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Etiqueta: Listas infinitas

Representación de Zeckendorf

Los primeros números de Fibonacci son

   1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, ...

tales que los dos primeros son iguales a 1 y los siguientes se obtienen sumando los dos anteriores.

El teorema de Zeckendorf establece que todo entero positivo n se puede representar, de manera única, como la suma de números de Fibonacci no consecutivos decrecientes. Dicha suma se llama la representación de Zeckendorf de n. Por ejemplo, la representación de Zeckendorf de 100 es

   100 = 89 + 8 + 3

Hay otras formas de representar 100 como sumas de números de Fibonacci; por ejemplo,

   100 = 89 +  8 + 2 + 1
   100 = 55 + 34 + 8 + 3

pero no son representaciones de Zeckendorf porque 1 y 2 son números de Fibonacci consecutivos, al igual que 34 y 55.

Definir la función

   zeckendorf :: Integer -> [Integer]

tal que (zeckendorf n) es la representación de Zeckendorf de n. Por ejemplo,

   zeckendorf 100 == [89,8,3]
   zeckendorf 200 == [144,55,1]
   zeckendorf 300 == [233,55,8,3,1]
   length (zeckendorf (10^50000)) == 66097

Descomposiciones triangulares

Los números triangulares se forman como sigue

   *     *      *
        * *    * *
              * * *
   1     3      6

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales. Así, los 5 primeros números triangulares son

    1 = 1
    3 = 1 + 2
    6 = 1 + 2 + 3
   10 = 1 + 2 + 3 + 4
   15 = 1 + 2 + 3 + 4 + 5

Definir la función

   descomposicionesTriangulares :: Int -> [(Int, Int, Int)]

tal que (descomposicionesTriangulares n) es la lista de las ternas correspondientes a las descomposiciones de n en tres sumandos formados por números triangulares. Por ejemplo,

   descomposicionesTriangulares  4 == []
   descomposicionesTriangulares  5 == [(1,1,3)]
   descomposicionesTriangulares 12 == [(1,1,10),(3,3,6)]
   descomposicionesTriangulares 30 == [(1,1,28),(3,6,21),(10,10,10)]
   descomposicionesTriangulares 61 == [(1,15,45),(3,3,55),(6,10,45),(10,15,36)]
   descomposicionesTriangulares 52 == [(1,6,45),(1,15,36),(3,21,28),(6,10,36),(10,21,21)]
   descomposicionesTriangulares 82 == [(1,3,78),(1,15,66),(1,36,45),(6,10,66),(6,21,55),(10,36,36)]
   length (descomposicionesTriangulares (5*10^5)) == 124

Soluciones

Índices de valores verdaderos

Definir la función

   indicesVerdaderos :: [Int] -> [Bool]

tal que (indicesVerdaderos xs) es la lista infinita de booleanos tal que sólo son verdaderos los elementos cuyos índices pertenecen a la lista estrictamente creciente xs. Por ejemplo,

   λ> take 6 (indicesVerdaderos [1,4])
   [False,True,False,False,True,False]
   λ> take 6 (indicesVerdaderos [0,2..])
   [True,False,True,False,True,False]
   λ> take 3 (indicesVerdaderos [])
   [False,False,False]
   λ> take 6 (indicesVerdaderos [1..])
   [False,True,True,True,True,True]
   λ> last (take (8*10^7) (indicesVerdaderos [0,5..]))
   False

Soluciones

Números triangulares con n cifras distintas

Los números triangulares se forman como sigue

   *     *      *
        * *    * *
              * * *
   1     3      6

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales. Así, los 5 primeros números triangulares son

    1 = 1
    3 = 1 + 2
    6 = 1 + 2 + 3
   10 = 1 + 2 + 3 + 4
   15 = 1 + 2 + 3 + 4 + 5

Definir la función

   triangularesConCifras :: Int -> [Integer]

tal que (triangulares n) es la lista de los números triangulares con n cifras distintas. Por ejemplo,

   take 6 (triangularesConCifras 1)   ==  [1,3,6,55,66,666]
   take 6 (triangularesConCifras 2)   ==  [10,15,21,28,36,45]
   take 6 (triangularesConCifras 3)   ==  [105,120,136,153,190,210]
   take 5 (triangularesConCifras 4)   ==  [1035,1275,1326,1378,1485]
   take 2 (triangularesConCifras 10)  ==  [1062489753,1239845706]

Soluciones

import Data.List (nub)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras1 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras1 n =
  [x | x <- triangulares1,
       nCifras x == n]
 
-- triangulares1 es la lista de los números triangulares. Por ejemplo,
--    take 10 triangulares1 == [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]
triangulares1 :: [Integer]
triangulares1 = map triangular [1..]
 
triangular :: Integer -> Integer
triangular 1 = 1
triangular n = triangular (n-1) + n
 
