elem

La carrera de Collatz

PorJosé A. Alonso 4-abril-201811-abril-2018

Sea f la siguiente función, aplicable a cualquier número entero positivo:

Si el número es par, se divide entre 2.
Si el número es impar, se multiplica por 3 y se suma 1.

La carrera de Collatz consiste en, dada una lista de números ns, sustituir cada número n de ns por f(n) hasta que alguno sea igual a 1. Por ejemplo, la siguiente sucesión es una carrera de Collatz

   [ 3, 6,20, 49, 73]
   [10, 3,10,148,220]
   [ 5,10, 5, 74,110]
   [16, 5,16, 37, 55]
   [ 8,16, 8,112,166]
   [ 4, 8, 4, 56, 83]
   [ 2, 4, 2, 28,250]
   [ 1, 2, 1, 14,125]

[ 3, 6,20, 49, 73]

[10, 3,10,148,220]

[ 5,10, 5, 74,110]

[16, 5,16, 37, 55]

[ 8,16, 8,112,166]

[ 4, 8, 4, 56, 83]

[ 2, 4, 2, 28,250]

[ 1, 2, 1, 14,125]

En esta carrera, los ganadores son 3 y 20.

Definir la función

   ganadores :: [Int] -> [Int]

1	ganadores :: [Int] -> [Int]

tal que (ganadores ns) es la lista de los ganadores de la carrera de Collatz a partir de la lista inicial ns. Por ejmplo,

   ganadores [3,6,20,49,73]  ==  [3,20]

1	ganadores [3,6,20,49,73] == [3,20]

Soluciones

ganadores :: [Int] -> [Int]
ganadores xs = selecciona xs (final xs)

-- (final xs) es el estado final de la carrera de Collatz a partir de
-- xs. Por ejemplo,
--    final [3,6,20,49,73]  ==  [1,2,1,14,125]
final :: [Int] -> [Int]
final xs | elem 1 xs = xs
         | otherwise = final [siguiente x | x <- xs]

-- (siguiente x) es el siguiente de x en la carrera de Collatz. Por
-- ejemplo, 
--    siguiente 3  ==  10
--    siguiente 6  ==  3
siguiente :: Int -> Int
siguiente x | even x    = x `div` 2
            | otherwise = 3*x+1

-- (selecciona xs ys) es la lista de los elementos de xs cuyos tales que
-- los elementos de ys en la misma posición son iguales a 1. Por ejemplo,
--    selecciona [3,6,20,49,73] [1,2,1,14,125]  ==  [3,20]
selecciona :: [Int] -> [Int] -> [Int]
selecciona xs ys =
  [x | (x,y) <- zip xs ys, y == 1]

ganadores :: [Int] -> [Int]

ganadores xs = selecciona xs (final xs)

-- (final xs) es el estado final de la carrera de Collatz a partir de

-- xs. Por ejemplo,

-- final [3,6,20,49,73] == [1,2,1,14,125]

final :: [Int] -> [Int]

final xs | elem 1 xs = xs

| otherwise = final [siguiente x | x <- xs]

-- (siguiente x) es el siguiente de x en la carrera de Collatz. Por

-- ejemplo,

-- siguiente 3 == 10

-- siguiente 6 == 3

siguiente :: Int -> Int

siguiente x | even x = x `div` 2

| otherwise = 3*x+1

-- (selecciona xs ys) es la lista de los elementos de xs cuyos tales que

-- los elementos de ys en la misma posición son iguales a 1. Por ejemplo,

-- selecciona [3,6,20,49,73] [1,2,1,14,125] == [3,20]

selecciona :: [Int] -> [Int] -> [Int]

selecciona xs ys =

[x | (x,y) <- zip xs ys, y == 1]

Árboles binarios completos

PorJosé A. Alonso 14-febrero-201821-febrero-2018

Un árbol binario completo es un árbol en el que cada nodo tiene cero o dos hijos. Por ejemplo, el primero de los siguientes árboles es un árbol binario completo pero los otros no lo son

           1              1            1    
         /   \          /   \        / | \ 
        2     3        2     3      2  7  3
       / \            /            / \      
      4   5          4            4   5

