minimo2 (Just 3) (Just 2) == Just 2

-- minimo2 (Just 1) (Just 2) == Just 1

-- minimo2 (Just 1) Nothing == Just 1

-- minimo2 Nothing (Just 2) == Just 2

-- minimo2 Nothing Nothing == Nothing

minimo2 :: Maybe Int -> Maybe Int -> Maybe Int

minimo2 (Just x) (Just y) = Just (min x y)

minimo2 Nothing (Just y) = Just y

minimo2 (Just x) Nothing = Just x

minimo2 Nothing Nothing = Nothing

-- (siguiente x) es el siguiente elemento del opcional x (considerando

-- Nothing como el infinito). Por ejemplo,

-- siguiente (Just 3) == Just 4

-- siguiente Nothing == Nothing

siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int

siguiente (Just x) = Just (1 + x)

siguiente Nothing = Nothing

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> maximum (minimasDistancias (identity 40))

-- 39

-- (3.85 secs, 654,473,496 bytes)

-- λ> maximum (minimasDistancias2 (identity 40))

-- 39

-- (0.50 secs, 75,079,912 bytes)

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad n =

sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =

n*(n^2-1) `div` 3

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

-- La propiedad es

prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool

prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =

sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) prop_MinimaDistanciasIdentidad

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

-- La comparación es

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50

-- 41650

-- (0.24 secs, 149,395,744 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100

-- 333300

-- (1.98 secs, 1,294,676,272 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200

-- 2666600

-- (17.96 secs, 11,094,515,016 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50

-- 41650

-- (0.00 secs, 126,944 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100

-- 333300

-- (0.00 secs, 126,872 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200

-- 2666600

-- (0.00 secs, 131,240 bytes)

-- Resumidamente, el tiempo es

-- +-----+---------+--------+

-- | n | 1ª def. | 2ª def |

-- +-----+---------+--------+

-- | 50 | 0.24 | 0.00 |

-- | 100 | 1.98 | 0.00 |

-- | 200 | 17.96 | 0.00 |

-- +-----+---------+--------+

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>

Conjetura de Goldbach

PorJosé A. Alonso 1-abril-202026-marzo-2022

Una forma de la conjetura de Golbach afirma que todo entero mayor que 1 se puede escribir como la suma de uno, dos o tres números primos.

Si se define el índice de Goldbach de n > 1 como la mínima cantidad de primos necesarios para que su suma sea n, entonces la conjetura de Goldbach afirma que todos los índices de Goldbach de los enteros mayores que 1 son menores que 4.

Definir las siguientes funciones

   indiceGoldbach  :: Int -> Int
   graficaGoldbach :: Int -> IO ()

1 2	indiceGoldbach :: Int -> Int graficaGoldbach :: Int -> IO ()

tales que

(indiceGoldbach n) es el índice de Goldbach de n. Por ejemplo,

     indiceGoldbach 2                        ==  1
     indiceGoldbach 4                        ==  2
     indiceGoldbach 27                       ==  3
     sum (map indiceGoldbach [2..5000])      ==  10619
     maximum (map indiceGoldbach [2..5000])  ==  3

indiceGoldbach 2 == 1

indiceGoldbach 4 == 2

indiceGoldbach 27 == 3

sum (map indiceGoldbach [2..5000]) == 10619

maximum (map indiceGoldbach [2..5000]) == 3

(graficaGoldbach n) dibuja la gráfica de los índices de Goldbach de los números entre 2 y n. Por ejemplo, (graficaGoldbach 150) dibuja

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Goldbach anterior.

Soluciones

import Data.Array
import Data.Numbers.Primes
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck


-- 1ª definición
-- =============

indiceGoldbach :: Int -> Int
indiceGoldbach n =
  minimum (map length (particiones n))

particiones :: Int -> [[Int]]
particiones n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
    where f 0 = [[]]
          f m = [x:y | x <- xs, 
                       y <- v ! (m-x), 
                       [x] >= take 1 y]
            where xs = reverse (takeWhile (<= m) primes)

-- 2ª definición
-- =============

indiceGoldbach2 :: Int -> Int
indiceGoldbach2 x =
  head [n | n <- [1..], esSumaDe x n]

-- (esSumaDe x n) se verifica si x se puede escribir como la suma de n
-- primos. Por ejemplo,
--    esSumaDe 2  1  ==  True
--    esSumaDe 4  1  ==  False
--    esSumaDe 4  2  ==  True
--    esSumaDe 27 2  ==  False
--    esSumaDe 27 3  ==  True
esSumaDe :: Int -> Int -> Bool
esSumaDe x 1 = isPrime x
esSumaDe x n = or [esSumaDe (x-p) (n-1) | p <- takeWhile (<= x) primes]

