dropWhile

Por 3 o más 5

PorJosé A. Alonso 16-marzo-201720-enero-2019

El enunciado del problema Por 3 o más 5 de ¡Acepta el reto! es el siguiente

Cuenta la leyenda que un famoso matemático, tras aprender a sumar y multiplicar a la tierna edad de 3 años en apenas 5 días, se dio cuenta de que, empezando por 1, podía generar un montón de números sin más que multiplicar por 3 o sumar 5 a alguno de los que ya hubiera generado antes.

Por ejemplo, el 23 (edad a la que se casaría) lo obtuvo así: ((1 + 5) × 3) + 5
Por su parte el 77 (edad a la que tendría su primer bisnieto) lo consiguió: (((1 × 3 + 5) × 3) × 3) + 5

Por mucho que lo intentó, algunos números, sin embargo, resultaron ser imposibles de obtener, como por ejemplo el 5, el 7 o el 15.

Se dice que un número es generable si se puede escribir como una sucesión (quizá vacía) de multiplicaciones por 3 y sumas de 5 al número 1.

Definir las siguientes funciones

   generables     :: [Integer]
   generable      :: Integer -> Bool
   arbolGenerable :: Integer -> Tree Integer

generables :: [Integer]

generable :: Integer -> Bool

arbolGenerable :: Integer -> Tree Integer

tales que

generables es la sucesión de los números generables. Por ejemplo,

     λ> take 20 generables
     [1,3,6,8,9,11,13,14,16,18,19,21,23,24,26,27,28,29,31,32]
     λ> generables !! (10^6)
     1250008

λ> take 20 generables

[1,3,6,8,9,11,13,14,16,18,19,21,23,24,26,27,28,29,31,32]

λ> generables !! (10^6)

1250008

(generable x) se verifica si x es generable. Por ejemplo,

     generable 23       ==  True
     generable 77       ==  True
     generable 15       ==  False
     generable 1250008  ==  True
     generable 1250010  ==  False

generable 23 == True

generable 77 == True

generable 15 == False

generable 1250008 == True

generable 1250010 == False

(arbolGenerable x) es el árbol de los números generables menores o iguales a x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolGenerable 11)))
     1
     |
     +- 3
     |  |
     |  +- 9
     |  |
     |  `- 8
     |
     `- 6
        |
        `- 11

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolGenerable 11)))

+- 3

| |

| +- 9

| |

| `- 8

`- 6

`- 11

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

generables :: [Integer]
generables = 1 : mezcla [3 * x | x <- generables]
                        [5 + x | x <- generables]

-- (mezcla xs ys) es la lista ordenada obtenida mezclando las dos listas
-- ordenadas xs e ys, suponiendo que ambas son infinitas. Por ejemplo,
--    take 10 (mezcla [2,12..] [5,15..])  ==  [2,5,12,15,22,25,32,35,42,45]
--    take 10 (mezcla [2,22..] [5,15..])  ==  [2,5,15,22,25,35,42,45,55,62]
mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
mezcla us@(x:xs) vs@(y:ys)
  | x < y     = x : mezcla xs vs
  | x == y    = x : mezcla xs ys
  | otherwise = y : mezcla us ys

generable :: Integer -> Bool
generable x =
  x == head (dropWhile (<x) generables)

-- 2ª definición
generable2 :: Integer -> Bool
generable2 1 = True
generable2 x =    (x `mod` 3 == 0 && generable2 (x `div` 3))
               || (x > 5 && generable2 (x - 5))

generables2 :: [Integer] 
generables2 = filter generable2 [1..]

arbolGenerable :: Integer -> Tree Integer
arbolGenerable n = aux 1
  where aux x
          | 3*x <= n && 5+x <= n = Node x [aux (3*x), aux (5+x)] 
          | 3*x <= n             = Node x [aux (3*x)]
          | 5+x <= n             = Node x [aux (5+x)]
          | otherwise            = Node x [] 

-- 3ª definición
generable3 :: Integer -> Bool
generable3 x =
  x `elem` arbolGenerable x

import Graphics.Gnuplot.Simple

generables :: [Integer]

generables = 1 : mezcla [3 * x | x <- generables]

[5 + x | x <- generables]

