genericIndex

La sucesión de Sylvester

PorJosé A. Alonso 6-mayo-202013-mayo-2020

La sucesión de Sylvester es la sucesión que comienza en 2 y sus restantes términos se obtienen multiplicando los anteriores y sumándole 1.

Definir las funciones

   sylvester        :: Integer -> Integer
   graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

1 2	sylvester :: Integer -> Integer graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

(sylvester n) es el n-ésimo término de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,

     λ> [sylvester n | n <- [0..7]]
     [2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]
     λ> length (show (sylvester 25))
     6830085

λ> [sylvester n | n <- [0..7]]

[2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]

λ> length (show (sylvester 25))

6830085

(graficaSylvester d n) dibuja la gráfica de los d últimos dígitos de los n primeros términos de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,
- (graficaSylvester 3 30) dibuja
- (graficaSylvester 4 30) dibuja
- (graficaSylvester 5 30) dibuja

Nota: Se puede usar programación dinámica para aumentar la eficiencia.

Soluciones

import Data.List               (genericIndex)
import Data.Array              ((!), array)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================

sylvester1 :: Integer -> Integer
sylvester1 0 = 2
sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

sylvester2 :: Integer -> Integer
sylvester2 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución
-- ===========

-- Observando que
--    S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)
--         = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)
-- se obtiene la siguiente definición.
sylvester3 :: Integer -> Integer
sylvester3 0 = 2
sylvester3 n = 1 + x^2 - x
  where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución
-- ===========

sylvester4 :: Integer -> Integer
sylvester4 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + x^2 - x
    where x = v ! (m-1)

-- 5ª solución
-- ===========

sylvester5 :: Integer -> Integer
sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]
sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2 

-- La comparación es
--    λ> length (show (sylvester1 23))
--    1707522
--    (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)
--    λ> length (show (sylvester2 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,477,296 bytes)
--    λ> length (show (sylvester3 23))
--    1707522
--    (0.35 secs, 109,395,136 bytes)
--    λ> length (show (sylvester4 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,402,440 bytes)
--    λ> length (show (sylvester5 23))
--    1707522
--    (0.30 secs, 108,676,256 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()
graficaSylvester d n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")
           ]
           [sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

import Data.List (genericIndex)

import Data.Array ((!), array)

import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)

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

sylvester1 :: Integer -> Integer

sylvester1 0 = 2

sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)

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

sylvester2 :: Integer -> Integer

sylvester2 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 2

f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución

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

-- Observando que

-- S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)

-- = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)

-- se obtiene la siguiente definición.

sylvester3 :: Integer -> Integer

sylvester3 0 = 2

sylvester3 n = 1 + x^2 - x

where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución

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

sylvester4 :: Integer -> Integer

sylvester4 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 2

f m = 1 + x^2 - x

where x = v ! (m-1)

-- 5ª solución

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

sylvester5 :: Integer -> Integer

sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]

sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2

-- La comparación es

-- λ> length (show (sylvester1 23))

-- 1707522

-- (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)

-- λ> length (show (sylvester2 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,477,296 bytes)

-- λ> length (show (sylvester3 23))

-- 1707522

-- (0.35 secs, 109,395,136 bytes)

-- λ> length (show (sylvester4 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,402,440 bytes)

-- λ> length (show (sylvester5 23))

-- 1707522

-- (0.30 secs, 108,676,256 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

graficaSylvester d n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")

]

[sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

Triángulo de Bell

PorJosé A. Alonso 6-febrero-202013-febrero-2020

El triágulo de Bell es el triángulo numérico, cuya primera fila es [1] y en cada fila, el primer elemento es el último de la fila anterior y el elemento en la posición j se obtiene sumando el elemento anterior de su misma fila y de la fila anterior. Sus primeras filas son

   1 
   1   2
   2   3   5
   5   7  10  15
   15 20  27  37  52
   52 67  87 114 151 203

1 2

2 3 5

5 7 10 15

15 20 27 37 52

52 67 87 114 151 203

Definir la función

   trianguloDeBell :: [[Integer]]

1	trianguloDeBell :: [[Integer]]

tal que trianguloDeBell es la lista con las filas de dicho triángulo. Por ejemplo

   λ> take 5 trianguloDeBell
   [[1],[1,2],[2,3,5],[5,7,10,15],[15,20,27,37,52]]

1 2	λ> take 5 trianguloDeBell [[1],[1,2],[2,3,5],[5,7,10,15],[15,20,27,37,52]]

Comprobar con QuickCheck que los números que aparecen en la primera columna del triángulo coinciden con los números de Bell; es decir, el primer elemento de la n-ésima fila es el n-ésimo número de Bell.

Soluciones

import Data.List (genericIndex, genericLength)
import Test.QuickCheck

trianguloDeBell :: [[Integer]]
trianguloDeBell = iterate siguiente [1]

-- (siguiente xs) es la fila siguiente de xs en el triángulo de
-- Bell. Por ejemplo,
--    siguiente [1]     ==  [1,2]
--    siguiente [1,2]   ==  [2,3,5]
--    siguiente [2,3,5] ==  [5,7,10,15]
siguiente :: [Integer] -> [Integer]
siguiente xs = last xs : zipWith (+) xs (siguiente xs)

-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad es
prop_TrianguloDeBell :: Integer -> Property
prop_TrianguloDeBell n =
  n > 0 ==> head (trianguloDeBell `genericIndex` n) == bell n

-- (bell n) es el n-ésimo número de Bell definido en el ejercicio
-- anterior.  
bell :: Integer -> Integer
bell n = genericLength (particiones [1..n])

particiones :: [a] -> [[[a]]]
particiones [] = [[]]
particiones (x:xs) =
  concat [([x] : yss) : inserta x yss | yss <- ysss]
  where ysss = particiones xs

inserta :: a -> [[a]] -> [[[a]]]
inserta _ []       = []
inserta x (ys:yss) = ((x:ys):yss) : [ys : zs | zs <- inserta x yss] 

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_TrianguloDeBell
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericIndex, genericLength)

import Test.QuickCheck

trianguloDeBell :: [[Integer]]

trianguloDeBell = iterate siguiente [1]

-- (siguiente xs) es la fila siguiente de xs en el triángulo de

-- Bell. Por ejemplo,

-- siguiente [1] == [1,2]

-- siguiente [1,2] == [2,3,5]

-- siguiente [2,3,5] == [5,7,10,15]

siguiente :: [Integer] -> [Integer]

siguiente xs = last xs : zipWith (+) xs (siguiente xs)

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_TrianguloDeBell :: Integer -> Property

prop_TrianguloDeBell n =

n > 0 ==> head (trianguloDeBell `genericIndex` n) == bell n

-- (bell n) es el n-ésimo número de Bell definido en el ejercicio

-- anterior.

bell :: Integer -> Integer

bell n = genericLength (particiones [1..n])

particiones :: [a] -> [[[a]]]

particiones [] = [[]]

particiones (x:xs) =

concat [([x] : yss) : inserta x yss | yss <- ysss]

where ysss = particiones xs

inserta :: a -> [[a]] -> [[[a]]]

inserta _ [] = []

inserta x (ys:yss) = ((x:ys):yss) : [ys : zs | zs <- inserta x yss]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_TrianguloDeBell

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«La ciencia es lo que entendemos lo suficientemente bien como para explicarle a una computadora. El arte es todo lo demás.»

Donald Knuth.

Triángulo de Euler

PorJosé A. Alonso 29-marzo-20195-abril-2019

El triángulo de Euler se construye a partir de las siguientes relaciones

   A(n,1) = A(n,n) = 1
   A(n,m) = (n-m)A(n-1,m-1) + (m+1)A(n-1,m).

1 2	A(n,1) = A(n,n) = 1 A(n,m) = (n-m)A(n-1,m-1) + (m+1)A(n-1,m).