-- 3ª definición
-- =============

indiceGoldbach3 :: Int -> Int
indiceGoldbach3 x =
  head [n | n <- [1..], esSumaDe3 x n]

esSumaDe3 :: Int -> Int -> Bool
esSumaDe3 x n = a ! (x,n) where
  a = array ((2,1),(x,9)) [((i,j),f i j) | i <- [2..x], j <- [1..9]]
  f i 1 = isPrime i
  f i j = or [a!(i-k,j-1) | k <- takeWhile (<= i) primes]

-- 4ª definición
-- =============

indiceGoldbach4 :: Int -> Int
indiceGoldbach4 n = v ! n where
  v = array (2,n) [(i,f i) | i <- [2..n]]
  f i | isPrime i = 1
      | otherwise = 1 + minimum [v!(i-p) | p <- takeWhile (< (i-1)) primes]

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

--    λ> sum (map indiceGoldbach [2..80])
--    142
--    (2.66 secs, 1,194,330,496 bytes)
--    λ> sum (map indiceGoldbach2 [2..80])
--    142
--    (0.01 secs, 1,689,944 bytes)
--    λ> sum (map indiceGoldbach3 [2..80])
--    142
--    (0.03 secs, 27,319,296 bytes)
--    λ> sum (map indiceGoldbach4 [2..80])
--    142
--    (0.03 secs, 47,823,656 bytes)
--    
--    λ> sum (map indiceGoldbach2 [2..1000])
--    2030
--    (0.10 secs, 200,140,264 bytes)
--    λ> sum (map indiceGoldbach3 [2..1000])
--    2030
--    (3.10 secs, 4,687,467,664 bytes)

-- Gráfica
-- =======

graficaGoldbach :: Int -> IO ()
graficaGoldbach n =
  plotList [ Key Nothing
           , XRange (2,fromIntegral n)
           , PNG ("Conjetura_de_Goldbach_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           [indiceGoldbach2 k | k <- [2..n]]

-- Comprobación de la conjetura de Goldbach
-- ========================================

-- La propiedad es
prop_Goldbach :: Int -> Property
prop_Goldbach x =
  x >= 2 ==> indiceGoldbach2 x < 4

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

100

101

102

103

104

105

106

107

import Data.Array

import Data.Numbers.Primes

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

indiceGoldbach :: Int -> Int

indiceGoldbach n =

minimum (map length (particiones n))

particiones :: Int -> [[Int]]

particiones n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

where f 0 = [[]]

f m = [x:y | x <- xs,

y <- v ! (m-x),

[x] >= take 1 y]

where xs = reverse (takeWhile (<= m) primes)

-- 2ª definición

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

indiceGoldbach2 :: Int -> Int

indiceGoldbach2 x =

head [n | n <- [1..], esSumaDe x n]

-- (esSumaDe x n) se verifica si x se puede escribir como la suma de n

-- primos. Por ejemplo,

-- esSumaDe 2 1 == True

-- esSumaDe 4 1 == False

-- esSumaDe 4 2 == True

-- esSumaDe 27 2 == False

-- esSumaDe 27 3 == True

esSumaDe :: Int -> Int -> Bool

esSumaDe x 1 = isPrime x

esSumaDe x n = or [esSumaDe (x-p) (n-1) | p <- takeWhile (<= x) primes]

-- 3ª definición

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

indiceGoldbach3 :: Int -> Int

indiceGoldbach3 x =

head [n | n <- [1..], esSumaDe3 x n]

esSumaDe3 :: Int -> Int -> Bool

esSumaDe3 x n = a ! (x,n) where

a = array ((2,1),(x,9)) [((i,j),f i j) | i <- [2..x], j <- [1..9]]

f i 1 = isPrime i

f i j = or [a!(i-k,j-1) | k <- takeWhile (<= i) primes]

-- 4ª definición

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

indiceGoldbach4 :: Int -> Int

indiceGoldbach4 n = v ! n where

v = array (2,n) [(i,f i) | i <- [2..n]]

f i | isPrime i = 1

| otherwise = 1 + minimum [v!(i-p) | p <- takeWhile (< (i-1)) primes]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sum (map indiceGoldbach [2..80])

-- 142

-- (2.66 secs, 1,194,330,496 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach2 [2..80])

-- 142

-- (0.01 secs, 1,689,944 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach3 [2..80])

-- 142

-- (0.03 secs, 27,319,296 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach4 [2..80])

-- 142

-- (0.03 secs, 47,823,656 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach2 [2..1000])

-- 2030

-- (0.10 secs, 200,140,264 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach3 [2..1000])

-- 2030

-- (3.10 secs, 4,687,467,664 bytes)

-- Gráfica

-- =======

graficaGoldbach :: Int -> IO ()

graficaGoldbach n =

plotList [ Key Nothing

, XRange (2,fromIntegral n)

, PNG ("Conjetura_de_Goldbach_" ++ show n ++ ".png")

]

[indiceGoldbach2 k | k <- [2..n]]

-- Comprobación de la conjetura de Goldbach

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

-- La propiedad es

prop_Goldbach :: Int -> Property

prop_Goldbach x =

x >= 2 ==> indiceGoldbach2 x < 4

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_Goldbach

-- +++ OK, passed 100 tests.