-- (mezcla xs ys) es la lista ordenada obtenida mezclando las dos listas

-- ordenadas xs e ys, suponiendo que ambas son infinitas. Por ejemplo,

-- take 10 (mezcla [2,12..] [5,15..]) == [2,5,12,15,22,25,32,35,42,45]

-- take 10 (mezcla [2,22..] [5,15..]) == [2,5,15,22,25,35,42,45,55,62]

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

mezcla us@(x:xs) vs@(y:ys)

| x < y = x : mezcla xs vs

| x == y = x : mezcla xs ys

| otherwise = y : mezcla us ys

generable :: Integer -> Bool

generable x =

x == head (dropWhile (<x) generables)

-- 2ª definición

generable2 :: Integer -> Bool

generable2 1 = True

generable2 x = (x `mod` 3 == 0 && generable2 (x `div` 3))

|| (x > 5 && generable2 (x - 5))

generables2 :: [Integer]

generables2 = filter generable2 [1..]

arbolGenerable :: Integer -> Tree Integer

arbolGenerable n = aux 1

where aux x

| 3*x <= n && 5+x <= n = Node x [aux (3*x), aux (5+x)]

| 3*x <= n = Node x [aux (3*x)]

| 5+x <= n = Node x [aux (5+x)]

| otherwise = Node x []

-- 3ª definición

generable3 :: Integer -> Bool

generable3 x =

x `elem` arbolGenerable x

Números cubifinitos

PorJosé A. Alonso 15-marzo-201721-enero-2020

El enunciado del problema Números cubifinitos de ¡Acepta el reto! es el siguiente

Se dice que un número es cubifinito cuando al elevar todos sus dígitos al cubo y sumarlos el resultado o bien es 1 o bien es un número cubifinito.

Por ejemplo, el número 1243 es cubifinito, pues al elevar todos sus dígitos al cubo obtenemos 100 que es cubifinito.

Por su parte, el 513 no es cubifinito, pues al elevar al cubo sus dígitos conseguimos el 153 que nunca podrá ser cubifinito, pues la suma de los cubos de sus dígitos vuelve a dar 153.

Definir las funciones

   esCubifinito :: Int -> Bool
   grafica :: Int -> IO ()

1 2	esCubifinito :: Int -> Bool grafica :: Int -> IO ()

tales que

(esCubifinito n) se verifica si n es un número cubifinito. Por ejemplo,

     esCubifinito 1      ==  True
     esCubifinito 10     ==  True
     esCubifinito 1243   ==  True
     esCubifinito 87418  ==  True
     esCubifinito 513    ==  False

esCubifinito 1 == True

esCubifinito 10 == True

esCubifinito 1243 == True

esCubifinito 87418 == True

esCubifinito 513 == False

(grafica n) dibuja la gráfica de la sucesión de los primeros n números cubifinitos. Por ejemplo, al evaluar (grafica 50) se dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª solución
-- ===========

esCubifinito :: Int -> Bool
esCubifinito n = aux [n]
  where aux (n:ns) | n == 1      = True
                   | n `elem` ns = False
                   | otherwise   = aux (sumaCubosDigitos n : n : ns)

-- (sumaCubosDigitos b) es la suma de los cubos de los dígitos de n. Por
-- ejemplo, 
--    sumaCubosDigitos 513  ==  153
sumaCubosDigitos :: Int -> Int
sumaCubosDigitos = sum . map (^3) . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 513  ==  [5,1,3]
digitos :: Int -> [Int]
digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- 2ª solución
-- ===========

esCubifinito2 :: Int -> Bool
esCubifinito2 n = primerRepetido (orbita n) == 1

-- (orbita n) es la lista cuyo primer elemento es n y los siguientes se
-- obtienen sumando los cubos de los digitos del elemento anterior. Por
-- ejemplo,  
--    take 9 (orbita 2)  ==  [2,8,512,134,92,737,713,371,371]
orbita :: Int -> [Int]
orbita n = iterate sumaCubosDigitos n

-- (primerRepetido xs) es el primer elemento repetido de la lista
--  xs. Por ejemplo, 
--    primerRepetido [3,7,5,7,2]  ==  7
primerRepetido :: Eq a => [a] -> a
primerRepetido xs = aux xs []
  where
    aux (x:xs') ys | x `elem` ys = x
                   | otherwise   = aux xs' (x:ys) 

grafica :: Int -> IO ()
grafica n = 
    plotList [Key Nothing, PNG "Numeros_cubifinitos.png"]
             (zip [1..n] [x | x <- [1..], esCubifinito x])

