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Etiqueta: Expresiones aritméticas

Valor de una expresión vectorial

José A. Alonso, ,

Se consideran las expresiones vectoriales formadas por un vector, la suma de dos expresiones vectoriales o el producto de un entero por una expresión vectorial. El siguiente tipo de dato define las expresiones vectoriales

   data ExpV = Vec Int Int
             | Sum ExpV ExpV
             | Mul Int ExpV
     deriving Show

Definir la función

   valorEV :: ExpV -> (Int,Int)

tal que valorEV e es el valorEV de la expresión vectorial e. Por ejemplo,

   valorEV (Vec 1 2)                                  ==  (1,2)
   valorEV (Sum (Vec 1 2) (Vec 3 4))                  ==  (4,6)
   valorEV (Mul 2 (Vec 3 4))                          ==  (6,8)
   valorEV (Mul 2 (Sum (Vec 1 2 ) (Vec 3 4)))         ==  (8,12)
   valorEV (Sum (Mul 2 (Vec 1 2)) (Mul 2 (Vec 3 4)))  ==  (8,12)

Soluciones

A continuación se muestran las soluciones en Haskell y las soluciones en Python.


Soluciones en Haskell

data ExpV = Vec Int Int
          | Sum ExpV ExpV
          | Mul Int ExpV
  deriving Show
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
valorEV1 :: ExpV -> (Int,Int)
valorEV1 (Vec x y)   = (x,y)
valorEV1 (Sum e1 e2) = (x1+x2,y1+y2)
  where (x1,y1) = valorEV1 e1
        (x2,y2) = valorEV1 e2
valorEV1 (Mul n e)   = (n*x,n*y)
  where (x,y) = valorEV1 e
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
valorEV2 :: ExpV -> (Int,Int)
valorEV2 (Vec a b)   = (a, b)
valorEV2 (Sum e1 e2) = suma (valorEV2 e1) (valorEV2 e2)
valorEV2 (Mul n e1)  = multiplica n (valorEV2 e1)
 
suma :: (Int,Int) -> (Int,Int) -> (Int,Int)
suma (a,b) (c,d) = (a+c,b+d)
 
multiplica :: Int -> (Int, Int) -> (Int, Int)
multiplica n (a,b) = (n*a,n*b)


Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
 
 
@dataclass
class ExpV:
    pass
 
@dataclass
class Vec(ExpV):
    x: int
    y: int
 
@dataclass
class Sum(ExpV):
    x: ExpV
    y: ExpV
 
@dataclass
class Mul(ExpV):
    x: int
    y: ExpV
 
# 1ª solución
# ===========
 
def valorEV1(e: ExpV) -> tuple[int, int]:
    match e:
        case Vec(x, y):
            return (x, y)
        case Sum(e1, e2):
            x1, y1 = valorEV1(e1)
            x2, y2 = valorEV1(e2)
            return (x1 + x2, y1 + y2)
        case Mul(n, e):
            x, y = valorEV1(e)
            return (n * x, n * y)
    assert False
 
# 2ª solución
# ===========
 
def suma(p: tuple[int, int], q: tuple[int, int]) -> tuple[int, int]:
    a, b = p
    c, d = q
    return (a + c, b + d)
 
def multiplica(n: int, p: tuple[int, int]) -> tuple[int, int]:
    a, b = p
    return (n * a, n * b)
 
def valorEV2(e: ExpV) -> tuple[int, int]:
    match e:
        case Vec(x, y):
            return (x, y)
        case Sum(e1, e2):
            return suma(valorEV2(e1), valorEV2(e2))
        case Mul(n, e):
            return multiplica(n, valorEV2(e))
    assert False
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Valor de expresiones aritméticas generales

José A. Alonso, ,

Las operaciones de suma, resta y multiplicación se pueden representar mediante el siguiente tipo de datos

   data Op = S | R | M

La expresiones aritméticas con dichas operaciones se pueden representar mediante el siguiente tipo de dato algebraico

   data Expr = C Int
             | A Op Expr Expr

Por ejemplo, la expresión

   (7-3)+(2*5)

se representa por

   A S (A R (C 7) (C 3)) (A M (C 2) (C 5))

Definir la función

   valor :: Expr -> Int

tal que valor e es el valor de la expresión e. Por ejemplo,

   valor (A S (A R (C 7) (C 3)) (A M (C 2) (C 5)))  ==  14
   valor (A M (A R (C 7) (C 3)) (A S (C 2) (C 5)))  ==  28

Soluciones

A continuación se muestran las soluciones en Haskell y las soluciones en Python.


