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Etiqueta: div

El problema del número perdido

José A. Alonso---8 Comentarios

Sea xs una lista de números consecutivos (creciente o decreciente), en la que puede faltar algún número. El problema del número perdido en xs consiste en lo siguiente:

  • si falta un único número z, devolver Just z
  • si no falta ninguno, devolver Nothing

Definir la función

   numeroPerdido :: [Int] -> Maybe Int

tal que (numeroPerdido xs) es el resultado del problema del número perdidio en xs. Por ejemplo,

   numeroPerdido [7,6,4,3]                     == Just 5
   numeroPerdido [1,2,4,5,6]                   == Just 3
   numeroPerdido [6,5..3]                      == Nothing
   numeroPerdido [1..6]                        == Nothing
   numeroPerdido ([5..10^6] ++ [10^6+2..10^7]) == Just 1000001

Soluciones

import Data.List (tails, sort)
import Data.Maybe (listToMaybe)
 
-- 1ª solución
numeroPerdido :: [Int] -> Maybe Int
numeroPerdido (x:y:xs)
  | abs (y - x) == 1 = numeroPerdido (y:xs)
  | otherwise        = Just (div (x+y) 2)
numeroPerdido _      = Nothing
 
-- 2ª solución
numeroPerdido2 :: [Int] -> Maybe Int
numeroPerdido2 xs = aux z (z:zs) 
  where (z:zs) = sort xs
        aux _ [] = Nothing
        aux y (x:xs) | y == x    = aux (y+1) xs
                     | otherwise = Just y
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
numeroPerdido3 :: [Int] -> Maybe Int
numeroPerdido3 xs =
  listToMaybe [(a+b) `div` 2 | (a:b:_) <- tails xs, abs(a-b) /= 1]

Pensamiento

¡Reventó de risa!
¡Un hombre tan serio!
… Nadie lo diría.

Antonio Machado

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Caminos minimales en un árbol numérico

José A. Alonso---6 Comentarios

En la librería Data.Tree se definen los tipos de árboles y bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u.v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

El árbol de los predecesores y mayores divisores de un número x es el árbol cuya raíz es x y los sucesores de cada nodo y > 1 es el conjunto formado por y-1 junto con los mayores divisores de y. Los nodos con valor 1 no tienen sucesores. Por ejemplo, el árbol de los predecesores y mayores divisores del número 6 es

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

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que
+ (mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []
  • (arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,
     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1
  • (caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,
     λ> caminos 6
     [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
  • (caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo, 
     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree
import Test.QuickCheck
 
mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  
 
arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])
 
caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol
 
--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]
 
caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol
 
caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

Pensamiento

Tras el vivir y el soñar,
está lo que más importa:
despertar.

Antonio Machado

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Números cíclopes

José A. Alonso---6 Comentarios

Un número cíclope es un número natural cuya representación binaria sólo tiene un cero en el centro. Por ejemplo,

     0      es ciclope porque su representación binaria es 0       
     1   no es ciclope porque su representación binaria es 1       
     5      es ciclope porque su representación binaria es 101     
     9   no es ciclope porque su representación binaria es 1001    
    10   no es ciclope porque su representación binaria es 1010    
    27      es ciclope porque su representación binaria es 11011   
    85   no es ciclope porque su representación binaria es 1010101 
   101   no es ciclope porque su representación binaria es 1100101 
   111   no es ciclope porque su representación binaria es 1101111 
   119      es ciclope porque su representación binaria es 1110111

Definir las funciones

   esCiclope       :: Integer -> Bool
   ciclopes        :: [Integer]
   graficaCiclopes :: Int -> IO ()

tales que

  • (esCiclope n) se verifica si el número natual n es cíclope. Por ejemplo, 
      esCiclope 0    ==  True
      esCiclope 1    ==  False
      esCiclope 5    ==  True
      esCiclope 9    ==  False
      esCiclope 10   ==  False
      esCiclope 27   ==  True
      esCiclope 85   ==  False
      esCiclope 101  ==  False
      esCiclope 111  ==  False
      esCiclope 119  ==  True
  • ciclopes es la lista de los número cíclopes. Por ejemplo,
     λ> take 12 ciclopes
     [0,5,27,119,495,2015,8127,32639,130815,523775,2096127,8386559]
     λ> length (show (ciclopes !! (10^5)))
     60207
  • (graficaCiclopes n) dibuja la gráfica del último dígito de los n primeros números cíclopes. Por ejemplo, (graficaCiclopes n) dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
--    esCiclope 5  ==  True
--    esCiclope 6  ==  False
esCiclope :: Integer -> Bool
esCiclope n =
  esCiclopeBinario (decimalAbinario n)
 