1 1 1

/ \ / \ / | \

2 3 2 3 2 7 3

/ \ / / \

4 5 4 4 5

Los árboles se pueden representar mediante el siguiente tipo de datos

   data Arbol a = N a [Arbol a]
     deriving Show

1 2	data Arbol a = N a [Arbol a] deriving Show

Por ejemplo, los árboles los árboles anteriores se puede representar por

   ej1, ej2, ej3 :: Arbol Int
   ej1 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 3 []]
   ej2 = N 1 [N 2 [N 4 []], N 3 []]
   ej3 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 7 [], N 3 []]

ej1, ej2, ej3 :: Arbol Int

ej1 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 3 []]

ej2 = N 1 [N 2 [N 4 []], N 3 []]

ej3 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 7 [], N 3 []]

Definir la función

   esBinarioCompleto :: Arbol t -> Bool

1	esBinarioCompleto :: Arbol t -> Bool

tal que (esBinarioCompleto a) se verifica si a es un árbol binario completo. Por ejemplo,

   esBinarioCompleto ej1  ==  True
   esBinarioCompleto ej2  ==  False
   esBinarioCompleto ej3  ==  False

esBinarioCompleto ej1 == True

esBinarioCompleto ej2 == False

esBinarioCompleto ej3 == False

Soluciones

data Arbol a = N a [Arbol a]
  deriving Show

ej1, ej2, ej3 :: Arbol Int
ej1 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 3 []]
ej2 = N 1 [N 2 [N 4 []], N 3 []]
ej3 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 7 [], N 3 []]
          
esBinarioCompleto :: Arbol t -> Bool
esBinarioCompleto (N _ []) = True
esBinarioCompleto (N x as) = length as `elem` [0,2] 
                             && all esBinarioCompleto as

data Arbol a = N a [Arbol a]

deriving Show

ej1, ej2, ej3 :: Arbol Int

ej1 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 3 []]

ej2 = N 1 [N 2 [N 4 []], N 3 []]

ej3 = N 1 [N 2 [N 4 [], N 5 []], N 7 [], N 3 []]

esBinarioCompleto :: Arbol t -> Bool

esBinarioCompleto (N _ []) = True

esBinarioCompleto (N x as) = length as `elem` [0,2]

&& all esBinarioCompleto as

Relaciones arbóreas

PorJosé A. Alonso 30-enero-20186-febrero-2018

Como se explica en el ejercicio Relación definida por un árbol, cada árbol binario define una relación binaria donde un elemento x está relacionado con y si x es el padre de y.

Una relación binaria es arbórea si

hay exactamente un elemento que no tiene ningún (la raíz del árbol) y
todos los elementos tienen dos hijos (los nodos internos) o ninguno (las hojas del árbol).

Definir la función

   arborea :: Eq a => [(a,a)] -> Bool

1	arborea :: Eq a => [(a,a)] -> Bool

tal que (arborea r) se verifica si la relación r es arbórea. Por ejemplo,

   arborea [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)]  ==  True
   arborea [(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)]         ==  False
   arborea [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(8,2),(2,0)]  ==  False

arborea [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] == True

arborea [(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] == False

arborea [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(8,2),(2,0)] == False

Soluciones

import Data.List ((\\), elemIndices, isPrefixOf, nub, sort)

-- 1ª solución
-- ===========

arborea :: Eq a => [(a,a)] -> Bool
arborea r =
  length [x | x <- nodos r, null (padres r x)] == 1 &&
  all (`elem` [0,2]) [length (hijos r x) | x <- nodos r]

-- (nodos r) es el conjunto de los nodos de la relación r. Por ejemplo,   
--    λ> nodos [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)]
--    [10,8,3,5,2,0]
nodos :: Eq a => [(a,a)] -> [a]
nodos r = nub (concat [[x,y] | (x,y) <- r])

-- (padres r x) es la lista de los padres de x en la relación r. Por
-- ejemplo, 
--    padres [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] 8   ==  [10]
--    padres [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] 10  ==  []
padres :: Eq a => [(a,a)] -> a -> [a]
padres r x = [y | (y,x') <- r, x' == x]

