map – Página 5 – Exercitium

Máximo de las sumas de los caminos en una matriz

PorJosé A. Alonso 15-marzo-201825-abril-2021

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

   (  1  6 11  2 )
   (  7 12  3  8 )
   (  3  8  4  9 )

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Las sumas de los caminos son 32, 41, 36, 40, 40, 35, 39, 34, 38 y 37, respectivamente. El máximo de las suma de los caminos es 41.

Definir la función

   maximaSuma :: Matrix Int -> Int

1	maximaSuma :: Matrix Int -> Int

tal que (maximaSuma m) es el máximo de las sumas de los caminos en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> maximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   41
   λ> maximaSuma (fromList 800 800 [1..])
   766721999

λ> maximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

λ> maximaSuma (fromList 800 800 [1..])

766721999

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición
-- =============

maximaSuma1 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma1 =
  maximum . map sum . caminos1

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 m =
  map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p
-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,
caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]
caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]
caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]
caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]
caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs
                      | xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++
                              caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición
-- =============

maximaSuma2 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma2 =
  maximum . map sum . caminos2

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 m =
  map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]
matrizCaminos m = q
  where
    q = matrix (nrows m) (ncols m) f
    f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]
    f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]
    f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]  

-- 3ª definicion (por recursión, sin calcular el camino)
-- =====================================================

maximaSuma3 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma3 m = maximaSuma3Aux m (nf,nc)
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (maximaSuma3Aux m p) calcula la suma máxima de un camino hasta la
-- posición p. Por ejemplo,
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,4)
--    41
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,3)
--    32
--    λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (2,4)
--    31
maximaSuma3Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> Int
maximaSuma3Aux m (1,1) = m ! (1,1)
maximaSuma3Aux m (1,j) = maximaSuma3Aux m (1,j-1) + m ! (1,j)
maximaSuma3Aux m (i,1) = maximaSuma3Aux m (i-1,1) + m ! (i,1)
maximaSuma3Aux m (i,j) =
  max (maximaSuma3Aux m (i,j-1)) (maximaSuma3Aux m (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- 4ª solución (mediante programación dinámica)
-- ============================================

maximaSuma4 :: Matrix Int -> Int
maximaSuma4 m = q ! (nf,nc)
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = matrizMaximaSuma m

-- (matrizMaximaSuma m) es la matriz donde en cada posición p se
-- encuentra el máxima de las sumas de los caminos desde (1,1) a p en la
-- matriz m. Por ejemplo,   
--    λ> matrizMaximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) 
--    (  1  7 18 20 )
--    (  8 20 23 31 )
--    ( 11 28 32 41 )
matrizMaximaSuma :: Matrix Int -> Matrix Int
matrizMaximaSuma m = q 
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = matrix nf nc f
          where  f (1,1) = m ! (1,1)
                 f (1,j) = q ! (1,j-1) + m ! (1,j)
                 f (i,1) = q ! (i-1,1) + m ! (i,1)
                 f (i,j) = max (q ! (i,j-1)) (q ! (i-1,j)) + m ! (i,j)

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

--    λ> maximaSuma1 (fromList 8 8 [1..])
--    659
--    (0.11 secs, 31,853,136 bytes)
--    λ> maximaSuma1a (fromList 8 8 [1..])
--    659
--    (0.09 secs, 19,952,640 bytes)
-- 
--    λ> maximaSuma1 (fromList 10 10 [1..])
--    1324
--    (2.25 secs, 349,722,744 bytes)
--    λ> maximaSuma2 (fromList 10 10 [1..])
--    1324
--    (0.76 secs, 151,019,296 bytes)
--    
--    λ> maximaSuma2 (fromList 11 11 [1..])
--    1781
--    (3.02 secs, 545,659,632 bytes)
--    λ> maximaSuma3 (fromList 11 11 [1..])
--    1781
--    (1.57 secs, 210,124,912 bytes)
--    
--    λ> maximaSuma3 (fromList 12 12 [1..])
--    2333
--    (5.60 secs, 810,739,032 bytes)
--    λ> maximaSuma4 (fromList 12 12 [1..])
--    2333
--    (0.01 secs, 23,154,776 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