--    decimalAbinario 4  ==  [0,0,1]
--    decimalAbinario 5  ==  [1,0,1]
--    decimalAbinario 6  ==  [0,1,1]
decimalAbinario :: Integer -> [Integer]
decimalAbinario 0 = [0]
decimalAbinario 1 = [1]
decimalAbinario n = r : decimalAbinario q
  where (q,r) = quotRem n 2
 
--    esCiclopeBinario [1,1,0,1,1]  ==  True
--    esCiclopeBinario [1,1,0,1]  ==  False
--    esCiclopeBinario [1,1,2,1,1]  ==  False
--    esCiclopeBinario [2,2,0,2,2]  ==  False
esCiclopeBinario :: [Integer] -> Bool
esCiclopeBinario xs =
  odd n && xs == ys ++ 0 : ys
  where n  = length xs
        m  = n `div` 2
        ys = replicate m 1
 
--    take 8 ciclopes  ==  [0,5,27,119,495,2015,8127,32639]
ciclopes :: [Integer]
ciclopes = filter esCiclope [0..]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
--    take 8 ciclopes2  ==  [0,5,27,119,495,2015,8127,32639]
ciclopes2 :: [Integer]
ciclopes2 =
  [binarioAdecimal (replicate n 1 ++ 0 : replicate n 1) | n <- [0..]]
 
--    binarioAdecimal [0,1,1]  ==  6
binarioAdecimal :: [Integer] -> Integer
binarioAdecimal [x]    = x
binarioAdecimal (x:xs) = x + 2 * binarioAdecimal xs
 
esCiclope2 :: Integer -> Bool
esCiclope2 n =
  n `pertenece` ciclopes2
 
pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool
pertenece x ys =
  x == head (dropWhile (<x) ys)
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
--    take 8 ciclopes3  ==  [0,5,27,119,495,2015,8127,32639]
ciclopes3 :: [Integer]
ciclopes3 =
  [sum [2^k | k <- [0..n-1]] + sum [2^k | k <- [n+1..n+n]] | n <- [0..]]
 
esCiclope3 :: Integer -> Bool
esCiclope3 n =
  n `pertenece` ciclopes3
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
--    take 8 ciclopes3  ==  [0,5,27,119,495,2015,8127,32639]
ciclopes4 :: [Integer]
ciclopes4 =
  [2^(2*n+1) - 1 - 2^n | n <- [0..]]
 
esCiclope4 :: Integer -> Bool
esCiclope4 n =
  n `pertenece` ciclopes4
 
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
--    take 8 ciclopes5  ==  [0,5,27,119,495,2015,8127,32639]
ciclopes5 :: [Integer]
ciclopes5 =
  [2*4^n - 1 - 2^n | n <- [0..]]
 
esCiclope5 :: Integer -> Bool
esCiclope5 n =
  n `pertenece` ciclopes5
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
--    take 8 ciclopes6  ==  [0,5,27,119,495,2015,8127,32639]
ciclopes6 :: [Integer]
ciclopes6 =
  [2*x*x - 1 - x | x <- iterate (*2) 1]
 
esCiclope6 :: Integer -> Bool
esCiclope6 n =
  n `pertenece` ciclopes6
 
 
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> ciclopes !! 9
--    523775
--    (6.68 secs, 4,696,734,960 bytes)
--    λ> ciclopes2 !! 9
--    523775
--    (0.00 secs, 134,664 bytes)
--    λ> ciclopes3 !! 9
--    523775
--    (0.00 secs, 150,920 bytes)
--    λ> ciclopes4 !! 9
--    523775
--    (0.01 secs, 131,936 bytes)
--    λ> ciclopes5 !! 9
--    523775
--    (0.00 secs, 132,064 bytes)
--
--    λ> length (show (ciclopes2 !! (3*10^4)))
--    18063
--    (0.65 secs, 486,437,480 bytes)
--    λ> length (show (ciclopes3 !! (3*10^4)))
--    18063
--    (2.94 secs, 1,188,645,584 bytes)
--    λ> length (show (ciclopes4 !! (3*10^4)))
--    18063
--    (0.02 secs, 6,769,592 bytes)
--    λ> length (show (ciclopes5 !! (3*10^4)))
--    18063
--    (0.02 secs, 6,773,552 bytes)
--
--    λ> length (show (ciclopes2 !! (10^5)))
--    60207
--    (6.42 secs, 5,148,671,368 bytes)
--    λ> length (show (ciclopes4 !! (10^5)))
--    60207
--    (0.07 secs, 22,291,480 bytes)
--    λ> length (show (ciclopes5 !! (10^5)))
--    60207
--    (0.04 secs, 22,316,216 bytes)
--    
--    λ> length (show (ciclopes4 !! (5*10^6)))
--    3010301
--    (2.34 secs, 1,116,327,832 bytes)
--    λ> length (show (ciclopes5 !! (5*10^6)))
--    3010301
--    (2.39 secs, 1,099,177,056 bytes)
 
-- Definición de graficaCiclopes
-- =============================
 
graficaCiclopes :: Int -> IO ()
graficaCiclopes n =
  plotList [ Key Nothing
           -- , PNG "Numeros_ciclopes.png"
           ]
           [x `mod` 10 | x <- take n ciclopes5]

Pensamiento

¿Sabes cuando el agua suena,
si es agua de cumbre o valle,
de plaza, jardín o huerta?
Cantores, dejad
palmas y jaleo
para los demás.

