map – Página 4 – Exercitium

Intercambio de la primera y última columna de una matriz

PorJosé A. Alonso 17-diciembre-201824-diciembre-2018

Las matrices se pueden representar mediante listas de listas. Por ejemplo, la matriz

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

8 9 7 6

4 7 6 5

3 2 1 8

se puede representar por la lista

   [[8,9,7,6],[4,7,6,5],[3,2,1,8]]

1	[[8,9,7,6],[4,7,6,5],[3,2,1,8]]

Definir la función

   intercambia :: [[a]] -> [[a]]

1	intercambia :: [[a]] -> [[a]]

tal que (intercambia xss) es la matriz obtenida intercambiando la primera y la última columna de xss. Por ejemplo,

   λ> intercambia [[8,9,7,6],[4,7,6,5],[3,2,1,8]]
   [[6,9,7,8],[5,7,6,4],[8,2,1,3]]

1 2	λ> intercambia [[8,9,7,6],[4,7,6,5],[3,2,1,8]] [[6,9,7,8],[5,7,6,4],[8,2,1,3]]

Soluciones

intercambia :: [[a]] -> [[a]]
intercambia = map intercambiaL

-- (intercambiaL xs) es la lista obtenida intercambiando el primero y el
-- último elemento de xs. Por ejemplo,
--    intercambiaL [8,9,7,6]  ==  [6,9,7,8]
intercambiaL :: [a] -> [a]
intercambiaL xs =
  last xs : tail (init xs) ++ [head xs]

intercambia :: [[a]] -> [[a]]

intercambia = map intercambiaL

-- (intercambiaL xs) es la lista obtenida intercambiando el primero y el

-- último elemento de xs. Por ejemplo,

-- intercambiaL [8,9,7,6] == [6,9,7,8]

intercambiaL :: [a] -> [a]

intercambiaL xs =

last xs : tail (init xs) ++ [head xs]

Pensamiento

«¡Que difícil es,
cuando todo baja
no bajar también!»

Antonio Machado

Superación de límites

PorJosé A. Alonso 14-diciembre-201821-diciembre-2018

Una sucesión de puntuaciones se puede representar mediante una lista de números. Por ejemplo, [7,5,9,9,4,5,4,2,5,9,12,1]. En la lista anterior, los puntos en donde se alcanzan un nuevo máximo son 7, 9 y 12 (porque son mayores que todos sus anteriores) y en donde se alcanzan un nuevo mínimo son 7, 5, 4, 2 y 1 (porque son menores que todos sus anteriores). Por tanto, el máximo se ha superado 2 veces y el mínimo 4 veces.

Definir las funciones

   nuevosMaximos :: [Int] -> [Int]
   nuevosMinimos :: [Int] -> [Int]
   nRupturas     :: [Int] -> (Int,Int)

nuevosMaximos :: [Int] -> [Int]

nuevosMinimos :: [Int] -> [Int]

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

tales que

(nuevosMaximos xs) es la lista de los nuevos máximos de xs. Por ejemplo,

     nuevosMaximos [7,5,9,9,4,5,4,2,5,9,12,1]  ==  [7,9,12]

1	nuevosMaximos [7,5,9,9,4,5,4,2,5,9,12,1] == [7,9,12]

(nuevosMinimos xs) es la lista de los nuevos mínimos de xs. Por ejemplo,

     nuevosMinimos [7,5,9,9,4,5,4,2,5,9,12,1]  ==  [7,5,4,2,1]

1	nuevosMinimos [7,5,9,9,4,5,4,2,5,9,12,1] == [7,5,4,2,1]

(nRupturas xs) es el par formado por el número de veces que se supera el máximo y el número de veces que se supera el mínimo en xs. Por ejemplo,

     nRupturas [7,5,9,9,4,5,4,2,5,9,12,1]  ==  (2,4)

1	nRupturas [7,5,9,9,4,5,4,2,5,9,12,1] == (2,4)

Soluciones

import Data.List (group, inits)

nuevosMaximos :: [Int] -> [Int]
nuevosMaximos xs = map head (group (map maximum xss))
  where xss = tail (inits xs)

nuevosMinimos :: [Int] -> [Int]
nuevosMinimos xs = map head (group (map minimum xss))
  where xss = tail (inits xs)

nRupturas :: [Int] -> (Int,Int)
nRupturas [] = (0,0)
nRupturas xs =
  ( length (nuevosMaximos xs) - 1
  , length (nuevosMinimos xs) - 1)

import Data.List (group, inits)

nuevosMaximos :: [Int] -> [Int]

nuevosMaximos xs = map head (group (map maximum xss))

where xss = tail (inits xs)

nuevosMinimos :: [Int] -> [Int]

nuevosMinimos xs = map head (group (map minimum xss))

where xss = tail (inits xs)

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

nRupturas [] = (0,0)

nRupturas xs =

( length (nuevosMaximos xs) - 1

, length (nuevosMinimos xs) - 1)

Pensamiento

«Todo necio confunde valor y precio.» ~ Antonio Machado.

Expresiones aritméticas generales

PorJosé A. Alonso 13-diciembre-201825-marzo-2022

Las expresiones aritméticas. generales se contruyen con las sumas generales (sumatorios) y productos generales (productorios). Su tipo es

   data Expresion = N Int
                  | S [Expresion]
                  | P [Expresion]
     deriving Show

data Expresion = N Int

| S [Expresion]

| P [Expresion]

deriving Show

Por ejemplo, la expresión (2 * (1 + 2 + 1) * (2 + 3)) + 1 se representa por S [P [N 2, S [N 1, N 2, N 1], S [N 2, N 3]], N 1]

Definir la función

   valor :: Expresion -> Int

1	valor :: Expresion -> Int

tal que (valor e) es el valor de la expresión e. Por ejemplo,

   λ> valor (S [P [N 2, S [N 1, N 2, N 1], S [N 2, N 3]], N 1])
   41

1 2	λ> valor (S [P [N 2, S [N 1, N 2, N 1], S [N 2, N 3]], N 1]) 41

Soluciones

data Expresion = N Int
               | S [Expresion]
               | P [Expresion]
  deriving Show

valor :: Expresion -> Int
valor (N x)  = x
valor (S es) = sum (map valor es)
valor (P es) = product (map valor es)

data Expresion = N Int

| S [Expresion]

| P [Expresion]

deriving Show

valor :: Expresion -> Int

valor (N x) = x

valor (S es) = sum (map valor es)

valor (P es) = product (map valor es)

Pensamiento

Vivir es devorar tiempo, esperar; y por muy trascendente que quiera ser nuestra espera, siempre será espera de seguir esperando.

Antonio Machado

Elemento del árbol binario completo según su posición

PorJosé A. Alonso 6-diciembre-201817-enero-2019

Un árbol binario completo es un árbol binario que tiene todos los nodos posibles hasta el penúltimo nivel, y donde los elementos del último nivel están colocados de izquierda a derecha sin dejar huecos entre ellos.

La numeración de los árboles binarios completos se realiza a partir de la raíz, recorriendo los niveles de izquierda a derecha. Por ejemplo,

                  1
                 /  \
                /    \
               /      \
              2        3
             / \      / \
            4   5    6   7
           / \ 
          8   9

/ \

2 3

/ \ / \

4 5 6 7

/ \

8 9

Los árboles binarios se puede representar mediante el siguiente tipo

   data Arbol = H
              | N Integer Arbol Arbol
     deriving (Show, Eq)

data Arbol = H

| N Integer Arbol Arbol

deriving (Show, Eq)

Cada posición de un elemento de un árbol es una lista de movimientos hacia la izquierda o hacia la derecha. Por ejemplo, la posición de 9 en al árbol anterior es [I,I,D].