Sus primeros términos son

   1 
   1 1                                                       
   1 4   1                                            
   1 11  11    1                                    
   1 26  66    26    1                             
   1 57  302   302   57     1                    
   1 120 1191  2416  1191   120   1            
   1 247 4293  15619 15619  4293  247   1   
   1 502 14608 88234 156190 88234 14608 502 1

1 1

1 4 1

1 11 11 1

1 26 66 26 1

1 57 302 302 57 1

1 120 1191 2416 1191 120 1

1 247 4293 15619 15619 4293 247 1

1 502 14608 88234 156190 88234 14608 502 1

Definir las siguientes funciones:

  numeroEuler        :: Integer -> Integer -> Integer
  filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]
  trianguloEuler     :: [[Integer]]

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]

trianguloEuler :: [[Integer]]

tales que

(numeroEuler n k) es el número de Euler A(n,k). Por ejemplo,

     numeroEuler 8 3  == 15619
     numeroEuler 20 6 == 21598596303099900
     length (show (numeroEuler 1000 500)) == 2567

numeroEuler 8 3 == 15619

numeroEuler 20 6 == 21598596303099900

length (show (numeroEuler 1000 500)) == 2567

(filaTrianguloEuler n) es la n-ésima fila del triángulo de Euler. Por ejemplo,

     filaTrianguloEuler 7  ==  [1,120,1191,2416,1191,120,1]
     filaTrianguloEuler 8  ==  [1,247,4293,15619,15619,4293,247,1]
     length (show (maximum (filaTrianguloEuler 1000)))  ==  2567

filaTrianguloEuler 7 == [1,120,1191,2416,1191,120,1]

filaTrianguloEuler 8 == [1,247,4293,15619,15619,4293,247,1]

length (show (maximum (filaTrianguloEuler 1000))) == 2567

trianguloEuler es la lista con las filas del triángulo de Euler

     λ> take 6 trianguloEuler
     [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]
     λ> length (show (maximum (trianguloEuler !! 999)))
     2567

λ> take 6 trianguloEuler

[[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]

λ> length (show (maximum (trianguloEuler !! 999)))

2567

Soluciones

import Data.List  (genericLength, genericIndex)
import Data.Array (Array, (!), array)

-- 1ª solución
-- ===========

trianguloEuler :: [[Integer]]
trianguloEuler = iterate siguiente [1]

-- (siguiente xs) es la fila siguiente a la xs en el triángulo de
-- Euler. Por ejemplo,
--    λ> siguiente [1]
--    [1,1]
--    λ> siguiente it
--    [1,4,1]
--    λ> siguiente it
--    [1,11,11,1]
siguiente :: [Integer] -> [Integer]
siguiente xs = zipWith (+) us vs
  where n = genericLength xs
        us = zipWith (*) (0:xs) [n+1,n..1]
        vs = zipWith (*) (xs++[0]) [1..n+1]

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler n = trianguloEuler `genericIndex` (n-1)

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler n k = filaTrianguloEuler n `genericIndex` k

-- 2ª solución
-- ===========

numeroEuler2 :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler2 n 0 = 1
numeroEuler2 n m 
  | n == m    = 0
  | otherwise = (n-m) * numeroEuler2 (n-1) (m-1) + (m+1) * numeroEuler2 (n-1) m

filaTrianguloEuler2 :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler2 n = map (numeroEuler2 n) [0..n-1]

trianguloEuler2 :: [[Integer]]
trianguloEuler2 = map filaTrianguloEuler2 [1..]
                  
-- 3ª solución
-- ===========

numeroEuler3 :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler3 n k = (matrizEuler n k) ! (n,k)

-- (matrizEuler n m) es la matriz de n+1 filas y m+1 columnsa formada
-- por los números de Euler. Por ejemplo,
--   λ> [[matrizEuler 6 6 ! (i,j) | j <- [0..i-1]] | i <- [1..6]]
--   [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]
matrizEuler :: Integer -> Integer -> Array (Integer,Integer) Integer
matrizEuler n m = q
  where q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]
        f i 0 = 1
        f i j
          | i == j    = 0
          | otherwise = (i-j) * q!(i-1,j-1) + (j+1)* q!(i-1,j)

filaTrianguloEuler3 :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler3 n = map (numeroEuler3 n) [0..n-1]

trianguloEuler3 :: [[Integer]]
trianguloEuler3 = map filaTrianguloEuler3 [1..]

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

-- La comparación es
--   λ> numeroEuler 22 11
--   301958232385734088196
--   (0.01 secs, 118,760 bytes)
--   λ> numeroEuler2 22 11
--   301958232385734088196
--   (3.96 secs, 524,955,384 bytes)
--   λ> numeroEuler3 22 11
--   301958232385734088196
--   (0.01 secs, 356,296 bytes)
--   
--   λ> length (show (numeroEuler 800 400))
--   1976
--   (0.01 secs, 383,080 bytes)
--   λ> length (show (numeroEuler3 800 400))
--   1976
--   (2.13 secs, 508,780,696 bytes)

import Data.List (genericLength, genericIndex)

import Data.Array (Array, (!), array)

-- 1ª solución

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

trianguloEuler :: [[Integer]]

trianguloEuler = iterate siguiente [1]

-- (siguiente xs) es la fila siguiente a la xs en el triángulo de

-- Euler. Por ejemplo,

-- λ> siguiente [1]

-- [1,1]

-- λ> siguiente it

-- [1,4,1]

-- λ> siguiente it

-- [1,11,11,1]

siguiente :: [Integer] -> [Integer]

siguiente xs = zipWith (+) us vs

where n = genericLength xs

us = zipWith (*) (0:xs) [n+1,n..1]

vs = zipWith (*) (xs++[0]) [1..n+1]

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler n = trianguloEuler `genericIndex` (n-1)

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler n k = filaTrianguloEuler n `genericIndex` k

-- 2ª solución

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

numeroEuler2 :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler2 n 0 = 1

numeroEuler2 n m

| n == m = 0

| otherwise = (n-m) * numeroEuler2 (n-1) (m-1) + (m+1) * numeroEuler2 (n-1) m

filaTrianguloEuler2 :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler2 n = map (numeroEuler2 n) [0..n-1]

trianguloEuler2 :: [[Integer]]

trianguloEuler2 = map filaTrianguloEuler2 [1..]

-- 3ª solución

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

numeroEuler3 :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler3 n k = (matrizEuler n k) ! (n,k)

-- (matrizEuler n m) es la matriz de n+1 filas y m+1 columnsa formada

-- por los números de Euler. Por ejemplo,

-- λ> [[matrizEuler 6 6 ! (i,j) | j <- [0..i-1]] | i <- [1..6]]

-- [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]

matrizEuler :: Integer -> Integer -> Array (Integer,Integer) Integer

matrizEuler n m = q

where q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]

f i 0 = 1

f i j

| i == j = 0

| otherwise = (i-j) * q!(i-1,j-1) + (j+1)* q!(i-1,j)

filaTrianguloEuler3 :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler3 n = map (numeroEuler3 n) [0..n-1]

trianguloEuler3 :: [[Integer]]

trianguloEuler3 = map filaTrianguloEuler3 [1..]

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> numeroEuler 22 11

-- 301958232385734088196

-- (0.01 secs, 118,760 bytes)

-- λ> numeroEuler2 22 11

-- 301958232385734088196

-- (3.96 secs, 524,955,384 bytes)

-- λ> numeroEuler3 22 11

-- 301958232385734088196

-- (0.01 secs, 356,296 bytes)

-- λ> length (show (numeroEuler 800 400))

-- 1976

-- (0.01 secs, 383,080 bytes)

-- λ> length (show (numeroEuler3 800 400))

-- 1976

-- (2.13 secs, 508,780,696 bytes)

Pensamiento

Señor San Jerónimo,
suelte usted la piedra
con que se machaca.
Me pegó con ella.

Antonio Machado

Números construidos con los dígitos de un conjunto dado

PorJosé A. Alonso 8-mayo-201815-mayo-2018

Definir las siguientes funciones

   numerosCon      :: [Integer] -> [Integer]
   numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

1 2	numerosCon :: [Integer] -> [Integer] numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

tales que

(numerosCon ds) es la lista de los números que se pueden construir con los dígitos de ds (cuyos elementos son distintos elementos del 1 al 9) . Por ejemplo,

     λ> take 22 (numerosCon [1,4,6,9])
     [1,4,6,9,11,14,16,19,41,44,46,49,61,64,66,69,91,94,96,99,111,114]
     λ> take 15 (numerosCon [4,6,9])
     [4,6,9,44,46,49,64,66,69,94,96,99,444,446,449]
     λ> take 15 (numerosCon [6,9])
     [6,9,66,69,96,99,666,669,696,699,966,969,996,999,6666]

λ> take 22 (numerosCon [1,4,6,9])

[1,4,6,9,11,14,16,19,41,44,46,49,61,64,66,69,91,94,96,99,111,114]

λ> take 15 (numerosCon [4,6,9])

[4,6,9,44,46,49,64,66,69,94,96,99,444,446,449]

λ> take 15 (numerosCon [6,9])

[6,9,66,69,96,99,666,669,696,699,966,969,996,999,6666]

