map

Caminos en un grafo

PorJosé A. Alonso 18-mayo-201825-abril-2021

Definir las funciones

   grafo   :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int
   caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

1 2	grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

tales que

(grafo as) es el grafo no dirigido definido cuyas aristas son as. Por ejemplo,

     ghci> grafo [(2,4),(4,5)]
     G ND (array (2,5) [(2,[(4,0)]),(3,[]),(4,[(2,0),(5,0)]),(5,[(4,0)])])

1 2	ghci> grafo [(2,4),(4,5)] G ND (array (2,5) [(2,[(4,0)]),(3,[]),(4,[(2,0),(5,0)]),(5,[(4,0)])])

(caminos g a b) es la lista los caminos en el grafo g desde a hasta b sin pasar dos veces por el mismo nodo. Por ejemplo,

     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 7)
     [[1,3,5,7],[1,3,7]]
     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 2 7)
     [[2,5,3,7],[2,5,7]]
     ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 2)
     [[1,3,5,2],[1,3,7,5,2]]
     ghci> caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 4
     []
     ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
     109601

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 7)

[[1,3,5,7],[1,3,7]]

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 2 7)

[[2,5,3,7],[2,5,7]]

ghci> sort (caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 2)

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

ghci> caminos (grafo [(1,3),(2,5),(3,5),(3,7),(5,7)]) 1 4

[]

ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

109601

Soluciones

import Data.List (sort)
import I1M.Grafo
import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int
grafo as = creaGrafo ND (m,n) [(x,y,0) | (x,y) <- as]
    where ns = map fst as ++ map snd as
          m  = minimum ns
          n  = maximum ns

-- 1ª solución
-- ===========

caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]
caminos g a b = aux [[b]] where 
    aux [] = []
    aux ((x:xs):yss)
        | x == a    = (x:xs) : aux yss
        | otherwise = aux ([z:x:xs | z <- adyacentes g x
                                   , z `notElem` (x:xs)] 
                           ++ yss) 

-- 2ª solución (mediante espacio de estados)
-- =========================================

caminos2 :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]
caminos2 g a b = buscaEE sucesores esFinal inicial
    where inicial          = [b]
          sucesores (x:xs) = [z:x:xs | z <- adyacentes g x
                                     , z `notElem` (x:xs)] 
          esFinal (x:xs)   = x == a

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

--    ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
--    109601
--    (3.57 secs, 500533816 bytes)
--    ghci> length (caminos2 (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)
--    109601
--    (3.53 secs, 470814096 bytes)

import Data.List (sort)

import I1M.Grafo

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados

grafo :: [(Int,Int)] -> Grafo Int Int

grafo as = creaGrafo ND (m,n) [(x,y,0) | (x,y) <- as]

where ns = map fst as ++ map snd as

m = minimum ns

n = maximum ns

-- 1ª solución

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

caminos :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

caminos g a b = aux [[b]] where

aux [] = []

aux ((x:xs):yss)

| x == a = (x:xs) : aux yss

| otherwise = aux ([z:x:xs | z <- adyacentes g x

, z `notElem` (x:xs)]

++ yss)

-- 2ª solución (mediante espacio de estados)

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

caminos2 :: Grafo Int Int -> Int -> Int -> [[Int]]

caminos2 g a b = buscaEE sucesores esFinal inicial

where inicial = [b]

sucesores (x:xs) = [z:x:xs | z <- adyacentes g x

, z `notElem` (x:xs)]

esFinal (x:xs) = x == a

-- Comparación de eficiencia

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

-- ghci> length (caminos (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

-- 109601

-- (3.57 secs, 500533816 bytes)

-- ghci> length (caminos2 (grafo [(i,j) | i <- [1..10], j <- [i..10]]) 1 10)

-- 109601

-- (3.53 secs, 470814096 bytes)

Problema del dominó

PorJosé A. Alonso 16-mayo-201823-mayo-2018

Las fichas del dominó se pueden representar por pares de números enteros. El problema del dominó consiste en colocar todas las fichas de una lista dada de forma que el segundo número de cada ficha coincida con el primero de la siguiente.

