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

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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

Soluciones

Triángulo de Bell

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Triángulo de Euler

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