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Etiqueta: fst

Sucesión de raíces enteras de los números primos

José A. Alonso, ,

Definir las siguientes funciones

   raicesEnterasPrimos :: [Integer]
   posiciones :: Integer -> (Int,Int)
   frecuencia :: Integer -> Int
   grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()
   grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()
   grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

tales que

  • raicesEnterasPrimos es la sucesión de las raíces enteras (por defecto) de los números primos. Por ejemplo,
     λ> take 20 raicesEnterasPrimos
     [1,1,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,6,6,7,7,7,8,8]
     λ> raicesEnterasPrimos !! 2500000
     6415
  • (posiciones x) es el par formado por la menor y la mayor posición de x en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo,
      posiciones 2     ==  (2,3)
      posiciones 4     ==  (6,8)
      posiciones 2017  ==  (287671,287931)
      posiciones 2018  ==  (287932,288208)
  • (frecuencia x) es el número de veces que aparece x en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo,
      frecuencia 2     ==  2
      frecuencia 4     ==  3
      frecuencia 2017  ==  261
      frecuencia 2018  ==  277
  • (grafica_raicesEnterasPrimos n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_raicesEnterasPrimos 200) dibuja
    Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_1
  • (grafica_posicionesIniciales n) dibuja la gráfica de las menores posiciones de los n primeros números en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_posicionesIniciales 200) dibuja
    Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_2
  • (grafica_frecuencia n) dibuja la gráfica de las frecuencia de los n primeros números en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_frecuencia 200) dibuja
    Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_3

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Graphics.Gnuplot.Simple
 
raicesEnterasPrimos :: [Integer]
raicesEnterasPrimos = map raizEntera primes                       
 
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral
 
posiciones :: Integer -> (Int,Int)
posiciones x = (n,n+m-1)
  where (as,bs) = span (<x) raicesEnterasPrimos
        cs      = takeWhile (==x) bs 
        n       = length as
        m       = length cs
 
frecuencia :: Integer -> Int
frecuencia x =
  ( length
  . takeWhile (==x)
  . dropWhile (<x)
  ) raicesEnterasPrimos
 
grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()
grafica_raicesEnterasPrimos n = 
  plotList [ Title "Raices enteras de primos"
           , XLabel "Posiciones de numeros primos"
           , YLabel "Raiz entera del n-esimo primo"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_1.png"
           ]
           (take n raicesEnterasPrimos)
 
grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()
grafica_posicionesIniciales n = 
  plotList [ Title "Posiciones iniciales en raices enteras de primos"
           , XLabel "Numeros enteros"
           , YLabel "Posicion del numero n en las raices enteras de primos"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_2.png"
           ]
           (map (fst . posiciones) [1..n])
 
grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()
grafica_frecuencias n = 
  plotList [ Title "Frecuencias en raices enteras de primos"
           , XLabel "Numeros enteros n"
           , YLabel "Frecuencia del numero n en las raices enteras de primos"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_3.png"
           ]
           (map frecuencia [1..n])
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Reconocimiento de relaciones funcionales entre dos conjuntos

José A. Alonso, ,

Una relación binaria entre dos conjuntos A y B se puede representar mediante un conjunto de pares (a,b) tales que a ∈ A y b ∈ B. Por ejemplo, la relación < entre A = {1,5,3} y B = {0,2,4} se representa por {(1,2),(1,4),(3,4)}.

Una relación R entre A y B es funcional si cada elemento de A está relacionado mediante R como máximo con un elemento de B. Por ejemplo, [(2,4),(1,5),(3,4)] es funcional, pero [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)] no lo es.