Definir la función

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

1	domino :: [(Int,Int)] -> [[(Int,Int)]]

tal que (domino fs) es la lista de las soluciones del problema del dominó correspondiente a las fichas fs. Por ejemplo,

   λ> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]
   [[(4,1),(1,2),(2,3)],[(3,2),(2,1),(1,4)]]
   λ> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]
   [[(4,1),(1,1),(1,2)],[(2,1),(1,1),(1,4)]]
   λ> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]
   [[(1,2),(2,3),(3,4)]]
   λ> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]
   []
   λ> domino [(x,y) | x <- [1..2], y <- [x..2]]
   [[(2,2),(2,1),(1,1)],[(1,1),(1,2),(2,2)]]
   λ> [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]]
   [(1,1),(1,2),(1,3),(2,2),(2,3),(3,3)]
   λ> mapM_ print (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])
   [(1,3),(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1)]
   [(1,2),(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1)]
   [(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2)]
   [(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3)]
   [(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2)]
   [(2,1),(1,1),(1,3),(3,3),(3,2),(2,2)]
   [(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3)]
   [(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3),(3,3)]
   [(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3),(3,3)]
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])
   9
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..4], y <- [x..4]])
   0
   λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..5], y <- [x..5]])
   84480

λ> domino [(1,2),(2,3),(1,4)]

[[(4,1),(1,2),(2,3)],[(3,2),(2,1),(1,4)]]

λ> domino [(1,2),(1,1),(1,4)]

[[(4,1),(1,1),(1,2)],[(2,1),(1,1),(1,4)]]

λ> domino [(1,2),(3,4),(2,3)]

[[(1,2),(2,3),(3,4)]]

λ> domino [(1,2),(2,3),(5,4)]

[]

λ> domino [(x,y) | x <- [1..2], y <- [x..2]]

[[(2,2),(2,1),(1,1)],[(1,1),(1,2),(2,2)]]

λ> [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]]

[(1,1),(1,2),(1,3),(2,2),(2,3),(3,3)]

λ> mapM_ print (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])

[(1,3),(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1)]

[(1,2),(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1)]

[(2,2),(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2)]

[(3,3),(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3)]

[(2,3),(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2)]

[(2,1),(1,1),(1,3),(3,3),(3,2),(2,2)]

[(3,3),(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3)]

[(3,2),(2,2),(2,1),(1,1),(1,3),(3,3)]

[(3,1),(1,1),(1,2),(2,2),(2,3),(3,3)]

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..3], y <- [x..3]])

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..4], y <- [x..4]])

λ> length (domino [(x,y) | x <- [1..5], y <- [x..5]])

84480

Soluciones

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)
import Data.List (delete)

-- 1ª solución (por búsqueda en anchura)
-- =====================================

-- Las fichas son pares de números enteros.
type Ficha  = (Int,Int)

-- Un problema está definido por la lista de fichas que hay que colocar
type Problema = [Ficha]

-- Los estados son los pares formados por la listas sin colocar y las
-- colocadas. 
type Estado = ([Ficha],[Ficha])

-- (inicial p) es el estado inicial del problema p.
inicial :: Problema -> Estado
inicial p = (p,[])

-- (es final e) se verifica si e es un estado final.
esFinal :: Estado -> Bool
esFinal (fs,_) = null fs 

sucesores :: Estado -> [Estado]
sucesores (fs,[]) =
  [(delete f fs, [f]) | f <- fs]
sucesores (fs,n@((x,y):qs)) =
  [(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u /= v, v == x] ++
  [(delete (u,v) fs,(v,u):n) | (u,v) <- fs, u /= v, u == x] ++
  [(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u == v, u == x] 

soluciones :: Problema -> [Estado]
soluciones p = busca [(inicial p)]
  where
    busca []        = []
    busca (e:es)  
      | esFinal e = e : busca es
      | otherwise = busca (es ++ sucesores e)

domino :: Problema -> [[Ficha]]
domino ps = map snd (soluciones ps)
      
