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Etiqueta: foldl’

Menor divisible por todos

José A. Alonso, ,

Definir la función

   menorDivisible :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (menorDivisible a b) es el menor número divisible por todos los números desde a hasta b, ambos inclusive. Por ejemplo,

   menorDivisible 1 10                        ==  2520
   length (show (menorDivisible 1 (3*10^5)))  ==  130141

Nota: Este ejercicio está basado en el problema 5 del Proyecto Euler

Soluciones

import Data.List (foldl')
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
menorDivisible :: Integer -> Integer -> Integer
menorDivisible a b =
  head [x | x <- [b..]
          , and [x `mod` y == 0 | y <- [a..b]]]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
menorDivisible2 :: Integer -> Integer -> Integer
menorDivisible2 a b  
  | a == b    = a
  | otherwise = lcm a (menorDivisible (a+1) b)
 
-- 3ª solución
-- ============
 
menorDivisible3 :: Integer -> Integer -> Integer
menorDivisible3 a b = foldl lcm 1 [a..b] 
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
menorDivisible4 :: Integer -> Integer -> Integer
menorDivisible4 a b = foldl1 lcm [a..b] 
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
menorDivisible5 :: Integer -> Integer -> Integer
menorDivisible5 a b = foldl' lcm 1 [a..b] 
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
menorDivisible6 :: Integer -> Integer -> Integer
menorDivisible6 a b = foldr1 lcm [a..b] 
 
-- 7ª solución
-- ===========
 
menorDivisible7 :: Integer -> Integer -> Integer
menorDivisible7 a = foldr1 lcm . enumFromTo a
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--   λ> menorDivisible 1 17
--   12252240
--   (18.63 secs, 15,789,475,488 bytes)
--   λ> menorDivisible2 1 17
--   12252240
--   (13.29 secs, 11,868,764,272 bytes)
--   λ> menorDivisible3 1 17
--   12252240
--   (0.00 secs, 114,688 bytes)
--   λ> menorDivisible4 1 17
--   12252240
--   (0.01 secs, 114,752 bytes)
--   λ> menorDivisible5 1 17
--   12252240
--   (0.01 secs, 110,640 bytes)
--   λ> menorDivisible6 1 17
--   12252240
--   (0.01 secs, 114,752 bytes)
--   λ> menorDivisible7 1 17
--   12252240
--   (0.00 secs, 110,912 bytes)
--   
--   λ> length (show (menorDivisible3 1 (10^5)))
--   43452
--   (1.54 secs, 2,021,887,000 bytes)
--   λ> length (show (menorDivisible4 1 (10^5)))
--   43452
--   (1.47 secs, 2,021,886,616 bytes)
--   λ> length (show (menorDivisible5 1 (10^5)))
--   43452
--   (0.65 secs, 2,009,595,568 bytes)
--   λ> length (show (menorDivisible6 1 (10^5)))
--   43452
--   (0.30 secs, 172,986,840 bytes)
--   λ> length (show (menorDivisible7 1 (10^5)))
--   43452
--   (0.30 secs, 172,986,920 bytes)
--   
--   λ> length (show (menorDivisible5 1 (2*10^5)))
--   86871
--   (2.47 secs, 7,989,147,304 bytes)
--   λ> length (show (menorDivisible6 1 (2*10^5)))
--   86871
--   (0.89 secs, 533,876,496 bytes)
--   λ> length (show (menorDivisible7 1 (2*10^5)))
--   86871
--   (0.88 secs, 533,875,608 bytes)

Pensamiento

Será el peor de los malos
bribón que olvide
su vocación de diablo.

Antonio Machado

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Número medio

José A. Alonso, ,

Un número medio es número natural que es igual a la media aritmética de las permutaciones de sus dígitos. Por ejemplo, 370 es un número medio ya que las permutaciones de sus dígitos es 073, 037, 307, 370, 703 y 730 cuya media es 2220/6 que es igual a 370.