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

«La diferencia entre los matemáticos y los físicos es que después de que los físicos prueban un gran resultado piensan que es fantástico, pero después de que los matemáticos prueban un gran resultado piensan que es trivial.»

Lucien Szpiro.

Número de emparejamientos de amigos

PorJosé A. Alonso 30-abril-201919-mayo-2019

El problema del número de emparejamiento de amigos consiste en calcular el número de formas de emparejar n amigos teniendo en cuenta que cada uno puede permanecer soltero o puede ser emparejado con algún otro amigo y que cada amigo puede ser emparejado sólo una vez. Por ejemplo, los 4 posibles emparejamientos de 3 amigos son

   {1}, {2}, {3} 
   {1}, {2, 3} 
   {1, 2}, {3} 
   {1, 3}, {2}

{1}, {2}, {3}

{1}, {2, 3}

{1, 2}, {3}

{1, 3}, {2}

Definir la función

   nEmparejamientos :: Integer -> Integer

1	nEmparejamientos :: Integer -> Integer

tal que (nEmparejamientos n) es el número de formas de emparejar a los n amigos. Por ejemplo,

   nEmparejamientos 2   ==  2
   nEmparejamientos 3   ==  4
   nEmparejamientos 4   ==  10
   nEmparejamientos 10  ==  9496
   nEmparejamientos 30  ==  606917269909048576
   length (show (nEmparejamientos3 (10^4)))  ==  17872

nEmparejamientos 2 == 2

nEmparejamientos 3 == 4

nEmparejamientos 4 == 10

nEmparejamientos 10 == 9496

nEmparejamientos 30 == 606917269909048576

length (show (nEmparejamientos3 (10^4))) == 17872

Soluciones

import Data.List (delete, genericLength)
import Data.Array

-- 1ª solución
-- ===========

nEmparejamientos :: Integer -> Integer
nEmparejamientos = genericLength . emparejamientos

emparejamientos :: Integer -> [[[Integer]]]
emparejamientos n = aux [1..n]
  where aux [] = [[]]
        aux (x:xs) = [[x] : ps | ps <- aux xs] ++
                     [[x,y] : ps | y <- xs, ps <- aux (delete y xs)]

-- 2ª solución
-- ===========

nEmparejamientos2 :: Integer -> Integer
nEmparejamientos2 0 = 1
nEmparejamientos2 1 = 1
nEmparejamientos2 2 = 2
nEmparejamientos2 n = nEmparejamientos2 (n - 1) + (n - 1) * nEmparejamientos2 (n - 2)

-- 3ª solución
-- ===========

nEmparejamientos3 :: Integer -> Integer
nEmparejamientos3 n = (vectorEmparejamientos n) ! n

-- (vectorEmparejamientos n) es el vector con índices de 0 a n tal que el valor
-- de la posición i es el número de formas de emparejar a i amigos. Por ejemplo,
--    λ> vectorEmparejamientos 7
--    array (0,7) [(0,1),(1,1),(2,2),(3,4),(4,10),(5,26),(6,76),(7,232)]
vectorEmparejamientos :: Integer -> Array Integer Integer
vectorEmparejamientos n = v where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 1
  f 1 = 1
  f 2 = 2
  f n = v!(n-1) + (n-1)*v!(n-2)

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

--    λ> nEmparejamientos 12
--    140152
--    (1.81 secs, 280,218,616 bytes)
--    λ> nEmparejamientos2 12
--    140152
--    (0.01 secs, 177,168 bytes)
--    λ> nEmparejamientos3 12
--    140152
--    (0.01 secs, 108,816 bytes)
--    
--    λ> nEmparejamientos2 30
--    606917269909048576
--    (3.97 secs, 449,224,280 bytes)
--    λ> nEmparejamientos3 30
--    606917269909048576
--    (0.01 secs, 135,160 bytes)

import Data.List (delete, genericLength)

import Data.Array

-- 1ª solución

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

nEmparejamientos :: Integer -> Integer

nEmparejamientos = genericLength . emparejamientos

emparejamientos :: Integer -> [[[Integer]]]

emparejamientos n = aux [1..n]

where aux [] = [[]]

aux (x:xs) = [[x] : ps | ps <- aux xs] ++

[[x,y] : ps | y <- xs, ps <- aux (delete y xs)]

-- 2ª solución

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

nEmparejamientos2 :: Integer -> Integer

nEmparejamientos2 0 = 1

nEmparejamientos2 1 = 1

nEmparejamientos2 2 = 2

nEmparejamientos2 n = nEmparejamientos2 (n - 1) + (n - 1) * nEmparejamientos2 (n - 2)