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª solución

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

esCubifinito :: Int -> Bool

esCubifinito n = aux [n]

where aux (n:ns) | n == 1 = True

| n `elem` ns = False

| otherwise = aux (sumaCubosDigitos n : n : ns)

-- (sumaCubosDigitos b) es la suma de los cubos de los dígitos de n. Por

-- ejemplo,

-- sumaCubosDigitos 513 == 153

sumaCubosDigitos :: Int -> Int

sumaCubosDigitos = sum . map (^3) . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- digitos 513 == [5,1,3]

digitos :: Int -> [Int]

digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- 2ª solución

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

esCubifinito2 :: Int -> Bool

esCubifinito2 n = primerRepetido (orbita n) == 1

-- (orbita n) es la lista cuyo primer elemento es n y los siguientes se

-- obtienen sumando los cubos de los digitos del elemento anterior. Por

-- ejemplo,

-- take 9 (orbita 2) == [2,8,512,134,92,737,713,371,371]

orbita :: Int -> [Int]

orbita n = iterate sumaCubosDigitos n

-- (primerRepetido xs) es el primer elemento repetido de la lista

-- xs. Por ejemplo,

-- primerRepetido [3,7,5,7,2] == 7

primerRepetido :: Eq a => [a] -> a

primerRepetido xs = aux xs []

where

aux (x:xs') ys | x `elem` ys = x

| otherwise = aux xs' (x:ys)

grafica :: Int -> IO ()

grafica n =

plotList [Key Nothing, PNG "Numeros_cubifinitos.png"]

(zip [1..n] [x | x <- [1..], esCubifinito x])

Generadores de números de Gabonacci

PorJosé A. Alonso 9-marzo-201720-marzo-2017

Los números de Gabonacci generados por (a,b) son los elementos de la sucesión de Gabonacci definida por

   G(0) = a
   G(1) = b
   G(n) = G(n-2) + G(n-1), si n > 1

G(0) = a

G(1) = b

G(n) = G(n-2) + G(n-1), si n > 1

Por ejemplo, la sucesión de Gabonacci generada por (2,5) es 2, 5, 7, 12, 19, 31, 50, 81, 131, 212, …

Un número pertenece a distintas sucesiones de Gabonacci. Por ejemplo, el 9 pertenece a las sucesiones de Gabonacci generados por (3,3), (1,4) y (4,5).

El menor generador de Gabonacci de un número x es el par (a,b), con 1 ≤ a ≤ b, tal que (a,b) es un generador de Gabonacci de x y no existe ningún generador de Gabonacci de x (a’,b’) tal que b’ < b ó b’ = b y a’ < a. Por ejemplo, el menor generador de Gabonacci de 9 es (3,3).

Definir la función

   menorGenerador :: Integer -> (Integer,Integer)

1	menorGenerador :: Integer -> (Integer,Integer)

tal que (menorGenerador x) es el menor generador de Gabonacci de x. Por ejemplo,

   menorGenerador 9          ==  (3,3)
   menorGenerador 7          ==  (1,3)
   menorGenerador 5          ==  (1,1)
   menorGenerador 27         ==  (3,7)
   menorGenerador 57         ==  (4,9)
   menorGenerador 218        ==  (10,21)
   menorGenerador 1121       ==  (20,41)
   menorGenerador 89         ==  (1,1)
   menorGenerador 123        ==  (1,3)
   menorGenerador 1000       ==  (2,10)
   menorGenerador 842831057  ==  (2,7)
   menorGenerador 1573655    ==  (985,1971)

menorGenerador 9 == (3,3)

menorGenerador 7 == (1,3)

menorGenerador 5 == (1,1)

menorGenerador 27 == (3,7)

menorGenerador 57 == (4,9)

menorGenerador 218 == (10,21)

menorGenerador 1121 == (20,41)

menorGenerador 89 == (1,1)

menorGenerador 123 == (1,3)

menorGenerador 1000 == (2,10)

menorGenerador 842831057 == (2,7)

menorGenerador 1573655 == (985,1971)

