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Etiqueta: forAll

Código de las alergias

José A. Alonso, ,

Para la determinación de las alergia se utiliza los siguientes códigos para los alérgenos:

   Huevos ........   1
   Cacahuetes ....   2
   Mariscos ......   4
   Fresas ........   8
   Tomates .......  16
   Chocolate .....  32
   Polen .........  64
   Gatos ......... 128

Así, si Juan es alérgico a los cacahuetes y al chocolate, su puntuación es 34 (es decir, 2+32).

Los alérgenos se representan mediante el siguiente tipo de dato

  data Alergeno = Huevos
                | Cacahuetes
                | Mariscos
                | Fresas
                | Tomates
                | Chocolate
                | Polen
                | Gatos
    deriving (Enum, Eq, Show, Bounded)

Definir la función

   alergias :: Int -> [Alergeno]

tal que (alergias n) es la lista de alergias correspondiente a una puntuación n. Por ejemplo,

   λ> alergias 1
   [Huevos]
   λ> alergias 2
   [Cacahuetes]
   λ> alergias 3
   [Huevos,Cacahuetes]
   λ> alergias 5
   [Huevos,Mariscos]
   λ> alergias 255
   [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]

Soluciones

import Data.List (subsequences)
import Test.QuickCheck
 
data Alergeno =
    Huevos
  | Cacahuetes
  | Mariscos
  | Fresas
  | Tomates
  | Chocolate
  | Polen
  | Gatos
  deriving (Enum, Eq, Show, Bounded)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
alergias1 :: Int -> [Alergeno]
alergias1 n =
  [a | (a,c) <- zip alergenos codigos, c `elem` descomposicion n]
 
-- codigos es la lista de los códigos de los alergenos.
codigos :: [Int]
codigos = [2^x| x <- [0..7]]
 
-- (descomposicion n) es la descomposición de n como sumas de potencias
-- de 2. Por ejemplo,
--    descomposicion 3    ==  [1,2]
--    descomposicion 5    ==  [1,4]
--    descomposicion 248  ==  [8,16,32,64,128]
--    descomposicion 255  ==  [1,2,4,8,16,32,64,128]
descomposicion :: Int -> [Int]
descomposicion n =
  head [xs | xs <- subsequences codigos, sum xs == n]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
alergias2 :: Int -> [Alergeno]
alergias2 = map toEnum . codigosAlergias
 
-- (codigosAlergias n) es la lista de códigos de alergias
-- correspondiente a una puntuación n. Por ejemplo,
--    codigosAlergias 1  ==  [0]
--    codigosAlergias 2  ==  [1]
--    codigosAlergias 3  ==  [0,1]
--    codigosAlergias 4  ==  [2]
--    codigosAlergias 5  ==  [0,2]
--    codigosAlergias 6  ==  [1,2]
codigosAlergias :: Int -> [Int]
codigosAlergias = aux [0..7]
  where aux []     _             = []
        aux (x:xs) n | odd n     = x : aux xs (n `div` 2)
                     | otherwise = aux xs (n `div` 2)
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
alergias3 :: Int -> [Alergeno]
alergias3 = map toEnum . codigosAlergias3
 
codigosAlergias3 :: Int -> [Int]
codigosAlergias3 n =
  [x | (x,y) <- zip [0..7] (int2bin n), y == 1]
 
-- (int2bin n) es la representación binaria del número n. Por ejemplo,
--    int2bin 10  ==  [0,1,0,1]
-- ya que 10 = 0*1 + 1*2 + 0*4 + 1*8
int2bin :: Int -> [Int]
int2bin n | n < 2     = [n]
          | otherwise = n `rem` 2 : int2bin (n `div` 2)
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
alergias4 :: Int -> [Alergeno]
alergias4 = map toEnum . codigosAlergias4
 
codigosAlergias4 :: Int -> [Int]
codigosAlergias4 n =
  map fst (filter ((== 1) . snd) (zip  [0..7] (int2bin n)))
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
alergias5 :: Int -> [Alergeno]
alergias5 = map (toEnum . fst)
          . filter ((1 ==) . snd)
          . zip [0..7]
          . int2bin
 
-- 6ª solución
-- ===========
 
alergias6 :: Int -> [Alergeno]
alergias6 = aux alergenos
  where aux []     _             = []
        aux (x:xs) n | odd n     = x : aux xs (n `div` 2)
                     | otherwise = aux xs (n `div` 2)
 