-- 2ª solución (por búsqueda en profundidad)
-- =========================================

soluciones2 :: Problema -> [Estado]
soluciones2 p = busca [(inicial p)]
  where
    busca []        = []
    busca (e:es)  
      | esFinal e = e : busca es
      | otherwise = busca (sucesores e ++ es)

domino2 :: Problema -> [[Ficha]]
domino2 ps = map snd (soluciones2 ps)
      
-- 3ª solución (con I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados)
-- =================================================

domino3 :: Problema -> [[Ficha]]
domino3 ps = map snd (soluciones3 ps)

soluciones3 :: Problema -> [Estado]
soluciones3 ps = buscaEE sucesores
                         esFinal         
                         (inicial ps)

import I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados (buscaEE)

import Data.List (delete)

-- 1ª solución (por búsqueda en anchura)

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

-- Las fichas son pares de números enteros.

type Ficha = (Int,Int)

-- Un problema está definido por la lista de fichas que hay que colocar

type Problema = [Ficha]

-- Los estados son los pares formados por la listas sin colocar y las

-- colocadas.

type Estado = ([Ficha],[Ficha])

-- (inicial p) es el estado inicial del problema p.

inicial :: Problema -> Estado

inicial p = (p,[])

-- (es final e) se verifica si e es un estado final.

esFinal :: Estado -> Bool

esFinal (fs,_) = null fs

sucesores :: Estado -> [Estado]

sucesores (fs,[]) =

[(delete f fs, [f]) | f <- fs]

sucesores (fs,n@((x,y):qs)) =

[(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u /= v, v == x] ++

[(delete (u,v) fs,(v,u):n) | (u,v) <- fs, u /= v, u == x] ++

[(delete (u,v) fs,(u,v):n) | (u,v) <- fs, u == v, u == x]

soluciones :: Problema -> [Estado]

soluciones p = busca [(inicial p)]

where

busca [] = []

busca (e:es)

| esFinal e = e : busca es

| otherwise = busca (es ++ sucesores e)

domino :: Problema -> [[Ficha]]

domino ps = map snd (soluciones ps)

-- 2ª solución (por búsqueda en profundidad)

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

soluciones2 :: Problema -> [Estado]

soluciones2 p = busca [(inicial p)]

where

busca [] = []

busca (e:es)

| esFinal e = e : busca es

| otherwise = busca (sucesores e ++ es)

domino2 :: Problema -> [[Ficha]]

domino2 ps = map snd (soluciones2 ps)

-- 3ª solución (con I1M.BusquedaEnEspaciosDeEstados)

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

domino3 :: Problema -> [[Ficha]]

domino3 ps = map snd (soluciones3 ps)

soluciones3 :: Problema -> [Estado]

soluciones3 ps = buscaEE sucesores

esFinal

(inicial ps)

El problema de las celebridades

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

La celebridad de una reunión es una persona al que todos conocen pero que no conoce a nadie. Por ejemplo, si en la reunión hay tres personas tales que la 1 conoce a la 3 y la 2 conoce a la 1 y a la 3, entonces la celebridad de la reunión es la 3.

La relación de conocimiento se puede representar mediante una lista de pares (x,y) indicando que x conoce a y. Por ejemplo, la reunión anterior se puede representar por [(1,3),(2,1),(2,3)].