import Data.Matrix

-- 1ª definición

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

maximaSuma1 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma1 =

maximum . map sum . caminos1

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 m =

map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p

-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,

caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]

caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]

caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]

caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]

caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs

| xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++

caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición

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

maximaSuma2 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma2 =

maximum . map sum . caminos2

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 m =

map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]

matrizCaminos m = q

where

q = matrix (nrows m) (ncols m) f

f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]

f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]

f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]

-- 3ª definicion (por recursión, sin calcular el camino)

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

maximaSuma3 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma3 m = maximaSuma3Aux m (nf,nc)

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (maximaSuma3Aux m p) calcula la suma máxima de un camino hasta la

-- posición p. Por ejemplo,

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,4)

-- 41

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (3,3)

-- 32

-- λ> maximaSuma3Aux (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]]) (2,4)

-- 31

maximaSuma3Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> Int

maximaSuma3Aux m (1,1) = m ! (1,1)

maximaSuma3Aux m (1,j) = maximaSuma3Aux m (1,j-1) + m ! (1,j)

maximaSuma3Aux m (i,1) = maximaSuma3Aux m (i-1,1) + m ! (i,1)

maximaSuma3Aux m (i,j) =

max (maximaSuma3Aux m (i,j-1)) (maximaSuma3Aux m (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- 4ª solución (mediante programación dinámica)

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

maximaSuma4 :: Matrix Int -> Int

maximaSuma4 m = q ! (nf,nc)

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrizMaximaSuma m

-- (matrizMaximaSuma m) es la matriz donde en cada posición p se

-- encuentra el máxima de las sumas de los caminos desde (1,1) a p en la

-- matriz m. Por ejemplo,

-- λ> matrizMaximaSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

-- ( 1 7 18 20 )

-- ( 8 20 23 31 )

-- ( 11 28 32 41 )

matrizMaximaSuma :: Matrix Int -> Matrix Int

matrizMaximaSuma m = q

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where f (1,1) = m ! (1,1)

f (1,j) = q ! (1,j-1) + m ! (1,j)

f (i,1) = q ! (i-1,1) + m ! (i,1)

f (i,j) = max (q ! (i,j-1)) (q ! (i-1,j)) + m ! (i,j)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximaSuma1 (fromList 8 8 [1..])

-- 659

-- (0.11 secs, 31,853,136 bytes)

-- λ> maximaSuma1a (fromList 8 8 [1..])

-- 659

-- (0.09 secs, 19,952,640 bytes)

-- λ> maximaSuma1 (fromList 10 10 [1..])

-- 1324

-- (2.25 secs, 349,722,744 bytes)

-- λ> maximaSuma2 (fromList 10 10 [1..])

-- 1324

-- (0.76 secs, 151,019,296 bytes)

-- λ> maximaSuma2 (fromList 11 11 [1..])

-- 1781

-- (3.02 secs, 545,659,632 bytes)

-- λ> maximaSuma3 (fromList 11 11 [1..])

-- 1781

-- (1.57 secs, 210,124,912 bytes)

-- λ> maximaSuma3 (fromList 12 12 [1..])

-- 2333

-- (5.60 secs, 810,739,032 bytes)

-- λ> maximaSuma4 (fromList 12 12 [1..])