-- alergenos es la lista de los alergenos. Por ejemplo.
--    take 3 alergenos  ==  [Huevos,Cacahuetes,Mariscos]
alergenos :: [Alergeno]
alergenos = [minBound..maxBound]
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_alergias :: Property
prop_alergias =
  forAll (arbitrary `suchThat` esValido) $ \n ->
  all (== alergias1 n)
      [alergias2 n,
       alergias3 n,
       alergias4 n,
       alergias5 n,
       alergias6 n]
  where esValido x = 1 <= x && x <= 255
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_alergias
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> last (map alergias1 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.02 secs, 1,657,912 bytes)
--    λ> last (map alergias2 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.01 secs, 597,080 bytes)
--    λ> last (map alergias3 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.01 secs, 597,640 bytes)
--    λ> last (map alergias4 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.01 secs, 598,152 bytes)
--    λ> last (map alergias5 [1..255])
--    [Huevos,Cacahuetes,Mariscos,Fresas,Tomates,Chocolate,Polen,Gatos]
--    (0.01 secs, 596,888 bytes)

El código se encuentra en [GitHub](https://github.com/jaalonso/Exercitium/blob/main/src/Alergias.hs).

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

  • En los comentarios se pueden escribir nuevas soluciones.
  • El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>
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Teorema de existencia de divisores

José A. Alonso, ,

El teorema de existencia de divisores afirma que

En cualquier subconjunto de {1, 2, …, 2m} con al menos m+1 elementos existen números distintos a, b tales que a divide a b.

Un conjunto de números naturales xs es mayoritario si existe un m tal que la lista de xs es un subconjunto de {1,2,…,2m} con al menos m+1 elementos. Por ejemplo, {2,3,5,6} porque es un subconjunto de {1,2,…,6} con más de 3 elementos.

Definir las funciones

   divisoresMultiplos :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
   esMayoritario :: [Integer] -> Bool

tales que

  • (divisores xs) es la lista de pares de elementos distintos de (a,b) tales que a divide a b. Por ejemplo,
     divisoresMultiplos [2,3,5,6]  ==  [(2,6),(3,6)]
     divisoresMultiplos [2,3,5]    ==  []
     divisoresMultiplos [4..8]     ==  [(4,8)]
  • (esMayoritario xs) se verifica xs es mayoritario. Por ejemplo,
     esMayoritario [2,3,5,6]  ==  True
     esMayoritario [2,3,5]    ==  False

Comprobar con QuickCheck el teorema de existencia de divisores; es decir, en cualquier conjunto mayoritario existen números distintos a, b tales que a divide a b. Para la comprobación se puede usar el siguiente generador de conjuntos mayoritarios

   mayoritario :: Gen [Integer]
   mayoritario = do
     m' <- arbitrary
     let m = 1 + abs m'
     xs' <- sublistOf [1..2*m] `suchThat` (\ys -> genericLength ys > m)
     return xs'

con lo que la propiedad que hay que comprobar con QuickCheck es

   teorema_de_existencia_de_divisores :: Property
   teorema_de_existencia_de_divisores =
     forAll mayoritario (not . null . divisoresMultiplos)

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Test.QuickCheck
 
divisoresMultiplos :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
divisoresMultiplos xs =
  [(x,y) | x <- xs
         , y <- xs
         , y /= x
         , y `mod` x == 0]
 
esMayoritario :: [Integer] -> Bool
esMayoritario xs =
  not (null xs) && length xs > ceiling (n / 2) 
  where n = fromIntegral (maximum xs)
 
-- Comprobación del teorema
-- ========================
 
-- La propiedad es
teorema_de_existencia_de_divisores :: Property
teorema_de_existencia_de_divisores =
  forAll mayoritario (not . null . divisoresMultiplos)
 
-- mayoritario es un generador de conjuntos mayoritarios. Por ejemplo, 
--    λ> sample mayoritario
--    [1,2]
--    [2,5,7,8]
--    [1,2,8,10,14]
--    [3,8,11,12,13,15,18,19,22,23,25,26]
--    [1,3,4,6]
--    [3,6,9,11,12,14,17,19]
mayoritario :: Gen [Integer]
mayoritario = do
  m' <- arbitrary
  let m = 1 + abs m'
  xs' <- sublistOf [1..2*m] `suchThat` (\ys -> genericLength ys > m)
  return xs'
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck teorema_de_existencia_de_divisores
--    +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Guiomar, Guiomar,
mírame en ti castigado:
reo de haberte creado,
ya no te puedo olvidar.