(numeroDeDigitos ds k) es el número de dígitos que tiene el k-ésimo elemento (empezando a contar en 0) de la sucesión (numerosCon ds). Por ejemplo,

     numeroDeDigitos [1,4,6,9]   3  ==  1
     numeroDeDigitos [1,4,6,9]   6  ==  2
     numeroDeDigitos [1,4,6,9]  22  ==  3
     numeroDeDigitos [4,6,9]    15  ==  3
     numeroDeDigitos [6,9]      15  ==  4
     numeroDeDigitos [1,4,6,9] (10^(10^5))  ==  166097
     numeroDeDigitos   [4,6,9] (10^(10^5))  ==  209590
     numeroDeDigitos     [6,9] (10^(10^5))  ==  332192

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 3 == 1

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 6 == 2

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 22 == 3

numeroDeDigitos [4,6,9] 15 == 3

numeroDeDigitos [6,9] 15 == 4

numeroDeDigitos [1,4,6,9] (10^(10^5)) == 166097

numeroDeDigitos [4,6,9] (10^(10^5)) == 209590

numeroDeDigitos [6,9] (10^(10^5)) == 332192

Soluciones

import Data.List (genericIndex, genericLength)

-- Definición de numerosCon
-- ========================

numerosCon :: [Integer] -> [Integer]
numerosCon xs = [n | n <- [0..]
                   , n `tieneSusDigitosEn` xs]

-- (tieneSusDigitosEn xs n) se verifica si los dígitos de n están contenidos en
-- xs. Por ejemplo,
--    4149 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9]  ==  True
--    4143 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9]  ==  False
tieneSusDigitosEn :: Integer -> [Integer] -> Bool
tieneSusDigitosEn n xs =
  digitos n `esSubconjunto` xs

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 325  ==  [3,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- (esSubconjunto xs ys) se verifica si xs es subconjunto de ys. Por
-- ejemplo, 
--    esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7,3]  ==  True
--    esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7]  ==  False
esSubconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
esSubconjunto xs ys = all (`elem` ys) xs

-- 1ª definición de numeroDeDigitos
-- ================================

numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int
numeroDeDigitos xs n =
  length (show (numerosCon xs `genericIndex` n))

-- 2ª definición de numeroDeDigitos
-- ================================

-- Observando que si el conjunto de dígitos tiene n elementos, entonces
-- hay n^k números con k dígitos.

numeroDeDigitos2 :: [Integer] -> Integer -> Int
numeroDeDigitos2 xs n =
  1 + length (takeWhile (<= n) (sumasDePotencias (genericLength xs)))

-- (potencia n) son las potencias de n. Por ejemplo,
--    take 5 (potencias 3)  ==  [3,9,27,81,243]
potencias :: Integer -> [Integer]
potencias k = iterate (*k) k 

-- (sumasDePotencias n) es la lista de las sumas acumuladas de las
-- potencias de n. Por ejemplo,
--    take 5 (sumasDePotencias 3)  ==  [3,12,39,120,363]
sumasDePotencias :: Integer -> [Integer]
sumasDePotencias k = scanl1 (+) (potencias k)

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

--    λ> numeroDeDigitos [1,4,6,9] 2000
--    6
--    (3.98 secs, 1,424,390,064 bytes)
--    λ> numeroDeDigitos2 [1,4,6,9] 2000
--    6
--    (0.01 secs, 127,464 bytes)

import Data.List (genericIndex, genericLength)

-- Definición de numerosCon

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

numerosCon :: [Integer] -> [Integer]

numerosCon xs = [n | n <- [0..]

, n `tieneSusDigitosEn` xs]

-- (tieneSusDigitosEn xs n) se verifica si los dígitos de n están contenidos en

-- xs. Por ejemplo,

-- 4149 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9] == True

-- 4143 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9] == False

tieneSusDigitosEn :: Integer -> [Integer] -> Bool

tieneSusDigitosEn n xs =

digitos n `esSubconjunto` xs

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- digitos 325 == [3,2,5]

digitos :: Integer -> [Integer]

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

-- (esSubconjunto xs ys) se verifica si xs es subconjunto de ys. Por

-- ejemplo,

-- esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7,3] == True

-- esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7] == False

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

esSubconjunto xs ys = all (`elem` ys) xs

-- 1ª definición de numeroDeDigitos

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

numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

numeroDeDigitos xs n =

length (show (numerosCon xs `genericIndex` n))

-- 2ª definición de numeroDeDigitos

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

-- Observando que si el conjunto de dígitos tiene n elementos, entonces

-- hay n^k números con k dígitos.

numeroDeDigitos2 :: [Integer] -> Integer -> Int

numeroDeDigitos2 xs n =

1 + length (takeWhile (<= n) (sumasDePotencias (genericLength xs)))

-- (potencia n) son las potencias de n. Por ejemplo,

-- take 5 (potencias 3) == [3,9,27,81,243]

potencias :: Integer -> [Integer]

potencias k = iterate (*k) k

-- (sumasDePotencias n) es la lista de las sumas acumuladas de las

-- potencias de n. Por ejemplo,

-- take 5 (sumasDePotencias 3) == [3,12,39,120,363]

sumasDePotencias :: Integer -> [Integer]

sumasDePotencias k = scanl1 (+) (potencias k)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> numeroDeDigitos [1,4,6,9] 2000

-- 6

-- (3.98 secs, 1,424,390,064 bytes)

-- λ> numeroDeDigitos2 [1,4,6,9] 2000

-- 6

-- (0.01 secs, 127,464 bytes)

Número de triangulaciones de un polígono

PorJosé A. Alonso 7-mayo-201825-abril-2021

Una triangulación de un polígono es una división del área en un conjunto de triángulos, de forma que la unión de todos ellos es igual al polígono original, y cualquier par de triángulos es disjunto o comparte únicamente un vértice o un lado. En el caso de polígonos convexos, la cantidad de triangulaciones posibles depende únicamente del número de vértices del polígono.

Si llamamos T(n) al número de triangulaciones de un polígono de n vértices, se verifica la siguiente relación de recurrencia:

    T(2) = 1
    T(n) = T(2)*T(n-1) + T(3)*T(n-2) + ... + T(n-1)*T(2)

1 2	T(2) = 1 T(n) = T(2)T(n-1) + T(3)T(n-2) + ... + T(n-1)*T(2)

Definir la función

   numeroTriangulaciones :: Integer -> Integer

1	numeroTriangulaciones :: Integer -> Integer

tal que (numeroTriangulaciones n) es el número de triangulaciones de un polígono convexo de n vértices. Por ejemplo,

   numeroTriangulaciones 3  == 1
   numeroTriangulaciones 5  == 5
   numeroTriangulaciones 6  == 14
   numeroTriangulaciones 7  == 42
   numeroTriangulaciones 50 == 131327898242169365477991900
   length (show (numeroTriangulaciones   800)) ==  476
   length (show (numeroTriangulaciones  1000)) ==  597
   length (show (numeroTriangulaciones 10000)) == 6014

numeroTriangulaciones 3 == 1

numeroTriangulaciones 5 == 5

numeroTriangulaciones 6 == 14

numeroTriangulaciones 7 == 42

numeroTriangulaciones 50 == 131327898242169365477991900

length (show (numeroTriangulaciones 800)) == 476

length (show (numeroTriangulaciones 1000)) == 597

length (show (numeroTriangulaciones 10000)) == 6014

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), array)
import Data.List  (genericIndex)
import qualified Data.Vector as V

-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================

numeroTriangulaciones :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones 2 = 1
numeroTriangulaciones n = sum (zipWith (*) ts (reverse ts))
  where ts = [numeroTriangulaciones k | k <- [2..n-1]]

-- 2ª solución
-- ===========

--    λ> map numeroTriangulaciones2 [2..15]
--    [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900]
numeroTriangulaciones2 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones2 n = 
  head (sucNumeroTriangulacionesInversas `genericIndex` (n-2))

--    λ> mapM_ print (take 10 sucNumeroTriangulacionesInversas)
--    [1]
--    [1,1]
--    [2,1,1]
--    [5,2,1,1]
--    [14,5,2,1,1]
--    [42,14,5,2,1,1]
--    [132,42,14,5,2,1,1]
--    [429,132,42,14,5,2,1,1]
--    [1430,429,132,42,14,5,2,1,1]
--    [4862,1430,429,132,42,14,5,2,1,1]
sucNumeroTriangulacionesInversas :: [[Integer]]        
sucNumeroTriangulacionesInversas = iterate f [1]
  where f ts = sum (zipWith (*) ts (reverse ts)) : ts