Antonio Machado

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Suma de segmentos iniciales

José A. Alonso---5 Comentarios

Los segmentos iniciales de [3,1,2,5] son [3], [3,1], [3,1,2] y [3,1,2,5]. Sus sumas son 3, 4, 6 y 9, respectivamente. La suma de dichas sumas es 24.

Definir la función

   sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaSegmentosIniciales xs) es la suma de las sumas de los segmentos iniciales de xs. Por ejemplo,

   sumaSegmentosIniciales [3,1,2,5]     ==  24
   sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]  ==  4500004500001000000

Comprobar con QuickCheck que la suma de las sumas de los segmentos iniciales de la lista formada por n veces el número uno es el n-ésimo número triangular; es decir que

   sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

es igual a

   n * (n + 1) `div` 2

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericReplicate)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales xs =
  sum [sum (take k xs) | k <- [1.. length xs]]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales2 xs =
  sum (zipWith (*) [n,n-1..1] xs)
  where n = genericLength xs
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales3 xs =
  sum (scanl1 (+) xs)
 
-- Comprobación de la equivalencia
-- ===============================
 
-- La propiedad es
prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool
prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =
  all (== sumaSegmentosIniciales xs) [f xs | f <- [ sumaSegmentosIniciales2
                                                  , sumaSegmentosIniciales3]]
 
-- La comprobación es
--   λ> quickCheck prop_sumaSegmentosInicialesEquiv
--   +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--   λ> sumaSegmentosIniciales [1..10^4]
--   166716670000
--   (2.42 secs, 7,377,926,824 bytes)
--   λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..10^4]
--   166716670000
--   (0.01 secs, 4,855,176 bytes)
--   
--   λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..3*10^6]
--   4500004500001000000
--   (2.68 secs, 1,424,404,168 bytes)
--   λ> sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]
--   4500004500001000000
--   (1.54 secs, 943,500,384 bytes)
 
-- Comprobación de la propiedad
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool
prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =
  sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==
  n * (n + 1) `div` 2
 
-- La compronación es
--   λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales
--   +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Al andar se hace camino,
y al volver la vista atrás
se ve la senda que nunca
se ha de volver a pisar.

Antonio Machado

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Sucesión de sumas de dos números abundantes

José A. Alonso---6 Comentarios

Un número n es abundante si la suma de los divisores propios de n es mayor que n. El primer número abundante es el 12 (cuyos divisores propios son 1, 2, 3, 4 y 6 cuya suma es 16). Por tanto, el menor número que es la suma de dos números abundantes es el 24.

Definir la sucesión

   sumasDeDosAbundantes :: [Integer]

cuyos elementos son los números que se pueden escribir como suma de dos números abundantes. Por ejemplo,

   take 10 sumasDeDosAbundantes  ==  [24,30,32,36,38,40,42,44,48,50]

Soluciones

sumasDeDosAbundantes :: [Integer]
sumasDeDosAbundantes = [n | n <- [1..], esSumaDeDosAbundantes n]
 
-- (esSumaDeDosAbundantes n) se verifica si n es suma de dos números
-- abundantes. Por ejemplo,
--    esSumaDeDosAbundantes 24           ==  True
--    any esSumaDeDosAbundantes [1..22]  ==  False
esSumaDeDosAbundantes :: Integer -> Bool
esSumaDeDosAbundantes n = (not . null) [x | x <- xs, n-x `elem` xs] 
  where xs = takeWhile (<n) abundantes
 
-- abundantes es la lista de los números abundantes. Por ejemplo,
--    take 10 abundantes  ==  [12,18,20,24,30,36,40,42,48,54]
abundantes :: [Integer]
abundantes = [n | n <- [2..], abundante n]
 
-- (abundante n) se verifica si n es abundante. Por ejemplo,
--    abundante 12  ==  True
--    abundante 11  ==  False
abundante :: Integer -> Bool
abundante n = sum (divisores n) > n
 
-- (divisores n) es la lista de los divisores propios de n. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [1,2,3,4,6]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores n = [x | x <- [1..n `div` 2], n `mod` x == 0]

Pensamiento

¿Dices que nada se crea?
Alfarero, a tus cacharros.
Haz tu copa y no te importe
si no puedes hacer barro.