Los tipos de los movimientos y de las posiciones se definen por

   data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)
   type Posicion   = [Movimiento]

1 2	data Movimiento = I \| D deriving (Show, Eq) type Posicion = [Movimiento]

Definir la función

   elementoEnPosicion :: Posicion -> Integer

1	elementoEnPosicion :: Posicion -> Integer

tal que (elementoEnPosicion ms) es el elemento en la posición ms. Por ejemplo,

   elementoEnPosicion [D,I]    ==  6
   elementoEnPosicion [D,D]    ==  7
   elementoEnPosicion [I,I,D]  ==  9
   elementoEnPosicion []       ==  1

elementoEnPosicion [D,I] == 6

elementoEnPosicion [D,D] == 7

elementoEnPosicion [I,I,D] == 9

elementoEnPosicion [] == 1

Soluciones

import Test.QuickCheck

data Arbol = H
           | N Integer Arbol Arbol
  deriving (Eq, Show)

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución
-- ===========

elementoEnPosicion :: Posicion -> Integer
elementoEnPosicion ms =
  aux ms (arbolBinarioCompleto (2^(1 + length ms)))
  where aux []     (N x _ _) = x
        aux (I:ms) (N _ i _) = aux ms i
        aux (D:ms) (N _ _ d) = aux ms d

-- (arbolBinarioCompleto n) es el árbol binario completo con n
-- nodos. Por ejemplo, 
--    λ> arbolBinarioCompleto 4
--    N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H)
--    λ> pPrint (arbolBinarioCompleto 9)
--    N 1
--      (N 2
--         (N 4
--            (N 8 H H)
--            (N 9 H H))
--         (N 5 H H))
--      (N 3
--         (N 6 H H)
--         (N 7 H H))
arbolBinarioCompleto :: Integer -> Arbol
arbolBinarioCompleto n = aux 1
  where aux i | i <= n    = N i (aux (2*i)) (aux (2*i+1))
              | otherwise = H

-- 2ª solución
-- ===========

elementoEnPosicion2 :: Posicion -> Integer
elementoEnPosicion2 = aux . reverse
  where aux []     = 1
        aux (I:ms) = 2 * aux ms
        aux (D:ms) = 2 * aux ms + 1

-- Equivalencia
-- ============

-- La propiedad es
prop_elementoEnPosicion_equiv :: Positive Integer -> Bool
prop_elementoEnPosicion_equiv (Positive n) =
  elementoEnPosicion  ps == n &&
  elementoEnPosicion2 ps == n 
  where ps = posicionDeElemento n

-- tal que (posicionDeElemento n) es la posición del elemento n en el
-- árbol binario completo. Por ejemplo,
--    posicionDeElemento 6  ==  [D,I]
--    posicionDeElemento 7  ==  [D,D]
--    posicionDeElemento 9  ==  [I,I,D]
--    posicionDeElemento 1  ==  []
posicionDeElemento :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento n =
  [f x | x <- tail (reverse (binario n))]
  where f 0 = I
        f 1 = D

-- (binario n) es la lista de los dígitos de la representación binaria
-- de n. Por ejemplo,
--    binario 11  ==  [1,1,0,1]
binario :: Integer -> [Integer]
binario n
  | n < 2     = [n]
  | otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_elementoEnPosicion_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

--    λ> length (show (elementoEnPosicion (replicate (3*10^5) D)))
--    90310
--    (1.96 secs, 11,518,771,016 bytes)
--    λ> length (show (elementoEnPosicion2 (replicate (3*10^5) D)))
--    90310
--    (14.32 secs, 11,508,181,176 bytes)

import Test.QuickCheck

data Arbol = H

| N Integer Arbol Arbol

deriving (Eq, Show)

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución

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

elementoEnPosicion :: Posicion -> Integer

elementoEnPosicion ms =

aux ms (arbolBinarioCompleto (2^(1 + length ms)))

where aux [] (N x _ _) = x

aux (I:ms) (N _ i _) = aux ms i

aux (D:ms) (N _ _ d) = aux ms d

-- (arbolBinarioCompleto n) es el árbol binario completo con n

-- nodos. Por ejemplo,

-- λ> arbolBinarioCompleto 4

-- N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H)

-- λ> pPrint (arbolBinarioCompleto 9)

-- N 1

-- (N 2

-- (N 4

-- (N 8 H H)

-- (N 9 H H))

-- (N 5 H H))

-- (N 3

-- (N 6 H H)

-- (N 7 H H))

arbolBinarioCompleto :: Integer -> Arbol

arbolBinarioCompleto n = aux 1

where aux i | i <= n = N i (aux (2*i)) (aux (2*i+1))

| otherwise = H

-- 2ª solución

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

elementoEnPosicion2 :: Posicion -> Integer

elementoEnPosicion2 = aux . reverse

where aux [] = 1

aux (I:ms) = 2 * aux ms

aux (D:ms) = 2 * aux ms + 1

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_elementoEnPosicion_equiv :: Positive Integer -> Bool

prop_elementoEnPosicion_equiv (Positive n) =

elementoEnPosicion ps == n &&

elementoEnPosicion2 ps == n

where ps = posicionDeElemento n

-- tal que (posicionDeElemento n) es la posición del elemento n en el

-- árbol binario completo. Por ejemplo,

-- posicionDeElemento 6 == [D,I]

-- posicionDeElemento 7 == [D,D]

-- posicionDeElemento 9 == [I,I,D]

-- posicionDeElemento 1 == []

posicionDeElemento :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento n =

[f x | x <- tail (reverse (binario n))]

where f 0 = I

f 1 = D

-- (binario n) es la lista de los dígitos de la representación binaria

-- de n. Por ejemplo,

-- binario 11 == [1,1,0,1]

binario :: Integer -> [Integer]

binario n

| n < 2 = [n]

| otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_elementoEnPosicion_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (show (elementoEnPosicion (replicate (3*10^5) D)))

-- 90310

-- (1.96 secs, 11,518,771,016 bytes)

-- λ> length (show (elementoEnPosicion2 (replicate (3*10^5) D)))

-- 90310

-- (14.32 secs, 11,508,181,176 bytes)

Pensamiento

Las más hondas palabras
del sabio nos enseñan
lo que el silbar del viento cuando sopla
o el sonar de las aguas cuando ruedan.

Antonio Machado

Posiciones en árboles binarios completos

PorJosé A. Alonso 5-diciembre-201819-enero-2019

La numeración de los árboles binarios completos se realiza a partir de la raíz, recorriendo los niveles de izquierda a derecha. Por ejemplo,

                  1
                 /  \
                /    \
               /      \
              2        3
             / \      / \
            4   5    6   7
           / \    
          8   9

/ \

2 3

/ \ / \

4 5 6 7

/ \

8 9

Los árboles binarios se puede representar mediante el siguiente tipo

   data Arbol = H
              | N Integer Arbol Arbol
     deriving (Show, Eq)

data Arbol = H

| N Integer Arbol Arbol

deriving (Show, Eq)

Cada posición de un elemento de un árbol es una lista de movimientos hacia la izquierda o hacia la derecha. Por ejemplo, la posición de 9 en al árbol anterior es [I,I,D].

Los tipos de los movimientos y de las posiciones se definen por

   data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)
   type Posicion   = [Movimiento]

1 2	data Movimiento = I \| D deriving (Show, Eq) type Posicion = [Movimiento]

Definir la función

   posicionDeElemento :: Integer -> Posicion

1	posicionDeElemento :: Integer -> Posicion

tal que (posicionDeElemento n) es la posición del elemento n en el árbol binario completo. Por ejemplo,

   posicionDeElemento 6  ==  [D,I]
   posicionDeElemento 7  ==  [D,D]
   posicionDeElemento 9  ==  [I,I,D]
   posicionDeElemento 1  ==  []

   length (posicionDeElemento (10^50000))  ==  166096

posicionDeElemento 6 == [D,I]

posicionDeElemento 7 == [D,D]

posicionDeElemento 9 == [I,I,D]

posicionDeElemento 1 == []

length (posicionDeElemento (10^50000)) == 166096

Soluciones

import Test.QuickCheck

data Arbol = H
           | N Integer Arbol Arbol
  deriving (Eq, Show)

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución
-- ===========

posicionDeElemento :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento n =
  head (posiciones n (arbolBinarioCompleto n))

-- (arbolBinarioCompleto n) es el árbol binario completo con n
-- nodos. Por ejemplo, 
--    λ> arbolBinarioCompleto 4
--    N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H)
--    λ> pPrint (arbolBinarioCompleto 9)
--    N 1
--      (N 2
--         (N 4
--            (N 8 H H)
--            (N 9 H H))
--         (N 5 H H))
--      (N 3
--         (N 6 H H)
--         (N 7 H H))
arbolBinarioCompleto :: Integer -> Arbol
arbolBinarioCompleto n = aux 1
  where aux i | i <= n    = N i (aux (2*i)) (aux (2*i+1))
              | otherwise = H