-- (hijos r x) es la lista de los hijos de x en la relación r. Por
-- ejemplo, 
--    hijos [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] 10  ==  [8,2]
--    hijos [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] 5   ==  []
hijos :: Eq a => [(a,a)] -> a -> [a]
hijos r x = [y | (x',y) <- r, x' == x]

-- 2ª solución
-- ===========

arborea2 :: Eq a => [(a,a)] -> Bool
arborea2 xs =  length (nub padres \\ nub hijos) == 1
            && and [cuenta x padres == 2 | x <- nub padres]
  where
    (padres, hijos) = unzip xs

-- (cuenta x ys) es el número de ocurrencias de x en ys. Por ejemplo,
--    cuenta 7 [7,2,7,7,5]  ==  3
cuenta :: Eq a => a -> [a] -> Int
cuenta i = length . elemIndices i

import Data.List ((\\), elemIndices, isPrefixOf, nub, sort)

-- 1ª solución

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

arborea :: Eq a => [(a,a)] -> Bool

arborea r =

length [x | x <- nodos r, null (padres r x)] == 1 &&

all (`elem` [0,2]) [length (hijos r x) | x <- nodos r]

-- (nodos r) es el conjunto de los nodos de la relación r. Por ejemplo,

-- λ> nodos [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)]

-- [10,8,3,5,2,0]

nodos :: Eq a => [(a,a)] -> [a]

nodos r = nub (concat [[x,y] | (x,y) <- r])

-- (padres r x) es la lista de los padres de x en la relación r. Por

-- ejemplo,

-- padres [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] 8 == [10]

-- padres [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] 10 == []

padres :: Eq a => [(a,a)] -> a -> [a]

padres r x = [y | (y,x') <- r, x' == x]

-- (hijos r x) es la lista de los hijos de x en la relación r. Por

-- ejemplo,

-- hijos [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] 10 == [8,2]

-- hijos [(10,8),(8,3),(8,5),(10,2),(2,2),(2,0)] 5 == []

hijos :: Eq a => [(a,a)] -> a -> [a]

hijos r x = [y | (x',y) <- r, x' == x]

-- 2ª solución

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

arborea2 :: Eq a => [(a,a)] -> Bool

arborea2 xs = length (nub padres \\ nub hijos) == 1

&& and [cuenta x padres == 2 | x <- nub padres]

where

(padres, hijos) = unzip xs

-- (cuenta x ys) es el número de ocurrencias de x en ys. Por ejemplo,

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

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

cuenta i = length . elemIndices i

Conjunto de funciones entre dos conjuntos

PorJosé A. Alonso 1-diciembre-20178-diciembre-2017

Una función f entre dos conjuntos A e B se puede representar mediante una lista de pares de AxB tales que para cada elemento a de A existe un único elemento b de B tal que (a,b) pertenece a f. Por ejemplo,

[(1,2),(3,6)] es una función de [1,3] en [2,4,6];
[(1,2)] no es una función de [1,3] en [2,4,6], porque no tiene ningún par cuyo primer elemento sea igual a 3;
[(1,2),(3,6),(1,4)] no es una función porque hay dos pares distintos cuya primera coordenada es 1.

Definir las funciones

   funciones  :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
   nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

1 2	funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]] nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

tales que

(funciones xs ys) es el conjunto de las funciones del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     λ> funciones [1] [2]
     [[(1,2)]]
     λ> funciones [1] [2,4]
     [[(1,2)],[(1,4)]]
     λ> funciones [1,3] [2]
     [[(1,2),(3,2)]]
     λ> funciones [1,3] [2,4]
     [[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)]]
     λ> funciones [1,3] [2,4,6]
     [[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,2),(3,6)],
      [(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)],[(1,4),(3,6)],
      [(1,6),(3,2)],[(1,6),(3,4)],[(1,6),(3,6)]]
     λ> funciones [1,3,5] [2,4]
     [[(1,2),(3,2),(5,2)],[(1,2),(3,2),(5,4)],[(1,2),(3,4),(5,2)],
      [(1,2),(3,4),(5,4)],[(1,4),(3,2),(5,2)],[(1,4),(3,2),(5,4)],
      [(1,4),(3,4),(5,2)],[(1,4),(3,4),(5,4)]]
     λ> funciones [] []
     [[]]
     λ> funciones [] [2]
     [[]]
     λ> funciones [1] []
     []