Antonio Machado

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Triángulo de Pascal binario

José A. Alonso---4 Comentarios

Los triángulos binarios de Pascal se formas a partir de una lista de ceros y unos usando las reglas del triángulo de Pascal, donde cada uno de los números es suma módulo dos de los dos situados en diagonal por encima suyo. Por ejemplo, los triángulos binarios de Pascal correspondientes a [1,0,1,1,1] y [1,0,1,1,0] son

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

Sus finales, desde el extremo inferior al extremos superior derecho, son [0,1,0,0,1] y [1,0,1,1,0], respectivamente.

Una lista es Pascal capicúa si es igual a los finales de su triángulo binario de Pascal. Por ejemplo, [1,0,1,1,0] es Pascal capicúa.

Definir las funciones

   trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]
   pascalCapicuas         :: Int -> [[Int]]
   nPascalCapicuas        :: Int -> Integer

tales que

  • (trianguloPascalBinario xs) es el triágulo binario de Pascal correspondiente a la lista xs. Por ejemplo,
     λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]
     [[1,0,1,1,1],[1,1,0,0],[0,1,0],[1,1],[0]]
     λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,0]
     [[1,0,1,1,0],[1,1,0,1],[0,1,1],[1,0],[1]]
  • (pascalCapicuas n) es la lista de listas de Pascal capicúas de n elementos. Por ejemplo,
     λ> pascalCapicuas 2
     [[0,0],[1,0]]
     λ> pascalCapicuas 3
     [[0,0,0],[0,1,0],[1,0,0],[1,1,0]]
     λ> pascalCapicuas 4
     [[0,0,0,0],[0,1,1,0],[1,0,0,0],[1,1,1,0]]
  • (nPascalCapicuas n) es el número de listas de Pascal capicúas de n elementos. Por ejemplo,
     λ> nPascalCapicuas 2
     2
     λ> nPascalCapicuas 3
     4
     λ> nPascalCapicuas 4
     4
     λ> nPascalCapicuas 400
     1606938044258990275541962092341162602522202993782792835301376
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^5)))
     15052
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^6)))
     150515
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^7)))
     1505150

Soluciones

import Data.List (genericLength, unfoldr)
 
-- Definición de trianguloPascalBinario
-- ====================================
 
trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]
trianguloPascalBinario xs =
  takeWhile (not . null) (iterate siguiente xs)
 
-- (siguiente xs) es la línea siguiente a la xs en el triángulo binario
-- de Pascal. Por ejemplo,
--    λ> siguiente [1,0,1,1,1]
--    [1,1,0,0]
--    λ> siguiente it
--    [0,1,0]
--    λ> siguiente it
--    [1,1]
--    λ> siguiente it
--    [0]
--    λ> siguiente it
--    []
--    λ> siguiente it
--    []
siguiente :: [Int] -> [Int]
siguiente xs = [(x + y) `mod` 2 | (x,y) <- zip xs (tail xs)]
 
-- 2ª definición de trianguloPascalBinario
-- =======================================
 
trianguloPascalBinario2 :: [Int] -> [[Int]]
trianguloPascalBinario2 = unfoldr f 
  where f [] = Nothing
        f xs = Just (xs, siguiente xs)
 
-- Definición de pascalCapicuas
-- ============================
 
pascalCapicuas :: Int -> [[Int]]
pascalCapicuas n =
  [xs | xs <- inicios n
      , esPascalCapicua xs]
 
-- (inicios n) es la lista de longitud n formadas por ceros y unos. Por
-- ejemplo, 
--    λ> inicios 0
--    [[]]
--    λ> inicios 1
--    [[0],[1]]
--    λ> inicios 2
--    [[0,0],[0,1],[1,0],[1,1]]
--    λ> inicios 3
--    [[0,0,0],[0,0,1],[0,1,0],[0,1,1],[1,0,0],[1,0,1],[1,1,0],[1,1,1]]
inicios :: Int -> [[Int]]
inicios 0 = [[]]
inicios n = map (0:) xss ++ map (1:) xss
  where xss = inicios (n-1)
 
-- Otra forma de definir inicios es
inicios2 :: Int -> [[Int]]
inicios2 n = sucInicios !! n
  where sucInicios    = iterate siguiente [[]]
        siguiente xss = map (0:) xss ++ map (1:) xss
 
-- (esPascalCapicua xs) se verifica si xs es una lista de Pascal
-- capicúa. Por ejemplo, 
--    esPascalCapicua [1,0,1,1,0]  ==  True
--    esPascalCapicua [1,0,1,1,1]  ==  False
esPascalCapicua :: [Int] -> Bool
esPascalCapicua xs =
  xs == finalesTrianguloPascalBinario xs
 