-- 3ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

numeroTriangulaciones3 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones3 n = vectorTriang n ! n

--    λ> vectorTriang 9
--    array (2,9) [(2,1),(3,1),(4,2),(5,5),(6,14),(7,42),(8,132),(9,429)]
vectorTriang :: Integer -> Array Integer Integer
vectorTriang n = v
  where v = array (2,n) [(i, f i) | i <-[2..n]]
        f 2 = 1
        f i = sum [v!j*v!(i-j+1) | j <-[2..i-1]]

-- 4ª solución (con los números de Catalan)
-- ========================================

-- Al calcular por primeros números de triangulaciones se obtiene
--    λ> map numeroTriangulaciones [2..12]
--    [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796]
-- Se observa que se corresponden con los números de Catalan
-- http://bit.ly/2FOc1S1
-- 
-- El n-ésimo número de Catalan es
--    (2n)! / (n! * (n+1)!)
-- El número de triangulaciones de un polígono de n lados es el
-- (n-2)-ésimo número de Catalan.

numeroTriangulaciones4 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones4 n = numeroCatalan (n-2) 

numeroCatalan :: Integer -> Integer
numeroCatalan n =
  factorial (2*n) `div` (factorial (n+1) * factorial n)

factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 5ª solución
-- ===========

numeroTriangulaciones5 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones5 n = v V.! (m-2)
   where v = V.constructN m
           (\w -> if   V.null w then 1
                  else V.sum (V.zipWith (*) w (V.reverse w)))
         m = fromIntegral n


-- 6ª solución
-- ===========

numeroTriangulaciones6 :: Integer -> Integer
numeroTriangulaciones6 n = nCr (2*n-4, n-2) `div` (n-1)
  where nCr (n,m)   = factorial n `div` (factorial (n-m) * factorial m)
        factorial n = product [1..n]

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

--    λ> numeroTriangulaciones 22
--    6564120420
--    (3.97 secs, 668,070,936 bytes)
--    λ> numeroTriangulaciones2 22
--    6564120420
--    (0.01 secs, 180,064 bytes)
--    λ> numeroTriangulaciones3 22
--    6564120420
--    (0.01 secs, 285,792 bytes)
--    
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones2 800))
--    476
--    (0.59 secs, 125,026,824 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones3 800))
--    476
--    (1.95 secs, 334,652,936 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones4 800))
--    476
--    (0.01 secs, 2,960,088 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones5 800))
--    476
--    (0.65 secs, 200,415,640 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones6 800))
--    476
--    (0.01 secs, 2,960,224 bytes)
--    
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones4 (10^4)))
--    6014
--    (1.80 secs, 542,364,320 bytes)
--    λ> length (show (numeroTriangulaciones6 (10^4)))
--    6014
--    (1.87 secs, 542,351,136 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.Array (Array, (!), array)

import Data.List (genericIndex)

import qualified Data.Vector as V

-- 1ª solución (por recursión)

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

numeroTriangulaciones :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones 2 = 1

numeroTriangulaciones n = sum (zipWith (*) ts (reverse ts))

where ts = [numeroTriangulaciones k | k <- [2..n-1]]

-- 2ª solución

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

-- λ> map numeroTriangulaciones2 [2..15]

-- [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786,208012,742900]

numeroTriangulaciones2 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones2 n =

head (sucNumeroTriangulacionesInversas `genericIndex` (n-2))

-- λ> mapM_ print (take 10 sucNumeroTriangulacionesInversas)

-- [1]

-- [1,1]

-- [2,1,1]

-- [5,2,1,1]

-- [14,5,2,1,1]

-- [42,14,5,2,1,1]

-- [132,42,14,5,2,1,1]

-- [429,132,42,14,5,2,1,1]

-- [1430,429,132,42,14,5,2,1,1]

-- [4862,1430,429,132,42,14,5,2,1,1]

sucNumeroTriangulacionesInversas :: [[Integer]]

sucNumeroTriangulacionesInversas = iterate f [1]

where f ts = sum (zipWith (*) ts (reverse ts)) : ts

-- 3ª solución (con programación dinámica)

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

numeroTriangulaciones3 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones3 n = vectorTriang n ! n

-- λ> vectorTriang 9

-- array (2,9) [(2,1),(3,1),(4,2),(5,5),(6,14),(7,42),(8,132),(9,429)]

vectorTriang :: Integer -> Array Integer Integer

vectorTriang n = v

where v = array (2,n) [(i, f i) | i <-[2..n]]

f 2 = 1

f i = sum [v!j*v!(i-j+1) | j <-[2..i-1]]

-- 4ª solución (con los números de Catalan)

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

-- Al calcular por primeros números de triangulaciones se obtiene

-- λ> map numeroTriangulaciones [2..12]

-- [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796]

-- Se observa que se corresponden con los números de Catalan

-- http://bit.ly/2FOc1S1

-- El n-ésimo número de Catalan es

-- (2n)! / (n! * (n+1)!)

-- El número de triangulaciones de un polígono de n lados es el

-- (n-2)-ésimo número de Catalan.

numeroTriangulaciones4 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones4 n = numeroCatalan (n-2)

numeroCatalan :: Integer -> Integer

numeroCatalan n =

factorial (2*n) `div` (factorial (n+1) * factorial n)

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 5ª solución

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

numeroTriangulaciones5 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones5 n = v V.! (m-2)

where v = V.constructN m

(\w -> if V.null w then 1

else V.sum (V.zipWith (*) w (V.reverse w)))

m = fromIntegral n

-- 6ª solución

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

numeroTriangulaciones6 :: Integer -> Integer

numeroTriangulaciones6 n = nCr (2*n-4, n-2) `div` (n-1)

where nCr (n,m) = factorial n `div` (factorial (n-m) * factorial m)

factorial n = product [1..n]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> numeroTriangulaciones 22

-- 6564120420

-- (3.97 secs, 668,070,936 bytes)

-- λ> numeroTriangulaciones2 22

-- 6564120420

-- (0.01 secs, 180,064 bytes)

-- λ> numeroTriangulaciones3 22

-- 6564120420

-- (0.01 secs, 285,792 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones2 800))

-- 476

-- (0.59 secs, 125,026,824 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones3 800))

-- 476

-- (1.95 secs, 334,652,936 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones4 800))

-- 476

-- (0.01 secs, 2,960,088 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones5 800))

-- 476

-- (0.65 secs, 200,415,640 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones6 800))

-- 476

-- (0.01 secs, 2,960,224 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones4 (10^4)))

-- 6014

-- (1.80 secs, 542,364,320 bytes)

-- λ> length (show (numeroTriangulaciones6 (10^4)))

-- 6014

-- (1.87 secs, 542,351,136 bytes)

La sucesión de Sylvester

PorJosé A. Alonso 19-marzo-201825-abril-2021

La sucesión de Sylvester es la sucesión que comienza en 2 y sus restantes términos se obtienen multiplicando los anteriores y sumándole 1.

Definir las funciones

   sylvester        :: Integer -> Integer
   graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

1 2	sylvester :: Integer -> Integer graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

(sylvester n) es el n-ésimo término de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,

     λ> [sylvester n | n <- [0..7]]
     [2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]
     λ> length (show (sylvester 25))
     6830085

λ> [sylvester n | n <- [0..7]]

[2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]

λ> length (show (sylvester 25))

6830085

(graficaSylvester d n) dibuja la gráfica de los d últimos dígitos de los n primeros términos de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,
- (graficaSylvester 3 30) dibuja
- (graficaSylvester 4 30) dibuja
- (graficaSylvester 5 30) dibuja

Soluciones

import Data.List               (genericIndex)
import Data.Array              ((!), array)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================

sylvester1 :: Integer -> Integer
sylvester1 0 = 2
sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

sylvester2 :: Integer -> Integer
sylvester2 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución
-- ===========

sylvester3 :: Integer -> Integer
sylvester3 0 = 2
sylvester3 n = 1 + x^2 - x
  where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución
-- ===========

sylvester4 :: Integer -> Integer
sylvester4 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + x^2 - x
    where x = v ! (m-1)

-- 4ª solución
-- ===========

sylvester5 :: Integer -> Integer
sylvester5 0 = 2
sylvester5 n = 1 + (productosSylvester `genericIndex` (n-1))

sucSylvester5 :: [Integer]
sucSylvester5 = map sylvester5 [0..]