-- 3ª solución

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

nEmparejamientos3 :: Integer -> Integer

nEmparejamientos3 n = (vectorEmparejamientos n) ! n

-- (vectorEmparejamientos n) es el vector con índices de 0 a n tal que el valor

-- de la posición i es el número de formas de emparejar a i amigos. Por ejemplo,

-- λ> vectorEmparejamientos 7

-- array (0,7) [(0,1),(1,1),(2,2),(3,4),(4,10),(5,26),(6,76),(7,232)]

vectorEmparejamientos :: Integer -> Array Integer Integer

vectorEmparejamientos n = v where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 1

f 1 = 1

f 2 = 2

f n = v!(n-1) + (n-1)*v!(n-2)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nEmparejamientos 12

-- 140152

-- (1.81 secs, 280,218,616 bytes)

-- λ> nEmparejamientos2 12

-- 140152

-- (0.01 secs, 177,168 bytes)

-- λ> nEmparejamientos3 12

-- 140152

-- (0.01 secs, 108,816 bytes)

-- λ> nEmparejamientos2 30

-- 606917269909048576

-- (3.97 secs, 449,224,280 bytes)

-- λ> nEmparejamientos3 30

-- 606917269909048576

-- (0.01 secs, 135,160 bytes)

Pensamiento

Toda la imaginería
que no ha brotado del río,
barata bisutería.

Antonio Machado

Triángulo de Euler

PorJosé A. Alonso 29-marzo-20195-abril-2019

El triángulo de Euler se construye a partir de las siguientes relaciones

   A(n,1) = A(n,n) = 1
   A(n,m) = (n-m)A(n-1,m-1) + (m+1)A(n-1,m).

1 2	A(n,1) = A(n,n) = 1 A(n,m) = (n-m)A(n-1,m-1) + (m+1)A(n-1,m).

Sus primeros términos son

   1 
   1 1                                                       
   1 4   1                                            
   1 11  11    1                                    
   1 26  66    26    1                             
   1 57  302   302   57     1                    
   1 120 1191  2416  1191   120   1            
   1 247 4293  15619 15619  4293  247   1   
   1 502 14608 88234 156190 88234 14608 502 1

1 1

1 4 1

1 11 11 1

1 26 66 26 1

1 57 302 302 57 1

1 120 1191 2416 1191 120 1

1 247 4293 15619 15619 4293 247 1

1 502 14608 88234 156190 88234 14608 502 1

Definir las siguientes funciones:

  numeroEuler        :: Integer -> Integer -> Integer
  filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]
  trianguloEuler     :: [[Integer]]

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]

trianguloEuler :: [[Integer]]

tales que

(numeroEuler n k) es el número de Euler A(n,k). Por ejemplo,

     numeroEuler 8 3  == 15619
     numeroEuler 20 6 == 21598596303099900
     length (show (numeroEuler 1000 500)) == 2567

numeroEuler 8 3 == 15619

numeroEuler 20 6 == 21598596303099900

length (show (numeroEuler 1000 500)) == 2567

(filaTrianguloEuler n) es la n-ésima fila del triángulo de Euler. Por ejemplo,

     filaTrianguloEuler 7  ==  [1,120,1191,2416,1191,120,1]
     filaTrianguloEuler 8  ==  [1,247,4293,15619,15619,4293,247,1]
     length (show (maximum (filaTrianguloEuler 1000)))  ==  2567

filaTrianguloEuler 7 == [1,120,1191,2416,1191,120,1]

filaTrianguloEuler 8 == [1,247,4293,15619,15619,4293,247,1]

length (show (maximum (filaTrianguloEuler 1000))) == 2567

trianguloEuler es la lista con las filas del triángulo de Euler

     λ> take 6 trianguloEuler
     [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]
     λ> length (show (maximum (trianguloEuler !! 999)))
     2567

λ> take 6 trianguloEuler

[[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]

λ> length (show (maximum (trianguloEuler !! 999)))

2567

Soluciones

import Data.List  (genericLength, genericIndex)
import Data.Array (Array, (!), array)

-- 1ª solución
-- ===========

trianguloEuler :: [[Integer]]
trianguloEuler = iterate siguiente [1]

-- (siguiente xs) es la fila siguiente a la xs en el triángulo de
-- Euler. Por ejemplo,
--    λ> siguiente [1]
--    [1,1]
--    λ> siguiente it
--    [1,4,1]
--    λ> siguiente it
--    [1,11,11,1]
siguiente :: [Integer] -> [Integer]
siguiente xs = zipWith (+) us vs
  where n = genericLength xs
        us = zipWith (*) (0:xs) [n+1,n..1]
        vs = zipWith (*) (xs++[0]) [1..n+1]

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler n = trianguloEuler `genericIndex` (n-1)

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler n k = filaTrianguloEuler n `genericIndex` k

-- 2ª solución
-- ===========

numeroEuler2 :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler2 n 0 = 1
numeroEuler2 n m 
  | n == m    = 0
  | otherwise = (n-m) * numeroEuler2 (n-1) (m-1) + (m+1) * numeroEuler2 (n-1) m

filaTrianguloEuler2 :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler2 n = map (numeroEuler2 n) [0..n-1]

trianguloEuler2 :: [[Integer]]
trianguloEuler2 = map filaTrianguloEuler2 [1..]
                  