-- (finalesTrianguloPascalBinario xs) es la inversa de la lista de los
-- finales del triángulo binarios de xs. Por ejemplo,
--    λ> finalesTrianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]
--    [0,1,0,0,1]
finalesTrianguloPascalBinario :: [Int] -> [Int]
finalesTrianguloPascalBinario =
  reverse . map last . trianguloPascalBinario
 
-- 1ª definición de nPascalCapicuas
-- ================================
 
nPascalCapicuas :: Int -> Integer
nPascalCapicuas =
  genericLength . pascalCapicuas
 
-- 2ª definición de nPascalCapicuas
-- ================================
 
nPascalCapicuas2 :: Int -> Integer
nPascalCapicuas2 n =
  2 ^ ((n + 1) `div` 2)

Pensamiento

La envidia de la virtud
hizo a Caín criminal.
¡Gloria a Caín! Hoy el vicio
es lo que se envidia más.

Antonio Machado

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Soluciones de x² = y³ = k

José A. Alonso---4 Comentarios

Definir la función

   soluciones :: [(Integer,Integer,Integer)]

tal que sus elementos son las ternas (x,y,k) de soluciones del sistema x² = y³ = k. Por ejemplo,

   λ> take 6 soluciones
   [(0,0,0),(-1,1,1),(1,1,1),(-8,4,64),(8,4,64),(-27,9,729)]
   λ> soluciones !! (6*10^5+6) 
   (27000810008100027,90001800009,729043741093514580109350437400729)

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========
 
soluciones :: [(Integer,Integer,Integer)]
soluciones = [(n^3, n^2, n^6) | n <- enteros]
 
-- enteros es la lista ordenada de los números enteros. Por ejemplo,
--    λ> take 20 enteros
--    [0,-1,1,-2,2,-3,3,-4,4,-5,5,-6,6,-7,7,-8,8,-9,9,-10]
enteros :: [Integer]
enteros = 0 : concat [[-x,x] | x <- [1..]]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
soluciones2 :: [(Integer,Integer,Integer)]
soluciones2 = [(x^3,x^2,x^6) | x <- 0 : aux 1]
  where aux n  = -n : n : aux (n+1)
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
soluciones3 :: [(Integer,Integer,Integer)]
soluciones3 =
  (0,0,0) : [(x,y,k) | k <- [n^6 | n <- [1..]]  
                     , let Just x' = raiz 2 k
                     , let Just y  = raiz 3 k
                     , x <- [-x',x']]
 
-- (raiz n x) es es justo la raíz n-ésima del número natural x, si x es
-- una potencia n-ésima y Nothing en caso contrario. Por ejemplo,
--    raiz 2 16   ==  Just 4
--    raiz 3 216  ==  Just 6
--    raiz 5 216  ==  Nothing
raiz :: Int -> Integer -> Maybe Integer 
raiz _ 1 = Just 1
raiz n x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = Just c
                    | c == a    = Nothing
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^n
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> soluciones !! (6*10^5+6)
--    (27000810008100027,90001800009,729043741093514580109350437400729)
--    (1.87 secs, 247,352,728 bytes)
--    λ> soluciones2 !! (6*10^5+6)
--    (27000810008100027,90001800009,729043741093514580109350437400729)
--    (1.44 secs, 243,012,936 bytes)
--    λ> soluciones3 !! (6*10^5+6)
--    (27000810008100027,90001800009,729043741093514580109350437400729)
--    (0.84 secs, 199,599,664 bytes)

Pensamiento

Leyendo a Cervantes me parece comprenderlo todo.

Antonio Machado

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Números altamente compuestos

José A. Alonso---4 Comentarios

Un número altamente compuesto es un entero positivo con más divisores que cualquier entero positivo más pequeño. Por ejemplo,

  • 4 es un número altamente compuesto porque es el menor con 3 divisores,
  • 5 no es altamente compuesto porque tiene menos divisores que 4 y
  • 6 es un número altamente compuesto porque es el menor con 4 divisores,

Los primeros números altamente compuestos son

   1, 2, 4, 6, 12, 24, 36, 48, 60, 120, 180, 240, 360, ...