productosSylvester :: [Integer]
productosSylvester = scanl1 (*) sucSylvester5

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

--    λ> length (show (sylvester1 20))
--    213441
--    (3.40 secs, 519,249,840 bytes)
--    λ> length (show (sylvester2 20))
--    213441
--    (0.10 secs, 13,716,024 bytes)
--    λ> length (show (sylvester3 20))
--    213441
--    (0.16 secs, 13,646,472 bytes)
--    λ> length (show (sylvester4 20))
--    213441
--    (0.18 secs, 13,654,064 bytes)
--    λ> length (show (sylvester5 20))
--    213441
--    (0.12 secs, 13,497,192 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()
graficaSylvester d n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")
           ]
           [sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

import Data.List (genericIndex)

import Data.Array ((!), array)

import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)

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

sylvester1 :: Integer -> Integer

sylvester1 0 = 2

sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)

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

sylvester2 :: Integer -> Integer

sylvester2 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 2

f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución

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

sylvester3 :: Integer -> Integer

sylvester3 0 = 2

sylvester3 n = 1 + x^2 - x

where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución

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

sylvester4 :: Integer -> Integer

sylvester4 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 2

f m = 1 + x^2 - x

where x = v ! (m-1)

-- 4ª solución

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

sylvester5 :: Integer -> Integer

sylvester5 0 = 2

sylvester5 n = 1 + (productosSylvester `genericIndex` (n-1))

sucSylvester5 :: [Integer]

sucSylvester5 = map sylvester5 [0..]

productosSylvester :: [Integer]

productosSylvester = scanl1 (*) sucSylvester5

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (show (sylvester1 20))

-- 213441

-- (3.40 secs, 519,249,840 bytes)

-- λ> length (show (sylvester2 20))

-- 213441

-- (0.10 secs, 13,716,024 bytes)

-- λ> length (show (sylvester3 20))

-- 213441

-- (0.16 secs, 13,646,472 bytes)

-- λ> length (show (sylvester4 20))

-- 213441

-- (0.18 secs, 13,654,064 bytes)

-- λ> length (show (sylvester5 20))

-- 213441

-- (0.12 secs, 13,497,192 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

graficaSylvester d n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")

]

[sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

Suma de las sumas de los cuadrados de los divisores

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201814-marzo-2018

La suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de los 6 primeros números enteros positivos es

     1² + (1²+2²) + (1²+3²) + (1²+2²+4²) + (1²+5²) + (1²+2²+3²+6²)
   = 1  + 5       + 10      + 21         + 26      + 50
   = 113

1² + (1²+2²) + (1²+3²) + (1²+2²+4²) + (1²+5²) + (1²+2²+3²+6²)

= 1 + 5 + 10 + 21 + 26 + 50

= 113

Definir la función

   sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

1	sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

tal que (sumaSumasCuadradosDivisores n) es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de los n primeros números enteros positivos. Por ejemplo,

   sumaSumasCuadradosDivisores 6       ==  113
   sumaSumasCuadradosDivisores (10^6)  ==  400686363385965077

1 2	sumaSumasCuadradosDivisores 6 == 113 sumaSumasCuadradosDivisores (10^6) == 400686363385965077

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores n =
  sum [sumaCuadradosDivisores k | k <- [1..n]]

-- (sumaCuadradosDivisores n) es la suma de los cuadrados de los
-- divisores de n. Por ejemplo,
--    sumaCuadradosDivisores 6  ==  50
sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer
sumaCuadradosDivisores n = sum (map (^2) (divisores n))

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo, 
--    divisores 6  ==  [1,6,2,3]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores 1 = [1]
divisores n = 1 : n : [x | x <- [2..n `div` 2], n `mod` x == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores2 n =
  sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

-- sumasSumasCuadradosDivisores es la sucesión cuyo n-ésimo término es
-- la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de n. Por
-- ejemplo, 
--    take 6 sumasSumasCuadradosDivisores  ==  [1,6,16,37,63,113]
sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2
  where sig m n = y : sig y (n+1)
          where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores3 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores3 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores3 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores3 n = scanl f 0 [1..n]
  where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 4ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores4 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores4 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores4 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores4 n = scanl1 f [0,1..n]
  where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 5ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores5 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores5 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores5 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores5 n = scanl1 f [0,1..n]
  where f x k = x + k * (n - (n `mod` k))

-- 6ª solución
-- ===========

-- Cada elemento k de [1..n], al cuadrado, aparece tantas veces como la
-- parte entera de n/k; luego,
--    sumaSumasCuadradosDivisores n =
--       1^2*n + 2^2*(n `div` 2) + 3^2*(n `div` 3) + ... + n^2*1

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores6 n = sum (zipWith (*) ds vs)
  where ds = map (^2) [1..n]
        vs = [n `div` k | k <- [1..n]]

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

--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores (3*10^3)
--    10825397502
--    (3.29 secs, 468,721,192 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores2 (3*10^3)
--    10825397502
--    (3.25 secs, 469,462,600 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 2,788,752 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 2,813,304 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 1,467,056 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 3,291,664 bytes)
--    
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.34 secs, 440,961,640 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.29 secs, 444,962,904 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (1.23 secs, 220,960,152 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.76 secs, 524,962,464 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

129

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores n =

sum [sumaCuadradosDivisores k | k <- [1..n]]

-- (sumaCuadradosDivisores n) es la suma de los cuadrados de los

-- divisores de n. Por ejemplo,

-- sumaCuadradosDivisores 6 == 50

sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaCuadradosDivisores n = sum (map (^2) (divisores n))

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,

-- divisores 6 == [1,6,2,3]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores 1 = [1]

divisores n = 1 : n : [x | x <- [2..n `div` 2], n `mod` x == 0]

-- 2ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores2 n =

sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

-- sumasSumasCuadradosDivisores es la sucesión cuyo n-ésimo término es

-- la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de n. Por

-- ejemplo,

-- take 6 sumasSumasCuadradosDivisores == [1,6,16,37,63,113]

sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2

where sig m n = y : sig y (n+1)

where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores3 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores3 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores3 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores3 n = scanl f 0 [1..n]

where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 4ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores4 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores4 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores4 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores4 n = scanl1 f [0,1..n]

where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 5ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores5 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores5 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores5 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores5 n = scanl1 f [0,1..n]

where f x k = x + k * (n - (n `mod` k))

-- 6ª solución

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

-- Cada elemento k de [1..n], al cuadrado, aparece tantas veces como la

-- parte entera de n/k; luego,

-- sumaSumasCuadradosDivisores n =

-- 1^2*n + 2^2*(n `div` 2) + 3^2*(n `div` 3) + ... + n^2*1

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores6 n = sum (zipWith (*) ds vs)

where ds = map (^2) [1..n]

vs = [n `div` k | k <- [1..n]]

-- Comparación de eficiencia:

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

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores (3*10^3)

-- 10825397502

-- (3.29 secs, 468,721,192 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores2 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (3.25 secs, 469,462,600 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 2,788,752 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 2,813,304 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 1,467,056 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 3,291,664 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.34 secs, 440,961,640 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.29 secs, 444,962,904 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (1.23 secs, 220,960,152 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.76 secs, 524,962,464 bytes)

Números que no son cuadrados

PorJosé A. Alonso 15-febrero-201822-febrero-2018

Definir las funciones

   noCuadrados :: [Integer]
   graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

1 2	noCuadrados :: [Integer] graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

tales que

noCuadrados es la lista de los números naturales que no son cuadrados. Por ejemplo,

     λ> take 25 noCuadrados
     [2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,17,18,19,20,21,22,23,24,26,27,28,29,30]

1 2	λ> take 25 noCuadrados [2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,17,18,19,20,21,22,23,24,26,27,28,29,30]

(graficaNoCuadrados n) dibuja las diferencias entre los n primeros elementos de noCuadrados y sus posiciones. Por ejemplo, (graficaNoCuadrados 300) dibuja

(graficaNoCuadrados 3000) dibuja

(graficaNoCuadrados 30000) dibuja

Comprobar con QuickCheck que el término de noCuadrados en la posición n-1 es (n + floor(1/2 + sqrt(n))).

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

noCuadrados :: [Integer]
noCuadrados = aux [0..] cuadrados
  where aux xs (y:ys) = as ++ aux bs ys
          where (as,_:bs) = span (<y) xs

cuadrados :: [Integer]
cuadrados = [x^2 | x <- [0..]]