-- 2333

-- (0.01 secs, 23,154,776 bytes)

Caminos en una matriz

PorJosé A. Alonso 14-marzo-201825-abril-2021

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

   (  1  6 11  2 )
   (  7 12  3  8 )
   (  3  8  4  9 )

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Definir la función

   caminos :: Matrix Int -> [[Int]]

1	caminos :: Matrix Int -> [[Int]]

tal que (caminos m) es la lista de los caminos en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> caminos (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   [[1,7, 3,8,4,9],
    [1,7,12,8,4,9],
    [1,7,12,3,4,9],
    [1,7,12,3,8,9],
    [1,6,12,8,4,9],
    [1,6,12,3,4,9],
    [1,6,12,3,8,9],
    [1,6,11,3,4,9],
    [1,6,11,3,8,9],
    [1,6,11,2,8,9]]
   λ> length (caminos (fromList 12 13 [1..]))
   1352078

λ> caminos (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])

[[1,7, 3,8,4,9],

[1,7,12,8,4,9],

[1,7,12,3,4,9],

[1,7,12,3,8,9],

[1,6,12,8,4,9],

[1,6,12,3,4,9],

[1,6,12,3,8,9],

[1,6,11,3,4,9],

[1,6,11,3,8,9],

[1,6,11,2,8,9]]

λ> length (caminos (fromList 12 13 [1..]))

1352078

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición de caminos (por recursión)
-- ----------------------------------------

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 a = aux (1,1)
  where
    aux (i,j)
      | i == m           = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]
      | j == n           = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]
      | otherwise        = [a!(i,j) : cs | cs <- aux (i+1,j) ++ aux (i,j+1)]
      where m = nrows a
            n = ncols a

-- 2ª solución (mediante programación dinámica)
-- --------------------------------------------

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 a = q ! (1,1)
  where
    q = matrix m n f
    m = nrows a
    n = ncols a
    f (i,j) | i == m    = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]
            | j == n    = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]
            | otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- q!(i+1,j) ++ q!(i,j+1)]  

-- 3ª solución
-- ===========

caminos3 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos3 a
  | m == 1 || n == 1 = [toList a]
  | otherwise = map (a ! (1,1):) (caminos3 (submatrix 2 m 1 n a) ++
                                  caminos3 (submatrix 1 m 2 n a)) 
  where m = nrows a
        n = ncols a

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

--    λ> length (caminos1 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (4.15 secs, 738,764,712 bytes)
--    λ> length (caminos2 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (0.74 secs, 115,904,952 bytes)
--    λ> length (caminos3 (fromList 11 11 [1..]))
--    184756
--    (2.22 secs, 614,472,136 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª definición de caminos (por recursión)

-- ----------------------------------------

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 a = aux (1,1)

where

aux (i,j)

| i == m = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]

| j == n = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]

| otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- aux (i+1,j) ++ aux (i,j+1)]

where m = nrows a

n = ncols a

-- 2ª solución (mediante programación dinámica)

-- --------------------------------------------

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 a = q ! (1,1)

where

q = matrix m n f

m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | i == m = [[a!(i,k) | k <- [j..n]]]

| j == n = [[a!(k,j) | k <- [i..m]]]

| otherwise = [a!(i,j) : cs | cs <- q!(i+1,j) ++ q!(i,j+1)]

-- 3ª solución

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

caminos3 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos3 a

| m == 1 || n == 1 = [toList a]

| otherwise = map (a ! (1,1):) (caminos3 (submatrix 2 m 1 n a) ++

caminos3 (submatrix 1 m 2 n a))

where m = nrows a

n = ncols a

-- Comparación de eficiencia

-- -------------------------

-- λ> length (caminos1 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (4.15 secs, 738,764,712 bytes)

-- λ> length (caminos2 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (0.74 secs, 115,904,952 bytes)

-- λ> length (caminos3 (fromList 11 11 [1..]))

-- 184756

-- (2.22 secs, 614,472,136 bytes)

Matrices de Pascal

PorJosé A. Alonso 9-marzo-201816-marzo-2018

El triángulo de Pascal es un triángulo de números

         1
        1 1
       1 2 1
     1  3 3  1
    1 4  6  4 1
   1 5 10 10 5 1
  ...............

1 1

1 2 1

1 3 3 1

1 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1

...............

construido de la siguiente forma

la primera fila está formada por el número 1;
las filas siguientes se construyen sumando los números adyacentes de la fila superior y añadiendo un 1 al principio y al final de la fila.