Definir la función

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

tal que (esFuncional 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

Soluciones

import Data.List (nub, sort)
 
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
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Biparticiones de un número

José A. Alonso, ,

Definir la función

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

tal que (biparticiones n) es la lista de pares de números formados por las primeras cifras de n y las restantes. Por ejemplo,

   biparticiones  2025  ==  [(202,5),(20,25),(2,25)]
   biparticiones 10000  ==  [(1000,0),(100,0),(10,0),(1,0)]

Soluciones

import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
biparticiones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones1 x = [(read y, read z) | (y,z) <- biparticionesL1 xs]
  where xs = show x
 
-- (biparticionesL1 xs) es la lista de los pares formados por los
-- prefijos no vacío de xs y su resto. Por ejemplo,
--    biparticionesL1 "2025" == [("2","025"),("20","25"),("202","5")]
biparticionesL1 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticionesL1 xs = [splitAt k xs | k <- [1..length xs - 1]]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
biparticiones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones2 x = [(read y, read z) | (y,z) <- biparticionesL2 xs]
  where xs = show x
 
-- (biparticionesL2 xs) es la lista de los pares formados por los
-- prefijos no vacío de xs y su resto. Por ejemplo,
--    biparticionesL2 "2025" == [("2","025"),("20","25"),("202","5")]
biparticionesL2 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticionesL2 xs =
  takeWhile (not . null . snd) [splitAt n xs | n <- [1..]]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
biparticiones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones3 a =
  takeWhile ((>0) . fst) [divMod a (10^n) | n <- [1..]] 
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
biparticiones4 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones4 n =
  [quotRem n (10^x) | x <- [1..length (show n) -1]]
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
biparticiones5 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones5 n =
  takeWhile (/= (0,n)) [divMod n (10^x) | x <- [1..]]
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> numero n = (read (replicate n '2')) :: Integer
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> length (biparticiones1 (numero 10000))
--    9999
--    (0.03 secs, 10,753,192 bytes)
--    λ> length (biparticiones2 (numero 10000))
--    9999
--    (1.89 secs, 6,410,513,136 bytes)
--    λ> length (biparticiones3 (numero 10000))
--    9999
--    (0.54 secs, 152,777,680 bytes)
--    λ> length (biparticiones4 (numero 10000))
--    9999
--    (0.01 secs, 7,382,816 bytes)
--    λ> length (biparticiones5 (numero 10000))
--    9999
--    (2.11 secs, 152,131,136 bytes)
--    
--    λ> length (biparticiones1 (numero (10^7)))
--    9999999
--    (14.23 secs, 10,401,100,848 bytes)
--    λ> length (biparticiones4 (numero (10^7)))
--    9999999
--    (11.43 secs, 7,361,097,856 bytes)
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El problema de las celebridades

José A. Alonso, ,

La celebridad de una reunión es una persona al que todos conocen pero que no conoce a nadie. Por ejemplo, si en la reunión hay tres personas tales que la 1 conoce a la 3 y la 2 conoce a la 1 y a la 3, entonces la celebridad de la reunión es la 3.

La relación de conocimiento se puede representar mediante una lista de pares (x,y) indicando que x conoce a y. Por ejemplo, ka reunioń anterior se puede representar por [(1,3),(2,1),(2,3)].

Definir la función

   celebridad :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

tal que (celebridad r) es el justo la celebridad de r, si en r hay una celebridad y Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

   celebridad [(1,3),(2,1),(2,3)]            ==  Just 3
   celebridad [(1,3),(2,1),(3,2)]            ==  Nothing
   celebridad [(1,3),(2,1),(2,3),(3,1)]      ==  Nothing
   celebridad [(x,1) | x < - [2..10^6]]       ==  Just 1
   celebridad [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]  ==  Just 1000000

Soluciones

import Data.List (delete, nub)
import Data.Maybe (listToMaybe)
import qualified Data.Set as S
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
celebridad1 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad1 r =
  listToMaybe [x | x <- personas r, esCelebridad r x]
 
personas :: Ord a => [(a,a)] -> [a]
personas r =
  nub (map fst r ++ map snd r)
 
esCelebridad :: Ord a => [(a,a)] -> a -> Bool
esCelebridad r x =
     [y | y <- ys, (y,x) `elem` r] == ys
  && null [y | y <- ys, (x,y) `elem` r]
  where ys = delete x (personas r)
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
celebridad2 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad2 r =
  listToMaybe [x | x <- personas2 c, esCelebridad2 c x]
  where c = S.fromList r
 