Definir las siguientes funciones

   numeroMedio                :: Integer -> Bool
   densidadesNumeroMedio      :: [Double]
   graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()

tales que

  • (numeroMedio n) se verifica si n es un número medio. Por ejemplo,
      λ> numeroMedio 370
      True
      λ> numeroMedio 371
      False
      λ> numeroMedio 485596707818930041152263374
      True
      λ> filter numeroMedio [100..600]
      [111,222,333,370,407,444,481,518,555,592]
      λ> filter numeroMedio [3*10^5..6*10^5]
      [333333,370370,407407,444444,481481,518518,555555,592592]
  • densidades es la lista cuyo elemento n-ésimo (empezando a contar en 1) es la densidad de números medios en el intervalo [1,n]; es decir, la cantidad de números medios menores o iguales que n dividida por n. Por ejemplo,
      λ> mapM_ print (take 30 densidades)
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      0.9
      0.9090909090909091
      0.8333333333333334
      0.7692307692307693
      0.7142857142857143
      0.6666666666666666
      0.625
      0.5882352941176471
      0.5555555555555556
      0.5263157894736842
      0.5
      0.47619047619047616
      0.5
      0.4782608695652174
      0.4583333333333333
      0.44
      0.4230769230769231
      0.4074074074074074
      0.39285714285714285
      0.3793103448275862
      0.36666666666666664
  • (graficaDensidadNumeroMedio n) dibuja la gráfica de las densidades de
    los intervalos [1,k] para k desde 1 hasta n. Por ejemplo, (graficaDensidadNumeroMedio 100) dibuja

    y (graficaDensidadNumeroMedio 1000) dibuja

Soluciones

Puedes escribir tus soluciones en los comentarios o ver las soluciones propuestas pulsando [expand title=»aquí»]

import Data.List (genericLength, permutations, foldl')
import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple 
 
-- 1ª definición de numeroMedio
-- ============================
 
numeroMedio :: Integer -> Bool
numeroMedio n =
  n == media (map digitosAnumero (permutations (digitos n)))
 
-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 425  ==  [4,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [c] | c <- show n]
 
-- (digitosAnumero xs) es el número cuya lista de dígitos es xs. Por
-- ejemplo, 
--    digitosAnumero [4,2,5]  ==  425
 
-- 1ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero1 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero1 = aux . reverse
  where aux [] = 0
        aux (x:xs) = x + 10 * aux xs
 
-- 1ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 = foldl' (\x y -> 10*x+y) 0
 
-- Comparación de eficiencia de definiciones de digitosAnumero
--    λ> length (show (digitosAnumero1 (replicate (10^5) 5)))
--    100000
--    (5.07 secs, 4,317,349,968 bytes)
--    λ> length (show (digitosAnumero2 (replicate (10^5) 5)))
--    100000
--    (0.67 secs, 4,288,054,592 bytes)
 
-- Se usará la 2ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = digitosAnumero2
 
-- (media xs) es la media aritmética de la lista xs (se supone que su
-- valor es entero). Por ejemplo,
--    media [370,730,73,703,37,307]  ==  370
media :: [Integer] -> Integer
media xs = sum xs `div` genericLength xs
 
-- 2ª definición de numeroMedio
-- ============================
 
numeroMedio2 :: Integer -> Bool
numeroMedio2 n =
  (10^k-1)*s == 9*k*n
  where xs = digitos n
        k  = genericLength xs
        s  = sum xs
 
-- Equivalencia de las definiciones de numeroMedio
-- ===============================================
 
-- La propiedad es
prop_numeroMedio :: Positive Integer -> Bool
prop_numeroMedio (Positive n) =
  numeroMedio n == numeroMedio2 n
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_numeroMedio
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia de las definiciones de numeroMedio
-- ============================================================
 
--    λ> filter numeroMedio [10000..20000]
--    [11111]
--    (1.74 secs, 1,500,858,904 bytes)
--    λ> filter numeroMedio2 [10000..20000]
--    [11111]
--    (0.11 secs, 213,060,784 bytes)
 
-- Definición de densidadesNumeroMedio
-- ===================================
 
densidadesNumeroMedio :: [Double]
densidadesNumeroMedio = 
  [genericLength (filter numeroMedio2 [1..n]) / fromIntegral n | n <- [1..]]
 
-- Definición de graficaDensidadNumeroMedio
-- ========================================
 
graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()
graficaDensidadNumeroMedio n =
  plotList [ Title ("graficaDensidadNumeroMedio")
           , Key Nothing
           -- , PNG ("Numero_medio_" ++ show n ++ ".png" )
           , XRange (1, fromIntegral n)]
           (take n densidadesNumeroMedio)

[/expand]

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Números compuestos por un conjunto de primos

José A. Alonso, ,

Los números compuestos por un conjunto de primos son los números cuyos factores primos pertenecen al conjunto. Por ejemplo, los primeros números compuestos por [2,5,7] son

   1,2,4,5,7,8,10,14,16,20,25,28,32,35,40,49,50,56,64,70,...