-- 3ª solución
-- ===========

numeroEuler3 :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler3 n k = (matrizEuler n k) ! (n,k)

-- (matrizEuler n m) es la matriz de n+1 filas y m+1 columnsa formada
-- por los números de Euler. Por ejemplo,
--   λ> [[matrizEuler 6 6 ! (i,j) | j <- [0..i-1]] | i <- [1..6]]
--   [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]
matrizEuler :: Integer -> Integer -> Array (Integer,Integer) Integer
matrizEuler n m = q
  where q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]
        f i 0 = 1
        f i j
          | i == j    = 0
          | otherwise = (i-j) * q!(i-1,j-1) + (j+1)* q!(i-1,j)

filaTrianguloEuler3 :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler3 n = map (numeroEuler3 n) [0..n-1]

trianguloEuler3 :: [[Integer]]
trianguloEuler3 = map filaTrianguloEuler3 [1..]

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

-- La comparación es
--   λ> numeroEuler 22 11
--   301958232385734088196
--   (0.01 secs, 118,760 bytes)
--   λ> numeroEuler2 22 11
--   301958232385734088196
--   (3.96 secs, 524,955,384 bytes)
--   λ> numeroEuler3 22 11
--   301958232385734088196
--   (0.01 secs, 356,296 bytes)
--   
--   λ> length (show (numeroEuler 800 400))
--   1976
--   (0.01 secs, 383,080 bytes)
--   λ> length (show (numeroEuler3 800 400))
--   1976
--   (2.13 secs, 508,780,696 bytes)

import Data.List (genericLength, genericIndex)

import Data.Array (Array, (!), array)

-- 1ª solución

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

trianguloEuler :: [[Integer]]

trianguloEuler = iterate siguiente [1]

-- (siguiente xs) es la fila siguiente a la xs en el triángulo de

-- Euler. Por ejemplo,

-- λ> siguiente [1]

-- [1,1]

-- λ> siguiente it

-- [1,4,1]

-- λ> siguiente it

-- [1,11,11,1]

siguiente :: [Integer] -> [Integer]

siguiente xs = zipWith (+) us vs

where n = genericLength xs

us = zipWith (*) (0:xs) [n+1,n..1]

vs = zipWith (*) (xs++[0]) [1..n+1]

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler n = trianguloEuler `genericIndex` (n-1)

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler n k = filaTrianguloEuler n `genericIndex` k

-- 2ª solución

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

numeroEuler2 :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler2 n 0 = 1

numeroEuler2 n m

| n == m = 0

| otherwise = (n-m) * numeroEuler2 (n-1) (m-1) + (m+1) * numeroEuler2 (n-1) m

filaTrianguloEuler2 :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler2 n = map (numeroEuler2 n) [0..n-1]

trianguloEuler2 :: [[Integer]]

trianguloEuler2 = map filaTrianguloEuler2 [1..]

-- 3ª solución

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

numeroEuler3 :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler3 n k = (matrizEuler n k) ! (n,k)

-- (matrizEuler n m) es la matriz de n+1 filas y m+1 columnsa formada

-- por los números de Euler. Por ejemplo,

-- λ> [[matrizEuler 6 6 ! (i,j) | j <- [0..i-1]] | i <- [1..6]]

-- [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]

matrizEuler :: Integer -> Integer -> Array (Integer,Integer) Integer

matrizEuler n m = q

where q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]

f i 0 = 1

f i j

| i == j = 0

| otherwise = (i-j) * q!(i-1,j-1) + (j+1)* q!(i-1,j)

filaTrianguloEuler3 :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler3 n = map (numeroEuler3 n) [0..n-1]

trianguloEuler3 :: [[Integer]]

trianguloEuler3 = map filaTrianguloEuler3 [1..]

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> numeroEuler 22 11

-- 301958232385734088196

-- (0.01 secs, 118,760 bytes)

-- λ> numeroEuler2 22 11

-- 301958232385734088196

-- (3.96 secs, 524,955,384 bytes)

-- λ> numeroEuler3 22 11

-- 301958232385734088196

-- (0.01 secs, 356,296 bytes)

-- λ> length (show (numeroEuler 800 400))

-- 1976

-- (0.01 secs, 383,080 bytes)

-- λ> length (show (numeroEuler3 800 400))

-- 1976

-- (2.13 secs, 508,780,696 bytes)

Pensamiento

Señor San Jerónimo,
suelte usted la piedra
con que se machaca.
Me pegó con ella.