-- 2ª definición
-- =============

noCuadrados2 :: [Integer]
noCuadrados2 = aux 2 [1..]
  where aux n (_:xs) = ys ++ aux (n+2) zs
          where (ys,zs) = splitAt n xs

-- Definición de graficaNoCuadrados
-- ================================

graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()
graficaNoCuadrados n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numeros_que_no_son_cuadrados_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (zipWith (-) noCuadrados [0..n-1])

-- La propiedad es
prop_noCuadrados :: Positive Integer -> Bool
prop_noCuadrados (Positive n) =
  noCuadrados `genericIndex` (n-1) ==
  n + floor (1/2 + sqrt (fromIntegral n))

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_noCuadrados
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericIndex)

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

noCuadrados :: [Integer]

noCuadrados = aux [0..] cuadrados

where aux xs (y:ys) = as ++ aux bs ys

where (as,_:bs) = span (<y) xs

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = [x^2 | x <- [0..]]

-- 2ª definición

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

noCuadrados2 :: [Integer]

noCuadrados2 = aux 2 [1..]

where aux n (_:xs) = ys ++ aux (n+2) zs

where (ys,zs) = splitAt n xs

-- Definición de graficaNoCuadrados

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

graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

graficaNoCuadrados n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Numeros_que_no_son_cuadrados_" ++ show n ++ ".png")

]

(zipWith (-) noCuadrados [0..n-1])

-- La propiedad es

prop_noCuadrados :: Positive Integer -> Bool

prop_noCuadrados (Positive n) =

noCuadrados `genericIndex` (n-1) ==

n + floor (1/2 + sqrt (fromIntegral n))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_noCuadrados

-- +++ OK, passed 100 tests.

Sumas parciales de Juzuk

PorJosé A. Alonso 23-enero-201830-enero-2018

En 1939 Dov Juzuk extendió el método de Nicómaco del cálculo de los cubos. La extensión se basaba en los siguientes pasos:

se comienza con la lista de todos los enteros positivos

     [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

1	[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

se agrupan tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres
siguientes, etc.

     [[1], [2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9, 10], [11, 12, 13, 14, 15], ...

1	[[1], [2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9, 10], [11, 12, 13, 14, 15], ...

se seleccionan los elementos en posiciones pares

     [[1],         [4, 5, 6],                [11, 12, 13, 14, 15], ...

1	[[1], [4, 5, 6], [11, 12, 13, 14, 15], ...

se suman los elementos de cada grupo

     [1,           15,                       65,                   ...

1	[1, 15, 65, ...

se calculan las sumas acumuladas

     [1,           16,                       81,                   ...

1	[1, 16, 81, ...

Las sumas obtenidas son las cuantas potencias de los números enteros positivos.

Definir las funciones

   listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]
   sumasParcialesJuzuk  :: [Integer] -> [Integer]

1 2	listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]] sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]

tal que

(listasParcialesJuzuk xs) es lalista de ls listas parciales de Juzuk; es decir, la selección de los elementos en posiciones pares de la agrupación de los elementos de xs tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes, etc. Por ejemplo,

     λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1..])
     [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15],[22,23,24,25,26,27,28]]
     λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1,3..])
     [[1],[7,9,11],[21,23,25,27,29],[43,45,47,49,51,53,55]]

λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1..])

[[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15],[22,23,24,25,26,27,28]]

λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1,3..])

[[1],[7,9,11],[21,23,25,27,29],[43,45,47,49,51,53,55]]

(sumasParcialesJuzuk xs) es la lista de las sumas acumuladas de los elementos de las listas de Juzuk generadas por xs. Por ejemplo,

     take 4 (sumasParcialesJuzuk [1..])  ==  [1,16,81,256]
     take 4 (sumasParcialesJuzuk [1,3..])  ==  [1,28,153,496]

1 2	take 4 (sumasParcialesJuzuk [1..]) == [1,16,81,256] take 4 (sumasParcialesJuzuk [1,3..]) == [1,28,153,496]

Comprobar con QuickChek que, para todo entero positivo n,

el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1..]) en la posición (n-1) es n^4.
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1,3..]) en la posición (n-1) es n^2*(2*n^2 - 1).
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1,5..]) en la posición (n-1) es 4*n^4-3*n^2.
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [2,3..]) en la posición (n-1) es n^2*(n^2+1).

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Test.QuickCheck

listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]
listasParcialesJuzuk = elementosEnPares . listasParciales

-- (listasParciales xs) es la agrupación de los elementos de xs obtenida
-- tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes,
-- etc. Por ejemplo, 
--    λ> take 5 (listasParciales [1..])
--    [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]
listasParciales :: [a] -> [[a]]
listasParciales = aux 1
  where aux n xs = ys : aux (n+1) zs  
          where (ys,zs) = splitAt n xs

-- (elementosEnPares xs) es la lista de los elementos de xs en
-- posiciones pares. Por ejemplo,
--    λ> elementosEnPares [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]
--    [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15]]
elementosEnPares :: [a] -> [a]
elementosEnPares []       = []
elementosEnPares [x]      = [x]
elementosEnPares (x:_:xs) = x : elementosEnPares xs

sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]
sumasParcialesJuzuk xs =
  scanl1 (+) (map sum (listasParcialesJuzuk xs))

-- La primera propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1..] `genericIndex` (n-1) == n^4

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La segunda propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk2 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk2 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(2*n^2 - 1)

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk2
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La tercera propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk3 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk3 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1,5..] `genericIndex` (n-1) == 4*n^4-3*n^2

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk3
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La cuarta propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk4 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk4 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [2,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(n^2+1)
  
-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk4
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericIndex)

import Test.QuickCheck

listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]

listasParcialesJuzuk = elementosEnPares . listasParciales

-- (listasParciales xs) es la agrupación de los elementos de xs obtenida

-- tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes,

-- etc. Por ejemplo,

-- λ> take 5 (listasParciales [1..])

-- [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]

listasParciales :: [a] -> [[a]]

listasParciales = aux 1

where aux n xs = ys : aux (n+1) zs

where (ys,zs) = splitAt n xs

-- (elementosEnPares xs) es la lista de los elementos de xs en

-- posiciones pares. Por ejemplo,

-- λ> elementosEnPares [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]

-- [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15]]

elementosEnPares :: [a] -> [a]

elementosEnPares [] = []

elementosEnPares [x] = [x]

elementosEnPares (x:_:xs) = x : elementosEnPares xs

sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]

sumasParcialesJuzuk xs =

scanl1 (+) (map sum (listasParcialesJuzuk xs))

-- La primera propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1..] `genericIndex` (n-1) == n^4

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La segunda propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk2 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk2 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(2*n^2 - 1)

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La tercera propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk3 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk3 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1,5..] `genericIndex` (n-1) == 4*n^4-3*n^2

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk3

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La cuarta propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk4 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk4 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [2,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(n^2+1)

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk4

-- +++ OK, passed 100 tests.

Número de dígitos del factorial

PorJosé A. Alonso 23-marzo-201731-marzo-2017

Definir las funciones

   nDigitosFact :: Integer -> Integer
   graficas     :: [Integer] -> IO ()

1 2	nDigitosFact :: Integer -> Integer graficas :: [Integer] -> IO ()

tales que

(nDigitosFact n) es el número de dígitos de n!. Por ejemplo,

     nDigitosFact 0        ==  1
     nDigitosFact 4        ==  2
     nDigitosFact 5        ==  3
     nDigitosFact 10       ==  7
     nDigitosFact 100      ==  158
     nDigitosFact 1000     ==  2568
     nDigitosFact 10000    ==  35660
     nDigitosFact 100000   ==  456574
     nDigitosFact 1000000  ==  5565709

nDigitosFact 0 == 1

nDigitosFact 4 == 2

nDigitosFact 5 == 3

nDigitosFact 10 == 7

nDigitosFact 100 == 158

nDigitosFact 1000 == 2568

nDigitosFact 10000 == 35660

nDigitosFact 100000 == 456574

nDigitosFact 1000000 == 5565709

(graficas xs) dibuja las gráficas de los números de dígitos del factorial de k (para k en xs) y de la recta y = 5.5 x. Por ejemplo, (graficas [0,500..10^6]) dibuja

Nota: Este ejercicio está basado en el problema How many digits? de Kattis en donde se impone la restricción de calcular, en menos de 1 segundo, el número de dígitos de los factoriales de 10.000 números del rango [0,1.000.000].