La matriz de Pascal es la matriz cuyas filas son los elementos de la
correspondiente fila del triángulo de Pascal completadas con ceros. Por ejemplo, la matriz de Pascal de orden 6 es

   |1 0  0  0 0 0|
   |1 1  0  0 0 0|
   |1 2  1  0 0 0|
   |1 3  3  1 0 0|
   |1 4  6  4 1 0|
   |1 5 10 10 5 1|

|1 0 0 0 0 0|

|1 1 0 0 0 0|

|1 2 1 0 0 0|

|1 3 3 1 0 0|

|1 4 6 4 1 0|

|1 5 10 10 5 1|

Definir la función

   matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

1	matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

tal que (matrizPascal n) es la matriz de Pascal de orden n. Por ejemplo,

   λ> matrizPascal 6
   (  1  0  0  0  0  0 )
   (  1  1  0  0  0  0 )
   (  1  2  1  0  0  0 )
   (  1  3  3  1  0  0 )
   (  1  4  6  4  1  0 )
   (  1  5 10 10  5  1 )

λ> matrizPascal 6

( 1 0 0 0 0 0 )

( 1 1 0 0 0 0 )

( 1 2 1 0 0 0 )

( 1 3 3 1 0 0 )

( 1 4 6 4 1 0 )

( 1 5 10 10 5 1 )

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª solución
-- ===========

matrizPascal :: Int -> Matrix Integer 
matrizPascal 1 = fromList 1 1 [1]
matrizPascal n = matrix n n f 
  where f (i,j) | i < n && j <  n  = p!(i,j)
                | i < n && j == n  = 0
                | j == 1 || j == n = 1
                | otherwise        = p!(i-1,j-1) + p!(i-1,j)
        p = matrizPascal (n-1)

-- 2ª solución
-- ===========

matrizPascal2 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal2 n = fromLists xss
  where yss = take n pascal
        xss = map (take n) (map (++ repeat 0) yss)
        
pascal :: [[Integer]]
pascal = [1] : map f pascal
    where f xs = zipWith (+) (0:xs) (xs ++ [0])

-- 3ª solución
-- ===========

matrizPascal3 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal3 n =  matrix n n f
  where f (i,j) | i >=  j   = comb (i-1) (j-1)
                | otherwise = 0

-- (comb n k) es el número de combinaciones (o coeficiente binomial) de
-- n sobre k. Por ejemplo,
comb :: Int -> Int -> Integer
comb n k = product [n',n'-1..n'-k'+1] `div` product [1..k']
  where n' = fromIntegral n
        k' = fromIntegral k

-- 4ª solución
-- ===========

matrizPascal4 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal4 n = p
  where p = matrix n n (\(i,j) -> f i j)
        f i 1 = 1
        f i j
          | j >  i    = 0
          | i == j    = 1
          | otherwise = p!(i-1,j) + p!(i-1,j-1)

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

--    λ> maximum (matrizPascal 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (2.58 secs, 394,030,504 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal2 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.03 secs, 8,326,784 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal3 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.38 secs, 250,072,360 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal4 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.10 secs, 13,356,360 bytes)
--    
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal2 300)))
--    89
--    (0.06 secs, 27,286,296 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal3 300)))
--    89
--    (2.74 secs, 2,367,037,536 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal4 300)))
--    89
--    (0.36 secs, 53,934,792 bytes)
--    
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal2 700)))
--    209
--    (0.83 secs, 207,241,080 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal4 700)))
--    209
--    (2.22 secs, 311,413,008 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª solución

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

matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal 1 = fromList 1 1 [1]

matrizPascal n = matrix n n f

where f (i,j) | i < n && j < n = p!(i,j)

| i < n && j == n = 0

| j == 1 || j == n = 1

| otherwise = p!(i-1,j-1) + p!(i-1,j)

p = matrizPascal (n-1)