λ> funciones [1] [2]

[[(1,2)]]

λ> funciones [1] [2,4]

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

λ> funciones [1,3] [2]

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

λ> funciones [1,3] [2,4]

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

λ> funciones [1,3] [2,4,6]

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

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

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

λ> funciones [1,3,5] [2,4]

[[(1,2),(3,2),(5,2)],[(1,2),(3,2),(5,4)],[(1,2),(3,4),(5,2)],

[(1,2),(3,4),(5,4)],[(1,4),(3,2),(5,2)],[(1,4),(3,2),(5,4)],

[(1,4),(3,4),(5,2)],[(1,4),(3,4),(5,4)]]

λ> funciones [] []

[[]]

λ> funciones [] [2]

[[]]

λ> funciones [1] []

[]

(nFunciones xs ys) es el número de funciones del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     nFunciones [1,3] [2,4,6]  ==  9
     nFunciones [1,3,5] [2,4]  ==  8
     length (show (nFunciones2 [1..10^6] [1..10^3]))  ==  3000001

nFunciones [1,3] [2,4,6] == 9

nFunciones [1,3,5] [2,4] == 8

length (show (nFunciones2 [1..10^6] [1..10^3])) == 3000001

Soluciones

import Data.List (genericLength, nub, sort, subsequences)

-- 1ª definición de funciones
-- ==========================

funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
funciones xs ys =
  conjunto [r | r <- relaciones xs ys
              , esFuncion r xs ys]

-- (relaciones xs ys) es el conjunto de las relaciones binarias entre xs
-- e ys. Por ejemplo,
--    λ> relaciones [1,3] [2,4]
--    [[],[(1,2)],[(1,4)],[(1,2),(1,4)],[(3,2)],[(1,2),(3,2)],
--     [(1,4),(3,2)],[(1,2),(1,4),(3,2)],[(3,4)],[(1,2),(3,4)],
--     [(1,4),(3,4)],[(1,2),(1,4),(3,4)],[(3,2),(3,4)],
--     [(1,2),(3,2),(3,4)],[(1,4),(3,2),(3,4)],
--     [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]]
relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
relaciones xs ys =
  subsequences (producto xs ys)

-- (producto xs ys) es el producto cartesiano de xs e ys. Por ejemplo,
--    producto [1,3] [2,4]  ==  [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]
producto :: [a] -> [b] -> [(a,b)]
producto xs ys =
  [(x,y) | x <- xs, y <- ys]

-- (esFuncional r) r se verifica si la relación r es funcional. Por
-- ejemplo, 
--    esFuncional [(2,4),(1,5),(3,4)]        ==  True
--    esFuncional [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  False
esFuncional :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> Bool
esFuncional r =
  and [esUnitario (imagen r x) | x <- dominio r] 

-- (dominio r) es el dominio de la relación r. Por ejemplo,
--    dominio [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  [1,3,5]
dominio :: Ord a => [(a,b)] -> [a]
dominio = sort . nub . map fst

-- (imagen r x) es la imagen de x en la relación r. Por ejemplo,
--    imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 1  ==  [2,4]
--    imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 2  ==  []
imagen :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> a -> [b]
imagen r x =
  conjunto [y | (x1,y) <- r, x1 == x]

-- (conjunto xs) es el conjunto (es decir, lista ordenada de elementos
-- distintos) correspondiente a la lista xs. Por ejemplo, 
--    conjunto [7,2,3,2,7,3]  ==  [2,3,7]
conjunto :: Ord a => [a] -> [a]
conjunto = sort . nub

-- (esUnitario xs) se verifica si xs tiene sólo un elemento.
esUnitario :: [a] -> Bool
esUnitario xs =
  length xs == 1