--    λ> personas2 (S.fromList [(1,3),(2,1),(2,3)])
--    [1,2,3]
personas2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> [a]
personas2 c =
  S.toList (S.map fst c `S.union` S.map snd c)
 
esCelebridad2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> a -> Bool
esCelebridad2 c x = 
      [y | y <- ys, (y,x) `S.member` c] == ys
   && null [y | y <- ys, (x,y) `S.member` c]
   where ys = delete x (personas2 c)
 
-- 3ª definición
-- =============
 
celebridad3 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad3 r
  | S.null candidatos = Nothing
  | esCelebridad      = Just candidato
  | otherwise         = Nothing
  where
    conjunto          = S.fromList r
    dominio           = S.map fst conjunto
    rango             = S.map snd conjunto
    total             = dominio `S.union` rango
    candidatos        = rango `S.difference` dominio
    candidato         = S.findMin candidatos
    noCandidatos      = S.delete candidato total
    esCelebridad      =
      S.filter (\x -> (x,candidato) `S.member` conjunto) total == noCandidatos
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> celebridad1 [(x,1) | x <- [2..300]]
--    Just 1
--    (2.70 secs, 38,763,888 bytes)
--    λ> celebridad2 [(x,1) | x <- [2..300]]
--    Just 1
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> celebridad2 [(x,1000) | x <- [1..999]]
--    Just 1000
--    (2.23 secs, 483,704,224 bytes)
--    λ> celebridad3 [(x,1000) | x <- [1..999]]
--    Just 1000
--    (0.02 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> celebridad3 [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]
--    Just 1000000
--    (9.56 secs, 1,572,841,088 bytes)
--    λ> celebridad3 [(x,1) | x <- [2..10^6]]
--    Just 1
--    (6.17 secs, 696,513,320 bytes)
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Codificación matricial

José A. Alonso, ,

El procedimiento de codificación matricial se puede entender siguiendo la codificación del mensaje "todoparanada" como se muestra a continuación:

  • Se calcula la longitud L del mensaje. En el ejemplo es L es 12.
  • Se calcula el menor entero positivo N cuyo cuadrado es mayor o igual que L. En el ejemplo N es 4.
  • Se extiende el mensaje con N²-L asteriscos. En el ejemplo, el mensaje extendido es "todoparanada****"
  • Con el mensaje extendido se forma una matriz cuadrada NxN. En el ejemplo la matriz es
     | t o d o |
     | p a r a |
     | n a d a |
     | * * * * |
  • Se rota 90º la matriz del mensaje extendido. En el ejemplo, la matriz rotada es
     | * n p t |
     | * a a o |
     | * d r d |
     | * a a o |
  • Se calculan los elementos de la matriz rotada. En el ejemplo, los elementos son "*npt*aap*drd*aao"
  • El mensaje codificado se obtiene eliminando los asteriscos de los elementos de la matriz rotada. En el ejemplo, "nptaapdrdaao".

Definir la función

   codificado :: String -> String

tal que (codificado cs) es el mensaje obtenido aplicando la codificación matricial al mensaje cs. Por ejemplo,

   codificado "todoparanada"    ==  "nptaaodrdaao"
   codificado "nptaaodrdaao"    ==  "danaopadtora"
   codificado "danaopadtora"    ==  "todoparanada"
   codificado "entodolamedida"  ==  "dmdeaeondltiao"

Nota: Este ejercicio está basado en el problema Secret Message de Kattis.

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Data.Array
 
codificado :: String -> String
codificado cs =
  filter (/='*') (elems (rota p))
  where n = ceiling (sqrt (genericLength cs))
        p = listArray ((1,1),(n,n)) (cs ++ repeat '*')
 
rota :: Array (Int,Int) Char -> Array (Int,Int) Char
rota p = array d [((i,j),p!(n+1-j,i)) | (i,j) <- indices p]
  where d = bounds p
        n = fst (snd d)
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