Soluciones

menorGenerador :: Integer -> (Integer,Integer)
menorGenerador = head . generadores

generadores :: Integer -> [(Integer,Integer)]
generadores x = [(a,b) | b <- [1..x]
                       , a <- [1..b]
                       , pertenece x (gabonacci a b)]

gabonacci :: Integer -> Integer -> [Integer]
gabonacci a b = aux
  where aux = a : scanl (+) b aux

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool
pertenece x ys =
  x == head (dropWhile (<x) ys)

menorGenerador :: Integer -> (Integer,Integer)

menorGenerador = head . generadores

generadores :: Integer -> [(Integer,Integer)]

generadores x = [(a,b) | b <- [1..x]

, a <- [1..b]

, pertenece x (gabonacci a b)]

gabonacci :: Integer -> Integer -> [Integer]

gabonacci a b = aux

where aux = a : scanl (+) b aux

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool

pertenece x ys =

x == head (dropWhile (<x) ys)

Números construibles como sumas de dos dados

PorJosé A. Alonso 3-marzo-201725-marzo-2022

Un número x es construible a partir de de los números enteros positivos a y b si se puede escribir como una suma cuyos sumandos son a o b. Por ejemplo, 7 y 9 son construibles a partir de 2 y 3 ya que 7 = 2+2+3 y 9 = 3+3+3.

Definir las funciones

   construibles  :: Integer -> Integer -> [Integer]
   esConstruible :: Integer -> Integer -> Integer -> Bool

1 2	construibles :: Integer -> Integer -> [Integer] esConstruible :: Integer -> Integer -> Integer -> Bool

tales que

(construibles a b) es la lista de los números construibles a partir de a y b. Por ejemplo,

     take 5 (construibles 2 9)  ==  [2,4,6,8,9]
     take 5 (construibles 6 4)  ==  [4,6,8,10,12]
     take 5 (construibles 9 7)  ==  [7,9,14,16,18]

take 5 (construibles 2 9) == [2,4,6,8,9]

take 5 (construibles 6 4) == [4,6,8,10,12]

take 5 (construibles 9 7) == [7,9,14,16,18]

(esConstruible a b x) se verifica si x es construible a partir de a y b. Por ejemplo,

     esConstruible 2 3 7   ==  True
     esConstruible 9 7 15  ==  False

1 2	esConstruible 2 3 7 == True esConstruible 9 7 15 == False

Soluciones

import Data.List (nub)

construibles :: Integer -> Integer -> [Integer]
construibles a b = tail aux
  where aux = 0 : mezcla [a + x | x <- aux]
                         [b + x | x <- aux]

mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
mezcla p@(x:xs) q@(y:ys) | x < y     = x : mezcla xs q
                         | x > y     = y : mezcla p  ys  
                         | otherwise = x : mezcla xs ys
mezcla []       ys                   = ys
mezcla xs       []                   = xs
              
esConstruible :: Integer -> Integer -> Integer -> Bool
esConstruible a b x = x == y
  where (y:_) = dropWhile (<x) (construibles a b)

import Data.List (nub)

construibles :: Integer -> Integer -> [Integer]

construibles a b = tail aux

where aux = 0 : mezcla [a + x | x <- aux]

[b + x | x <- aux]

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

mezcla p@(x:xs) q@(y:ys) | x < y = x : mezcla xs q

| x > y = y : mezcla p ys

| otherwise = x : mezcla xs ys

mezcla [] ys = ys

mezcla xs [] = xs

esConstruible :: Integer -> Integer -> Integer -> Bool

esConstruible a b x = x == y

where (y:_) = dropWhile (<x) (construibles a b)

Sucesiones alícuotas

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20177-marzo-2017

La sucesión alícuota de un número x es la sucesión cuyo primer término es x y cada otro término es la suma de los divisores propios del término anterior. Por ejemplo, la sucesión alícuota de 10 es [10,8,7,1,0,0,0] ya que

   la suma de los divisores propios de 10 es 5 + 2 + 1 = 8
   la suma de los divisores propios de  8 es 4 + 2 + 1 = 7
   la suma de los divisores propios de  7 es 1
   la suma de los divisores propios de  1 es 0

la suma de los divisores propios de 10 es 5 + 2 + 1 = 8

la suma de los divisores propios de 8 es 4 + 2 + 1 = 7

la suma de los divisores propios de 7 es 1

la suma de los divisores propios de 1 es 0

Definir la función

   sucAlicuota :: Integer -> [Integer]