Definir las funciones

   esAltamenteCompuesto       :: Int -> Bool
   altamenteCompuestos        :: [Int]
   graficaAltamenteCompuestos :: Int -> IO ()

tales que

  • (esAltamanteCompuesto x) se verifica si x es altamente compuesto. Por ejemplo,
     esAltamenteCompuesto 4      ==  True
     esAltamenteCompuesto 5      ==  False
     esAltamenteCompuesto 6      ==  True
     esAltamenteCompuesto 1260   ==  True
     esAltamenteCompuesto 2520   ==  True
     esAltamenteCompuesto 27720  ==  True
  • altamente compuestos es la sucesión de los números altamente compuestos. Por ejemplo,
     λ> take 20 altamenteCompuestos
     [1,2,4,6,12,24,36,48,60,120,180,240,360,720,840,1260,1680,2520,5040,7560]
  • (graficaAltamenteCompuestos n) dibuja la gráfica de los n primeros números altamente compuestos. Por ejemplo, (graficaAltamenteCompuestos 25) dibuja

Soluciones

import Data.List (group)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Graphics.Gnuplot.Simple
 
-- 1ª definición de esAltamenteCompuesto
-- =====================================
 
esAltamenteCompuesto :: Int -> Bool
esAltamenteCompuesto x =
  and [nDivisores x > nDivisores y | y <- [1..x-1]]
 
-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores 30  ==  8
nDivisores :: Int -> Int
nDivisores x = length (divisores x)
 
-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores :: Int -> [Int]
divisores x =
  [y | y <- [1..x]
     , x `mod` y == 0]
 
-- 2ª definición de esAltamenteCompuesto
-- =====================================
 
esAltamenteCompuesto2 :: Int -> Bool
esAltamenteCompuesto2 x =
  all (nDivisores2 x >) [nDivisores2 y | y <- [1..x-1]]
 
-- (nDivisores2 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores2 30  ==  8
nDivisores2 :: Int -> Int
nDivisores2 = succ . length . divisoresPropios
 
-- (divisoresPropios x) es la lista de los divisores de x menores que
-- x. Por ejemplo, 
--    divisoresPropios 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15]
divisoresPropios :: Int -> [Int]
divisoresPropios x =
  [y | y <- [1..x `div` 2]
     , x `mod` y == 0]
 
-- 3ª definición de esAltamenteCompuesto
-- =====================================
 
esAltamenteCompuesto3 :: Int -> Bool
esAltamenteCompuesto3 x =
  all (nDivisores3 x >) [nDivisores3 y | y <- [1..x-1]]
 
-- (nDivisores3 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores3 30  ==  8
nDivisores3 :: Int -> Int
nDivisores3 x =
  product [1 + length xs | xs <- group (primeFactors x)]
 
-- 4ª definición de esAltamenteCompuesto
-- =====================================
 
esAltamenteCompuesto4 :: Int -> Bool
esAltamenteCompuesto4 x =
  x `pertenece` altamenteCompuestos2
 
-- 1ª definición de altamenteCompuestos 
-- ====================================
 
altamenteCompuestos :: [Int]
altamenteCompuestos =
  filter esAltamenteCompuesto4 [1..]
 
-- 2ª definición de altamenteCompuestos 
-- ====================================
 
altamenteCompuestos2 :: [Int]
altamenteCompuestos2 =
  1 : [y | ((x,n),(y,m)) <- zip sucMaxDivisores (tail sucMaxDivisores)
         , m > n]
 
-- sucMaxDivisores es la sucesión formada por los números enteros
-- positivos y el máximo número de divisores hasta cada número. Por
-- ejemplo,
--    λ> take 12 sucMaxDivisores
--    [(1,1),(2,2),(3,2),(4,3),(5,3),(6,4),(7,4),(8,4),(9,4),(10,4),(11,4),(12,6)]
sucMaxDivisores :: [(Int,Int)]
sucMaxDivisores =
  zip [1..] (scanl1 max (map nDivisores3 [1..]))
 
pertenece :: Int -> [Int] -> Bool
pertenece x ys =
  x == head (dropWhile (<x) ys)
 
-- Comparación de eficiencia de esAltamenteCompuesto
-- =================================================
 
--    λ> esAltamenteCompuesto 1260
--    True
--    (2.99 secs, 499,820,296 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto2 1260
--    True
--    (0.51 secs, 83,902,744 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto3 1260
--    True
--    (0.04 secs, 15,294,192 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto4 1260
--    True
--    (0.04 secs, 15,594,392 bytes)
--    
--    λ> esAltamenteCompuesto2 2520
--    True
--    (2.10 secs, 332,940,168 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto3 2520
--    True
--    (0.09 secs, 37,896,168 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto4 2520
--    True
--    (0.06 secs, 23,087,456 bytes)
--
--    λ> esAltamenteCompuesto3 27720
--    True
--    (1.32 secs, 841,010,624 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto4 27720
--    True
--    (1.33 secs, 810,870,384 bytes)
 
-- Comparación de eficiencia de altamenteCompuestos
-- ================================================
 
--    λ> altamenteCompuestos !! 25
--    45360
--    (2.84 secs, 1,612,045,976 bytes)
--    λ> altamenteCompuestos2 !! 25
--    45360
--    (0.01 secs, 102,176 bytes)
 
-- Definición de graficaAltamenteCompuestos
-- ========================================
 
graficaAltamenteCompuestos :: Int -> IO ()
graficaAltamenteCompuestos n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numeros_altamente_compuestos.png")
           ]
           (take n altamenteCompuestos2)

Pensamiento

Nuestras horas son minutos
cuando esperamos saber,
y siglos cuando sabemos
lo que se puede aprender.