Soluciones en Haskell

data Op = S | R | M
 
data Expr = C Int
          | A Op Expr Expr
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
valor :: Expr -> Int
valor (C x)      = x
valor (A o e1 e2) = aplica o (valor e1) (valor e2)
  where aplica :: Op -> Int -> Int -> Int
        aplica S x y = x+y
        aplica R x y = x-y
        aplica M x y = x*y
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
valor2 :: Expr -> Int
valor2 (C n)    = n
valor2 (A o x y) = sig o (valor2 x) (valor2 y)
  where sig :: Op -> Int -> Int -> Int
        sig S = (+)
        sig M = (*)
        sig R = (-)


Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
from enum import Enum
 
Op = Enum('Op', ['S', 'R', 'M'])
 
@dataclass
class Expr:
    pass
 
@dataclass
class C(Expr):
    x: int
 
@dataclass
class A(Expr):
    o: Op
    x: Expr
    y: Expr
 
def aplica(o: Op, x: int, y: int) -> int:
    match o:
        case Op.S:
            return x + y
        case Op.R:
            return x - y
        case Op.M:
            return x * y
    assert False
 
def valor(e: Expr) -> int:
    match e:
        case C(x):
            return x
        case A(o, e1, e2):
            return aplica(o, valor(e1), valor(e2))
    assert False
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Máximos valores de una expresión aritmética

José A. Alonso, ,

Las expresiones aritméticas generales se pueden definir usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = C Int
             | X
             | S Expr Expr
             | R Expr Expr
             | P Expr Expr
             | E Expr Int
     deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, la expresión

   3*x - (x+2)^7

se puede definir por

   R (P (C 3) X) (E (S X (C 2)) 7)

Definir la función

   maximo :: Expr -> [Int] -> (Int,[Int])

tal que maximo e xs es el par formado por el máximo valor de la expresión e para los puntos de xs y en qué puntos alcanza el máximo. Por ejemplo,

   λ> maximo (E (S (C 10) (P (R (C 1) X) X)) 2) [-3..3]
   (100,[0,1])

Soluciones

A continuación se muestran las soluciones en Haskell y las soluciones en Python.


Soluciones en Haskell

data Expr = C Int
          | X
          | S Expr Expr
          | R Expr Expr
          | P Expr Expr
          | E Expr Int
  deriving (Eq, Show)
 
maximo :: Expr -> [Int] -> (Int,[Int])
maximo e ns = (m,[n | n <- ns, valor e n == m])
  where m = maximum [valor e n | n <- ns]
 
valor :: Expr -> Int -> Int
valor (C x) _     = x
valor X     n     = n
valor (S e1 e2) n = valor e1 n + valor e2 n
valor (R e1 e2) n = valor e1 n - valor e2 n
valor (P e1 e2) n = valor e1 n * valor e2 n
valor (E e1 m1) n = valor e1 n ^ m1


Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
 
 
@dataclass
class Expr:
    pass
 
@dataclass
class C(Expr):
    x: int
 
@dataclass
class X(Expr):
    pass
 
@dataclass
class S(Expr):
    x: Expr
    y: Expr
 
@dataclass
class R(Expr):
    x: Expr
    y: Expr
 
@dataclass
class P(Expr):
    x: Expr
    y: Expr
 
@dataclass
class E(Expr):
    x: Expr
    y: int
 
def valor(e: Expr, n: int) -> int:
    match e:
        case C(a):
            return a
        case X():
            return n
        case S(e1, e2):
            return valor(e1, n) + valor(e2, n)
        case R(e1, e2):
            return valor(e1, n) - valor(e2, n)
        case P(e1, e2):
            return valor(e1, n) * valor(e2, n)
        case E(e1, m):
            return valor(e1, n) ** m
    assert False
 
def maximo(e: Expr, ns: list[int]) -> tuple[int, list[int]]:
    m = max((valor(e, n) for n in ns))
    return (m, [n for n in ns if valor(e, n) == m])
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Expresiones aritméticas reducibles

José A. Alonso, ,

Las expresiones aritméticas con variables pueden representarse usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = C Int
             | V Char
             | S Expr Expr
             | P Expr Expr