1	sucAlicuota :: Integer -> [Integer]

tal que (sucAlicuota x) es la sucesión alícuota de x. Por ejemplo,

   take 6 (sucAlicuota 10)       ==  [10,8,7,1,0,0]
   take 6 (sucAlicuota 95)       ==  [95,25,6,6,6,6]
   take 6 (sucAlicuota 220)      ==  [220,284,220,284,220,284]
   sucAlicuota 1184 !! (1+10^7)  ==  1210
   sucAlicuota 276 !! 200        ==  2790456740340877466506

take 6 (sucAlicuota 10) == [10,8,7,1,0,0]

take 6 (sucAlicuota 95) == [95,25,6,6,6,6]

take 6 (sucAlicuota 220) == [220,284,220,284,220,284]

sucAlicuota 1184 !! (1+10^7) == 1210

sucAlicuota 276 !! 200 == 2790456740340877466506

Soluciones

import Math.NumberTheory.ArithmeticFunctions (sigma)

-- 1ª definición
-- =============

sucAlicuota :: Integer -> [Integer]
sucAlicuota x = x : sucAlicuota (sumaDivisoresPropios x)

sumaDivisoresPropios :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios x =
  sum [y | y <- [1..x-1], x `mod` y == 0]

-- 2ª definición
-- =============

sucAlicuota2 :: Integer -> [Integer]
sucAlicuota2 = iterate (sum . divisoresPropios)

divisoresPropios :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios x = [y | y <- [1..x-1], x `mod` y == 0]

-- 3ª definición
-- =============

sucAlicuota3 :: Integer -> [Integer]
sucAlicuota3 x = aux x []
  where aux y ys | y `elem` ys = us ++ cycle zs
                 | otherwise   = aux (sumaDivisoresPropios y) (y:ys)
          where us = reverse ys
                zs = dropWhile (/=y) us

-- 4ª definición
-- =============

sucAlicuota4 :: Integer -> [Integer]
sucAlicuota4 x = x : sucAlicuota4 (sumaDivisoresPropios4 x)

sumaDivisoresPropios4 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios4 x =
  sigma 1 x - x

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

--    λ> sucAlicuota 1184 !! (1+10^3)
--    1210
--    (2.02 secs, 261,081,688 bytes)
--    λ> sucAlicuota2 1184 !! (1+10^3)
--    1210
--    (2.02 secs, 245,485,568 bytes)
--    λ> sucAlicuota3 1184 !! (1+10^3)
--    1210
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> sucAlicuota4 1184 !! (1+10^3)
--    1210
--    (0.05 secs, 0 bytes)

import Math.NumberTheory.ArithmeticFunctions (sigma)

-- 1ª definición

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

sucAlicuota :: Integer -> [Integer]

sucAlicuota x = x : sucAlicuota (sumaDivisoresPropios x)

sumaDivisoresPropios :: Integer -> Integer

sumaDivisoresPropios x =

sum [y | y <- [1..x-1], x `mod` y == 0]

-- 2ª definición

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

sucAlicuota2 :: Integer -> [Integer]

sucAlicuota2 = iterate (sum . divisoresPropios)

divisoresPropios :: Integer -> [Integer]

divisoresPropios x = [y | y <- [1..x-1], x `mod` y == 0]

-- 3ª definición

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

sucAlicuota3 :: Integer -> [Integer]

sucAlicuota3 x = aux x []

where aux y ys | y `elem` ys = us ++ cycle zs

| otherwise = aux (sumaDivisoresPropios y) (y:ys)

where us = reverse ys

zs = dropWhile (/=y) us

-- 4ª definición

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

sucAlicuota4 :: Integer -> [Integer]

sucAlicuota4 x = x : sucAlicuota4 (sumaDivisoresPropios4 x)

sumaDivisoresPropios4 :: Integer -> Integer

sumaDivisoresPropios4 x =

sigma 1 x - x

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sucAlicuota 1184 !! (1+10^3)

-- 1210

-- (2.02 secs, 261,081,688 bytes)

-- λ> sucAlicuota2 1184 !! (1+10^3)

-- 1210

-- (2.02 secs, 245,485,568 bytes)

-- λ> sucAlicuota3 1184 !! (1+10^3)

-- 1210

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> sucAlicuota4 1184 !! (1+10^3)

-- 1210

-- (0.05 secs, 0 bytes)

Por 3 o más 5

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