-- (posiciones n a) es la lista de las posiciones del elemento n
-- en el árbol a. Por ejemplo,
--    posiciones 9 (arbolBinarioCompleto 9)  ==  [[I,I,D]]
posiciones :: Integer -> Arbol -> [Posicion]
posiciones n a = aux n a [[]]
  where aux _ H _                      = []
        aux n (N x i d) cs | x == n    = cs ++ ps
                           | otherwise = ps
          where ps = map (I:) (aux n i cs) ++
                     map (D:) (aux n d cs)

-- 2ª solución
-- ===========

posicionDeElemento2 :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento2 1 = []
posicionDeElemento2 n
  | even n    = posicionDeElemento2 (n `div` 2) ++ [I]
  | otherwise = posicionDeElemento2 (n `div` 2) ++ [D]

-- 3ª solución
-- ===========

posicionDeElemento3 :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento3 = reverse . aux
  where aux 1 = []
        aux n | even n    = I : aux (n `div` 2) 
              | otherwise = D : aux (n `div` 2) 

-- 4ª solución
-- ===========

posicionDeElemento4 :: Integer -> Posicion
posicionDeElemento4 n =
  [f x | x <- tail (reverse (binario n))]
  where f 0 = I
        f 1 = D

-- (binario n) es la lista de los dígitos de la representación binaria
-- de n. Por ejemplo,
--    binario 11  ==  [1,1,0,1]
binario :: Integer -> [Integer]
binario n
  | n < 2     = [n]
  | otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

-- Equivalencia
-- ============

-- La propiedad es
prop_posicionDeElemento_equiv :: Positive Integer -> Bool
prop_posicionDeElemento_equiv (Positive n) =
  posicionDeElemento n == posicionDeElemento2 n &&
  posicionDeElemento n == posicionDeElemento3 n &&
  posicionDeElemento n == posicionDeElemento4 n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_posicionDeElemento_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

--    λ> posicionDeElemento (10^7)
--    [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]
--    (5.72 secs, 3,274,535,328 bytes)
--    λ> posicionDeElemento2 (10^7)
--    [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]
--    (0.01 secs, 189,560 bytes)
--    λ> posicionDeElemento3 (10^7)
--    [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]
--    (0.01 secs, 180,728 bytes)
--    λ> posicionDeElemento4 (10^7)
--    [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]
--    (0.01 secs, 184,224 bytes)
--    
--    λ> length (posicionDeElemento2 (10^4000))
--    13287
--    (2.80 secs, 7,672,011,280 bytes)
--    λ> length (posicionDeElemento3 (10^4000))
--    13287
--    (0.03 secs, 19,828,744 bytes)
--    λ> length (posicionDeElemento4 (10^4000))
--    13287
--    (0.03 secs, 18,231,536 bytes)
--    
--    λ> length (posicionDeElemento3 (10^50000))
--    166096
--    (1.34 secs, 1,832,738,136 bytes)
--    λ> length (posicionDeElemento4 (10^50000))
--    166096
--    (1.70 secs, 1,812,806,080 bytes)

100

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import Test.QuickCheck

data Arbol = H

| N Integer Arbol Arbol

deriving (Eq, Show)

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución

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

posicionDeElemento :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento n =

head (posiciones n (arbolBinarioCompleto n))

-- (arbolBinarioCompleto n) es el árbol binario completo con n

-- nodos. Por ejemplo,

-- λ> arbolBinarioCompleto 4

-- N 1 (N 2 (N 4 H H) H) (N 3 H H)

-- λ> pPrint (arbolBinarioCompleto 9)

-- N 1

-- (N 2

-- (N 4

-- (N 8 H H)

-- (N 9 H H))

-- (N 5 H H))

-- (N 3

-- (N 6 H H)

-- (N 7 H H))

arbolBinarioCompleto :: Integer -> Arbol

arbolBinarioCompleto n = aux 1

where aux i | i <= n = N i (aux (2*i)) (aux (2*i+1))

| otherwise = H

-- (posiciones n a) es la lista de las posiciones del elemento n

-- en el árbol a. Por ejemplo,

-- posiciones 9 (arbolBinarioCompleto 9) == [[I,I,D]]

posiciones :: Integer -> Arbol -> [Posicion]

posiciones n a = aux n a [[]]

where aux _ H _ = []

aux n (N x i d) cs | x == n = cs ++ ps

| otherwise = ps

where ps = map (I:) (aux n i cs) ++

map (D:) (aux n d cs)

-- 2ª solución

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

posicionDeElemento2 :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento2 1 = []

posicionDeElemento2 n

| even n = posicionDeElemento2 (n `div` 2) ++ [I]

| otherwise = posicionDeElemento2 (n `div` 2) ++ [D]

-- 3ª solución

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

posicionDeElemento3 :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento3 = reverse . aux

where aux 1 = []

aux n | even n = I : aux (n `div` 2)

| otherwise = D : aux (n `div` 2)

-- 4ª solución

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

posicionDeElemento4 :: Integer -> Posicion

posicionDeElemento4 n =

[f x | x <- tail (reverse (binario n))]

where f 0 = I

f 1 = D

-- (binario n) es la lista de los dígitos de la representación binaria

-- de n. Por ejemplo,

-- binario 11 == [1,1,0,1]

binario :: Integer -> [Integer]

binario n

| n < 2 = [n]

| otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_posicionDeElemento_equiv :: Positive Integer -> Bool

prop_posicionDeElemento_equiv (Positive n) =

posicionDeElemento n == posicionDeElemento2 n &&

posicionDeElemento n == posicionDeElemento3 n &&

posicionDeElemento n == posicionDeElemento4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_posicionDeElemento_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> posicionDeElemento (10^7)

-- [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]

-- (5.72 secs, 3,274,535,328 bytes)

-- λ> posicionDeElemento2 (10^7)

-- [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]

-- (0.01 secs, 189,560 bytes)

-- λ> posicionDeElemento3 (10^7)

-- [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]

-- (0.01 secs, 180,728 bytes)

-- λ> posicionDeElemento4 (10^7)

-- [I,I,D,D,I,I,I,D,I,I,D,I,D,D,I,D,I,I,I,I,I,I,I]

-- (0.01 secs, 184,224 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento2 (10^4000))

-- 13287

-- (2.80 secs, 7,672,011,280 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento3 (10^4000))

-- 13287

-- (0.03 secs, 19,828,744 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento4 (10^4000))

-- 13287

-- (0.03 secs, 18,231,536 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento3 (10^50000))

-- 166096

-- (1.34 secs, 1,832,738,136 bytes)

-- λ> length (posicionDeElemento4 (10^50000))

-- 166096

-- (1.70 secs, 1,812,806,080 bytes)

Pensamiento

El ojo que ves no es
ojo porque tú lo veas;
es ojo porque te ve.

Antonio Machado

Posiciones en árboles binarios

PorJosé A. Alonso 4-diciembre-201819-enero-2019

Los árboles binarios con datos en los nodos se definen por

   data Arbol a = H
                | N a (Arbol a) (Arbol a)
     deriving (Eq, Show)

data Arbol a = H

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, el árbol

          3
         / \
        /   \
       0     5
      / \   / \
     5   0 0   3
    / \
   2   4

/ \

0 5

/ \ / \

5 0 0 3

/ \

2 4

se representa por

   ejArbol :: Arbol Int
   ejArbol = N 3
               (N 0
                  (N 5
                     (N 2 H H)
                     (N 4 H H))
                  (N 0 H H))
               (N 5
                  (N 0 H H)
                  (N 3 H H))

ejArbol :: Arbol Int

ejArbol = N 3

(N 0

(N 5

(N 2 H H)

(N 4 H H))

(N 0 H H))

(N 5

(N 0 H H)

(N 3 H H))

Cada posición de un elemento de un árbol es una lista de movimientos hacia la izquierda o hacia la derecha. Por ejemplo, la posición de 4 en al árbol anterior es [I,I,D].