-- 2ª solución

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

matrizPascal2 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal2 n = fromLists xss

where yss = take n pascal

xss = map (take n) (map (++ repeat 0) yss)

pascal :: [[Integer]]

pascal = [1] : map f pascal

where f xs = zipWith (+) (0:xs) (xs ++ [0])

-- 3ª solución

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

matrizPascal3 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal3 n = matrix n n f

where f (i,j) | i >= j = comb (i-1) (j-1)

| otherwise = 0

-- (comb n k) es el número de combinaciones (o coeficiente binomial) de

-- n sobre k. Por ejemplo,

comb :: Int -> Int -> Integer

comb n k = product [n',n'-1..n'-k'+1] `div` product [1..k']

where n' = fromIntegral n

k' = fromIntegral k

-- 4ª solución

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

matrizPascal4 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal4 n = p

where p = matrix n n (\(i,j) -> f i j)

f i 1 = 1

f i j

| j > i = 0

| i == j = 1

| otherwise = p!(i-1,j) + p!(i-1,j-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximum (matrizPascal 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (2.58 secs, 394,030,504 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal2 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.03 secs, 8,326,784 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal3 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.38 secs, 250,072,360 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal4 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.10 secs, 13,356,360 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal2 300)))

-- 89

-- (0.06 secs, 27,286,296 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal3 300)))

-- 89

-- (2.74 secs, 2,367,037,536 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal4 300)))

-- 89

-- (0.36 secs, 53,934,792 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal2 700)))

-- 209

-- (0.83 secs, 207,241,080 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal4 700)))

-- 209

-- (2.22 secs, 311,413,008 bytes)

Suma de las sumas de los cuadrados de los divisores

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201814-marzo-2018

La suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de los 6 primeros números enteros positivos es

     1² + (1²+2²) + (1²+3²) + (1²+2²+4²) + (1²+5²) + (1²+2²+3²+6²)
   = 1  + 5       + 10      + 21         + 26      + 50
   = 113

1² + (1²+2²) + (1²+3²) + (1²+2²+4²) + (1²+5²) + (1²+2²+3²+6²)

= 1 + 5 + 10 + 21 + 26 + 50

= 113

Definir la función

   sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

1	sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

tal que (sumaSumasCuadradosDivisores n) es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de los n primeros números enteros positivos. Por ejemplo,

   sumaSumasCuadradosDivisores 6       ==  113
   sumaSumasCuadradosDivisores (10^6)  ==  400686363385965077

1 2	sumaSumasCuadradosDivisores 6 == 113 sumaSumasCuadradosDivisores (10^6) == 400686363385965077

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores n =
  sum [sumaCuadradosDivisores k | k <- [1..n]]

-- (sumaCuadradosDivisores n) es la suma de los cuadrados de los
-- divisores de n. Por ejemplo,
--    sumaCuadradosDivisores 6  ==  50
sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer
sumaCuadradosDivisores n = sum (map (^2) (divisores n))

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo, 
--    divisores 6  ==  [1,6,2,3]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores 1 = [1]
divisores n = 1 : n : [x | x <- [2..n `div` 2], n `mod` x == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores2 n =
  sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

-- sumasSumasCuadradosDivisores es la sucesión cuyo n-ésimo término es
-- la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de n. Por
-- ejemplo, 
--    take 6 sumasSumasCuadradosDivisores  ==  [1,6,16,37,63,113]
sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2
  where sig m n = y : sig y (n+1)
          where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores3 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores3 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores3 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores3 n = scanl f 0 [1..n]
  where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 4ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores4 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores4 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores4 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores4 n = scanl1 f [0,1..n]
  where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 5ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores5 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores5 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores5 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores5 n = scanl1 f [0,1..n]
  where f x k = x + k * (n - (n `mod` k))

-- 6ª solución
-- ===========

-- Cada elemento k de [1..n], al cuadrado, aparece tantas veces como la
-- parte entera de n/k; luego,
--    sumaSumasCuadradosDivisores n =
--       1^2*n + 2^2*(n `div` 2) + 3^2*(n `div` 3) + ... + n^2*1