Antonio Machado

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El 2019 es semiprimo

José A. Alonso---5 Comentarios

Un número semiprimo es un número natural que es producto de dos números primos no necesariamente distintos. Por ejemplo, 26 es semiprimo (porque 26 = 2×13) y 49 también lo es (porque 49 = 7×7).

Definir las funciones

   esSemiprimo :: Integer -> Bool
   semiprimos  :: [Integer]

tales que

  • (esSemiprimo n) se verifica si n es semiprimo. Por ejemplo,
     esSemiprimo 26          ==  True
     esSemiprimo 49          ==  True
     esSemiprimo 8           ==  False
     esSemiprimo 2019        ==  True
     esSemiprimo (21+10^14)  ==  True
  • semiprimos es la sucesión de números semiprimos. Por ejemplo,
     take 10 semiprimos   ==  [4,6,9,10,14,15,21,22,25,26]
     semiprimos !! 579    ==  2019
     semiprimos !! 10000  ==  40886

Soluciones

import Data.Numbers.Primes 
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª definición de esSemiprimo
-- ============================
 
esSemiprimo :: Integer -> Bool
esSemiprimo n =
  not (null [x | x <- [n,n-1..2], 
                 primo x,
                 n `mod` x == 0,
                 primo (n `div` x)])
 
primo :: Integer -> Bool
primo n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0] == [1,n] 
 
-- 2ª definición de esSemiprimo
-- ============================
 
esSemiprimo2 :: Integer -> Bool
esSemiprimo2 n =
  not (null [x | x <- [n-1,n-2..2], 
                 isPrime x,
                 n `mod` x == 0,
                 isPrime (n `div` x)])
 
-- 3ª definición de esSemiprimo
-- ============================
 
esSemiprimo3 :: Integer -> Bool
esSemiprimo3 n =
  not (null [x | x <- reverse (takeWhile (<n) primes),
                 n `mod` x == 0,
                 isPrime (n `div` x)])
 
-- 4ª definición de esSemiprimo
-- ============================
 
esSemiprimo4 :: Integer -> Bool
esSemiprimo4 n =
  length (primeFactors n) == 2
 
-- Equivalencia de las definiciones de esSemiprimo
-- ===============================================
 
-- La propiedad es
prop_esSemiprimo :: Positive Integer -> Bool
prop_esSemiprimo (Positive n) =
  all (== esSemiprimo n) [f n | f <- [ esSemiprimo2
                                     , esSemiprimo3
                                     , esSemiprimo4
                                     ]]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_esSemiprimo
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> esSemiprimo 5001
--    True
--    (1.90 secs, 274,450,648 bytes)
--    λ> esSemiprimo2 5001
--    True
--    (0.07 secs, 29,377,016 bytes)
--    λ> esSemiprimo3 5001
--    True
--    (0.01 secs, 1,706,840 bytes)
--    λ> esSemiprimo4 5001
--    True
--    (0.01 secs, 142,840 bytes)
--    
--    λ> esSemiprimo2 100001
--    True
--    (2.74 secs, 1,473,519,064 bytes)
--    λ> esSemiprimo3 100001
--    True
--    (0.09 secs, 30,650,352 bytes)
--    λ> esSemiprimo4 100001
--    True
--    (0.01 secs, 155,200 bytes)
--    
--    λ> esSemiprimo3 10000001
--    True
--    (8.73 secs, 4,357,875,016 bytes)
--    λ> esSemiprimo4 10000001
--    True
--    (0.01 secs, 456,328 bytes)
 
-- Definición de semiprimos
-- ========================
 
semiprimos :: [Integer]
semiprimos = filter esSemiprimo4 [4..]

Pensamiento

Porque toda visión requiere distancia, no hay manera de ver las cosas sin salirse de ellas.

Antonio Machado

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El 2019 es malvado

José A. Alonso---4 Comentarios

Un número malvado es un número natural cuya expresión en base 2 contiene un número par de unos. Por ejemplo, 6 es malvado porque su expresión en base 2 es 110 que tiene dos unos.

