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Etiqueta: inRange

Elementos de una matriz con algún vecino menor

José A. Alonso, ,

Las matrices pueden representarse mediante tablas cuyos índices son pares de números naturales. Su tipo se define por

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

Por ejemplo, la matriz

   |9 4 6 5|
   |8 1 7 3|
   |4 2 5 4|

se define por

   ej :: Matriz
   ej = listArray ((1,1),(3,4)) [9,4,6,5,8,1,7,3,4,2,5,4]

Los vecinos de un elemento son los que están a un paso en la misma fila, columna o diagonal. Por ejemplo, en la matriz anterior, el 1 tiene 8 vecinos (el 9, 4, 6, 8, 7, 4, 2 y 5) pero el 9 sólo tiene 3 vecinos (el 4, 8 y 1).

Definir la función

   algunoMenor :: Matriz -> [Int]

tal que (algunoMenor p) es la lista de los elementos de p que tienen algún vecino menor que él. Por ejemplo,

   algunoMenor ej == [9,4,6,5,8,7,4,2,5,4]

pues sólo el 1 y el 3 no tienen ningún vecino menor en la matriz.

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), bounds, indices, inRange, listArray)
import Test.QuickCheck (Arbitrary, Gen, arbitrary, chooseInt, quickCheck,
                        vectorOf)
 
type Matriz = Array (Int,Int) Int
 
ej :: Matriz
ej = listArray ((1,1),(3,4)) [9,4,6,5,8,1,7,3,4,2,5,4]
 
type Pos = (Int,Int)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
algunoMenor1 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor1 a =
  [a!p| p <- indices a,
        any (< a!p) (vecinos1 a p)]
 
-- (vecinos q p) es la lista de los vecinos en la matriz a de la
-- posición p. Por ejemplo,
--    vecinos1 ej (2,2)  ==  [9,4,6,8,7,4,2,5]
--    vecinos1 ej (1,1)  ==  [4,8,1]
vecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Int]
vecinos1 a p =
  [a!p' | p' <- posicionesVecinos1 a p]
 
-- (posicionesVecinos a p) es la lista de las posiciones de los
-- vecino de p en la matriz a. Por ejemplo,
--    λ> posicionesVecinos1 3 3 (2,2)
--    [(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3)]
--    λ> posicionesVecinos1 3 3 (1,1)
--    [(1,2),(2,1),(2,2)]
posicionesVecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Pos]
posicionesVecinos1 a (i,j) =
  [(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),
                             ( 0,-1),       ( 0,1),
                             ( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],
                 inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
algunoMenor2 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor2 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos2 p)]
  where
    vecinos2 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos2 p]
    posicionesVecinos2 (i,j) =
      [(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),
                                 ( 0,-1),       ( 0,1),
                                 ( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],
                     inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
algunoMenor3 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor3 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos3 p)]
  where
    vecinos3 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos3 p]
    posicionesVecinos3 (i,j) =
      [(i',j') | i' <- [i-1..i+1],
                 j' <- [j-1..j+1],
                 (i',j') /= (i,j),
                 inRange (bounds a) (i',j')]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
algunoMenor4 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor4 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos4 p)]
  where
    vecinos4 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos4 p]
    posicionesVecinos4 (i,j) =
      [(i',j') | i' <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],
                 j' <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],
                 (i',j') /= (i,j)]
      where (_,(m,n)) = bounds a
 
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
algunoMenor5 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor5 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos5 p)]
  where
    vecinos5 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos5 p]
    posicionesVecinos5 (i,j) =
      [(i-1,j-1) | i > 1, j > 1] ++
      [(i-1,j)   | i > 1]        ++
      [(i-1,j+1) | i > 1, j < n] ++
      [(i,j-1)   | j > 1]        ++
      [(i,j+1)   | j < n]        ++
      [(i+1,j-1) | i < m, j > 1] ++
      [(i+1,j)   | i < m]        ++
      [(i+1,j+1) | i < m, j < n]
      where (_,(m,n)) = bounds a
 
-- ---------------------------------------------------------------------
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
newtype Matriz2 = M Matriz
  deriving Show
 
-- Generador de matrices arbitrarias. Por ejemplo,
--    λ> generate matrizArbitraria
--    M (array ((1,1),(3,4))
--             [((1,1),18),((1,2),6), ((1,3),-23),((1,4),-13),
--              ((2,1),-2),((2,2),22),((2,3),-25),((2,4),-5),
--              ((3,1),2), ((3,2),16),((3,3),-15),((3,4),7)])
matrizArbitraria :: Gen Matriz2
matrizArbitraria = do
  m  <- chooseInt (1,10)
  n  <- chooseInt (1,10)
  xs <- vectorOf (m*n) arbitrary
  return (M (listArray ((1,1),(m,n)) xs))
 