Definir la función

   celebridad :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

1	celebridad :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

tal que (celebridad r) es el justo la celebridad de r, si en r hay una celebridad y Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

   celebridad [(1,3),(2,1),(2,3)]            ==  Just 3
   celebridad [(1,3),(2,1),(3,2)]            ==  Nothing
   celebridad [(1,3),(2,1),(2,3),(3,1)]      ==  Nothing
   celebridad [(x,1) | x <- [2..10^6]]       ==  Just 1
   celebridad [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]  ==  Just 1000000

celebridad [(1,3),(2,1),(2,3)] == Just 3

celebridad [(1,3),(2,1),(3,2)] == Nothing

celebridad [(1,3),(2,1),(2,3),(3,1)] == Nothing

celebridad [(x,1) | x <- [2..10^6]] == Just 1

celebridad [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]] == Just 1000000

Soluciones

import Data.List (delete, nub)
import Data.Maybe (listToMaybe)
import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución
-- ===========

celebridad1 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad1 r =
  listToMaybe [x | x <- personas r, esCelebridad r x]

personas :: Ord a => [(a,a)] -> [a]
personas r =
  nub (map fst r ++ map snd r)

esCelebridad :: Ord a => [(a,a)] -> a -> Bool
esCelebridad r x =
     [y | y <- ys, (y,x) `elem` r] == ys
  && null [y | y <- ys, (x,y) `elem` r]
  where ys = delete x (personas r)

-- 2ª solución
-- ===========

celebridad2 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad2 r =
  listToMaybe [x | x <- personas2 c, esCelebridad2 c x]
  where c = S.fromList r

--    λ> personas2 (S.fromList [(1,3),(2,1),(2,3)])
--    [1,2,3]
personas2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> [a]
personas2 c =
  S.toList (S.map fst c `S.union` S.map snd c)

esCelebridad2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> a -> Bool
esCelebridad2 c x = 
      [y | y <- ys, (y,x) `S.member` c] == ys
   && null [y | y <- ys, (x,y) `S.member` c]
   where ys = delete x (personas2 c)

-- 3ª definición
-- =============

celebridad3 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad3 r
  | S.null candidatos = Nothing
  | esCelebridad      = Just candidato
  | otherwise         = Nothing
  where
    conjunto          = S.fromList r
    dominio           = S.map fst conjunto
    rango             = S.map snd conjunto
    total             = dominio `S.union` rango
    candidatos        = rango `S.difference` dominio
    candidato         = S.findMin candidatos
    noCandidatos      = S.delete candidato total
    esCelebridad      =
      S.filter (\x -> (x,candidato) `S.member` conjunto) total == noCandidatos
     
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> celebridad1 [(x,1) | x <- [2..300]]
--    Just 1
--    (2.70 secs, 38,763,888 bytes)
--    λ> celebridad2 [(x,1) | x <- [2..300]]
--    Just 1
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> celebridad2 [(x,1000) | x <- [1..999]]
--    Just 1000
--    (2.23 secs, 483,704,224 bytes)
--    λ> celebridad3 [(x,1000) | x <- [1..999]]
--    Just 1000
--    (0.02 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> celebridad3 [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]
--    Just 1000000
--    (9.56 secs, 1,572,841,088 bytes)
--    λ> celebridad3 [(x,1) | x <- [2..10^6]]
--    Just 1
--    (6.17 secs, 696,513,320 bytes)

import Data.List (delete, nub)

import Data.Maybe (listToMaybe)

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución

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

celebridad1 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad1 r =

listToMaybe [x | x <- personas r, esCelebridad r x]

personas :: Ord a => [(a,a)] -> [a]

personas r =

nub (map fst r ++ map snd r)

esCelebridad :: Ord a => [(a,a)] -> a -> Bool

esCelebridad r x =

[y | y <- ys, (y,x) `elem` r] == ys

&& null [y | y <- ys, (x,y) `elem` r]

where ys = delete x (personas r)

-- 2ª solución

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

celebridad2 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad2 r =

listToMaybe [x | x <- personas2 c, esCelebridad2 c x]

where c = S.fromList r

-- λ> personas2 (S.fromList [(1,3),(2,1),(2,3)])