Se puede simular como sigue

   λ> import System.Random 
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> maximum (map nDigitosFact xs)
   5561492
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> maximum (map nDigitosFact xs)
   5563303

λ> import System.Random

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5561492

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5563303

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericIndex)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
nDigitosFact1 :: Integer -> Integer
nDigitosFact1 n =
  genericLength (show (product [1..n]))

-- 2ª definición (usando logaritmos)
-- =================================

-- Basado en
--    nDigitos (n!) = 1 + floor (log (n!))
--                  = 1 + floor (log (1*2*3*...*n))
--                  = 1 + floor (log(1) + log(2) + log(3) +...+ log(n))

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer
nDigitosFact2 n =
  1 + floor (sum [logBase 10 (fromIntegral k) | k <- [1..n]])

-- 3ª definición (usando logaritmos y programación dinámica)
-- =========================================================

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer
nDigitosFact3 0 = 1
nDigitosFact3 n = 1 + floor ((sumLogs `genericIndex` (n-1)) / log 10)

logs :: [Double]
logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]
sumLogs = scanl1 (+) logs

-- 4ª definición (Usando la fórmula de Kamenetsky)
-- ===============================================

-- La fórmula se encuentra en https://oeis.org/A034886

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer
nDigitosFact4 0 = 1
nDigitosFact4 1 = 1
nDigitosFact4 n =
  1 + floor (m * logBase 10 (m/e) + logBase 10 (2*pi*m)/2)
  where m = fromIntegral n
        e = exp 1

--    λ> nDigitosFact1 (4*10^4)
--    166714
--    (5.61 secs, 1,649,912,864 bytes)
--    λ> nDigitosFact2 (4*10^4)
--    166714
--    (0.10 secs, 13,741,360 bytes)
--
--    λ> nDigitosFact2 (7*10^5)
--    3787566
--    (1.86 secs, 187,666,328 bytes)
--    λ> nDigitosFact3 (7*10^5)
--    3787566
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> nDigitosFact3 (7*10^5)
--    3787566
--    (1.01 secs, 238,682,064 bytes)
--    λ> nDigitosFact4 (7*10^5)
--    3787566
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> import System.Random 
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^2]]
--    λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)
--    5565097
--    (11.19 secs, 7,336,595,440 bytes)
--    λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)
--    5565097
--    (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
              [p1, p2]
    where p1, p2 :: [(Float, Float)]
          p1 = [(fi k, fi (nDigitosFact4 k)) | k <- xs]
          p2 = [(k',5.5*k') | k <- xs, let k' = fi k]
          fi = fromIntegral

import Data.List (genericLength, genericIndex)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

nDigitosFact1 :: Integer -> Integer

nDigitosFact1 n =

genericLength (show (product [1..n]))

-- 2ª definición (usando logaritmos)

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

-- Basado en

-- nDigitos (n!) = 1 + floor (log (n!))

-- = 1 + floor (log (1*2*3*...*n))

-- = 1 + floor (log(1) + log(2) + log(3) +...+ log(n))

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer

nDigitosFact2 n =

1 + floor (sum [logBase 10 (fromIntegral k) | k <- [1..n]])

-- 3ª definición (usando logaritmos y programación dinámica)

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

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer

nDigitosFact3 0 = 1

nDigitosFact3 n = 1 + floor ((sumLogs `genericIndex` (n-1)) / log 10)

logs :: [Double]

logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]

sumLogs = scanl1 (+) logs

-- 4ª definición (Usando la fórmula de Kamenetsky)

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

-- La fórmula se encuentra en https://oeis.org/A034886

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer

nDigitosFact4 0 = 1

nDigitosFact4 1 = 1

nDigitosFact4 n =

1 + floor (m * logBase 10 (m/e) + logBase 10 (2*pi*m)/2)

where m = fromIntegral n

e = exp 1

-- λ> nDigitosFact1 (4*10^4)

-- 166714

-- (5.61 secs, 1,649,912,864 bytes)

-- λ> nDigitosFact2 (4*10^4)

-- 166714

-- (0.10 secs, 13,741,360 bytes)

-- λ> nDigitosFact2 (7*10^5)

-- 3787566

-- (1.86 secs, 187,666,328 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (1.01 secs, 238,682,064 bytes)

-- λ> nDigitosFact4 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> import System.Random

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^2]]

-- λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)

-- 5565097

-- (11.19 secs, 7,336,595,440 bytes)

-- λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)

-- 5565097

-- (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()

graficas xs =

plotLists [Key Nothing]

[p1, p2]

where p1, p2 :: [(Float, Float)]

p1 = [(fi k, fi (nDigitosFact4 k)) | k <- xs]

p2 = [(k',5.5*k') | k <- xs, let k' = fi k]

fi = fromIntegral

Terminaciones de Fibonacci

PorJosé A. Alonso 2-enero-20179-enero-2017

Definir la sucesión

   sucFinalesFib :: [(Integer,Integer)]

1	sucFinalesFib :: [(Integer,Integer)]

cuyos elementos son los pares (n,x), donde x es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci, tales que la terminación de x es n. Por ejemplo,

   λ> take 6 sucFinalesFib
   [(0,0),(1,1),(5,5),(25,75025),(29,514229),(41,165580141)]
   λ> head [(n,x) | (n,x) <- sucFinalesFib, n > 200]
   (245,712011255569818855923257924200496343807632829750245)
   λ> head [n | (n,_) <- sucFinalesFib, n > 10^4]
   10945

λ> take 6 sucFinalesFib

[(0,0),(1,1),(5,5),(25,75025),(29,514229),(41,165580141)]

λ> head [(n,x) | (n,x) <- sucFinalesFib, n > 200]

(245,712011255569818855923257924200496343807632829750245)

λ> head [n | (n,_) <- sucFinalesFib, n > 10^4]

10945

Soluciones

import Data.List (genericIndex, isSuffixOf)

sucFinalesFib :: [(Integer, Integer)]
sucFinalesFib =
  [(n, fib n) | n <- [0..]
              , show n `isSuffixOf` show (fib n)]

sucFib :: [Integer]
sucFib = 0 : 1 : zipWith (+) sucFib (tail sucFib)

-- (fib n) es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci.
fib :: Integer -> Integer
fib n = sucFib `genericIndex` n

import Data.List (genericIndex, isSuffixOf)

sucFinalesFib :: [(Integer, Integer)]

sucFinalesFib =

[(n, fib n) | n <- [0..]

, show n `isSuffixOf` show (fib n)]

sucFib :: [Integer]

sucFib = 0 : 1 : zipWith (+) sucFib (tail sucFib)

-- (fib n) es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci.

fib :: Integer -> Integer

fib n = sucFib `genericIndex` n

Números de Lucas

PorJosé A. Alonso 7-abril-201614-abril-2016

Los números de Lucas son los elementos de la sucesión L(n) definida por

   L(0) = 2
   L(1) = 1
   L(n) = L(n-1) + L(n-2), si n > 1.

L(0) = 2

L(1) = 1

L(n) = L(n-1) + L(n-2), si n > 1.

Los primeros números de Lucas son

   2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...

1	2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...

Definir las funciones

   nLucas :: Integer -> Integer 
   lucas  :: [Integer]

1 2	nLucas :: Integer -> Integer lucas :: [Integer]

tales que

(nLucas n) es el n-ésimo número de Lucas. Por ejemplo,

   nLucas 5                       ==  11
   nLucas 32                      ==  4870847
   length (show (nLucas (10^5)))  ==  20899

nLucas 5 == 11

nLucas 32 == 4870847

length (show (nLucas (10^5))) == 20899

lucas es la lista de los números de Lucas. Por ejemplo,

   take 11 lucas ==  [2,1,3,4,7,11,18,29,47,76,123]

1	take 11 lucas == [2,1,3,4,7,11,18,29,47,76,123]

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición
-- =============

nLucas1 :: Integer -> Integer
nLucas1 0 = 2
nLucas1 1 = 1
nLucas1 n = nLucas1 (n-1) + nLucas1 (n-2)

lucas1 :: [Integer]
lucas1 = [nLucas1 n | n <- [0..]]

-- 2ª definición
-- =============

lucas2 :: [Integer]
lucas2 = 2 : 1 : zipWith (+) lucas2 (tail lucas2)

nLucas2 :: Integer -> Integer
nLucas2 n = lucas2 `genericIndex` n

-- 3ª definición
-- =============

lucas3  :: [Integer]
lucas3 = 2 : scanl (+) 1 lucas3
 
nLucas3 :: Integer -> Integer
nLucas3 = genericIndex lucas3
            
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> nLucas1 32
--    4870847
--    (3.22 secs, 1,467,677,208 bytes)
--    λ> nLucas2 32
--    4870847
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> nLucas3 32
--    4870847
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> length (show (nLucas2 230000))
--    48068
--    (1.57 secs, 2,415,008,392 bytes)
--    λ> length (show (nLucas3 230000))
--    48068
--    (2.08 secs, 2,411,107,352 bytes)

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición

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

nLucas1 :: Integer -> Integer

nLucas1 0 = 2

nLucas1 1 = 1

nLucas1 n = nLucas1 (n-1) + nLucas1 (n-2)

lucas1 :: [Integer]

lucas1 = [nLucas1 n | n <- [0..]]