Los tipos de los movimientos y de las posiciones se definen por

   data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)
   type Posicion   = [Movimiento]

1 2	data Movimiento = I \| D deriving (Show, Eq) type Posicion = [Movimiento]

Definir la función

   posiciones :: Eq b => b -> Arbol b -> [Posicion]

1	posiciones :: Eq b => b -> Arbol b -> [Posicion]

tal que (posiciones n a) es la lista de las posiciones del elemento n en el árbol a. Por ejemplo,

   posiciones 0 ejArbol  ==  [[I],[I,D],[D,I]]
   posiciones 2 ejArbol  ==  [[I,I,I]]
   posiciones 3 ejArbol  ==  [[],[D,D]]
   posiciones 4 ejArbol  ==  [[I,I,D]]
   posiciones 5 ejArbol  ==  [[I,I],[D]]
   posiciones 1 ejArbol  ==  []

posiciones 0 ejArbol == [[I],[I,D],[D,I]]

posiciones 2 ejArbol == [[I,I,I]]

posiciones 3 ejArbol == [[],[D,D]]

posiciones 4 ejArbol == [[I,I,D]]

posiciones 5 ejArbol == [[I,I],[D]]

posiciones 1 ejArbol == []

Soluciones

data Arbol a = H
             | N a (Arbol a) (Arbol a)
  deriving (Eq, Show)

ejArbol :: Arbol Int
ejArbol = N 3
            (N 0
               (N 5
                  (N 2 H H)
                  (N 4 H H))
               (N 0 H H))
            (N 5
               (N 0 H H)
               (N 3 H H))

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución
-- ===========

posiciones :: Eq b => b -> Arbol b -> [Posicion]
posiciones n a = aux n a [[]]
  where aux _ H _                      = []
        aux n (N x i d) cs | x == n    = cs ++
                                         [I:xs | xs <- aux n i cs] ++
                                         [D:xs | xs <- aux n d cs]
                           | otherwise = [I:xs | xs <- aux n i cs] ++
                                         [D:xs | xs <- aux n d cs]
                   
-- 2ª solución
-- ===========

posiciones2 :: Eq b => b -> Arbol b -> [Posicion]
posiciones2 n a = aux n a [[]]
  where aux _ H _                      = []
        aux n (N x i d) cs | x == n    = cs ++ ps
                           | otherwise = ps
          where ps = [I:xs | xs <- aux n i cs] ++
                     [D:xs | xs <- aux n d cs]

-- 3ª solución
-- ===========

posiciones3 :: Eq b => b -> Arbol b -> [Posicion]
posiciones3 n a = aux n a [[]]
  where aux _ H _                      = []
        aux n (N x i d) cs | x == n    = cs ++ ps
                           | otherwise = ps
          where ps = map (I:) (aux n i cs) ++
                     map (D:) (aux n d cs)

-- Equivalencia
-- ============

-- Generador de árboles
instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where
  arbitrary = sized genArbol

genArbol :: (Arbitrary a, Integral a1) => a1 -> Gen (Arbol a)
genArbol 0         = return H 
genArbol n | n > 0 = N <$> arbitrary <*> subarbol <*> subarbol
  where subarbol = genArbol (div n 2)

-- La propiedad es
prop_posiciones_equiv :: Arbol Int -> Bool
prop_posiciones_equiv a =
  and [posiciones n a == posiciones2 n a | n <- xs] &&
  and [posiciones n a == posiciones3 n a | n <- xs]  
  where xs = take 3 (elementos a)

-- (elementos a) son los elementos del árbol a. Por ejemplo,
--    elementos ejArbol  ==  [3,0,5,2,4]
elementos :: Eq b => Arbol b -> [b]
elementos H         = []
elementos (N x i d) = nub (x : elementos i ++ elementos d)

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_posiciones_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.

data Arbol a = H

| N a (Arbol a) (Arbol a)

deriving (Eq, Show)

ejArbol :: Arbol Int

ejArbol = N 3

(N 0

(N 5

(N 2 H H)

(N 4 H H))

(N 0 H H))

(N 5

(N 0 H H)

(N 3 H H))

data Movimiento = I | D deriving (Show, Eq)

type Posicion = [Movimiento]

-- 1ª solución

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

posiciones :: Eq b => b -> Arbol b -> [Posicion]

posiciones n a = aux n a [[]]

where aux _ H _ = []

aux n (N x i d) cs | x == n = cs ++

[I:xs | xs <- aux n i cs] ++

[D:xs | xs <- aux n d cs]

| otherwise = [I:xs | xs <- aux n i cs] ++

[D:xs | xs <- aux n d cs]

-- 2ª solución

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

posiciones2 :: Eq b => b -> Arbol b -> [Posicion]

posiciones2 n a = aux n a [[]]

where aux _ H _ = []

aux n (N x i d) cs | x == n = cs ++ ps

| otherwise = ps

where ps = [I:xs | xs <- aux n i cs] ++

[D:xs | xs <- aux n d cs]

-- 3ª solución

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

posiciones3 :: Eq b => b -> Arbol b -> [Posicion]

posiciones3 n a = aux n a [[]]

where aux _ H _ = []

aux n (N x i d) cs | x == n = cs ++ ps

| otherwise = ps

where ps = map (I:) (aux n i cs) ++

map (D:) (aux n d cs)

-- Equivalencia

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

-- Generador de árboles

instance Arbitrary a => Arbitrary (Arbol a) where

arbitrary = sized genArbol

genArbol :: (Arbitrary a, Integral a1) => a1 -> Gen (Arbol a)

genArbol 0 = return H

genArbol n | n > 0 = N <$> arbitrary <*> subarbol <*> subarbol

where subarbol = genArbol (div n 2)

-- La propiedad es

prop_posiciones_equiv :: Arbol Int -> Bool

prop_posiciones_equiv a =

and [posiciones n a == posiciones2 n a | n <- xs] &&

and [posiciones n a == posiciones3 n a | n <- xs]

where xs = take 3 (elementos a)

-- (elementos a) son los elementos del árbol a. Por ejemplo,

-- elementos ejArbol == [3,0,5,2,4]

elementos :: Eq b => Arbol b -> [b]

elementos H = []

elementos (N x i d) = nub (x : elementos i ++ elementos d)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_posiciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Nunca traces tu frontera,
ni cuides de tu perfil;
todo eso es cosa de fuera.

Antonio Machado

Números colinas

PorJosé A. Alonso 29-noviembre-201819-enero-2019

Se dice que un número natural n es una colina si su primer dígito es igual a su último dígito, los primeros dígitos son estrictamente creciente hasta llegar al máximo, el máximo se puede repetir y los dígitos desde el máximo al final son estrictamente decrecientes.

Definir la función

   esColina :: Integer -> Bool

1	esColina :: Integer -> Bool

tal que (esColina n) se verifica si n es un número colina. Por ejemplo,

   esColina 12377731  ==  True
   esColina 1237731   ==  True
   esColina 123731    ==  True
   esColina 122731    ==  False
   esColina 12377730  ==  False
   esColina 12377730  ==  False
   esColina 10377731  ==  False
   esColina 12377701  ==  False
   esColina 33333333  ==  True

esColina 12377731 == True

esColina 1237731 == True

esColina 123731 == True

esColina 122731 == False

esColina 12377730 == False

esColina 10377731 == False

esColina 12377701 == False

esColina 33333333 == True

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª definición
-- =============

esColina :: Integer -> Bool
esColina n =
  head ds == last ds &&
  esCreciente xs &&
  esDecreciente ys
  where ds = digitos n
        m  = maximum ds
        xs = takeWhile (<m) ds
        ys = dropWhile (==m) (dropWhile (<m) ds)

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 425  ==  [4,2,5]
digitos :: Integer -> [Int]
digitos n = map digitToInt (show n)

-- (esCreciente xs) se verifica si la lista xs es estrictamente
-- creciente. Por ejemplo,
--    esCreciente [2,4,7]  ==  True
--    esCreciente [2,2,7]  ==  False
--    esCreciente [2,1,7]  ==  False
esCreciente :: [Int] -> Bool
esCreciente xs = and [x < y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- (esDecreciente xs) se verifica si la lista xs es estrictamente
-- decreciente. Por ejemplo,
--    esDecreciente [7,4,2]  ==  True
--    esDecreciente [7,2,2]  ==  False
--    esDecreciente [7,1,2]  ==  False
esDecreciente :: [Int] -> Bool
esDecreciente xs = and [x > y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- 2ª definición
-- =============

esColina2 :: Integer -> Bool
esColina2 n =
  head ds == last ds &&
  null (dropWhile (==(-1)) (dropWhile (==0) (dropWhile (==1) xs)))
  where ds = digitos n
        xs = [signum (y-x) | (x,y) <- zip ds (tail ds)] 

-- Equivalencia
-- ============

-- La propiedad de equivalencia es
prop_esColina :: Integer -> Property
prop_esColina n =
  n >= 0 ==> esColina n == esColina2 n 

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_esColina
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª definición