Antonio Machado

Matriz de mínimas distancias

PorJosé A. Alonso 22-marzo-201925-abril-2021

Definir las funciones

   minimasDistancias             :: Matrix Int -> Matrix Int
   sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

1 2	minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

tales que

(mininasDistancias a) es la matriz de las mínimas distancias de cada elemento de a hasta alcanzar un 1 donde un paso es un movimiento hacia la izquierda, derecha, arriba o abajo. Por ejemplo,

     λ> minimasDistancias (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])
     ( 1 0 0 )
     ( 2 1 0 )
     λ> minimasDistancias (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])
     ( 1 1 0 )
     ( 0 1 1 )
     λ> minimasDistancias (identity 5)
     ( 0 1 2 3 4 )
     ( 1 0 1 2 3 )
     ( 2 1 0 1 2 )
     ( 3 2 1 0 1 )
     ( 4 3 2 1 0 )

λ> minimasDistancias (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])

( 1 0 0 )

( 2 1 0 )

λ> minimasDistancias (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])

( 1 1 0 )

( 0 1 1 )

λ> minimasDistancias (identity 5)

( 0 1 2 3 4 )

( 1 0 1 2 3 )

( 2 1 0 1 2 )

( 3 2 1 0 1 )

( 4 3 2 1 0 )

(sumaMinimaDistanciasIdentidad n) es la suma de los elementos de la matriz de las mínimas distancias correspondiente a la matriz identidad de orden n. Por ejemplo,

     sumaMinimaDistanciasIdentidad 5       ==  40
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2)  ==  333300
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4)  ==  333333330000
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6)  ==  333333333333000000

sumaMinimaDistanciasIdentidad 5 == 40

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2) == 333300

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4) == 333333330000

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6) == 333333333333000000

Soluciones

import Data.Matrix
import Data.Maybe (isJust, fromJust)
import Test.QuickCheck

-- Definición de minimasDistancias
-- ===============================

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int
minimasDistancias a = fmap fromJust (aux (matrizInicial a))
  where aux b | Nothing `elem` c = aux c
              | otherwise        = c
          where c = propagacion b

-- (matrizInicial a) es la matriz que tiene (Just 0) en los elementos de
-- a iguales a 1 y Nothing en los restantes. Por ejemplo,
--    λ> matrizInicial (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])
--    ( Nothing Nothing  Just 0 )
--    (  Just 0 Nothing Nothing )
matrizInicial :: Matrix Int -> Matrix (Maybe Int)
matrizInicial a = matrix m n f
  where m = nrows a
        n = ncols a
        f (i,j) | a ! (i,j) == 1 = Just 0
                | otherwise      = Nothing

-- (propagacion a) es la matriz obtenida cambiando los elementos Nothing
-- de a por el sigiente del mínomo de los valores de sus vecinos. Por
-- ejemplo,
--    λ> propagacion (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])
--    (  Just 1  Just 0  Just 0 )
--    ( Nothing  Just 1  Just 0 )
--    
--    λ> propagacion it
--    ( Just 1 Just 0 Just 0 )
--    ( Just 2 Just 1 Just 0 )
propagacion :: Matrix (Maybe Int) -> Matrix (Maybe Int)
propagacion a = matrix m n f
  where
    m = nrows a
    n = ncols a
    f (i,j) | isJust x  = x
            | otherwise = siguiente (minimo (valoresVecinos a (i,j)))
      where x = a ! (i,j)

-- (valoresVecinos a p) es la lista de los valores de los vecinos la
-- posición p en la matriz a. Por ejemplo,             
--    λ> a = fromList 3 4 [1..]
--    λ> a
--    (  1  2  3  4 )
--    (  5  6  7  8 )
--    (  9 10 11 12 )
--    
--    λ> valoresVecinos a (1,1)
--    [5,2]
--    λ> valoresVecinos a (2,3)
--    [3,11,6,8]
--    λ> valoresVecinos a (2,4)
--    [4,12,7]
valoresVecinos :: Matrix a -> (Int,Int) -> [a]
valoresVecinos a (i,j) = [a ! (k,l) | (k,l) <- vecinos m n (i,j)]
  where m = nrows a
        n = ncols a

-- (vecinos m n p) es la lista de las posiciones vecinas de la posición
-- p en la matriz a; es decir, los que se encuentran a su izquierda,
-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,
--    vecinos 3 4 (1,1)  ==  [(2,1),(1,2)]
--    vecinos 3 4 (2,3)  ==  [(1,3),(3,3),(2,2),(2,4)]
--    vecinos 3 4 (2,4)  ==  [(1,4),(3,4),(2,3)]
vecinos :: Int -> Int -> (Int,Int) -> [(Int,Int)]
vecinos m n (i,j) = [(i - 1,j)     | i > 1] ++
                    [(i + 1,j)     | i < m] ++
                    [(i,    j - 1) | j > 1] ++
                    [(i,    j + 1) | j < n]

-- (minimo xs) es el mínimo de la lista de valores opcionales xs
-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,
--    minimo [Just 3, Nothing, Just 2]  ==  Just 2
minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int
minimo = foldr1 minimo2