Por ejemplo, la expresión 2·(a+5) se representa por

   P (C 2) (S (V 'a') (C 5))

Definir la función

   reducible :: Expr -> Bool

tal que reducible a se verifica si a es una expresión reducible; es decir, contiene una operación en la que los dos operandos son números. Por ejemplo,

   reducible (S (C 3) (C 4))             == True
   reducible (S (C 3) (V 'x'))           == False
   reducible (S (C 3) (P (C 4) (C 5)))   == True
   reducible (S (V 'x') (P (C 4) (C 5))) == True
   reducible (S (C 3) (P (V 'x') (C 5))) == False
   reducible (C 3)                       == False
   reducible (V 'x')                     == False

Soluciones

A continuación se muestran las soluciones en Haskell y las soluciones en Python.


Soluciones en Haskell

data Expr = C Int
          | V Char
          | S Expr Expr
          | P Expr Expr
 
reducible :: Expr -> Bool
reducible (C _)           = False
reducible (V _)           = False
reducible (S (C _) (C _)) = True
reducible (S a b)         = reducible a || reducible b
reducible (P (C _) (C _)) = True
reducible (P a b)         = reducible a || reducible b


Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
 
 
@dataclass
class Expr:
    pass
 
@dataclass
class C(Expr):
    x: int
 
@dataclass
class V(Expr):
    x: str
 
@dataclass
class S(Expr):
    x: Expr
    y: Expr
 
@dataclass
class P(Expr):
    x: Expr
    y: Expr
 
def reducible(e: Expr) -> bool:
    match e:
        case C(_):
            return False
        case V(_):
            return False
        case S(C(_), C(_)):
            return True
        case S(a, b):
            return reducible(a) or reducible(b)
        case P(C(_), C(_)):
            return True
        case P(a, b):
            return reducible(a) or reducible(b)
    assert False
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Sustitución en una expresión aritmética

José A. Alonso, ,

Las expresiones aritméticas con variables pueden representarse usando el siguiente tipo de datos

   data Expr = C Int
             | V Char
             | S Expr Expr
             | P Expr Expr
     deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, la expresión 2·(a+5) se representa por

   P (C 2) (S (V 'a') (C 5))

Definir la función

   sustitucion :: Expr -> [(Char, Int)] -> Expr

tal que sustitucion e s es la expresión obtenida sustituyendo las variables de la expresión e según se indica en la sustitución s. Por ejemplo,

   λ> sustitucion (P (V 'z') (S (C 3) (V 'x'))) [('x',7),('z',9)]
   P (C 9) (S (C 3) (C 7))
   λ> sustitucion (P (V 'z') (S (C 3) (V 'y'))) [('x',7),('z',9)]
   P (C 9) (S (C 3) (V 'y'))

Soluciones

A continuación se muestran las soluciones en Haskell y las soluciones en Python.


Soluciones en Haskell

data Expr = C Int
          | V Char
          | S Expr Expr
          | P Expr Expr
  deriving (Eq, Show)
 
sustitucion :: Expr -> [(Char, Int)] -> Expr
sustitucion e []          = e
sustitucion (V c) ((d,n):ps)
  | c == d                = C n
  | otherwise             = sustitucion (V c) ps
sustitucion (C n) _      = C n
sustitucion (S e1 e2) ps = S (sustitucion e1 ps) (sustitucion e2 ps)
sustitucion (P e1 e2) ps = P (sustitucion e1 ps) (sustitucion e2 ps)


Soluciones en Python

from dataclasses import dataclass
 
 
@dataclass
class Expr:
    pass
 
@dataclass
class C(Expr):
    x: int
 
@dataclass
class V(Expr):
    x: str
 
@dataclass
class S(Expr):
    x: Expr
    y: Expr
 
@dataclass
class P(Expr):
    x: Expr
    y: Expr
 
def sustitucion(e: Expr, ps: list[tuple[str, int]]) -> Expr:
    match (e, ps):
        case(e, []):
            return e
        case (V(c), ps):
            if c == ps[0][0]:
                return C(ps[0][1])
            return sustitucion(V(c), ps[1:])
        case (C(n), _):
            return C(n)
        case (S(e1, e2), ps):
            return S(sustitucion(e1, ps), sustitucion(e2, ps))
        case (P(e1, e2), ps):
            return P(sustitucion(e1, ps), sustitucion(e2, ps))
    assert False
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