-- (nCifras x) es el número de cifras distintas del número x. Por
-- ejemplo,
--    nCifras 325275  ==  4
nCifras :: Integer -> Int
nCifras = length . nub . show
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras2 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras2 n =
  [x | x <- triangulares2,
       nCifras x == n]
 
triangulares2 :: [Integer]
triangulares2 = [(n*(n+1)) `div` 2 | n <- [1..]]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras3 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras3 n =
  [x | x <- triangulares3,
       nCifras x == n]
 
triangulares3 :: [Integer]
triangulares3 = 1 : [x+y | (x,y) <- zip [2..] triangulares3]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras4 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras4 n =
  [x | x <- triangulares4,
       nCifras x == n]
 
triangulares4 :: [Integer]
triangulares4 = 1 : zipWith (+) [2..] triangulares4
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
triangularesConCifras5 :: Int -> [Integer]
triangularesConCifras5 n =
  [x | x <- triangulares5,
       nCifras x == n]
 
triangulares5 :: [Integer]
triangulares5 = scanl (+) 1 [2..]
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La 1ª propiedad es
prop_triangularesConCifras1 :: Bool
prop_triangularesConCifras1 =
  [take 2 (triangularesConCifras1 n) | n <- [1..7]] ==
  [take 2 (triangularesConCifras2 n) | n <- [1..7]]
 
-- La comprobación es
--    λ> prop_triangularesConCifras1
--    True
 
-- La 2ª propiedad es
prop_triangularesConCifras2 :: Int -> Bool
prop_triangularesConCifras2 n =
  all (== take 5 (triangularesConCifras2 n'))
      [take 5 (triangularesConCifras3 n'),
       take 5 (triangularesConCifras4 n'),
       take 5 (triangularesConCifras5 n')]
  where n' = 1 + n `mod` 9
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_triangularesConCifras
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> (triangularesConCifras1 3) !! 220
--    5456556
--    (2.48 secs, 1,228,690,120 bytes)
--    λ> (triangularesConCifras2 3) !! 220
--    5456556
--    (0.01 secs, 4,667,288 bytes)
--
--    λ> (triangularesConCifras2 3) !! 600
--    500010500055
--    (1.76 secs, 1,659,299,872 bytes)
--    λ> (triangularesConCifras3 3) !! 600
--    500010500055
--    (1.67 secs, 1,603,298,648 bytes)
--    λ> (triangularesConCifras4 3) !! 600
--    500010500055
--    (1.20 secs, 1,507,298,248 bytes)
--    λ> (triangularesConCifras5 3) !! 600
--    500010500055
--    (1.15 secs, 1,507,298,256 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>

Numeración de las ternas de números naturales

Las ternas de números naturales se pueden ordenar como sigue

   (0,0,0),
   (0,0,1),(0,1,0),(1,0,0),
   (0,0,2),(0,1,1),(0,2,0),(1,0,1),(1,1,0),(2,0,0),
   (0,0,3),(0,1,2),(0,2,1),(0,3,0),(1,0,2),(1,1,1),(1,2,0),(2,0,1),...
   ...

Definir la función

   posicion :: (Int,Int,Int) -> Int

tal que (posicion (x,y,z)) es la posición de la terna de números naturales (x,y,z) en la ordenación anterior. Por ejemplo,

   posicion (0,1,0)  ==  2
   posicion (0,0,2)  ==  4
   posicion (0,1,1)  ==  5

Comprobar con QuickCheck que

  • la posición de (x,0,0) es x(x²+6x+11)/6
  • la posición de (0,y,0) es y(y²+3y+ 8)/6
  • la posición de (0,0,z) es z(z²+3z+ 2)/6
  • la posición de (x,x,x) es x(9x²+14x+7)/2

Soluciones

import Data.List (elemIndex)
import Data.Maybe (fromJust)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
posicion1 :: (Int,Int,Int) -> Int
posicion1 t = aux 0 ternas
  where aux n (t':ts) | t' == t   = n
                      | otherwise = aux (n+1) ts
 
-- ternas es la lista ordenada de las ternas de números naturales. Por ejemplo,
--    λ> take 9 ternas
--    [(0,0,0),(0,0,1),(0,1,0),(1,0,0),(0,0,2),(0,1,1),(0,2,0),(1,0,1),(1,1,0)]
ternas :: [(Int,Int,Int)]
ternas = [(x,y,n-x-y) | n <- [0..], x <- [0..n], y <- [0..n-x]]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
posicion2 :: (Int,Int,Int) -> Int
posicion2 t =
  head [n | (n,t') <- zip [0..] ternas, t' == t]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
posicion3 :: (Int,Int,Int) -> Int
posicion3 t = indice t ternas
 
-- (indice x ys) es el índice de x en ys. Por ejemplo,
--    indice 5 [0..]  ==  5
indice :: Eq a => a -> [a] -> Int
indice x ys = length (takeWhile (/= x) ys)
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
posicion4 :: (Int,Int,Int) -> Int
posicion4 t = fromJust (elemIndex t ternas)
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
posicion5 :: (Int,Int,Int) -> Int
posicion5 = fromJust . (`elemIndex` ternas)
 