-- [1,2,3]

personas2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> [a]

personas2 c =

S.toList (S.map fst c `S.union` S.map snd c)

esCelebridad2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> a -> Bool

esCelebridad2 c x =

[y | y <- ys, (y,x) `S.member` c] == ys

&& null [y | y <- ys, (x,y) `S.member` c]

where ys = delete x (personas2 c)

-- 3ª definición

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

celebridad3 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad3 r

| S.null candidatos = Nothing

| esCelebridad = Just candidato

| otherwise = Nothing

where

conjunto = S.fromList r

dominio = S.map fst conjunto

rango = S.map snd conjunto

total = dominio `S.union` rango

candidatos = rango `S.difference` dominio

candidato = S.findMin candidatos

noCandidatos = S.delete candidato total

esCelebridad =

S.filter (\x -> (x,candidato) `S.member` conjunto) total == noCandidatos

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> celebridad1 [(x,1) | x <- [2..300]]

-- Just 1

-- (2.70 secs, 38,763,888 bytes)

-- λ> celebridad2 [(x,1) | x <- [2..300]]

-- Just 1

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> celebridad2 [(x,1000) | x <- [1..999]]

-- Just 1000

-- (2.23 secs, 483,704,224 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,1000) | x <- [1..999]]

-- Just 1000

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]

-- Just 1000000

-- (9.56 secs, 1,572,841,088 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,1) | x <- [2..10^6]]

-- Just 1

-- (6.17 secs, 696,513,320 bytes)

Sucesión de Recamán

PorJosé A. Alonso 11-mayo-201826-marzo-2022

La sucesión de Recamán está definida como sigue:

   a(0) = 0
   a(n) = a(n-1) - n, si a(n-1) > n y no figura ya en la sucesión
   a(n) = a(n-1) + n, en caso contrario.

a(0) = 0

a(n) = a(n-1) - n, si a(n-1) > n y no figura ya en la sucesión

a(n) = a(n-1) + n, en caso contrario.

Definir las funciones

   sucRecaman :: [Int]
   invRecaman :: Int -> Int
   graficaSucRecaman :: Int -> IO ()
   graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

sucRecaman :: [Int]

invRecaman :: Int -> Int

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

tales que

sucRecaman es la lista de los términos de la sucesión de Recamám. Por ejemplo,

      λ> take 25 sucRecaman3
      [0,1,3,6,2,7,13,20,12,21,11,22,10,23,9,24,8,25,43,62,42,63,41,18,42]
      λ> sucRecaman !! 1000
      3686
      λ> sucRecaman !! 1000001
      1057163

λ> take 25 sucRecaman3

[0,1,3,6,2,7,13,20,12,21,11,22,10,23,9,24,8,25,43,62,42,63,41,18,42]

λ> sucRecaman !! 1000

3686

λ> sucRecaman !! 1000001

1057163

(invRecaman n) es la primera posición de n en la sucesión de Recamán. Por ejemplo,

      invRecaman 10       ==  12
      invRecaman 3686     ==  1000
      invRecaman 1057163  ==  1000001

invRecaman 10 == 12

invRecaman 3686 == 1000

invRecaman 1057163 == 1000001

(graficaSucRecaman n) dibuja los n primeros términos de la sucesión de Recamán. Por ejemplo, (graficaSucRecaman 300) dibuja
(graficaInvRecaman n) dibuja los valores de (invRecaman k) para k entre 0 y n. Por ejemplo, (graficaInvRecaman 17) dibuja

y (graficaInvRecaman 100) dibuja

Soluciones

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución
-- ===========

sucRecaman1 :: [Int]
sucRecaman1 = map suc1 [0..]

suc1 :: Int -> Int
suc1 0 = 0
suc1 n | y > n && y - n `notElem` ys = y - n
       | otherwise                   = y + n
  where y  = suc1 (n - 1)
        ys = [suc1 k | k <- [0..n - 1]]