-- (minimo2 x y) es el mínimo de los valores opcionales x e y
-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,
--    minimo2 (Just 3) (Just 2)  ==  Just 2
--    minimo2 (Just 1) (Just 2)  ==  Just 1
--    minimo2 (Just 1) Nothing   ==  Just 1
--    minimo2 Nothing (Just 2)   ==  Just 2
--    minimo2 Nothing Nothing    ==  Nothing
minimo2 :: Maybe Int -> Maybe Int -> Maybe Int
minimo2 (Just x) (Just y) = Just (min x y)
minimo2 Nothing  (Just y) = Just y
minimo2 (Just x) Nothing  = Just x
minimo2 Nothing  Nothing  = Nothing

-- (siguiente x) es el siguiente elemento del opcional x (considerando
-- Nothing como el infinito). Por ejemplo, 
--    siguiente (Just 3)  ==  Just 4
--    siguiente Nothing  ==  Nothing
siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int
siguiente (Just x) = Just (1 + x)
siguiente Nothing  = Nothing

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- ==============================================

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int
sumaMinimaDistanciasIdentidad n =
  sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- ==============================================

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int
sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =
  n*(n^2-1) `div` 3

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- =================================================================

-- La propiedad es
prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool
prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =
  sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) prop_MinimaDistanciasIdentidad
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

-- La comparación es
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50
--    41650
--    (0.24 secs, 149,395,744 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100
--    333300
--    (1.98 secs, 1,294,676,272 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200
--    2666600
--    (17.96 secs, 11,094,515,016 bytes)
--    
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50
--    41650
--    (0.00 secs, 126,944 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100
--    333300
--    (0.00 secs, 126,872 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200
--    2666600
--    (0.00 secs, 131,240 bytes)
--
-- Resumidamente, el tiempo es
--
--    +-----+---------+--------+
--    |   n | 1ª def. | 2ª def |
--    +-----+---------+--------+
--    |  50 |  0.24   | 0.00   |
--    | 100 |  1.98   | 0.00   |
--    | 200 | 17.96   | 0.00   | 
--    +-----+---------+--------+

100

101

102

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159

160

161

import Data.Matrix

import Data.Maybe (isJust, fromJust)

import Test.QuickCheck

-- Definición de minimasDistancias

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

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int

minimasDistancias a = fmap fromJust (aux (matrizInicial a))

where aux b | Nothing `elem` c = aux c

| otherwise = c

where c = propagacion b

-- (matrizInicial a) es la matriz que tiene (Just 0) en los elementos de

-- a iguales a 1 y Nothing en los restantes. Por ejemplo,

-- λ> matrizInicial (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])

-- ( Nothing Nothing Just 0 )

-- ( Just 0 Nothing Nothing )

matrizInicial :: Matrix Int -> Matrix (Maybe Int)

matrizInicial a = matrix m n f

where m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | a ! (i,j) == 1 = Just 0

| otherwise = Nothing

-- (propagacion a) es la matriz obtenida cambiando los elementos Nothing

-- de a por el sigiente del mínomo de los valores de sus vecinos. Por

-- ejemplo,

-- λ> propagacion (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Nothing Just 1 Just 0 )

-- λ> propagacion it

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Just 2 Just 1 Just 0 )

propagacion :: Matrix (Maybe Int) -> Matrix (Maybe Int)

propagacion a = matrix m n f

where

m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | isJust x = x

| otherwise = siguiente (minimo (valoresVecinos a (i,j)))

where x = a ! (i,j)

-- (valoresVecinos a p) es la lista de los valores de los vecinos la

-- posición p en la matriz a. Por ejemplo,

-- λ> a = fromList 3 4 [1..]

-- λ> a

-- ( 1 2 3 4 )

-- ( 5 6 7 8 )

-- ( 9 10 11 12 )

-- λ> valoresVecinos a (1,1)

-- [5,2]

-- λ> valoresVecinos a (2,3)

-- [3,11,6,8]

-- λ> valoresVecinos a (2,4)

-- [4,12,7]

valoresVecinos :: Matrix a -> (Int,Int) -> [a]

valoresVecinos a (i,j) = [a ! (k,l) | (k,l) <- vecinos m n (i,j)]

where m = nrows a

n = ncols a

-- (vecinos m n p) es la lista de las posiciones vecinas de la posición

-- p en la matriz a; es decir, los que se encuentran a su izquierda,

-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,

-- vecinos 3 4 (1,1) == [(2,1),(1,2)]

-- vecinos 3 4 (2,3) == [(1,3),(3,3),(2,2),(2,4)]

-- vecinos 3 4 (2,4) == [(1,4),(3,4),(2,3)]

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

vecinos m n (i,j) = [(i - 1,j) | i > 1] ++

[(i + 1,j) | i < m] ++

[(i, j - 1) | j > 1] ++

[(i, j + 1) | j < n]