-- 2ª definición

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

lucas2 :: [Integer]

lucas2 = 2 : 1 : zipWith (+) lucas2 (tail lucas2)

nLucas2 :: Integer -> Integer

nLucas2 n = lucas2 `genericIndex` n

-- 3ª definición

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

lucas3 :: [Integer]

lucas3 = 2 : scanl (+) 1 lucas3

nLucas3 :: Integer -> Integer

nLucas3 = genericIndex lucas3

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nLucas1 32

-- 4870847

-- (3.22 secs, 1,467,677,208 bytes)

-- λ> nLucas2 32

-- 4870847

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> nLucas3 32

-- 4870847

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (nLucas2 230000))

-- 48068

-- (1.57 secs, 2,415,008,392 bytes)

-- λ> length (show (nLucas3 230000))

-- 48068

-- (2.08 secs, 2,411,107,352 bytes)

Soluciones en Maxima

nLucas (n) := lucas (n)$

1	nLucas (n) := lucas (n)$

La evaluación de los ejemplos es

(%i5) nLucas (5);
(%o5) 11
(%i6) nLucas (32);
(%o6) 4870847

(%i5) nLucas (5);

(%o5) 11

(%i6) nLucas (32);

(%o6) 4870847

Listas con los ceros emparejados

PorJosé A. Alonso 4-marzo-201511-marzo-2015

Sea S un conjunto de números. Las listas de ceros emparejados de S son las listas formadas con los elementos de S y en las cuales los ceros aparecen en sublistas de longitud par. Por ejemplo, si S = {0,1,2} entonces [1], [2], [2,1], [2,0,0,2,0,0,1] y [0,0,0,0,1,2] son listas de ceros emparejados de S; pero [0,0,0,2,1,0,0] y [0,0,1,0,1] no lo son.

Definir las funciones

   cerosEmparejados  :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
   nCerosEmparejados :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]] nCerosEmparejados :: Integer -> Integer -> Integer

tales que
+ (cerosEmparejados m n) es la lista de las listas de longitud n de ceros emparejados con los números 0, 1, 2,…, m. Por ejemplo,

     ghci> cerosEmparejados 2 0
     [[]]
     ghci> cerosEmparejados 2 1
     [[1],[2]]
     ghci> cerosEmparejados 3 1
     [[1],[2],[3]]
     ghci> cerosEmparejados 2 2
     [[1,1],[1,2],[2,1],[2,2],[0,0]]
     ghci> cerosEmparejados 2 3
     [[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[1,0,0],[2,1,1],[2,1,2],
      [2,2,1],[2,2,2],[2,0,0],[0,0,1],[0,0,2]]
     ghci> cerosEmparejados 2 4
     [[1,1,1,1],[1,1,1,2],[1,1,2,1],[1,1,2,2],[1,1,0,0],[1,2,1,1],
      [1,2,1,2],[1,2,2,1],[1,2,2,2],[1,2,0,0],[1,0,0,1],[1,0,0,2],
      [2,1,1,1],[2,1,1,2],[2,1,2,1],[2,1,2,2],[2,1,0,0],[2,2,1,1],
      [2,2,1,2],[2,2,2,1],[2,2,2,2],[2,2,0,0],[2,0,0,1],[2,0,0,2],
      [0,0,1,1],[0,0,1,2],[0,0,2,1],[0,0,2,2],[0,0,0,0]]

ghci> cerosEmparejados 2 0

[[]]

ghci> cerosEmparejados 2 1

[[1],[2]]

ghci> cerosEmparejados 3 1

[[1],[2],[3]]

ghci> cerosEmparejados 2 2

[[1,1],[1,2],[2,1],[2,2],[0,0]]

ghci> cerosEmparejados 2 3

[[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[1,0,0],[2,1,1],[2,1,2],

[2,2,1],[2,2,2],[2,0,0],[0,0,1],[0,0,2]]

ghci> cerosEmparejados 2 4

[[1,1,1,1],[1,1,1,2],[1,1,2,1],[1,1,2,2],[1,1,0,0],[1,2,1,1],

[1,2,1,2],[1,2,2,1],[1,2,2,2],[1,2,0,0],[1,0,0,1],[1,0,0,2],

[2,1,1,1],[2,1,1,2],[2,1,2,1],[2,1,2,2],[2,1,0,0],[2,2,1,1],

[2,2,1,2],[2,2,2,1],[2,2,2,2],[2,2,0,0],[2,0,0,1],[2,0,0,2],

[0,0,1,1],[0,0,1,2],[0,0,2,1],[0,0,2,2],[0,0,0,0]]

(nCerosEmparejados m n) es el número de listas de longitud n de ceros emparejados con los números 0, 1, 2,…, m. Por ejemplo,

     nCerosEmparejados 2 2   ==  5
     nCerosEmparejados 2 3   ==  12
     nCerosEmparejados 2 4   ==  29
     nCerosEmparejados 9 27  ==  79707842493701635611689499

nCerosEmparejados 2 2 == 5

nCerosEmparejados 2 3 == 12

nCerosEmparejados 2 4 == 29

nCerosEmparejados 9 27 == 79707842493701635611689499

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Data.List (genericLength) 

cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
cerosEmparejados m 0 = [[]]
cerosEmparejados m 1 = [[k] | k <- [1..m]]
cerosEmparejados m n = 
    [x:ys | x <- [1..m], ys <- cerosEmparejados m (n-1)] ++
    [0:0:ys | ys <- cerosEmparejados m (n-2)]

-- 1ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados1 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados1 m n = fromIntegral (length (cerosEmparejados m n))

-- 2ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados2 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados2 _ 0 = 1
nCerosEmparejados2 m 1 = m
nCerosEmparejados2 m n = 
    m * nCerosEmparejados2 m (n-1) + nCerosEmparejados2 m (n-2)

-- 3ª definición de nCerosEmparejados: 
nCerosEmparejados3 :: Integer -> Integer -> Integer
nCerosEmparejados3 m n = aux `genericIndex` n
    where aux = 1 : m : zipWith (\x y -> x+m*y) aux (tail aux)

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> nCerosEmparejados1 9 7
--    5144589
--    (22.30 secs, 6556279384 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados2 9 7
--    5144589
--    (0.01 secs, 515464 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados3 9 7
--    5144589
--    (0.01 secs, 518104 bytes)
--
--    ghci> nCerosEmparejados2 9 33
--    45556060883025783396845717812863
--    (21.59 secs, 2676070480 bytes)
--    ghci> nCerosEmparejados3 9 33
--    45556060883025783396845717812863
--    (0.00 secs, 1017240 bytes)

import Data.List (genericIndex)

import Data.List (genericLength)

cerosEmparejados :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

cerosEmparejados m 0 = [[]]

cerosEmparejados m 1 = [[k] | k <- [1..m]]

cerosEmparejados m n =

[x:ys | x <- [1..m], ys <- cerosEmparejados m (n-1)] ++

[0:0:ys | ys <- cerosEmparejados m (n-2)]

-- 1ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados1 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados1 m n = fromIntegral (length (cerosEmparejados m n))

-- 2ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados2 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados2 _ 0 = 1

nCerosEmparejados2 m 1 = m

nCerosEmparejados2 m n =

m * nCerosEmparejados2 m (n-1) + nCerosEmparejados2 m (n-2)

-- 3ª definición de nCerosEmparejados:

nCerosEmparejados3 :: Integer -> Integer -> Integer

nCerosEmparejados3 m n = aux `genericIndex` n

where aux = 1 : m : zipWith (\x y -> x+m*y) aux (tail aux)

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> nCerosEmparejados1 9 7

-- 5144589

-- (22.30 secs, 6556279384 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados2 9 7

-- 5144589

-- (0.01 secs, 515464 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados3 9 7

-- 5144589

-- (0.01 secs, 518104 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados2 9 33

-- 45556060883025783396845717812863

-- (21.59 secs, 2676070480 bytes)

-- ghci> nCerosEmparejados3 9 33

-- 45556060883025783396845717812863

-- (0.00 secs, 1017240 bytes)

La sucesión de Sylvester

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