El 28 es compuesto ya que sus divisores primos son 2 y 7 que están en [2,5,7].

Definir la función

   compuestos :: [Integer] -> [Integer]

tal que (compuesto ps) es la lista de los números compuestos por el conjunto de primos ps. Por ejemplo,

   λ> take 20 (compuestos [2,5,7])
   [1,2,4,5,7,8,10,14,16,20,25,28,32,35,40,49,50,56,64,70]
   λ> take 20 (compuestos [2,5])
   [1,2,4,5,8,10,16,20,25,32,40,50,64,80,100,125,128,160,200,250]
   λ> take 20 (compuestos [2,3,5])
   [1,2,3,4,5,6,8,9,10,12,15,16,18,20,24,25,27,30,32,36]
   λ> take 20 (compuestos [3,5,7,11,13])
   [1,3,5,7,9,11,13,15,21,25,27,33,35,39,45,49,55,63,65,75]
   λ> take 15 (compuestos [2])
   [1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048,4096,8192,16384]
   λ> compuestos [2,7] !! (10^4)
   57399514149595471961908157955229677377312712667508119466382354072731648
   λ> compuestos [2,3,5] !! (10^5)
   290237644800000000000000000000000000000

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
compuestos1 :: [Integer] -> [Integer]
compuestos1 ps =
  [n | n <- [1..], esCompuesto ps n]
 
-- (esCompuesto ps n) se verifica si los factores primos de n pertenecen
-- a ps. Por ejemplo, 
--    esCompuesto [2,3,7]    28  ==  True
--    esCompuesto [2,3,7]   140  ==  False
--    esCompuesto [2,3,5,7] 140  ==  True
esCompuesto :: [Integer] -> Integer -> Bool
esCompuesto ps n =
  subconjunto (primeFactors n) ps
 
-- (subconjunto xs ys) se verifica si todos los elementos de xs
-- pertenecen a ys. Por ejemplo, 
--    subconjunto [2,7,2] [7,5,2]  ==  True
--    subconjunto [2,7,3] [7,5,2]  ==  False
subconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
subconjunto xs ys =
  all (`elem` ys) xs
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
compuestos2 :: [Integer] -> [Integer]
compuestos2 ps =
   1 : mezclaTodas (combinaciones ps)
 
-- (combinaciones ps) es la lista de los productos de cada elemento de
-- ps por los números compuestos con ps. Por ejemplo,
--    λ> take 8 (compuestos4 [2,5,7])
--    [1,2,4,5,7,8,10,14]
--    λ> map (take 6) (combinaciones [2,5,7])
--    [[2,4,8,10,14,16],[5,10,20,25,35,40],[7,14,28,35,49,56]]
combinaciones :: [Integer] -> [[Integer]]
combinaciones ps =
  [[p * q | q <- compuestos2 ps] | p <- ps]
 
-- (mezclaTodas xss) es la mezcla ordenada de xss, donde tanto xss como
-- sus elementos son listas infinitas ordenadas. Por ejemplo, 
--    λ> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2..]])
--    [2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]
--    λ> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2,9..]])
--    [2,4,6,8,9,10,12,14,16,18]
mezclaTodas :: [[Integer]] -> [Integer]
mezclaTodas = foldr1 xmezcla
  where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys
 