-- Equivalencia
-- ============
 
-- La propiedad es
prop_posicion_equiv :: NonNegative Int
                    -> NonNegative Int
                    -> NonNegative Int
                    -> Bool
prop_posicion_equiv (NonNegative x) (NonNegative y) (NonNegative z) =
  all (== posicion1 (x,y,z))
      [f (x,y,z) | f <- [ posicion2
                        , posicion3
                        , posicion4
                        , posicion5 ]]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=20}) prop_posicion_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> posicion1 (147,46,116)
--    5000000
--    (5.84 secs, 2,621,428,184 bytes)
--    λ> posicion2 (147,46,116)
--    5000000
--    (3.63 secs, 2,173,230,200 bytes)
--    λ> posicion3 (147,46,116)
--    5000000
--    (2.48 secs, 1,453,229,880 bytes)
--    λ> posicion4 (147,46,116)
--    5000000
--    (1.91 secs, 1,173,229,840 bytes)
--    λ> posicion5 (147,46,116)
--    5000000
--    (1.94 secs, 1,173,229,960 bytes)
 
-- En lo que sigue, usaremos la 5ª definición
posicion :: (Int,Int,Int) -> Int
posicion = posicion5
 
-- Propiedades
-- ===========
 
-- La 1ª propiedad es
prop_posicion1 :: NonNegative Int -> Bool
prop_posicion1 (NonNegative x) =
  posicion (x,0,0) == x * (x^2 + 6*x + 11) `div` 6
 
-- Su comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=20}) prop_posicion1
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- La 2ª propiedad es
prop_posicion2 :: NonNegative Int -> Bool
prop_posicion2 (NonNegative y) =
  posicion (0,y,0) == y * (y^2 + 3*y + 8) `div` 6
 
-- Su comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=20}) prop_posicion2
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- La 3ª propiedad es
prop_posicion3 :: NonNegative Int -> Bool
prop_posicion3 (NonNegative z) =
  posicion (0,0,z) == z * (z^2 + 3*z + 2) `div` 6
 
-- Su comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=20}) prop_posicion3
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- La 4ª propiedad es
prop_posicion4 :: NonNegative Int -> Bool
prop_posicion4 (NonNegative x) =
  posicion (x,x,x) == x * (9 * x^2 + 14 * x + 7) `div` 2
 
-- Su comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=20}) prop_posicion4
--    +++ OK, passed 100 tests.

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se muestra en el siguiente vídeo:

Lista cuadrada

Definir la función

   listaCuadrada :: Int -> a -> [a] -> [[a]]

tal que (listaCuadrada n x xs) es una lista de n listas de longitud n formadas con los elementos de xs completada con x, si no xs no tiene suficientes elementos. Por ejemplo,

   listaCuadrada 3 7 [0,3,5,2,4]  ==  [[0,3,5],[2,4,7],[7,7,7]]
   listaCuadrada 3 7 [0..]        ==  [[0,1,2],[3,4,5],[6,7,8]]
   listaCuadrada 2 'p' "eva"      ==  ["ev","ap"]
   listaCuadrada 2 'p' ['a'..]    ==  ["ab","cd"]

Soluciones

import Data.List.Split (chunksOf)
import Test.QuickCheck
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
listaCuadrada1 :: Int -> a -> [a] -> [[a]]
listaCuadrada1 n x xs =
  take n (grupos n (xs ++ repeat x))
 
-- (grupos n xs) es la lista obtenida agrupando los elementos de xs en
-- grupos de n elementos, salvo el último que puede tener menos. Por
-- ejemplo,
--    grupos 2 [4,2,5,7,6]     ==  [[4,2],[5,7],[6]]
--    take 3 (grupos 3 [1..])  ==  [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]
grupos :: Int -> [a] -> [[a]]
grupos _ [] = []
grupos n xs = take n xs : grupos n (drop n xs)
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
listaCuadrada2 :: Int -> a -> [a] -> [[a]]
listaCuadrada2 n x xs =
  take n (grupos2 n (xs ++ repeat x))
 
grupos2 :: Int -> [a] -> [[a]]
grupos2 _ [] = []
grupos2 n xs = ys : grupos n zs
  where (ys,zs) = splitAt n xs
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
listaCuadrada3 :: Int -> a -> [a] -> [[a]]
listaCuadrada3 n x xs =
  take n (chunksOf n (xs ++ repeat x))
 
-- Comprobación de la equivalencia
-- ===============================
 
-- La propiedad es
prop_listaCuadrada :: Int -> Int -> [Int] -> Bool
prop_listaCuadrada n x xs =
  all (== listaCuadrada1 n x xs)
      [listaCuadrada2 n x xs,
       listaCuadrada3 n x xs]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_listaCuadrada
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> length (listaCuadrada1 (10^4) 5 [1..])
--    10000
--    (2.02 secs, 12,801,918,616 bytes)
--    λ> length (listaCuadrada2 (10^4) 5 [1..])
--    10000
--    (1.89 secs, 12,803,198,576 bytes)
--    λ> length (listaCuadrada3 (10^4) 5 [1..])
--    10000
--    (1.85 secs, 12,801,518,728 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de la solución se muestra en el siguiente vídeo:

Primos equidistantes

Definir la función

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

tal que (primosEquidistantes k) es la lista de los pares de primos cuya diferencia es k. Por ejemplo,

   take 3 (primosEquidistantes 2)  ==  [(3,5),(5,7),(11,13)]
   take 3 (primosEquidistantes 4)  ==  [(7,11),(13,17),(19,23)]
   take 3 (primosEquidistantes 6)  ==  [(23,29),(31,37),(47,53)]
   take 3 (primosEquidistantes 8)  ==  [(89,97),(359,367),(389,397)]
   primosEquidistantes 4 !! (10^5) ==  (18467047,18467051)

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
primosEquidistantes1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
primosEquidistantes1 k = aux primos
  where aux (x:y:ps) | y - x == k = (x,y) : aux (y:ps)
                     | otherwise  = aux (y:ps)
 
-- (primo x) se verifica si x es primo. Por ejemplo,
--    primo 7  ==  True
--    primo 8  ==  False
primo :: Integer -> Bool
primo x = [y | y <- [1..x], x `rem` y == 0] == [1,x]
 
-- primos es la lista de los números primos. Por ejemplo,
--    take 10 primos  ==  [2,3,5,7,11,13,17,19,23,29]
primos :: [Integer]
primos = 2 : [x | x <- [3,5..], primo x]
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
primosEquidistantes2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
primosEquidistantes2 k = aux primos2
  where aux (x:y:ps) | y - x == k = (x,y) : aux (y:ps)
                     | otherwise  = aux (y:ps)
 
primos2 :: [Integer]
primos2 = criba [2..]
  where criba (p:ps) = p : criba [n | n <- ps, mod n p /= 0]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
primosEquidistantes3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
primosEquidistantes3 k =
  [(x,y) | (x,y) <- zip primos2 (tail primos2)
         , y - x == k]
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
primosEquidistantes4 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
primosEquidistantes4 k = aux primes
  where aux (x:y:ps) | y - x == k = (x,y) : aux (y:ps)
                     | otherwise  = aux (y:ps)
 
-- 5ª solución
-- ===========
 
primosEquidistantes5 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
primosEquidistantes5 k =
  [(x,y) | (x,y) <- zip primes (tail primes)
         , y - x == k]
 
-- Comprobación de equivalencia
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_primosEquidistantes :: Int -> Integer -> Bool
prop_primosEquidistantes n k =
  all (== take n (primosEquidistantes1 k))
      [take n (f k) | f <- [primosEquidistantes2,
                            primosEquidistantes3,
                            primosEquidistantes4,
                            primosEquidistantes5]]
 
-- La comprobación es
--    λ> prop_primosEquidistantes 100 4
--    True
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> primosEquidistantes1 4 !! 200
--    (9829,9833)
--    (2.60 secs, 1,126,458,272 bytes)
--    λ> primosEquidistantes2 4 !! 200
--    (9829,9833)
--    (0.44 secs, 249,622,048 bytes)
--    λ> primosEquidistantes3 4 !! 200
--    (9829,9833)
--    (0.36 secs, 207,549,592 bytes)
--    λ> primosEquidistantes4 4 !! 200
--    (9829,9833)
--    (0.02 secs, 4,012,848 bytes)
--    λ> primosEquidistantes5 4 !! 200
--    (9829,9833)
--    (0.01 secs, 7,085,072 bytes)
--
--    λ> primosEquidistantes2 4 !! 600
--    (41617,41621)
--    (5.67 secs, 3,340,313,480 bytes)
--    λ> primosEquidistantes3 4 !! 600
--    (41617,41621)
--    (5.43 secs, 3,090,994,096 bytes)
--    λ> primosEquidistantes4 4 !! 600
--    (41617,41621)
--    (0.03 secs, 15,465,824 bytes)
--    λ> primosEquidistantes5 4 !! 600
--    (41617,41621)
--    (0.04 secs, 28,858,232 bytes)
--
--    λ> primosEquidistantes4 4 !! (10^5)
--    (18467047,18467051)
--    (3.99 secs, 9,565,715,488 bytes)
--    λ> primosEquidistantes5 4 !! (10^5)
--    (18467047,18467051)
--    (7.95 secs, 18,712,469,144 bytes)

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Primos consecutivos con media capicúa

Definir la lista

   primosConsecutivosConMediaCapicua :: [(Int,Int,Int)]

formada por las ternas (x,y,z) tales que x e y son primos consecutivos cuya media, z, es capicúa. Por ejemplo,

   λ> take 5 primosConsecutivosConMediaCapicua
   [(3,5,4),(5,7,6),(7,11,9),(97,101,99),(109,113,111)]
   λ> primosConsecutivosConMediaCapicua !! 500
   (5687863,5687867,5687865)