-- 2ª solución
-- ===========

sucRecaman2 :: [Int]
sucRecaman2 = 0:zipWith3 f sucRecaman2 [1..] (repeat sucRecaman2)
  where f y n ys | y > n && y - n `notElem` take n ys = y - n
                 | otherwise                          = y + n

-- 3ª solución
-- ===========

sucRecaman3 :: [Int]
sucRecaman3 = 0 : recaman (S.singleton 0) 1 0

recaman :: S.Set Int -> Int -> Int -> [Int]
recaman s n x
  | x > n && (x-n) `S.notMember` s =
    (x-n) : recaman (S.insert (x-n) s) (n+1) (x-n)
  | otherwise =
    (x+n):recaman (S.insert (x+n) s) (n+1) (x+n) 

-- Comparación de eficiencia:
--    λ> sucRecaman1 !! 25
--    17
--    (3.76 secs, 2,394,593,952 bytes)
--    λ> sucRecaman2 !! 25
--    17
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> sucRecaman3 !! 25
--    17
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--
--    λ> sucRecaman2 !! (2*10^4)
--    14358
--    (2.69 secs, 6,927,559,784 bytes)
--    λ> sucRecaman3 !! (2*10^4)
--    14358
--    (0.04 secs, 0 bytes)

-- Definición de invRecaman
invRecaman :: Int -> Int
invRecaman n =
  length (takeWhile (/=n) sucRecaman3)

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()
graficaSucRecaman n =
  plotList [Key Nothing]
           (take n sucRecaman3)

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()
graficaInvRecaman n =
  plotList [Key Nothing]
           [invRecaman k | k <- [0..n]]

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución

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

sucRecaman1 :: [Int]

sucRecaman1 = map suc1 [0..]

suc1 :: Int -> Int

suc1 0 = 0

suc1 n | y > n && y - n `notElem` ys = y - n

| otherwise = y + n

where y = suc1 (n - 1)

ys = [suc1 k | k <- [0..n - 1]]

-- 2ª solución

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

sucRecaman2 :: [Int]

sucRecaman2 = 0:zipWith3 f sucRecaman2 [1..] (repeat sucRecaman2)

where f y n ys | y > n && y - n `notElem` take n ys = y - n

| otherwise = y + n

-- 3ª solución

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

sucRecaman3 :: [Int]

sucRecaman3 = 0 : recaman (S.singleton 0) 1 0

recaman :: S.Set Int -> Int -> Int -> [Int]

recaman s n x

| x > n && (x-n) `S.notMember` s =

(x-n) : recaman (S.insert (x-n) s) (n+1) (x-n)

| otherwise =

(x+n):recaman (S.insert (x+n) s) (n+1) (x+n)

-- Comparación de eficiencia:

-- λ> sucRecaman1 !! 25

-- 17

-- (3.76 secs, 2,394,593,952 bytes)

-- λ> sucRecaman2 !! 25

-- 17

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> sucRecaman3 !! 25

-- 17

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> sucRecaman2 !! (2*10^4)

-- 14358

-- (2.69 secs, 6,927,559,784 bytes)

-- λ> sucRecaman3 !! (2*10^4)

-- 14358

-- (0.04 secs, 0 bytes)

-- Definición de invRecaman

invRecaman :: Int -> Int

invRecaman n =

length (takeWhile (/=n) sucRecaman3)

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()

graficaSucRecaman n =

plotList [Key Nothing]

(take n sucRecaman3)

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

graficaInvRecaman n =

plotList [Key Nothing]

[invRecaman k | k <- [0..n]]

Problema de las jarras

PorJosé A. Alonso 10-mayo-201817-mayo-2018

En el problema de las jarras (A,B,C) se tienen dos jarras sin marcas de medición, una de A litros de capacidad y otra de B. También se dispone de una bomba que permite llenar las jarras de agua.

El problema de las jarras (A,B,C) consiste en determinar cómo se puede lograr tener exactamente C litros de agua en alguna de las dos jarras.