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

esColina :: Integer -> Bool

esColina n =

head ds == last ds &&

esCreciente xs &&

esDecreciente ys

where ds = digitos n

m = maximum ds

xs = takeWhile (<m) ds

ys = dropWhile (==m) (dropWhile (<m) ds)

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- digitos 425 == [4,2,5]

digitos :: Integer -> [Int]

digitos n = map digitToInt (show n)

-- (esCreciente xs) se verifica si la lista xs es estrictamente

-- creciente. Por ejemplo,

-- esCreciente [2,4,7] == True

-- esCreciente [2,2,7] == False

-- esCreciente [2,1,7] == False

esCreciente :: [Int] -> Bool

esCreciente xs = and [x < y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- (esDecreciente xs) se verifica si la lista xs es estrictamente

-- decreciente. Por ejemplo,

-- esDecreciente [7,4,2] == True

-- esDecreciente [7,2,2] == False

-- esDecreciente [7,1,2] == False

esDecreciente :: [Int] -> Bool

esDecreciente xs = and [x > y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- 2ª definición

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

esColina2 :: Integer -> Bool

esColina2 n =

head ds == last ds &&

null (dropWhile (==(-1)) (dropWhile (==0) (dropWhile (==1) xs)))

where ds = digitos n

xs = [signum (y-x) | (x,y) <- zip ds (tail ds)]

-- Equivalencia

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

-- La propiedad de equivalencia es

prop_esColina :: Integer -> Property

prop_esColina n =

n >= 0 ==> esColina n == esColina2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_esColina

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencia

Basado en el problema Is this number a hill number? de Code Golf

Pensamiento

Si me tengo que morir
poco me importa aprender.
Y si no puedo saber,
poco me importa vivir.

Antonio Machado

Número medio

PorJosé A. Alonso 24-julio-201826-marzo-2022

Un número medio es número natural que es igual a la media aritmética de las permutaciones de sus dígitos. Por ejemplo, 370 es un número medio ya que las permutaciones de sus dígitos es 073, 037, 307, 370, 703 y 730 cuya media es 2220/6 que es igual a 370.

Definir las siguientes funciones

   numeroMedio                :: Integer -> Bool
   densidadesNumeroMedio      :: [Double]
   graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()

numeroMedio :: Integer -> Bool

densidadesNumeroMedio :: [Double]

graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()

tales que

(numeroMedio n) se verifica si n es un número medio. Por ejemplo,

      λ> numeroMedio 370
      True
      λ> numeroMedio 371
      False
      λ> numeroMedio 485596707818930041152263374
      True
      λ> filter numeroMedio [100..600]
      [111,222,333,370,407,444,481,518,555,592]
      λ> filter numeroMedio [3*10^5..6*10^5]
      [333333,370370,407407,444444,481481,518518,555555,592592]

λ> numeroMedio 370

True

λ> numeroMedio 371

False

λ> numeroMedio 485596707818930041152263374

True

λ> filter numeroMedio [100..600]

[111,222,333,370,407,444,481,518,555,592]

λ> filter numeroMedio [3*10^5..6*10^5]

[333333,370370,407407,444444,481481,518518,555555,592592]

densidades es la lista cuyo elemento n-ésimo (empezando a contar en 1) es la densidad de números medios en el intervalo [1,n]; es decir, la cantidad de números medios menores o iguales que n dividida por n. Por ejemplo,

      λ> mapM_ print (take 30 densidades)
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      0.9
      0.9090909090909091
      0.8333333333333334
      0.7692307692307693
      0.7142857142857143
      0.6666666666666666
      0.625
      0.5882352941176471
      0.5555555555555556
      0.5263157894736842
      0.5
      0.47619047619047616
      0.5
      0.4782608695652174
      0.4583333333333333
      0.44
      0.4230769230769231
      0.4074074074074074
      0.39285714285714285
      0.3793103448275862
      0.36666666666666664

λ> mapM_ print (take 30 densidades)

1.0

0.9

0.9090909090909091

0.8333333333333334

0.7692307692307693

0.7142857142857143

0.6666666666666666

0.625

0.5882352941176471

0.5555555555555556

0.5263157894736842

0.5

0.47619047619047616

0.5

0.4782608695652174

0.4583333333333333

0.44

0.4230769230769231

0.4074074074074074

0.39285714285714285

0.3793103448275862

0.36666666666666664

(graficaDensidadNumeroMedio n) dibuja la gráfica de las densidades de
los intervalos [1,k] para k desde 1 hasta n. Por ejemplo, (graficaDensidadNumeroMedio 100) dibuja

y (graficaDensidadNumeroMedio 1000) dibuja

Soluciones

Puedes escribir tus soluciones en los comentarios o ver las soluciones propuestas pulsando [expand title=»aquí»]

import Data.List (genericLength, permutations, foldl')
import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple 

-- 1ª definición de numeroMedio
-- ============================

numeroMedio :: Integer -> Bool
numeroMedio n =
  n == media (map digitosAnumero (permutations (digitos n)))

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 425  ==  [4,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [c] | c <- show n]

-- (digitosAnumero xs) es el número cuya lista de dígitos es xs. Por
-- ejemplo, 
--    digitosAnumero [4,2,5]  ==  425

-- 1ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero1 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero1 = aux . reverse
  where aux [] = 0
        aux (x:xs) = x + 10 * aux xs

-- 1ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 = foldl' (\x y -> 10*x+y) 0

-- Comparación de eficiencia de definiciones de digitosAnumero
--    λ> length (show (digitosAnumero1 (replicate (10^5) 5)))
--    100000
--    (5.07 secs, 4,317,349,968 bytes)
--    λ> length (show (digitosAnumero2 (replicate (10^5) 5)))
--    100000
--    (0.67 secs, 4,288,054,592 bytes)

-- Se usará la 2ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = digitosAnumero2

-- (media xs) es la media aritmética de la lista xs (se supone que su
-- valor es entero). Por ejemplo,
--    media [370,730,73,703,37,307]  ==  370
media :: [Integer] -> Integer
media xs = sum xs `div` genericLength xs

-- 2ª definición de numeroMedio
-- ============================

numeroMedio2 :: Integer -> Bool
numeroMedio2 n =
  (10^k-1)*s == 9*k*n
  where xs = digitos n
        k  = genericLength xs
        s  = sum xs

-- Equivalencia de las definiciones de numeroMedio
-- ===============================================

-- La propiedad es
prop_numeroMedio :: Positive Integer -> Bool
prop_numeroMedio (Positive n) =
  numeroMedio n == numeroMedio2 n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_numeroMedio
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de numeroMedio
-- ============================================================

--    λ> filter numeroMedio [10000..20000]
--    [11111]
--    (1.74 secs, 1,500,858,904 bytes)
--    λ> filter numeroMedio2 [10000..20000]
--    [11111]
--    (0.11 secs, 213,060,784 bytes)

-- Definición de densidadesNumeroMedio
-- ===================================

densidadesNumeroMedio :: [Double]
densidadesNumeroMedio = 
  [genericLength (filter numeroMedio2 [1..n]) / fromIntegral n | n <- [1..]]

-- Definición de graficaDensidadNumeroMedio
-- ========================================

graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()
graficaDensidadNumeroMedio n =
  plotList [ Title ("graficaDensidadNumeroMedio")
           , Key Nothing
           -- , PNG ("Numero_medio_" ++ show n ++ ".png" )
           , XRange (1, fromIntegral n)]
           (take n densidadesNumeroMedio)

import Data.List (genericLength, permutations, foldl')

import Test.QuickCheck

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de numeroMedio

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

numeroMedio :: Integer -> Bool

numeroMedio n =

n == media (map digitosAnumero (permutations (digitos n)))

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- digitos 425 == [4,2,5]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n =

[read [c] | c <- show n]

-- (digitosAnumero xs) es el número cuya lista de dígitos es xs. Por

-- ejemplo,

-- digitosAnumero [4,2,5] == 425

-- 1ª definición de digitosAnumero

digitosAnumero1 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero1 = aux . reverse

where aux [] = 0

aux (x:xs) = x + 10 * aux xs

-- 1ª definición de digitosAnumero

digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero2 = foldl' (\x y -> 10*x+y) 0

-- Comparación de eficiencia de definiciones de digitosAnumero

-- λ> length (show (digitosAnumero1 (replicate (10^5) 5)))

-- 100000

-- (5.07 secs, 4,317,349,968 bytes)

-- λ> length (show (digitosAnumero2 (replicate (10^5) 5)))