Soluciones

import Data.List (genericTake)
import Data.Numbers.Primes (primes)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
primosConsecutivosConMediaCapicua :: [(Integer,Integer,Integer)]
primosConsecutivosConMediaCapicua =
  [(x,y,z) | (x,y) <- zip primosImpares (tail primosImpares),
             let z = (x + y) `div` 2,
             capicua z]
 
-- (primo x) se verifica si x es primo. Por ejemplo,
--    primo 7  ==  True
--    primo 8  ==  False
primo :: Integer -> Bool
primo x = [y | y <- [1..x], x `rem` y == 0] == [1,x]
 
-- primosImpares es la lista de los números primos impares. Por ejemplo,
--    take 10 primosImpares  ==  [3,5,7,11,13,17,19,23,29]
primosImpares :: [Integer]
primosImpares = [x | x <- [3,5..], primo x]
 
-- (capicua x) se verifica si x es capicúa. Por ejemplo,
capicua :: Integer -> Bool
capicua x = ys == reverse ys
  where ys = show x
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
primosConsecutivosConMediaCapicua2 :: [(Integer,Integer,Integer)]
primosConsecutivosConMediaCapicua2 =
  [(x,y,z) | (x,y) <- zip primosImpares2 (tail primosImpares2),
             let z = (x + y) `div` 2,
             capicua z]
 
primosImpares2 :: [Integer]
primosImpares2 = tail (criba [2..])
  where criba (p:ps) = p : criba [n | n <- ps, mod n p /= 0]
        criba []     = error "Imposible"
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
primosConsecutivosConMediaCapicua3 :: [(Integer,Integer,Integer)]
primosConsecutivosConMediaCapicua3 =
  [(x,y,z) | (x,y) <- zip (tail primos3) (drop 2 primos3),
             let z = (x + y) `div` 2,
             capicua z]
 
primos3 :: [Integer]
primos3 = 2 : 3 : criba3 0 (tail primos3) 3
  where criba3 k (p:ps) x = [n | n <- [x+2,x+4..p*p-2],
                                 and [n `rem` q /= 0 | q <- take k (tail primos3)]]
                            ++ criba3 (k+1) ps (p*p)
        criba3 _ [] _     = error "Imposible"
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
primosConsecutivosConMediaCapicua4 :: [(Integer,Integer,Integer)]
primosConsecutivosConMediaCapicua4 =
  [(x,y,z) | (x,y) <- zip (tail primes) (drop 2 primes),
             let z = (x + y) `div` 2,
             capicua z]
 
-- Equivalencia de definiciones
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_primosConsecutivosConMediaCapicua :: Integer -> Bool
prop_primosConsecutivosConMediaCapicua n =
  all (== genericTake n primosConsecutivosConMediaCapicua)
      [genericTake n primosConsecutivosConMediaCapicua2,
       genericTake n primosConsecutivosConMediaCapicua3,
       genericTake n primosConsecutivosConMediaCapicua4]
 
-- La comprobación es
--    λ> prop_primosConsecutivosConMediaCapicua 25 {-# SCC "" #-}
--    True
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua !! 30
--    (12919,12923,12921)
--    (4.60 secs, 1,877,064,288 bytes)
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua2 !! 30
--    (12919,12923,12921)
--    (0.69 secs, 407,055,848 bytes)
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua3 !! 30
--    (12919,12923,12921)
--    (0.07 secs, 18,597,104 bytes)
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua4 !! 30
--    (12919,12923,12921)
--    (0.01 secs, 10,065,784 bytes)
--
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua2 !! 40
--    (29287,29297,29292)
--    (2.67 secs, 1,775,554,576 bytes)
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua3 !! 40
--    (29287,29297,29292)
--    (0.09 secs, 32,325,808 bytes)
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua4 !! 40
--    (29287,29297,29292)
--    (0.01 secs, 22,160,072 bytes)
--
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua3 !! 150
--    (605503,605509,605506)
--    (3.68 secs, 2,298,403,864 bytes)
--    λ> primosConsecutivosConMediaCapicua4 !! 150
--    (605503,605509,605506)
--    (0.24 secs, 491,917,240 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

Suma de los números amigos menores que n

Dos números amigos son dos números enteros positivos distintos tales que la suma de los divisores propios de cada uno es igual al otro. Los divisores propios de un número incluyen la unidad pero no al propio número. Por ejemplo, los divisores propios de 220 son 1, 2, 4, 5, 10, 11, 20, 22, 44, 55 y 110. La suma de estos números equivale a 284. A su vez, los divisores propios de 284 son 1, 2, 4, 71 y 142. Su suma equivale a 220. Por tanto, 220 y 284 son amigos.