-- (esFuncion r xs ys) se verifica si r es una función con dominio xs y
-- codominio ys. Por ejemplo,
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7]   ==  True
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,3] [4,5,7]     ==  False
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,7]     ==  False
--    esFuncion [(1,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7]   ==  False
esFuncion :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> [a] -> [b] -> Bool
esFuncion r xs ys =
     conjunto xs == dominio r 
  && rango r `contenido` conjunto ys
  && esFuncional r

-- (rango r) es el rango de la relación r. Por ejemplo,
--    rango [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  [2,4]
rango :: Ord b => [(a,b)] -> [b]
rango = sort . nub . map snd

-- (contenido xs ys) se verifica si el conjunto xs está contenido en el
-- ys. Por ejemplo,
--    [1,3] `contenido` [1,2,3,5]  ==  True
--    [1,3] `contenido` [1,2,4,5]  ==  False
contenido :: Ord a => [a] -> [a] -> Bool 
contenido xs ys =
  all (`elem` ys) xs

-- 2ª definición de funciones
-- ==========================

funciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
funciones2 xs ys =
  conjunto (aux xs ys)
  where aux [] _      = [[]]
        aux [x] ys    = [[(x,y)] | y <- ys]
        aux (x:xs) ys = [((x,y):f) | y <- ys, f <- fs]
          where fs = aux xs ys

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

--    λ> length (funciones [1..4] [1..4]) 
--    256
--    (2.69 secs, 754,663,072 bytes)
--    λ> length (funciones2 [1..4] [1..4]) 
--    256
--    (0.04 secs, 243,600 bytes)

-- 1ª definición de nFunciones
-- ===========================

nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer
nFunciones xs ys =
  genericLength (funciones2 xs ys)

-- 2ª definición de nFunciones
-- ===========================

nFunciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer
nFunciones2 xs ys =
  (genericLength ys)^(genericLength xs)

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

--    λ> nFunciones [1..5] [1..5] 
--    3125
--    (1.35 secs, 1,602,872 bytes)
--    λ> nFunciones2 [1..5] [1..5] 
--    3125
--    (0.03 secs, 140,480 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

124

125

126

127

128

import Data.List (genericLength, nub, sort, subsequences)

-- 1ª definición de funciones

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

funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

funciones xs ys =

conjunto [r | r <- relaciones xs ys

, esFuncion r xs ys]

-- (relaciones xs ys) es el conjunto de las relaciones binarias entre xs

-- e ys. Por ejemplo,

-- λ> relaciones [1,3] [2,4]

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

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

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

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

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

relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

relaciones xs ys =

subsequences (producto xs ys)

-- (producto xs ys) es el producto cartesiano de xs e ys. Por ejemplo,

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

producto :: [a] -> [b] -> [(a,b)]

producto xs ys =

[(x,y) | x <- xs, y <- ys]

-- (esFuncional r) r se verifica si la relación r es funcional. Por

-- ejemplo,

-- esFuncional [(2,4),(1,5),(3,4)] == True

-- esFuncional [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)] == False

esFuncional :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> Bool

esFuncional r =

and [esUnitario (imagen r x) | x <- dominio r]

-- (dominio r) es el dominio de la relación r. Por ejemplo,

-- dominio [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] == [1,3,5]

dominio :: Ord a => [(a,b)] -> [a]

dominio = sort . nub . map fst

-- (imagen r x) es la imagen de x en la relación r. Por ejemplo,

-- imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 1 == [2,4]

-- imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 2 == []

imagen :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> a -> [b]

imagen r x =

conjunto [y | (x1,y) <- r, x1 == x]

-- (conjunto xs) es el conjunto (es decir, lista ordenada de elementos

-- distintos) correspondiente a la lista xs. Por ejemplo,

-- conjunto [7,2,3,2,7,3] == [2,3,7]

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

conjunto = sort . nub

-- (esUnitario xs) se verifica si xs tiene sólo un elemento.