-- 100000

-- (0.67 secs, 4,288,054,592 bytes)

-- Se usará la 2ª definición de digitosAnumero

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = digitosAnumero2

-- (media xs) es la media aritmética de la lista xs (se supone que su

-- valor es entero). Por ejemplo,

-- media [370,730,73,703,37,307] == 370

media :: [Integer] -> Integer

media xs = sum xs `div` genericLength xs

-- 2ª definición de numeroMedio

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

numeroMedio2 :: Integer -> Bool

numeroMedio2 n =

(10^k-1)*s == 9*k*n

where xs = digitos n

k = genericLength xs

s = sum xs

-- Equivalencia de las definiciones de numeroMedio

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

-- La propiedad es

prop_numeroMedio :: Positive Integer -> Bool

prop_numeroMedio (Positive n) =

numeroMedio n == numeroMedio2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_numeroMedio

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de numeroMedio

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

-- λ> filter numeroMedio [10000..20000]

-- [11111]

-- (1.74 secs, 1,500,858,904 bytes)

-- λ> filter numeroMedio2 [10000..20000]

-- [11111]

-- (0.11 secs, 213,060,784 bytes)

-- Definición de densidadesNumeroMedio

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

densidadesNumeroMedio :: [Double]

densidadesNumeroMedio =

[genericLength (filter numeroMedio2 [1..n]) / fromIntegral n | n <- [1..]]

-- Definición de graficaDensidadNumeroMedio

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

graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()

graficaDensidadNumeroMedio n =

plotList [ Title ("graficaDensidadNumeroMedio")

, Key Nothing

-- , PNG ("Numero_medio_" ++ show n ++ ".png" )

, XRange (1, fromIntegral n)]

(take n densidadesNumeroMedio)

[/expand]

Tren de potencias

PorJosé A. Alonso 23-julio-201824-julio-2018

Si n es el número natural cuya expansión decimal es abc… , el tren de potencias de n es a^bc^d… donde el último exponente es 1, si n tiene un número impar de dígitos. Por ejemplo

   trenDePotencias 2453  = 2^4*5^3     = 2000
   trenDePotencias 24536 = 2^4*5^3*6^1 = 12000

1 2	trenDePotencias 2453 = 2^45^3 = 2000 trenDePotencias 24536 = 2^45^3*6^1 = 12000

Definir las funciones

   trenDePotencias            :: Integer -> Integer
   esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool
   puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]
   tablaTrenDePotencias       :: Integer -> Integer -> IO ()

trenDePotencias :: Integer -> Integer

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

(trenDePotencias n) es el tren de potencia de n. Por ejemplo.

     trenDePotencias 20   ==  1
     trenDePotencias 21   ==  2
     trenDePotencias 24   ==  16
     trenDePotencias 39   ==  19683
     trenDePotencias 623  ==  108

trenDePotencias 20 == 1

trenDePotencias 21 == 2

trenDePotencias 24 == 16

trenDePotencias 39 == 19683

trenDePotencias 623 == 108

(esPuntoFijoTrenDePotencias n) se verifica si n es un punto fijo de trenDePotencias; es decir, (trenDePotencias n) es igual a n. Por ejemplo,

     esPuntoFijoTrenDePotencias 2592                        ==  True
     esPuntoFijoTrenDePotencias 24547284284866560000000000  ==  True

1 2	esPuntoFijoTrenDePotencias 2592 == True esPuntoFijoTrenDePotencias 24547284284866560000000000 == True

puntosFijosTrenDePotencias es la lista de los puntso fijos de trenDePotencias. Por ejemplo,

     take 10 puntosFijosTrenDePotencias  ==  [1,2,3,4,5,6,7,8,9,2592]

1	take 10 puntosFijosTrenDePotencias == [1,2,3,4,5,6,7,8,9,2592]

(tablaTrenDePotencias a b) es la tabla de los trenes de potencias de los números entre a y b. Por ejemplo,

     λ> tablaTrenDePotencias 20 39
     | 20 |     1 |
     | 21 |     2 |
     | 22 |     4 |
     | 23 |     8 |
     | 24 |    16 |
     | 25 |    32 |
     | 26 |    64 |
     | 27 |   128 |
     | 28 |   256 |
     | 29 |   512 |
     | 30 |     1 |
     | 31 |     3 |
     | 32 |     9 |
     | 33 |    27 |
     | 34 |    81 |
     | 35 |   243 |
     | 36 |   729 |
     | 37 |  2187 |
     | 38 |  6561 |
     | 39 | 19683 |
     λ> tablaTrenDePotencias 2340 2359
     | 2340 |        8 |
     | 2341 |       32 |
     | 2342 |      128 |
     | 2343 |      512 |
     | 2344 |     2048 |
     | 2345 |     8192 |
     | 2346 |    32768 |
     | 2347 |   131072 |
     | 2348 |   524288 |
     | 2349 |  2097152 |
     | 2350 |        8 |
     | 2351 |       40 |
     | 2352 |      200 |
     | 2353 |     1000 |
     | 2354 |     5000 |
     | 2355 |    25000 |
     | 2356 |   125000 |
     | 2357 |   625000 |
     | 2358 |  3125000 |
     | 2359 | 15625000 |

λ> tablaTrenDePotencias 20 39

| 20 | 1 |

| 21 | 2 |

| 22 | 4 |

| 23 | 8 |

| 24 | 16 |

| 25 | 32 |

| 26 | 64 |

| 27 | 128 |

| 28 | 256 |

| 29 | 512 |

| 30 | 1 |

| 31 | 3 |

| 32 | 9 |

| 33 | 27 |

| 34 | 81 |

| 35 | 243 |

| 36 | 729 |

| 37 | 2187 |

| 38 | 6561 |

| 39 | 19683 |

λ> tablaTrenDePotencias 2340 2359

| 2340 | 8 |

| 2341 | 32 |

| 2342 | 128 |

| 2343 | 512 |

| 2344 | 2048 |

| 2345 | 8192 |

| 2346 | 32768 |

| 2347 | 131072 |

| 2348 | 524288 |

| 2349 | 2097152 |

| 2350 | 8 |

| 2351 | 40 |

| 2352 | 200 |

| 2353 | 1000 |

| 2354 | 5000 |

| 2355 | 25000 |

| 2356 | 125000 |

| 2357 | 625000 |

| 2358 | 3125000 |

| 2359 | 15625000 |

Comprobar con QuickCheck que entre 2593 y 24547284284866559999999999 la función trenDePotencias no tiene puntos fijos.

Soluciones

Puedes escribir tus soluciones en los comentarios o ver las soluciones propuestas pulsando [expand title=»aquí»]

import Test.QuickCheck
import Text.Printf

-- 1ª definición de trenDePotencias
-- ================================

trenDePotencias :: Integer -> Integer
trenDePotencias = trenDePotenciasLN . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos del número n. Por ejemplo,
--    digitos 2018  ==   [2,0,1,8]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [c] | c <- show n]

-- (trenDePotenciasLN xs) es el tren de potencias de la lista de números
-- xs. Por ejemplo,
--    trenDePotenciasLN [2,4,5,3]    ==   2000
--    trenDePotenciasLN [2,4,5,3,6]  ==   12000
trenDePotenciasLN :: [Integer] -> Integer
trenDePotenciasLN []       = 1
trenDePotenciasLN [x]      = x
trenDePotenciasLN (u:v:ws) = u ^ v * (trenDePotenciasLN ws) 

-- 2ª definición de trenDePotencias
-- ================================

trenDePotencias2 :: Integer -> Integer
trenDePotencias2 = trenDePotenciasLN2 . digitos

-- (trenDePotenciasLN2 xs) es el tren de potencias de la lista de números
-- xs. Por ejemplo,
--    trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3]    ==   2000
--    trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3,6]  ==   12000
trenDePotenciasLN2 :: [Integer] -> Integer
trenDePotenciasLN2 xs =
  product [x^y | (x,y) <- pares xs]

-- (pares xs) es la lista de los pares de elementos en la posiciones
-- pares y sus siguientes; si la longitud de xs es impar, la segunda
-- componente del último par es 1. Por ejemplo,
--    pares [2,4,5,3]    ==   [(2,4),(5,3)]
--    pares [2,4,5,3,6]  ==   [(2,4),(5,3),(6,1)]
pares :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
pares []       = []
pares [x]      = [(x,1)]
pares (x:y:zs) = (x,y) : pares zs

-- Equivalencia
-- ============

-- La propiedad es
prop_equivalencia :: (Positive Integer) -> Bool
prop_equivalencia (Positive n) =
  trenDePotencias n == trenDePotencias2 n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_equivalencia
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

--    λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias (read (replicate n '2')) == 2^n
--    True
--    (2.11 secs, 2,224,301,136 bytes)
--    λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias2 (read (replicate n '2')) == 2^n
--    True
--    (2.08 secs, 2,237,749,216 bytes)

-- Definición de esPuntoFijoTrenDePotencias
-- ========================================

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool
esPuntoFijoTrenDePotencias n =
  trenDePotencias n == n

-- Definición de puntosFijosTrenDePotencias
-- ========================================

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]
puntosFijosTrenDePotencias =
  filter esPuntoFijoTrenDePotencias [1..]