Definir las funciones

   esMalvado       :: Integer -> Bool
   malvados        :: [Integer]
   posicionMalvada :: Integer -> Maybe Int

tales que

  • (esMalvado n) se verifica si n es un número malvado. Por ejemplo,
     esMalvado 6              ==  True
     esMalvado 7              ==  False
     esMalvado 2019           ==  True
     esMalvado (10^70000)     ==  True
     esMalvado (10^(3*10^7))  ==  True
  • malvados es la sucesión de los números malvados. Por ejemplo,
     λ> take 20 malvados
     [0,3,5,6,9,10,12,15,17,18,20,23,24,27,29,30,33,34,36,39]
     malvados !! 1009    ==  2019
     malvados !! 10      ==  20
     malvados !! (10^2)  ==  201
     malvados !! (10^3)  ==  2000
     malvados !! (10^4)  ==  20001
     malvados !! (10^5)  ==  200000
     malvados !! (10^6)  ==  2000001
  • (posicionMalvada n) es justo la posición de n en la sucesión de números malvados, si n es malvado o Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,
     posicionMalvada 6        ==  Just 3
     posicionMalvada 2019     ==  Just 1009
     posicionMalvada 2018     ==  Nothing
     posicionMalvada 2000001  ==  Just 1000000
     posicionMalvada (10^7)   ==  Just 5000000

Soluciones

import Data.List (genericLength, elemIndex)
import Data.Bits (popCount)
 
-- 1ª definición de esMalvado
-- ==========================
 
esMalvado :: Integer -> Bool
esMalvado n = even (numeroUnosBin n)
 
-- Sin argumentos
esMalvado' :: Integer -> Bool
esMalvado' = even . numeroUnosBin
 
-- (numeroUnosBin n) es el número de unos de la representación binaria
-- del número decimal n. Por ejemplo,
--   numeroUnosBin 11  ==  3
--   numeroUnosBin 12  ==  2
numeroUnosBin :: Integer -> Integer
numeroUnosBin n  = genericLength (filter (== 1) (binario n))
 
-- Sin argumentos
numeroUnosBin' :: Integer -> Integer
numeroUnosBin' = genericLength . filter (== 1) . binario
 
-- (binario n) es el número binario correspondiente al número decimal n.
-- Por ejemplo, 
--   binario 11  ==  [1,1,0,1]
--   binario 12  ==  [0,0,1,1]
binario :: Integer -> [Integer]
binario n | n < 2     = [n]
          | otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)
 
-- 2ª definición de esMalvado
-- ==========================
 
esMalvado2 :: Integer -> Bool
esMalvado2 n = even (numeroUnosBin n)
 
-- (numeroIntBin n) es el número de unos que contiene la representación
-- binaria del número decimal n. Por ejemplo,
--   numeroIntBin 11  ==  3
--   numeroIntBin 12  ==  2
numeroIntBin :: Integer -> Integer
numeroIntBin n | n < 2     = n
               | otherwise = n `mod` 2 + numeroIntBin (n `div` 2)
 
-- 3ª definición de esMalvado
-- ==========================
 
esMalvado3 :: Integer -> Bool
esMalvado3 n = even (popCount n)
 
-- Sin argumentos
esMalvado3' :: Integer -> Bool
esMalvado3' = even . popCount 
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> esMalvado (10^30000)
--    True
--    (1.79 secs, 664,627,936 bytes)
--    λ> esMalvado2 (10^30000)
--    True
--    (1.79 secs, 664,626,992 bytes)
--    λ> esMalvado3 (10^30000)
--    True
--    (0.03 secs, 141,432 bytes)
--    
--    λ> esMalvado (10^40000)
--    False
--    (2.95 secs, 1,162,091,464 bytes)
--    λ> esMalvado2 (10^40000)
--    False
--    (2.96 secs, 1,162,091,096 bytes)
--    λ> esMalvado3 (10^40000)
--    False
--    (0.04 secs, 155,248 bytes)
 
-- 1ª definición de malvados
-- =========================
 
malvados :: [Integer]
malvados = [n | n <- [0..], esMalvado3 n]
 
-- 2ª definición de malvados
-- =========================
 
malvados2 :: [Integer]
malvados2 = filter esMalvado3 [0..]
 
-- 1ª definición de posicionMalvada
-- ================================
 
posicionMalvada :: Integer -> Maybe Int
posicionMalvada n
  | y == n    = Just (length xs)
  | otherwise = Nothing
  where (xs,(y:_)) = span (<n) malvados
 
-- 2ª definición de posicionMalvada
posicionMalvada2 :: Integer -> Maybe Int
posicionMalvada2 n
  | esMalvado n = elemIndex n malvados
  | otherwise        = Nothing

Pensamiento

… Yo os enseño, o pretendo enseñaros a que dudéis de todo: de lo
humano y de lo divino, sin excluir vuestra propia existencia.

Antonio Machado

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