-- Matriz es una subclase de Arbitrary.
instance Arbitrary Matriz2 where
  arbitrary = matrizArbitraria
 
-- La propiedad es
prop_algunoMenor :: Matriz2 -> Bool
prop_algunoMenor (M p) =
  all (== algunoMenor1 p)
      [algunoMenor2 p,
       algunoMenor3 p,
       algunoMenor4 p,
       algunoMenor5 p]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_algunoMenor
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> maximum (algunoMenor1 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.20 secs, 1,350,075,240 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor2 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.24 secs, 1,373,139,968 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor3 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.08 secs, 1,200,734,112 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor4 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.76 secs, 1,287,653,136 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor5 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (1.67 secs, 953,937,600 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

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  • El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>
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Comportamiento del último dígito en primos consecutivos

José A. Alonso, ,

El pasado 11 de marzo se ha publicado el artículo Unexpected biases in the distribution of consecutive primes en el que muestra que los números primos repelen a otros primos que terminan en el mismo dígito.

La lista de los últimos dígitos de los 30 primeros números es

   [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3]

Se observa que hay 6 números que su último dígito es un 1 y de sus consecutivos 4 terminan en 3 y 2 terminan en 7.

Definir la función

   distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer

tal que (distribucionUltimos n) es la matriz cuyo elemento (i,j) indica cuántos de los n primeros números primos terminan en i y su siguiente número primo termina en j. Por ejemplo,

   λ> distribucionUltimos 30
   ( 0 0 4 0 0 0 2 0 0 )
   ( 0 0 1 0 0 0 0 0 0 )
   ( 0 0 0 0 1 0 4 0 4 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 0 0 0 0 0 0 1 0 0 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 4 0 1 0 0 0 0 0 2 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 2 0 3 0 0 0 1 0 0 )
 
   λ> distribucionUltimos (10^5)
   ( 4104    0 7961    0    0    0 8297    0 4605 )
   (    0    0    1    0    0    0    0    0    0 )
   ( 5596    0 3604    0    1    0 7419    0 8387 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   (    0    0    0    0    0    0    1    0    0 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   ( 6438    0 6928    0    0    0 3627    0 8022 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   ( 8830    0 6513    0    0    0 5671    0 3995 )

Nota: Se observa cómo se “repelen” ya que en las filas del 1, 3, 7 y 9 el menor elemento es el de la diagonal.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Data.Array
import qualified Data.Matrix as M
 
-- (ultimo n) es el último dígito de n.    
ultimo :: Integer -> Integer
ultimo n = n `mod` 10
 
-- ultimos es la lista de el último dígito de los primos.
--    λ> take 20 ultimos
--    [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1]
ultimos :: [Integer]
ultimos = map ultimo primes
 
-- ultimosConsecutivos es la lista de los últimos dígitos de los primos
-- consecutivos. 
--    λ> take 10 ultimosConsecutivos
--    [(2,3),(3,5),(5,7),(7,1),(1,3),(3,7),(7,9),(9,3),(3,9),(9,1)]
ultimosConsecutivos :: [(Integer,Integer)]
ultimosConsecutivos = zip ultimos (tail ultimos)
 
-- (histograma r is) es el vector formado contando cuantas veces
-- aparecen los elementos del rango r en la lista de índices is. Por
-- ejemplo, 
--    ghci> histograma (0,5) [3,1,4,1,5,4,2,7]
--    array (0,5) [(0,0),(1,2),(2,1),(3,1),(4,2),(5,1)]
histograma :: (Ix a, Num b) => (a,a) -> [a] -> Array a b
histograma r is = 
    accumArray (+) 0 r [(i,1) | i <- is, inRange r i]
 
distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer
distribucionUltimos n =
    M.fromList 9 9 (elems (histograma ((1,1),(9,9)) (take n ultimosConsecutivos)))

Solución en Maxima

distribucionUltimos (n) := block (
  [r : zeromatrix (9,9),
   xs : ultimos (n),
   i, j],
  unless length (xs) < 2 do
    ( i : first (xs),
      j : second (xs),
      r[i,j] : 1 + r[i,j],
      xs : rest (xs)),
  r)$
 
/* ultimos(n) es la lista del último dígito de los n primeros primos.
      (%i5) ultimos (30);
      (%o5) [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3,7]
*/
ultimos (n) := block ([r:[], p:2],
  for k from 0 thru n do
    ( r : cons (mod (p,10), r),
      p : next_prime (p) ),
  reverse (r))$
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