Definir la función

   jarras :: (Int,Int,Int) -> Maybe [(Int,Int)]

1	jarras :: (Int,Int,Int) -> Maybe [(Int,Int)]

tal (jarras (a,b,c)) es una solución del problema de las jarras (a,b,c) con el mínimo número de movimientos, si el problema tiene solución y Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

   λ> jarras (5,3,4)
   Just [(0,0),(5,0),(2,3),(2,0),(0,2),(5,2),(4,3)]

1 2	λ> jarras (5,3,4) Just [(0,0),(5,0),(2,3),(2,0),(0,2),(5,2),(4,3)]

La interpretación de la solución anterior es

   (0,0) se inicia con las dos jarras vacías,
   (5,0) se llena la jarra de 5 con el grifo,
   (2,3) se llena la de 3 con la de 5,
   (2,0) se vacía la de 3,
   (0,2) se pasa el contenido de la primera a la segunda,
   (5,2) se llena la primera con el grifo,
   (4,3) se llena la segunda con la primera.

(0,0) se inicia con las dos jarras vacías,

(5,0) se llena la jarra de 5 con el grifo,

(2,3) se llena la de 3 con la de 5,

(2,0) se vacía la de 3,

(0,2) se pasa el contenido de la primera a la segunda,

(5,2) se llena la primera con el grifo,

(4,3) se llena la segunda con la primera.

Otros ejemplos:

   λ> jarras (3,5,4)
   Just [(0,0),(0,5),(3,2),(0,2),(2,0),(2,5),(3,4)]
   λ> jarras (15,10,5)
   Just [(0,0),(15,0),(5,10)]
   λ> jarras (15,10,4)
   Nothing
   λ> length <$> jarras (181,179,100)
   Just 199

λ> jarras (3,5,4)

Just [(0,0),(0,5),(3,2),(0,2),(2,0),(2,5),(3,4)]

λ> jarras (15,10,5)

Just [(0,0),(15,0),(5,10)]

λ> jarras (15,10,4)

Nothing

λ> length <$> jarras (181,179,100)

Just 199

Soluciones

import Data.Maybe (listToMaybe, isJust)

-- Para simplificar la notación se definen los tipos Problema y Estado
-- como sigue.

-- Un problema es una terna de números. El primero es la capacidad de la
-- primera jarra, el segundo el de la segunda y el tercero es el número
-- de litros que hay que obtener.
type Problema = (Int,Int,Int)

-- Un estado es un par de números. El primero es el contenido de la
-- jarra de A litros y el segundo el de la de B litros.  
type Estado = (Int,Int)

jarras :: Problema -> Maybe [Estado]
jarras p | null ns   = Nothing
         | otherwise = Just (head ns)
  where ns = soluciones p

-- (soluciones p) es la lista de soluciones del problema p. Por ejemplo, 
--    λ> take 2 (soluciones (15,10,5))
--    [[(0,0),(15,0),(5,10)],[(0,0),(0,10),(15,10),(15,0),(5,10)]]
--    λ> length (soluciones (15,10,5))
--    6
--    λ> soluciones (15,10,4)
--    []
soluciones :: Problema -> [[Estado]]
soluciones p = busca [[inicial]]
  where
    busca []        = []
    busca ((e:es):ns)  
      | esFinal p e = (reverse (e:es)) : busca ns
      | otherwise   = busca (ns ++ [e1:e:es | e1 <- sucesores p e
                                            , e1 `notElem` es])

-- inicial es el estado inicial
inicial :: Estado
inicial = (0,0)

-- (esFinal p e) es verifica si e es un estado final del problema de las
-- jarras p. Por ejemplo,
--    esFinal (5,4,3) (3,2)  ==  True
--    esFinal (5,4,3) (2,3)  ==  True
--    esFinal (5,4,1) (2,3)  ==  False
esFinal :: Problema -> Estado -> Bool
esFinal (_,_,c) (x,y) = x == c || y == c