-- (minimo xs) es el mínimo de la lista de valores opcionales xs

-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,

-- minimo [Just 3, Nothing, Just 2] == Just 2

minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int

minimo = foldr1 minimo2

-- (minimo2 x y) es el mínimo de los valores opcionales x e y

-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,

-- minimo2 (Just 3) (Just 2) == Just 2

-- minimo2 (Just 1) (Just 2) == Just 1

-- minimo2 (Just 1) Nothing == Just 1

-- minimo2 Nothing (Just 2) == Just 2

-- minimo2 Nothing Nothing == Nothing

minimo2 :: Maybe Int -> Maybe Int -> Maybe Int

minimo2 (Just x) (Just y) = Just (min x y)

minimo2 Nothing (Just y) = Just y

minimo2 (Just x) Nothing = Just x

minimo2 Nothing Nothing = Nothing

-- (siguiente x) es el siguiente elemento del opcional x (considerando

-- Nothing como el infinito). Por ejemplo,

-- siguiente (Just 3) == Just 4

-- siguiente Nothing == Nothing

siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int

siguiente (Just x) = Just (1 + x)

siguiente Nothing = Nothing

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad n =

sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =

n*(n^2-1) `div` 3

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

-- La propiedad es

prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool

prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =

sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) prop_MinimaDistanciasIdentidad

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50

-- 41650

-- (0.24 secs, 149,395,744 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100

-- 333300

-- (1.98 secs, 1,294,676,272 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200

-- 2666600

-- (17.96 secs, 11,094,515,016 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50

-- 41650

-- (0.00 secs, 126,944 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100

-- 333300

-- (0.00 secs, 126,872 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200

-- 2666600

-- (0.00 secs, 131,240 bytes)

-- Resumidamente, el tiempo es

-- +-----+---------+--------+

-- | n | 1ª def. | 2ª def |

-- +-----+---------+--------+

-- | 50 | 0.24 | 0.00 |

-- | 100 | 1.98 | 0.00 |

-- | 200 | 17.96 | 0.00 |

-- +-----+---------+--------+

Pensamiento

La primavera ha venido.
Nadie sabe como ha sido.

Antonio Machado

Cambio con el menor número de monedas

PorJosé A. Alonso 15-marzo-201926-marzo-2022

   1, 1, 1, 1, 1, 1
   1, 1, 1, 3
   1, 1, 4
   3, 3

1, 1, 1, 1, 1, 1

1, 1, 1, 3

1, 1, 4

3, 3

El menor número de monedas que se necesita es 2. En cambio, con monedas de 2, 5 y 10 es imposible obtener 3.

Definir

   monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int

1	monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int

tal que (monedas ms x) es el menor número de monedas de ms cuya suma es x, si es posible obtener dicha suma y es Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

   monedas [1,3,4]  6                    ==  Just 2
   monedas [2,5,10] 3                    ==  Nothing
   monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 520  ==  Just 4

monedas [1,3,4] 6 == Just 2

monedas [2,5,10] 3 == Nothing

monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 520 == Just 4

Soluciones

import Data.Array ((!), array)

-- 1ª solución
-- ===========

monedas :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas ms x
  | null cs   = Nothing
  | otherwise = Just (minimum (map length cs))
  where cs = cambios ms x

-- (cambios ms x) es la lista de las foemas de obtener x sumando monedas
-- de ms. Por ejemplo,
--   λ> cambios [1,5,10] 12
--   [[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,5],[1,1,5,5],[1,1,10]]
--   λ> cambios [2,5,10] 3
--   []
--   λ> cambios [1,3,4] 6
--   [[1,1,1,1,1,1],[1,1,1,3],[1,1,4],[3,3]]
cambios :: [Int] -> Int -> [[Int]]
cambios _      0 = [[]]
cambios []     _ = []
cambios (k:ks) m
  | m < k     = []
  | otherwise = [k:zs | zs <- cambios (k:ks) (m - k)] ++
                cambios ks m

-- 2ª solución
-- ===========

monedas2 :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas2 ms n
  | sol == infinito = Nothing
  | otherwise       = Just sol
  where
    sol = aux n
    aux 0 = 0
    aux k = siguiente (minimo [aux (k - x) | x <- ms,  k >= x])

infinito :: Int
infinito = 10^30

minimo :: [Int] -> Int
minimo [] = infinito
minimo xs = minimum xs

siguiente :: Int -> Int
siguiente x | x == infinito = infinito
            | otherwise     = 1 + x

-- 3ª solución
-- ===========

monedas3 :: [Int] -> Int -> Maybe Int
monedas3 ms n  
  | sol == infinito = Nothing
  | otherwise       = Just sol
  where
    sol = v ! n
    v   = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
    f 0 = 0
    f k = siguiente (minimo [v ! (k - x) | x <- ms, k >= x])

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

--    λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (0.02 secs, 871,144 bytes)
--    λ> monedas2 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (15.44 secs, 1,866,519,080 bytes)
--    λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 27
--    Just 3
--    (0.01 secs, 157,232 bytes)
--    
--    λ> monedas [1,2,5,10,20,50,100,200] 188
--    Just 7
--    (14.20 secs, 1,845,293,080 bytes)
--    λ> monedas3 [1,2,5,10,20,50,100,200] 188
--    Just 7
--    (0.01 secs, 623,376 bytes)