Definir la función

   sumaAmigosMenores :: Integer -> Integer

tal que (sumaAmigosMenores n) es la suma de los números amigos menores que n. Por ejemplo,

   sumaAmigosMenores 2000   == 2898
   sumaAmigosMenores (10^5) == 852810

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, inits, nub, sort, subsequences)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
 
-- 1ª solución                                                   --
-- ===========
 
sumaAmigosMenores1 :: Integer -> Integer
sumaAmigosMenores1 n =
  sum [x+y | (x,y) <- amigosMenores1 n]
 
-- (amigosMenores1 n) es la lista de los pares de números amigos (con la
-- primera componente menor que la segunda) que son menores que n. Por
-- ejemplo,
--    amigosMenores1 2000  ==  [(220,284),(1184,1210)]
amigosMenores1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
amigosMenores1 n =
  takeWhile (\(_,y) -> y < n) sucesionAmigos1
 
sucesionAmigos1 :: [(Integer,Integer)]
sucesionAmigos1 =
  [(x,y) | x <- [1..],
           let y = sumaDivisoresPropios1 x,
           y > x,
           sumaDivisoresPropios1 y == x]
 
-- (sumaDivisoresPropios1 x) es la suma de los divisores propios de
-- x. Por ejemplo,
--    sumaDivisoresPropios1 220  ==  284
--    sumaDivisoresPropios1 284  ==  220
sumaDivisoresPropios1 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios1 = sum . divisoresPropios1
 
-- (divisoresPropios1 x) es la lista de los divisores propios de x. Por
-- ejemplo,
--    divisoresPropios1 220  ==  [1,2,4,5,10,11,20,22,44,55,110]
--    divisoresPropios1 284  ==  [1,2,4,71,142]
divisoresPropios1 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios1 x = [n | n <- [1..x-1], x `mod` n == 0]
 
-- 2ª solución                                                   --
-- ===========
 
sumaAmigosMenores2 :: Integer -> Integer
sumaAmigosMenores2 n =
  sum [x+y | (x,y) <- amigosMenores2 n]
 
amigosMenores2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
amigosMenores2 n =
  takeWhile (\(_,y) -> y < n) sucesionAmigos2
 
sucesionAmigos2 :: [(Integer,Integer)]
sucesionAmigos2 =
  [(x,y) | x <- [1..],
           let y = sumaDivisoresPropios2 x,
           y > x,
           sumaDivisoresPropios2 y == x]
 
sumaDivisoresPropios2 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios2 = sum . divisoresPropios2
 
divisoresPropios2 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios2 x = filter ((== 0) . mod x) [1..x-1]
 
-- 3ª solución                                                   --
-- ===========
 
sumaAmigosMenores3 :: Integer -> Integer
sumaAmigosMenores3 n =
  sum [x+y | (x,y) <- amigosMenores3 n]
 
amigosMenores3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
amigosMenores3 n =
  takeWhile (\(_,y) -> y < n) sucesionAmigos3
 
sucesionAmigos3 :: [(Integer,Integer)]
sucesionAmigos3 =
  [(x,y) | x <- [1..],
           let y = sumaDivisoresPropios3 x,
           y > x,
           sumaDivisoresPropios3 y == x]
 
sumaDivisoresPropios3 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios3 = sum . divisoresPropios3
 
divisoresPropios3 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios3 =
  init . nub . sort . map product . subsequences . primeFactors
 
-- 4ª solución                                                   --
-- ===========
 
sumaAmigosMenores4 :: Integer -> Integer
sumaAmigosMenores4 n =
  sum [x+y | (x,y) <- amigosMenores4 n]
 
amigosMenores4 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
amigosMenores4 n =
  takeWhile (\(_,y) -> y < n) sucesionAmigos4
 
sucesionAmigos4 :: [(Integer,Integer)]
sucesionAmigos4 =
  [(x,y) | x <- [1..],
           let y = sumaDivisoresPropios4 x,
           y > x,
           sumaDivisoresPropios4 y == x]
 
sumaDivisoresPropios4 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios4 = sum . divisoresPropios4
 
divisoresPropios4 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios4 =
  init
  . sort
  . map (product . concat)
  . productoCartesiano
  . map inits
  . group
  . primeFactors
 
-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos
-- xss. Por ejemplo,
--    λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]
--    [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]
productoCartesiano []       = [[]]
productoCartesiano (xs:xss) =
  [x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]
 
-- 5ª solución                                                   --
-- ===========
 
sumaAmigosMenores5 :: Integer -> Integer
sumaAmigosMenores5 n =
  sum [x+y | (x,y) <- amigosMenores5 n]
 
amigosMenores5 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
amigosMenores5 n =
  takeWhile (\(_,y) -> y < n) sucesionAmigos5
 
sucesionAmigos5 :: [(Integer,Integer)]
sucesionAmigos5 =
  [(x,y) | x <- [1..],
           let y = sumaDivisoresPropios5 x,
           y > x,
           sumaDivisoresPropios5 y == x]
 
sumaDivisoresPropios5 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios5 = sum . divisoresPropios5
 
divisoresPropios5 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios5 =
  init
  . sort
  . map (product . concat)
  . sequence
  . map inits
  . group
  . primeFactors
 