esUnitario :: [a] -> Bool

esUnitario xs =

length xs == 1

-- (esFuncion r xs ys) se verifica si r es una función con dominio xs y

-- codominio ys. Por ejemplo,

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7] == True

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,3] [4,5,7] == False

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,7] == False

-- esFuncion [(1,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7] == False

esFuncion :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> [a] -> [b] -> Bool

esFuncion r xs ys =

conjunto xs == dominio r

&& rango r `contenido` conjunto ys

&& esFuncional r

-- (rango r) es el rango de la relación r. Por ejemplo,

-- rango [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] == [2,4]

rango :: Ord b => [(a,b)] -> [b]

rango = sort . nub . map snd

-- (contenido xs ys) se verifica si el conjunto xs está contenido en el

-- ys. Por ejemplo,

-- [1,3] `contenido` [1,2,3,5] == True

-- [1,3] `contenido` [1,2,4,5] == False

contenido :: Ord a => [a] -> [a] -> Bool

contenido xs ys =

all (`elem` ys) xs

-- 2ª definición de funciones

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

funciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

funciones2 xs ys =

conjunto (aux xs ys)

where aux [] _ = [[]]

aux [x] ys = [[(x,y)] | y <- ys]

aux (x:xs) ys = [((x,y):f) | y <- ys, f <- fs]

where fs = aux xs ys

-- Comparación de eficiencia de funciones

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

-- λ> length (funciones [1..4] [1..4])

-- 256

-- (2.69 secs, 754,663,072 bytes)

-- λ> length (funciones2 [1..4] [1..4])

-- 256

-- (0.04 secs, 243,600 bytes)

-- 1ª definición de nFunciones

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

nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

nFunciones xs ys =

genericLength (funciones2 xs ys)

-- 2ª definición de nFunciones

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

nFunciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

nFunciones2 xs ys =

(genericLength ys)^(genericLength xs)

-- Comparación de eficiencia de nFunciones

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

-- λ> nFunciones [1..5] [1..5]

-- 3125

-- (1.35 secs, 1,602,872 bytes)

-- λ> nFunciones2 [1..5] [1..5]

-- 3125

-- (0.03 secs, 140,480 bytes)

Menor x tal que los x múltiplos de n contienen todos los dígitos

PorJosé A. Alonso 28-noviembre-20178-diciembre-2017

Definir la función

   menorX :: Integer -> Integer

1	menorX :: Integer -> Integer

tal que (menorX n) es el menor x tal que entre los x primeros múltiplos de n (es decir, entre n, 2×n, 3×n, … y x×n) contienen todos los dígitos al menos una vez. Por ejemplo, (menorX 92) es 6 ya que

   92                                    contiene  [2,9]
   92 y 92×2                             contienen [1,2,4,8,9]
   92,  92×2 y 92×3                      contienen [1,2,4,6,7,8,9]
   92,  92×2,  92×3 y 92×4               contienen [1,2,3,4,6,7,8,9]
   92,  92×2,  92×3,  92×4 y 92×5        contienen [0,1,2,3,4,6,7,8,9]
   92,  92×2,  92×3,  92×4,  92×5 y 92×6 contienen [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]

92 contiene [2,9]

92 y 92×2 contienen [1,2,4,8,9]

92, 92×2 y 92×3 contienen [1,2,4,6,7,8,9]

92, 92×2, 92×3 y 92×4 contienen [1,2,3,4,6,7,8,9]

92, 92×2, 92×3, 92×4 y 92×5 contienen [0,1,2,3,4,6,7,8,9]

92, 92×2, 92×3, 92×4, 92×5 y 92×6 contienen [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9]

Otros ejemplos

   menorX 92          ==  6
   menorX 2967        ==  3
   menorX 266         ==  4
   menorX 18          ==  5
   menorX 2           ==  45
   menorX 125         ==  72
   menorX 1234567890  ==  1
   maximum [menorX n | n <- [1..3000]]  ==  72
   minimum [menorX n | n <- [1..3000]]  ==  3

menorX 92 == 6

menorX 2967 == 3

menorX 266 == 4

menorX 18 == 5

menorX 2 == 45

menorX 125 == 72

menorX 1234567890 == 1

maximum [menorX n | n <- [1..3000]] == 72

minimum [menorX n | n <- [1..3000]] == 3

Soluciones

import Data.List ((\\))