-- (mezcla xs ys) es la mezcla, eliminando repetidos, de las lista
-- ordenadas xs e ys. Por ejemplo,  
mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
mezcla []     ys              = ys
mezcla xs     []              = xs
mezcla us@(x:xs) vs@(y:ys) | x == y     = x : mezcla xs ys
                           | x < y      = x : mezcla xs vs
                           | otherwise  = y : mezcla us ys
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
compuestos3 :: [Integer] -> [Integer]
compuestos3 [] = [1]
compuestos3 (p:ps) =
  mezclaTodas [map (*y) (compuestos3 ps) | y <- [p^k | k <- [0..]]]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
compuestos4 :: [Integer] -> [Integer]
compuestos4 ps = foldl aux xs (tail ps)
  where p        = head ps
        xs       = [p^k | k <- [0..]]
        aux xs p = mezclaTodas [map (*y) xs | y <- [p^k | k <- [0..]]]
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
compuestos5 :: [Integer] -> [Integer]
compuestos5 = foldl aux [1] 
  where aux xs p = mezclaTodas [map (*y) xs | y <- [p^k | k <- [0..]]]
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
compuestos6 :: [Integer] -> [Integer]
compuestos6 xs = aux
  where aux = 1 : mezclas xs aux
        mezclas []     _  = []
        mezclas (x:xs) zs = mezcla (map (x*) zs) (mezclas xs zs)
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> compuestos1 [2,3,5] !! 300
--    84375
--    (5.85 secs, 2,961,101,088 bytes)
--    λ> compuestos2 [2,3,5] !! 300
--    84375
--    (3.54 secs, 311,137,952 bytes)
--    λ> compuestos2 [2,3,5] !! 400
--    312500
--    (13.01 secs, 1,229,801,184 bytes)
--    λ> compuestos3 [2,3,5] !! 400
--    312500
--    (0.02 secs, 2,066,152 bytes)
--    λ> compuestos3 [2,3,5] !! 20000
--    15441834907098675000000
--    (1.57 secs, 203,061,864 bytes)
--    λ> compuestos4 [2,3,5] !! 20000
--    15441834907098675000000
--    (0.40 secs, 53,335,080 bytes)
--    λ> compuestos4 [2,3,5] !! 50000
--    2379528690747474604574166220800
--    (1.25 secs, 170,058,496 bytes)
--    λ> compuestos5 [2,3,5] !! 50000
--    2379528690747474604574166220800
--    (1.26 secs, 170,104,648 bytes)
--    λ> compuestos6 [2,3,5] !! 50000
--    2379528690747474604574166220800
--    (0.26 secs, 40,490,280 bytes)
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Recorrido del robot

José A. Alonso, ,

Los puntos de una retícula se representan mediante pares de enteros

   type Punto = (Int,Int)

y los movimientos de un robot mediante el tipo

   data Movimiento = N Int
                   | S Int
                   | E Int
                   | O Int

donde (N x) significa que se mueve x unidades en la dirección norte y análogamente para las restantes direcciones (S es sur, E es este y O es oeste).

Definir la función

   posicion :: [Movimiento] -> Punto

tal que (posicion ms) es la posición final de un robot que inicialmente está en el el punto (0,0) y realiza los movimientos ms. Por ejemplo,

   posicion [N 3]                           ==  (0,3)
   posicion [N 3, E 5]                      ==  (5,3)
   posicion [N 3, E 5, S 1]                 ==  (5,2)
   posicion [N 3, E 5, S 1, O 4]            ==  (1,2)
   posicion [N 3, E 5, S 1, O 4, N 3]       ==  (1,5)
   posicion [N 3, E 5, S 1, O 4, N 3, S 3]  ==  (1,2)

Soluciones

type Punto = (Int,Int)
 
data Movimiento = N Int
                | S Int
                | E Int
                | O Int
 
-- 1ª solución                
posicion :: [Movimiento] -> Punto
posicion ms = aux ms (0,0)
  where aux [] p = p
        aux (N x:ms) (a,b) = aux ms (a,b+x)
        aux (S x:ms) (a,b) = aux ms (a,b-x)
        aux (E x:ms) (a,b) = aux ms (a+x,b)
        aux (O x:ms) (a,b) = aux ms (a-x,b)
 
-- 2ª solución
posicion2 :: [Movimiento] -> Punto
posicion2 []       = (0,0)
posicion2 (N x:ms) = suma (0 ,x)  (posicion2 ms)
posicion2 (S x:ms) = suma (0 ,-x) (posicion2 ms)
posicion2 (E x:ms) = suma (x ,0)  (posicion2 ms)
posicion2 (O x:ms) = suma (-x,0)  (posicion2 ms)
 
suma :: Punto -> Punto -> Punto
suma (x,y) (a,b) = (x+a,y+b)
 
-- 3ª solución
posicion3 :: [Movimiento] -> Punto
posicion3 []     = (0,0)
posicion3 (m:ms) = case m of
                     N x -> (a,b+x)
                     S x -> (a,b-x)
                     E x -> (a+x,b)
                     O x -> (a-x,b)
  where (a,b) = posicion3 ms
 
-- 4ª solución
posicion4 :: [Movimiento] -> Punto
posicion4 = foldl aux (0,0)
  where
    aux (x,y) (N j) = (x,y+j)
    aux (x,y) (S j) = (x,y-j)
    aux (x,y) (E i) = (x+i,y)
    aux (x,y) (O i) = (x-i,y)
 