-- 6ª solución                                                   --
-- ===========
 
sumaAmigosMenores6 :: Integer -> Integer
sumaAmigosMenores6 n =
  sum [x+y | (x,y) <- amigosMenores6 n]
 
amigosMenores6 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
amigosMenores6 n =
  takeWhile (\(_,y) -> y < n) sucesionAmigos6
 
sucesionAmigos6 :: [(Integer,Integer)]
sucesionAmigos6 =
  [(x,y) | x <- [1..],
           let y = sumaDivisoresPropios6 x,
           y > x,
           sumaDivisoresPropios6 y == x]
 
sumaDivisoresPropios6 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios6 =
  sum
  . init
  . map (product . concat)
  . sequence
  . map inits
  . group
  . primeFactors
 
-- 7ª solución                                                   --
-- ===========
 
sumaAmigosMenores7 :: Integer -> Integer
sumaAmigosMenores7 n =
  sum [x+y | (x,y) <- amigosMenores7 n]
 
amigosMenores7 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
amigosMenores7 n =
  takeWhile (\(_,y) -> y < n) sucesionAmigos7
 
sucesionAmigos7 :: [(Integer,Integer)]
sucesionAmigos7 =
  [(x,y) | x <- [1..],
           let y = sumaDivisoresPropios7 x,
           y > x,
           sumaDivisoresPropios7 y == x]
 
-- Si la descomposición de x en factores primos es
--    x = p(1)^e(1) . p(2)^e(2) . .... . p(n)^e(n)
-- entonces la suma de los divisores de x es
--    p(1)^(e(1)+1) - 1     p(2)^(e(2)+1) - 1       p(n)^(e(2)+1) - 1
--   ------------------- . ------------------- ... -------------------
--        p(1)-1                p(2)-1                  p(n)-1
-- Ver la demostración en http://bit.ly/2zUXZPc
 
sumaDivisoresPropios7 :: Integer -> Integer
sumaDivisoresPropios7 x =
  product [(p^(e+1)-1) `div` (p-1) | (p,e) <- factorizacion x] - x
 
-- (factorizacion x) es la lista de las bases y exponentes de la
-- descomposición prima de x. Por ejemplo,
--    factorizacion 600  ==  [(2,3),(3,1),(5,2)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion = map primeroYlongitud . group . primeFactors
 
-- (primeroYlongitud xs) es el par formado por el primer elemento de xs
-- y la longitud de xs. Por ejemplo,
--    primeroYlongitud [3,2,5,7] == (3,4)
primeroYlongitud :: [a] -> (a,Integer)
primeroYlongitud (x:xs) = (x, 1 + genericLength xs)
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
-- La comparación es
--    λ> sumaAmigosMenores1 6000
--    19026
--    (10.37 secs, 5,261,392,352 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores2 6000
--    19026
--    (3.86 secs, 3,161,700,400 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores3 6000
--    19026
--    (0.15 secs, 308,520,248 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores4 6000
--    19026
--    (0.23 secs, 271,421,184 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores5 6000
--    19026
--    (0.13 secs, 230,042,112 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores6 6000
--    19026
--    (0.12 secs, 202,638,880 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores7 6000
--    19026
--    (0.13 secs, 159,022,448 bytes)
--
--    λ> sumaAmigosMenores3 (10^5)
--    852810
--    (4.83 secs, 10,726,377,728 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores4 (10^5)
--    852810
--    (4.79 secs, 7,832,234,120 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores5 (10^5)
--    852810
--    (2.79 secs, 6,837,118,464 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores6 (10^5)
--    852810
--    (2.39 secs, 6,229,730,472 bytes)
--    λ> sumaAmigosMenores7 (10^5)
--    852810
--    (2.65 secs, 5,170,949,168 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

Mayor órbita de la sucesión de Collatz

Se considera la siguiente operación, aplicable a cualquier número entero positivo:

  • Si el número es par, se divide entre 2.
  • Si el número es impar, se multiplica por 3 y se suma 1.

Dado un número cualquiera, podemos calcular su órbita; es decir, las imágenes sucesivas al iterar la función. Por ejemplo, la órbita de 13 es

   13, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1, 4, 2, 1,...