-- Definición de tablaTrenDePotencias
-- ==================================

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()
tablaTrenDePotencias a b =
  sequence_ [printf cabecera x y | (x,y) <- trenes]
  where trenes  = [(n,trenDePotencias n) | n <- [a..b]]
        m1      = show (1 + length (show b))
        m2      = show (length (show (maximum (map snd trenes))))
        cabecera = concat ["|% ",m1,"d | %", m2,"d |\n"]

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_puntosFijos :: Positive Integer -> Property
prop_puntosFijos (Positive n) =
  x < 24547284284866560000000000 ==> not (esPuntoFijoTrenDePotencias x)
  where x = 2593 + n 

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_puntosFijos
--    +++ OK, passed 100 tests.

100

101

102

103

104

105

106

107

import Test.QuickCheck

import Text.Printf

-- 1ª definición de trenDePotencias

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

trenDePotencias :: Integer -> Integer

trenDePotencias = trenDePotenciasLN . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos del número n. Por ejemplo,

-- digitos 2018 == [2,0,1,8]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n =

[read [c] | c <- show n]

-- (trenDePotenciasLN xs) es el tren de potencias de la lista de números

-- xs. Por ejemplo,

-- trenDePotenciasLN [2,4,5,3] == 2000

-- trenDePotenciasLN [2,4,5,3,6] == 12000

trenDePotenciasLN :: [Integer] -> Integer

trenDePotenciasLN [] = 1

trenDePotenciasLN [x] = x

trenDePotenciasLN (u:v:ws) = u ^ v * (trenDePotenciasLN ws)

-- 2ª definición de trenDePotencias

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

trenDePotencias2 :: Integer -> Integer

trenDePotencias2 = trenDePotenciasLN2 . digitos

-- (trenDePotenciasLN2 xs) es el tren de potencias de la lista de números

-- xs. Por ejemplo,

-- trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3] == 2000

-- trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3,6] == 12000

trenDePotenciasLN2 :: [Integer] -> Integer

trenDePotenciasLN2 xs =

product [x^y | (x,y) <- pares xs]

-- (pares xs) es la lista de los pares de elementos en la posiciones

-- pares y sus siguientes; si la longitud de xs es impar, la segunda

-- componente del último par es 1. Por ejemplo,

-- pares [2,4,5,3] == [(2,4),(5,3)]

-- pares [2,4,5,3,6] == [(2,4),(5,3),(6,1)]

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

pares [] = []

pares [x] = [(x,1)]

pares (x:y:zs) = (x,y) : pares zs

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_equivalencia :: (Positive Integer) -> Bool

prop_equivalencia (Positive n) =

trenDePotencias n == trenDePotencias2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias (read (replicate n '2')) == 2^n

-- True

-- (2.11 secs, 2,224,301,136 bytes)

-- λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias2 (read (replicate n '2')) == 2^n

-- True

-- (2.08 secs, 2,237,749,216 bytes)

-- Definición de esPuntoFijoTrenDePotencias

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

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool

esPuntoFijoTrenDePotencias n =

trenDePotencias n == n

-- Definición de puntosFijosTrenDePotencias

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

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]

puntosFijosTrenDePotencias =

filter esPuntoFijoTrenDePotencias [1..]

-- Definición de tablaTrenDePotencias

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

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()

tablaTrenDePotencias a b =

sequence_ [printf cabecera x y | (x,y) <- trenes]

where trenes = [(n,trenDePotencias n) | n <- [a..b]]

m1 = show (1 + length (show b))

m2 = show (length (show (maximum (map snd trenes))))

cabecera = concat ["|% ",m1,"d | %", m2,"d |\n"]

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_puntosFijos :: Positive Integer -> Property

prop_puntosFijos (Positive n) =

x < 24547284284866560000000000 ==> not (esPuntoFijoTrenDePotencias x)

where x = 2593 + n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_puntosFijos

-- +++ OK, passed 100 tests.

[/expand]

Sucesión fractal

PorJosé A. Alonso 12-junio-201825-abril-2021

La sucesión fractal

   0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 
   10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

1 2	0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

está construida de la siguiente forma:

los términos pares forman la sucesión de los números naturales

     0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

1	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

los términos impares forman la misma sucesión original

     0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, ...

1	0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, ...

Definir las funciones

   sucFractal     :: [Integer]
   sumaSucFractal :: Integer -> Integer

1 2	sucFractal :: [Integer] sumaSucFractal :: Integer -> Integer

tales que

sucFractal es la lista de los términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     take 20 sucFractal   == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]
     sucFractal !! 30     == 15
     sucFractal !! (10^7) == 5000000

take 20 sucFractal == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]

sucFractal !! 30 == 15

sucFractal !! (10^7) == 5000000

(sumaSucFractal n) es la suma de los n primeros términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     sumaSucFractal 10      == 13
     sumaSucFractal (10^5)  == 1666617368
     sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669
     sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954
     sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198
     length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000
     sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9)    == 455972157

sumaSucFractal 10 == 13

sumaSucFractal (10^5) == 1666617368

sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669

sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954

sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198

length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000

sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9) == 455972157

Soluciones

[schedule expon=’2018-06-19′ expat=»06:00″]

Las soluciones se pueden escribir en los comentarios hasta el 17 de mayo.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

[/schedule]

[schedule on=’2018-06-19′ at=»06:00″]

-- 1ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal1 :: [Integer]
sucFractal1 = 
  map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,
--   termino 0            ==  0
--   termino 1            ==  0
--   map termino [0..10]  ==  [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]
termino :: Integer -> Integer
termino 0 = 0
termino n 
  | even n    = n `div` 2
  | otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal2 :: [Integer]
sucFractal2 =
    0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas
-- xs e ys. Por ejemplo,
--    take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..])  ==  [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]
mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
mezcla (x:xs) (y:ys) =
  x : y : mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal
-- =======================================================

--    λ> sum (take (10^6) sucFractal1)
--    166666169612
--    (5.56 secs, 842,863,264 bytes)
--    λ> sum (take (10^6) sucFractal2)
--    166666169612
--    (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición
sucFractal :: [Integer]
sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal1 n =
  sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal2 n =
    sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal3 0 = 0
sumaSucFractal3 1 = 0
sumaSucFractal3 n
  | even n    = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
  | otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
  where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal
-- ===========================================================

--    λ> sumaSucFractal1 (10^6)
--    166666169612
--    (5.25 secs, 810,622,504 bytes)
--    λ> sumaSucFractal2 (10^6)
--    166666169612
--    (1.72 secs, 286,444,048 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^6)
--    166666169612
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> sumaSucFractal2 (10^7)
--    16666661685034
--    (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^7)
--    16666661685034
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición de sucFractal

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

sucFractal1 :: [Integer]

sucFractal1 =

map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,

-- termino 0 == 0

-- termino 1 == 0

-- map termino [0..10] == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]

termino :: Integer -> Integer

termino 0 = 0

termino n

| even n = n `div` 2

| otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal

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

sucFractal2 :: [Integer]

sucFractal2 =

0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas

-- xs e ys. Por ejemplo,

-- take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..]) == [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]

mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

mezcla (x:xs) (y:ys) =

x : y : mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal

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

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal1)

-- 166666169612

-- (5.56 secs, 842,863,264 bytes)

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal2)

-- 166666169612

-- (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

sucFractal :: [Integer]

sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal1 n =

sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal2 n =

sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal3 0 = 0

sumaSucFractal3 1 = 0

sumaSucFractal3 n

| even n = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

| otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal

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

-- λ> sumaSucFractal1 (10^6)