--- 5ª solución
posicion5 :: [Movimiento] -> Punto
posicion5 xs = (sum hs, sum vs)
  where
    (hs,vs)   = unzip (map aux xs)
    aux (N j) = (0,j)
    aux (S j) = (0,-j)
    aux (E i) = (i,0)
    aux (O i) = (-i,0)
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Sucesión de Lichtenberg

José A. Alonso, ,

La sucesión de Lichtenberg esta formada por la representación decimal de los números binarios de la sucesión de dígitos 0 y 1 alternados Los primeros términos de ambas sucesiones son

   Alternada ..... Lichtenberg
   0 ....................... 0
   1 ....................... 1
   10 ...................... 2
   101 ..................... 5
   1010 ................... 10
   10101 .................. 21
   101010 ................. 42
   1010101 ................ 85
   10101010 .............. 170
   101010101 ............. 341
   1010101010 ............ 682
   10101010101 .......... 1365
   101010101010 ......... 2730

Definir las funciones

   lichtenberg        :: [Integer]
   graficaLichtenberg :: Int -> IO ()

tales que

  • lichtenberg es la lista cuyos elementos son los términos de la sucesión de Lichtenberg. Por ejemplo, 
     λ> take 17 lichtenberg
     [0,1,2,5,10,21,42,85,170,341,682,1365,2730,5461,10922,21845,43690]
  • (graficaLichtenberg n) dibuja la gráfica del número de dígitos de los n primeros términos de la sucesión de Lichtenberg. Por ejemlo, (graficaLichtenberg 100) dibuja
    Sucesion_de_Lichtenberg

Comprobar con QuickCheck que todos los términos de la sucesión de Lichtenberg, a partir del 4º, son números compuestos.

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck
import Data.Numbers.Primes (isPrime)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
lichtenberg1 :: [Integer]
lichtenberg1 = map binarioAdecimal sucAlternada
 
-- sucAlternada es la lista cuyos elementos son los términos de la
-- sucesión de los dígitos 0 y 1 alternados. Por ejemplo,
--    λ> take 7 sucAlternada
--    ["0","1","10","101","1010","10101","101010"]
sucAlternada :: [String]
sucAlternada =
  ['0'] : [take n cadenaAlternada | n <- [1..]]
 
-- cadenaAltenada es la cadena formada alternando los caracteres 1 y
-- 0. Por ejemplo,
--    take 20 cadenaAlternada  ==  "10101010101010101010"
cadenaAlternada :: String
cadenaAlternada = cycle ['1','0']
 
-- (binarioAdecimal cs) es el número decimal correspondiente al número
-- binario cuya cadena de dígitos es cs. Por ejemplo,
--    binarioAdecimal "11101"  ==  29
binarioAdecimal :: String -> Integer
binarioAdecimal =
  foldl (\acc x -> acc * 2 + (toInteger . digitToInt) x) 0
 
-- 2ª solución
lichtenberg2 :: [Integer]
lichtenberg2 = map a [0..]
  where a 0 = 0
        a 1 = 1
        a n = a (n-1) + 2 * a (n-2) + 1
 
-- 3ª solución
lichtenberg3 :: [Integer]
lichtenberg3 =
  0 : 1 : map (+1) (zipWith (+) (tail lichtenberg3) (map (*2) lichtenberg3)) 
 
-- Comprobación de eficiencia
--    λ> length (show (lichtenberg1 !! 27))
--    8
--    (0.02 secs, 155,384 bytes)
--    λ> length (show (lichtenberg2 !! 27))
--    8
--    (2.22 secs, 311,157,760 bytes)
--    
--    λ> length (show (lichtenberg1 !! (8*10^4)))
--    24083
--    (1.28 secs, 664,207,040 bytes)
--    λ> length (show (lichtenberg3 !! (8*10^4)))
--    24083
--    (2.59 secs, 1,253,328,200 bytes)
 
-- La propiedad es
propLichtenberg :: Int -> Property
propLichtenberg n =
  n > 4 ==> not (isPrime (lichtenberg1 !! n))
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck propLichtenberg
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
graficaLichtenberg :: Int -> IO ()
graficaLichtenberg n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Numero de digitos de la sucesion de Lichtenberg"
           , PNG "Sucesion_de_Lichtenberg.png"
           ]
           (take n (map (length . show) lichtenberg1))
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