Antonio Machado

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Representación decimal de números racionales

José A. Alonso, ,

Los números decimales se representan por ternas, donde el primer elemento es la parte entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período. Por ejemplo,

    6/2  = 3                  se representa por (3,[],[])
    1/2  = 0.5                se representa por (0,[5],[])
    1/3  = 0.333333...        se representa por (0,[],[3])  
   23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

Su tipo es

   type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

Los números racionales se representan por un par de enteros, donde el primer elemento es el numerador y el segundo el denominador. Por ejemplo, el número 2/3 se representa por (2,3). Su tipo es

   type Racional = (Integer,Integer)

Definir las funciones

   decimal  :: Racional -> Decimal
   racional :: Decimal -> Racional

tales que

  • (decimal r) es la representación decimal del número racional r. Por ejemplo, 
        decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
        decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
        decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])
  • (racional d) es el número racional cuya representación decimal es d. Por ejemplo,
        racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
        racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
        racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)

Con la función decimal se puede calcular los períodos de los números racionales. Por ejemplo,

   ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p
   "428571"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p
   "0212765957446808510638297872340425531914893617"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)
   540

Comprobar con QuickCheck si las funciones decimal y racional son inversas.

Soluciones

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Librerías auxiliares                                             --
-- ---------------------------------------------------------------------
 
import Data.List
import Test.QuickCheck
 
-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Tipos                                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------
 
-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el
-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.
type Racional = (Integer,Integer)
 
-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte
-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.
type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])
 
-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De racional a decimal                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------
 
-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,
--    mayorExponente 2 40  ==  3
--    mayorExponente 5 40  ==  1
--    mayorExponente 5 41  ==  0
mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer
mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1
 
-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudAnteperiodo 2   ==  1
--    longitudAnteperiodo 3   ==  0
--    longitudAnteperiodo 14  ==  1
longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer
longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)
 
-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudPeriodo 2  ==  0
--    longitudPeriodo 3  ==  1
--    longitudPeriodo 7  ==  6
longitudPeriodo :: Integer -> Integer
longitudPeriodo n
    | m == 1    = 0 
    | otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]
    where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))
 
-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo, 
--    take 10 (expansionDec (1,4))    ==  [0,2,5]
--    take 10 (expansionDec (1,7))    ==  [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]
--    take 12 (expansionDec (90,7))   ==  [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]
--    take 12 (expansionDec (23,14))  ==  [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]
expansionDec :: Racional -> [Integer]
expansionDec (x,y) 
    | r == 0    = [q] 
    | otherwise = q : expansionDec (r*10,y)
    where (q,r) = quotRem x y
 
-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,
--    parteEntera (125,3)  ==  41
parteEntera :: Racional -> Integer
parteEntera (a,b) = a `div` b
 
-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de
-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de
-- a/b. Por ejemplo,
--    antePeriodo (23,14)  ==  [6]
--    antePeriodo (1,5)    ==  [2]
antePeriodo :: Racional -> [Integer]
antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b
 
-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que
-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por
-- ejemplo, 
--    periodo (1,3)                   ==  [3]
--    periodo (1,5)                   ==  []
--    periodo (1,7)                   ==  [1,4,2,8,5,7]
--    periodo (23,14)                 ==  [4,2,8,5,7,1]
--    concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"
periodo :: Racional -> [Integer]
periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b
          t  = longitudPeriodo b
 
-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por
-- ejemplo, 
--    reducido (40,80)  ==  (1,2)
reducido :: Racional -> Racional
reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m) 
    where m = gcd a b
 
-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna
-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal
-- periódica. Por ejemplo, 
--    decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
--    decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
--    decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])
decimal :: Racional -> Decimal
decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)
    where r = reducido (a,b)
 
-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De decimal a racional                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------
 
-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de
-- dígitos xs. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [3,2,5]  ==  325
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0
 
-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]
    where n = length xs
 
-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación
-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,
--    racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
--    racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
--    racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)
racional :: Decimal -> Racional
racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where
    a = digitosAnumero (x:ys)
    b = 10^(length ys)
racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where 
    a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)
    b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)
 
-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Propiedades                                                      --
-- ---------------------------------------------------------------------
 
-- La 1ª propiedad es
prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property
prop_RacionalDecimal (a,b) =
    a >= 0 && b > 0  ==>
    racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)
 
-- La comprobación es 
--    ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales
numeroRacional :: Gen Racional
numeroRacional = do a <- arbitrary
                    b <- arbitrary
                    return (reducido (abs a, 1+ abs b))
 
-- La propiedad es
prop_RacionalDecimal2 :: Property
prop_RacionalDecimal2 =
    forAll numeroRacional
           (\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))
 
-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2
--   +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales
numeroDecimal :: Gen Decimal
numeroDecimal = do a <- arbitrary
                   b <- arbitrary
                   return (decimal (abs a, 1+ abs b))
 
-- La 2ª propiedad es
prop_DecimalRacional :: Property
prop_DecimalRacional =
    forAll numeroDecimal 
           (\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))
 
-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_DecimalRacional
--   +++ OK, passed 100 tests.
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