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Etiqueta: Geometría

Puntos en regiones rectangulares

José A. Alonso, ,

Los puntos se puede representar mediante pares de números

   type Punto = (Int,Int)

y las regiones rectangulares mediante el siguiente tipo de dato

   data Region = Rectangulo Punto  Punto
               | Union      Region Region
               | Diferencia Region Region
     deriving (Eq, Show)

donde

  • (Rectangulo p1 p2) es la región formada por un rectángulo cuyo vértice superior izquierdo es p1 y su vértice inferior derecho es p2.
  • (Union r1 r2) es la región cuyos puntos pertenecen a alguna de las regiones r1 y r2.
  • (Diferencia r1 r2) es la región cuyos puntos pertenecen a la región r1 pero no pertenecen a la r2.

Definir la función

   enRegion :: Punto -> Region -> Bool

tal que (enRegion p r) se verifica si el punto p pertenece a la región r. Por ejemplo, usando las regiones definidas por

   r0021, r3051, r4162 :: Region
   r0021 = Rectangulo (0,0) (2,1)
   r3051 = Rectangulo (3,0) (5,1)
   r4162 = Rectangulo (4,1) (6,2)

se tiene

   enRegion (1,0) r0021                                   ==  True
   enRegion (3,0) r0021                                   ==  False
   enRegion (1,1) (Union r0021 r3051)                     ==  True
   enRegion (4,0) (Union r0021 r3051)                     ==  True
   enRegion (4,2) (Union r0021 r3051)                     ==  False
   enRegion (3,1) (Diferencia r3051 r4162)                ==  True
   enRegion (4,1) (Diferencia r3051 r4162)                ==  False
   enRegion (4,2) (Diferencia r3051 r4162)                ==  False
   enRegion (4,2) (Union (Diferencia r3051 r4162) r4162)  ==  True

Comprobar con QuickCheck que si el punto p está en la región r1, entonces, para cualquier región r2, p está en (Union  r1 r2) y en (Union  r2 r1), pero no está en (Diferencia r2 r1).

Soluciones

module Puntos_en_regiones_rectangulares where
 
import Test.QuickCheck (Arbitrary, Gen, Property, (==>), arbitrary, oneof,
                        sized, generate, quickCheck, quickCheckWith, stdArgs,
                        Args(maxDiscardRatio))
 
type Punto = (Int,Int)
 
data Region = Rectangulo Punto  Punto
            | Union      Region Region
            | Diferencia Region Region
  deriving (Eq, Show)
 
r0021, r3051, r4162 :: Region
r0021 = Rectangulo (0,0) (2,1)
r3051 = Rectangulo (3,0) (5,1)
r4162 = Rectangulo (4,1) (6,2)
 
enRegion :: Punto -> Region -> Bool
enRegion (x,y) (Rectangulo (x1,y1) (x2,y2)) =
  x1 <= x && x <= x2 &&
  y1 <= y && y <= y2
enRegion p (Union  r1 r2) =
  enRegion p r1 || enRegion p r2
enRegion p (Diferencia r1 r2) =
  enRegion p r1 && not (enRegion p r2)
 
-- (regionArbitraria n) es un generador de regiones arbitrarias de orden
-- n. Por ejemplo,
--    λ> generate (regionArbitraria 2)
--    Rectangulo (30,-26) (-2,-8)
--    λ> generate (regionArbitraria 2)
--    Union (Union (Rectangulo (-2,-5) (6,1)) (Rectangulo(3,7) (11,15)))
--          (Diferencia (Rectangulo (9,8) (-2,6)) (Rectangulo (-2,2) (7,8)))
regionArbitraria :: Int -> Gen Region
regionArbitraria 0 =
  Rectangulo <$> arbitrary <*> arbitrary
regionArbitraria n =
  oneof [Rectangulo <$> arbitrary <*> arbitrary,
         Union <$> subregion <*> subregion,
         Diferencia <$> subregion <*> subregion]
  where subregion = regionArbitraria (n `div` 2)
 
-- Region está contenida en Arbitrary
instance Arbitrary Region where
  arbitrary = sized regionArbitraria
 
-- La propiedad es
prop_enRegion :: Punto -> Region -> Region -> Property
prop_enRegion p r1 r2 =
  enRegion p r1 ==>
  (enRegion p (Union  r1 r2) &&
   enRegion p (Union  r2 r1) &&
   not (enRegion p (Diferencia r2 r1)))
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_enRegion
--    *** Gave up! Passed only 78 tests; 1000 discarded tests.
--
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxDiscardRatio=20}) prop_enRegion
--    +++ OK, passed 100 tests.

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

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Regiones determinadas por n rectas del plano

José A. Alonso, ,

En los siguientes dibujos se observa que el número máximo de regiones en el plano generadas con 1, 2 ó 3 líneas son 2, 4 ó 7, respectivamente.

 
                      \  |
                       \5|
                        \|
                         \
                         |\
                         | \
               |         |  \
    1        1 | 3     1 | 3 \  6
   ------   ---|---   ---|----\---
    2        2 | 4     2 | 4   \ 7
               |         |      \

Definir la función

   regiones :: Integer -> Integer

tal que (regiones n) es el número máximo de regiones en el plano generadas con n líneas. Por ejemplo,

   regiones 1     ==  2
   regiones 2     ==  4
   regiones 3     ==  7
   regiones 100   ==  5051
   regiones 1000  ==  500501
   regiones 10000 ==  50005001
   length (show (regiones (10^(10^5)))) ==  200000
   length (show (regiones (10^(10^6)))) ==  2000000
   length (show (regiones (10^(10^6)))) ==  2000000
   length (show (regiones (10^(10^7)))) ==  20000000

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
regiones1 :: Integer -> Integer
regiones1 0 = 1
regiones1 n = regiones1 (n-1) + n
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
regiones2 :: Integer -> Integer
regiones2 n = 1 + sum [0..n]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
regiones3 :: Integer -> Integer
regiones3 n = 1 + sumas `genericIndex` n
 
-- (sumas n) es la suma 0 + 1 + 2 +...+ n. Por ejemplo,
--    take 10 sumas  ==  [0,1,3,6,10,15,21,28,36,45]
sumas :: [Integer]
sumas = scanl1 (+) [0..]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
regiones4 :: Integer -> Integer
regiones4 n = 1 + n*(n+1) `div` 2
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_regiones :: Positive Integer -> Bool
prop_regiones (Positive n) =
  all (== regiones1 n)
      [regiones2 n,
       regiones3 n,
       regiones4 n]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_regiones
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> regiones1 (4*10^6)
--    8000002000001
--    (2.20 secs, 938,105,888 bytes)
--    λ> regiones2 (4*10^6)
--    8000002000001
--    (0.77 secs, 645,391,624 bytes)
--    λ> regiones3 (4*10^6)
--    8000002000001
--    (1.22 secs, 1,381,375,296 bytes)
--    λ> regiones4 (4*10^6)
--    8000002000001
--    (0.01 secs, 484,552 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

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