Si observamos este ejemplo, la órbita de 13 es periódica, es decir, se repite indefinidamente a partir de un momento dado). La conjetura de Collatz dice que siempre alcanzaremos el 1 para cualquier número con el que comencemos. Por ejemplo,

  • Empezando en n = 6 se obtiene 6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1.
  • Empezando en n = 11 se obtiene: 11, 34, 17, 52, 26, 13, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1.
  • Empezando en n = 27, la sucesión tiene 112 pasos, llegando hasta 9232 antes de descender a 1: 27, 82, 41, 124, 62, 31, 94, 47, 142, 71, 214, 107, 322, 161, 484, 242, 121, 364, 182, 91, 274, 137, 412, 206, 103, 310, 155, 466, 233, 700, 350, 175, 526, 263, 790, 395, 1186, 593, 1780, 890, 445, 1336, 668, 334, 167, 502, 251, 754, 377, 1132, 566, 283, 850, 425, 1276, 638, 319, 958, 479, 1438, 719, 2158, 1079, 3238, 1619, 4858, 2429, 7288, 3644, 1822, 911, 2734, 1367, 4102, 2051, 6154, 3077, 9232, 4616, 2308, 1154, 577, 1732, 866, 433, 1300, 650, 325, 976, 488, 244, 122, 61, 184, 92, 46, 23, 70, 35, 106, 53, 160, 80, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1.

Definir la función

   mayoresGeneradores :: Integer -> [Integer]

tal que (mayoresGeneradores n) es la lista de los números menores o iguales que n cuyas órbitas de Collatz son las de mayor longitud. Por ejemplo,

   mayoresGeneradores 20      ==  [18,19]
   mayoresGeneradores (10^6)  ==  [837799]

Soluciones

import qualified Data.MemoCombinators as Memo (integral)
import Data.List (genericLength, genericTake, maximumBy)
import Test.QuickCheck (Positive(..), quickCheck)
 
-- 1ª solución
-- ===========
 
mayoresGeneradores :: Integer -> [Integer]
mayoresGeneradores n =
  [x | (x,y) <- ps, y == m]
  where ps = genericTake n longitudesOrbitas
        m  = maximum (map snd ps)
 
-- longitudesOrbita es la lista de los números junto a las longitudes de
-- las órbitas de Collatz que generan. Por ejemplo,
--    λ> take 10 longitudesOrbitas
--    [(1,1),(2,2),(3,8),(4,3),(5,6),(6,9),(7,17),(8,4),(9,20),(10,7)]
longitudesOrbitas :: [(Integer, Integer)]
longitudesOrbitas =
  [(n, genericLength (collatz n)) | n <- [1..]]
 
-- (siguiente n) es el siguiente de n en la sucesión de Collatz. Por
-- ejemplo,
--    siguiente 13  ==  40
--    siguiente 40  ==  20
siguiente :: Integer -> Integer
siguiente n | even n    = n `div` 2
            | otherwise = 3*n+1
 
-- (collatz1 n) es la órbita de Collatz de n hasta alcanzar el
-- 1. Por ejemplo,
--    collatz 13  ==  [13,40,20,10,5,16,8,4,2,1]
 
-- 1ª definición de collatz
collatz1 :: Integer -> [Integer]
collatz1 1 = [1]
collatz1 n = n : collatz1 (siguiente n)
 
-- 2ª definición de collatz
collatz2 :: Integer -> [Integer]
collatz2 n = takeWhile (/=1) (iterate siguiente n) ++ [1]
 
-- Usaremos la 2ª definición de collatz
collatz :: Integer -> [Integer]
collatz = collatz2
 
-- 2ª solución
-- ===========
 
mayoresGeneradores2 :: Integer -> [Integer]
mayoresGeneradores2 n =
  [x | (x,y) <- ps, y == m]
  where ps = [(x, longitudOrbita x) | x <- [1..n]]
        m  = maximum (map snd ps)
 
-- (longitudOrbita x) es la longitud de la órbita de x. Por ejemplo,
--    longitudOrbita 13  ==  10
longitudOrbita :: Integer -> Integer
longitudOrbita 1 = 1
longitudOrbita x = 1 + longitudOrbita (siguiente x)
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
mayoresGeneradores3 :: Integer -> [Integer]
mayoresGeneradores3 n =
  [x | (x,y) <- ps, y == m]
  where ps = [(x, longitudOrbita2 x) | x <- [1..n]]
        m  = maximum (map snd ps)
 
longitudOrbita2 :: Integer -> Integer
longitudOrbita2 = Memo.integral longitudOrbita2'
  where
    longitudOrbita2' 1 = 1
    longitudOrbita2' x = 1 + longitudOrbita2 (siguiente x)
 
 
-- Equivalencia de definiciones
-- ============================
 
-- La propiedad es
prop_mayoresGeneradores :: (Positive Integer) -> Bool
prop_mayoresGeneradores (Positive n) =
  all (== (mayoresGeneradores n))
      [mayoresGeneradores2 n,
       mayoresGeneradores3 n]
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_mayoresGeneradores
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comprobación de eficiencia
-- ==========================
 
-- La comprobación es
--    λ> mayoresGeneradores (10^5)
--    [77031]
--    (5.43 secs, 6,232,320,064 bytes)
--    λ> mayoresGeneradores2 (10^5)
--    [77031]
--    (7.68 secs, 5,238,991,616 bytes)
--    λ> mayoresGeneradores3 (10^5)
--    [77031]
--    (0.88 secs, 571,788,736 bytes)

El código se encuentra en GitHub.