-- 1ª definición
-- =============

menorX :: Integer -> Integer
menorX n =
  head [x | x <- [1..]
          , [0..9] `contenido` digitosMultiplos n x]

contenido :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
contenido xs ys =
  all (`elem` ys) xs

digitosMultiplos :: Integer -> Integer -> [Integer]
digitosMultiplos n x =
  concatMap digitos [n,2*n..x*n]

digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [c] | c <- show n]

-- 2ª definición
-- =============

menorX2 :: Integer -> Integer
menorX2 n = aux [] 0
  where aux xs x
          | [0..9] `contenido` xs = x
          | otherwise             = aux (digitos (n*(x+1)) ++ xs) (x+1)

-- 3ª definición
-- =============

menorX3 :: Integer -> Integer
menorX3 n = aux ['0'..'9'] 0
  where aux xs x
          | null xs   = x
          | otherwise = aux (xs \\ show (n*(x+1))) (x+1)

-- 4ª definición
-- =============

menorX4 :: Integer -> Integer
menorX4 n = aux "0123456789" 1 n
  where aux xs x nx | null ys   = x
                    | otherwise = aux ys (1+x) (nx+n)
          where ys = xs \\ show nx

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

--    λ> maximum [menorX n | n <- [1..6000]]
--    72
--    (2.04 secs, 3,737,579,888 bytes)
--    λ> maximum [menorX2 n | n <- [1..6000]]
--    72
--    (0.52 secs, 818,602,736 bytes)
--    λ> maximum [menorX3 n | n <- [1..6000]]
--    72
--    (0.10 secs, 67,090,800 bytes)
--    λ> maximum [menorX3 n | n <- [1..6000]]
--    72
--    (0.08 secs, 67,090,800 bytes)
--    
--    λ> maximum [menorX3 n | n <- [1..10^5]]
--    72
--    (0.81 secs, 1,044,781,216 bytes)
--    λ> maximum [menorX4 n | n <- [1..10^5]]
--    72
--    (0.71 secs, 1,009,113,304 bytes)

import Data.List ((\\))

-- 1ª definición

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

menorX :: Integer -> Integer

menorX n =

head [x | x <- [1..]

, [0..9] `contenido` digitosMultiplos n x]

contenido :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool

contenido xs ys =

all (`elem` ys) xs

digitosMultiplos :: Integer -> Integer -> [Integer]

digitosMultiplos n x =

concatMap digitos [n,2*n..x*n]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n =

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

-- 2ª definición

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

menorX2 :: Integer -> Integer

menorX2 n = aux [] 0

where aux xs x

| [0..9] `contenido` xs = x

| otherwise = aux (digitos (n*(x+1)) ++ xs) (x+1)

-- 3ª definición

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

menorX3 :: Integer -> Integer

menorX3 n = aux ['0'..'9'] 0

where aux xs x

| null xs = x

| otherwise = aux (xs \\ show (n*(x+1))) (x+1)

-- 4ª definición

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

menorX4 :: Integer -> Integer

menorX4 n = aux "0123456789" 1 n

where aux xs x nx | null ys = x

| otherwise = aux ys (1+x) (nx+n)

where ys = xs \\ show nx

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximum [menorX n | n <- [1..6000]]

-- 72

-- (2.04 secs, 3,737,579,888 bytes)

-- λ> maximum [menorX2 n | n <- [1..6000]]

-- 72

-- (0.52 secs, 818,602,736 bytes)

-- λ> maximum [menorX3 n | n <- [1..6000]]

-- 72

-- (0.10 secs, 67,090,800 bytes)

-- λ> maximum [menorX3 n | n <- [1..6000]]

-- 72

-- (0.08 secs, 67,090,800 bytes)

-- λ> maximum [menorX3 n | n <- [1..10^5]]

-- 72

-- (0.81 secs, 1,044,781,216 bytes)

-- λ> maximum [menorX4 n | n <- [1..10^5]]

-- 72

-- (0.71 secs, 1,009,113,304 bytes)

La carrera de Collatz

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