-- 166666169612

-- (5.25 secs, 810,622,504 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^6)

-- 166666169612

-- (1.72 secs, 286,444,048 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^6)

-- 166666169612

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^7)

-- 16666661685034

-- (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^7)

-- 16666661685034

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Referencia

+ [Fractal sequences and restricted Nim](http://bit.ly/1WX1IjB) por Lionel Levine.
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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)

Las sucesiones de Loomis

PorJosé A. Alonso 30-abril-201825-abril-2021

La sucesión de Loomis generada por un número entero positivo x es la sucesión cuyos términos se definen por

f(0) es x
f(n) es la suma de f(n-1) y el producto de los dígitos no nulos de f(n-1)

Los primeros términos de las primeras sucesiones de Loomis son

Generada por 1: 1, 2, 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, …
Generada por 2: 2, 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, …
Generada por 3: 3, 6, 12, 14, 18, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, …
Generada por 4: 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, 138, …
Generada por 5: 5, 10, 11, 12, 14, 18, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, …

Se observa que a partir de un término todas coinciden con la generada por 1. Dicho término se llama el punto de convergencia. Por ejemplo,

la generada por 2 converge a 2
la generada por 3 converge a 26
la generada por 4 converge a 4
la generada por 5 converge a 26

Definir las siguientes funciones

   sucLoomis           :: Integer -> [Integer]
   convergencia        :: Integer -> Integer
   graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

sucLoomis :: Integer -> [Integer]

convergencia :: Integer -> Integer

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

tales que

(sucLoomis x) es la sucesión de Loomis generada por x. Por ejemplo,

     λ> take 15 (sucLoomis 1)
     [1,2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122]
     λ> take 15 (sucLoomis 2)
     [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]
     λ> take 15 (sucLoomis 3)
     [3,6,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]
     λ> take 15 (sucLoomis 4)
     [4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138]
     λ> take 15 (sucLoomis 5)
     [5,10,11,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122]
     λ> take 15 (sucLoomis 20)
     [20,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138,162,174]
     λ> take 15 (sucLoomis 100)
     [100,101,102,104,108,116,122,126,138,162,174,202,206,218,234]
     λ> sucLoomis 1 !! (2*10^5)
     235180736652

λ> take 15 (sucLoomis 1)

[1,2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122]

λ> take 15 (sucLoomis 2)

[2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]

λ> take 15 (sucLoomis 3)

[3,6,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]

λ> take 15 (sucLoomis 4)

[4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138]

λ> take 15 (sucLoomis 5)

[5,10,11,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122]

λ> take 15 (sucLoomis 20)

[20,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138,162,174]

λ> take 15 (sucLoomis 100)

[100,101,102,104,108,116,122,126,138,162,174,202,206,218,234]

λ> sucLoomis 1 !! (2*10^5)

235180736652

(convergencia x) es el término de convergencia de la sucesioń de Loomis generada por x xon la geerada por 1. Por ejemplo,

     convergencia  2      ==  2
     convergencia  3      ==  26
     convergencia  4      ==  4
     convergencia 17      ==  38
     convergencia 19      ==  102
     convergencia 43      ==  162
     convergencia 27      ==  202
     convergencia 58      ==  474
     convergencia 63      ==  150056
     convergencia 81      ==  150056
     convergencia 89      ==  150056
     convergencia (10^12) ==  1000101125092

convergencia 2 == 2

convergencia 3 == 26

convergencia 4 == 4

convergencia 17 == 38

convergencia 19 == 102

convergencia 43 == 162

convergencia 27 == 202

convergencia 58 == 474

convergencia 63 == 150056

convergencia 81 == 150056

convergencia 89 == 150056

convergencia (10^12) == 1000101125092

(graficaConvergencia xs) dibuja la gráfica de los términos de convergencia de las sucesiones de Loomis generadas por los elementos de xs. Por ejemplo, (graficaConvergencia ([1..50]) dibuja

y graficaConvergencia ([1..148] \ [63,81,89,137]) dibuja

Soluciones

import Data.List               ((\\))
import Data.Char               (digitToInt)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, Title, XRange, PNG))

-- 1ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis :: Integer -> [Integer]
sucLoomis x = map (loomis x) [0..]

loomis :: Integer -> Integer -> Integer
loomis x 0 = x
loomis x n = y + productoDigitosNoNulos y
  where y = loomis x (n-1)

productoDigitosNoNulos :: Integer -> Integer
productoDigitosNoNulos = product . digitosNoNulos

digitosNoNulos :: Integer -> [Integer]
digitosNoNulos x =
  [read [c] | c <- show x, c /= '0']

-- 2ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis2 :: Integer -> [Integer]
sucLoomis2 = iterate siguienteLoomis 

siguienteLoomis :: Integer -> Integer
siguienteLoomis y = y + productoDigitosNoNulos y

-- 3ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis3 :: Integer -> [Integer]
sucLoomis3 =
  iterate ((+) <*> product .
           map (toInteger . digitToInt) .
           filter (/= '0') . show)


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

--    λ> sucLoomis 1 !! 30000
--    6571272766
--    (2.45 secs, 987,955,944 bytes)
--    λ> sucLoomis2 1 !! 30000
--    6571272766
--    (2.26 secs, 979,543,328 bytes)
--    λ> sucLoomis3 1 !! 30000
--    6571272766
--    (0.31 secs, 88,323,832 bytes)

-- 1ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia1 :: Integer -> Integer
convergencia1 x =
  head (dropWhile noEnSucLoomisDe1 (sucLoomis x))

noEnSucLoomisDe1 :: Integer -> Bool
noEnSucLoomisDe1 x = not (pertenece x sucLoomisDe1)

sucLoomisDe1 :: [Integer]
sucLoomisDe1 = sucLoomis 1

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool
pertenece x ys =
  x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia2 :: Integer -> Integer
convergencia2 = aux (sucLoomis3 1) . sucLoomis3
 where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) | x == y    = x
                               | x < y     = aux xs bs
                               | otherwise = aux as ys

-- 3ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia3 :: Integer -> Integer
convergencia3 = head . interseccion (sucLoomis3 1) . sucLoomis3
 
-- (interseccion xs ys) es la intersección entre las listas ordenadas xs
-- e ys. Por ejemplo,
--    λ> take 10 (interseccion (sucLoomis3 1) (sucLoomis3 2))
--    [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102]
interseccion :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
interseccion = aux
  where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) = case compare x y of
                                    LT ->     aux xs bs
                                    EQ -> x : aux xs ys
                                    GT ->     aux as ys
        aux _         _         = []                           

-- 4ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia4 :: Integer -> Integer
convergencia4 x = perteneceA (sucLoomis3 x) 1
  where perteneceA (y:ys) n | y == c    = y
                            | otherwise = perteneceA ys c
          where c = head $ dropWhile (< y) $ sucLoomis3 n

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

--    λ> convergencia1 (10^4)
--    150056
--    (2.94 secs, 1,260,809,808 bytes)
--    λ> convergencia2 (10^4)
--    150056
--    (0.03 secs, 700,240 bytes)
--    λ> convergencia3 (10^4)
--    150056
--    (0.03 secs, 1,165,496 bytes)
--    λ> convergencia4 (10^4)
--    150056
--    (0.02 secs, 1,119,648 bytes)
--    
--    λ> convergencia2 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.81 secs, 714,901,080 bytes)
--    λ> convergencia3 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.92 secs, 744,932,184 bytes)
--    λ> convergencia4 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.82 secs, 941,053,328 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia
-- ==================================

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()
graficaConvergencia xs =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Convergencia de sucesiones de Loomis"
           , XRange (fromIntegral (minimum xs),fromIntegral (maximum xs))
           , PNG "Las_sucesiones_de_Loomis_2.png"
           ]
           [(x,convergencia2 x) | x <- xs]

100

101

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137

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140

141

142

143

144

import Data.List ((\\))

import Data.Char (digitToInt)

import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, Title, XRange, PNG))

-- 1ª definición de sucLoomis

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

sucLoomis :: Integer -> [Integer]

sucLoomis x = map (loomis x) [0..]

loomis :: Integer -> Integer -> Integer

loomis x 0 = x

loomis x n = y + productoDigitosNoNulos y

where y = loomis x (n-1)

productoDigitosNoNulos :: Integer -> Integer

productoDigitosNoNulos = product . digitosNoNulos

digitosNoNulos :: Integer -> [Integer]

digitosNoNulos x =

[read [c] | c <- show x,