-- (sucesores p e) es la lista de los sucesores del estado e. Por
-- ejemplo, 
--    λ> sucesores (7,4,3) (1,2)
--    [(7,2),(1,4),(0,2),(1,0),(3,0),(0,3)]
--    λ> sucesores (7,4,3) (6,3)
--    [(7,3),(6,4),(0,3),(6,0),(7,2),(5,4)]
sucesores :: Problema -> Estado -> [Estado]
sucesores (a,b,_) (x,y) =
    [(a,y) | x < a] ++
    [(x,b) | y < b] ++
    [(0,y) | x > 0] ++
    [(x,0) | y > 0] ++
    [(a,y-(a-x)) | x < a, y > a - x] ++
    [(x-(b-y),b) | y < b, x > b - y] ++
    [(x+y,0) | y > 0, x + y <= a] ++ 
    [(0,x+y) | x > 0, x + y <= b]

-- La definición de jarras se puede simplificar usando listToMaybe
jarras2 :: Problema -> Maybe [Estado]
jarras2 p = listToMaybe (soluciones p)

import Data.Maybe (listToMaybe, isJust)

-- Para simplificar la notación se definen los tipos Problema y Estado

-- como sigue.

-- Un problema es una terna de números. El primero es la capacidad de la

-- primera jarra, el segundo el de la segunda y el tercero es el número

-- de litros que hay que obtener.

type Problema = (Int,Int,Int)

-- Un estado es un par de números. El primero es el contenido de la

-- jarra de A litros y el segundo el de la de B litros.

type Estado = (Int,Int)

jarras :: Problema -> Maybe [Estado]

jarras p | null ns = Nothing

| otherwise = Just (head ns)

where ns = soluciones p

-- (soluciones p) es la lista de soluciones del problema p. Por ejemplo,

-- λ> take 2 (soluciones (15,10,5))

-- [[(0,0),(15,0),(5,10)],[(0,0),(0,10),(15,10),(15,0),(5,10)]]

-- λ> length (soluciones (15,10,5))

-- 6

-- λ> soluciones (15,10,4)

-- []

soluciones :: Problema -> [[Estado]]

soluciones p = busca [[inicial]]

where

busca [] = []

busca ((e:es):ns)

| esFinal p e = (reverse (e:es)) : busca ns

| otherwise = busca (ns ++ [e1:e:es | e1 <- sucesores p e

, e1 `notElem` es])

-- inicial es el estado inicial

inicial :: Estado

inicial = (0,0)

-- (esFinal p e) es verifica si e es un estado final del problema de las

-- jarras p. Por ejemplo,

-- esFinal (5,4,3) (3,2) == True

-- esFinal (5,4,3) (2,3) == True

-- esFinal (5,4,1) (2,3) == False

esFinal :: Problema -> Estado -> Bool

esFinal (_,_,c) (x,y) = x == c || y == c

-- (sucesores p e) es la lista de los sucesores del estado e. Por

-- ejemplo,

-- λ> sucesores (7,4,3) (1,2)

-- [(7,2),(1,4),(0,2),(1,0),(3,0),(0,3)]

-- λ> sucesores (7,4,3) (6,3)

-- [(7,3),(6,4),(0,3),(6,0),(7,2),(5,4)]

sucesores :: Problema -> Estado -> [Estado]

sucesores (a,b,_) (x,y) =

[(a,y) | x < a] ++

[(x,b) | y < b] ++

[(0,y) | x > 0] ++

[(x,0) | y > 0] ++

[(a,y-(a-x)) | x < a, y > a - x] ++

[(x-(b-y),b) | y < b, x > b - y] ++

[(x+y,0) | y > 0, x + y <= a] ++

[(0,x+y) | x > 0, x + y <= b]

-- La definición de jarras se puede simplificar usando listToMaybe

jarras2 :: Problema -> Maybe [Estado]

jarras2 p = listToMaybe (soluciones p)

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