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores6 n = sum (zipWith (*) ds vs)
  where ds = map (^2) [1..n]
        vs = [n `div` k | k <- [1..n]]

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

--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores (3*10^3)
--    10825397502
--    (3.29 secs, 468,721,192 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores2 (3*10^3)
--    10825397502
--    (3.25 secs, 469,462,600 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 2,788,752 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 2,813,304 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 1,467,056 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 3,291,664 bytes)
--    
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.34 secs, 440,961,640 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.29 secs, 444,962,904 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (1.23 secs, 220,960,152 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.76 secs, 524,962,464 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

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116

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119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores n =

sum [sumaCuadradosDivisores k | k <- [1..n]]

-- (sumaCuadradosDivisores n) es la suma de los cuadrados de los

-- divisores de n. Por ejemplo,

-- sumaCuadradosDivisores 6 == 50

sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaCuadradosDivisores n = sum (map (^2) (divisores n))

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

-- divisores 6 == [1,6,2,3]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores 1 = [1]

divisores n = 1 : n : [x | x <- [2..n `div` 2], n `mod` x == 0]

-- 2ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores2 n =

sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

-- sumasSumasCuadradosDivisores es la sucesión cuyo n-ésimo término es

-- la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de n. Por

-- ejemplo,

-- take 6 sumasSumasCuadradosDivisores == [1,6,16,37,63,113]

sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2

where sig m n = y : sig y (n+1)

where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores3 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores3 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores3 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores3 n = scanl f 0 [1..n]

where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 4ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores4 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores4 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores4 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores4 n = scanl1 f [0,1..n]

where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 5ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores5 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores5 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores5 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores5 n = scanl1 f [0,1..n]

where f x k = x + k * (n - (n `mod` k))

-- 6ª solución

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

-- Cada elemento k de [1..n], al cuadrado, aparece tantas veces como la

-- parte entera de n/k; luego,

-- sumaSumasCuadradosDivisores n =

-- 1^2*n + 2^2*(n `div` 2) + 3^2*(n `div` 3) + ... + n^2*1

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores6 n = sum (zipWith (*) ds vs)

where ds = map (^2) [1..n]

vs = [n `div` k | k <- [1..n]]

-- Comparación de eficiencia:

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

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores (3*10^3)

-- 10825397502

-- (3.29 secs, 468,721,192 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores2 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (3.25 secs, 469,462,600 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 2,788,752 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 2,813,304 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 1,467,056 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 3,291,664 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.34 secs, 440,961,640 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.29 secs, 444,962,904 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (1.23 secs, 220,960,152 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.76 secs, 524,962,464 bytes)

Nodos con máxima suma de hijos

PorJosé A. Alonso 1-marzo-201830-marzo-2020

Los árboles se pueden representar mediante el siguiente tipo de datos

   data Arbol a = N a [Arbol a]
                  deriving Show

1 2	data Arbol a = N a [Arbol a] deriving Show

Por ejemplo, los árboles

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

1 3

/ \ /|\

2 3 / | \

| 5 4 7

4 | /|\

6 2 8 6

se representan por

   ej1, ej2 :: Arbol Int
   ej1 = N 1 [N 2 [], N 3 [N 4 []]]
   ej2 = N 3 [N 5 [N 6 []], 
              N 4 [], 
              N 7 [N 2 [], N 8 [], N 6 []]]

ej1, ej2 :: Arbol Int

ej1 = N 1 [N 2 [], N 3 [N 4 []]]

ej2 = N 3 [N 5 [N 6 []],

N 4 [],

N 7 [N 2 [], N 8 [], N 6 []]]

Definir la función

   nodosSumaMaxima :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]

1	nodosSumaMaxima :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]

tal que (nodosSumaMaxima a) es la lista de los nodos del árbol a cuyos hijos tienen máxima suma. Por ejemplo,

   nodosSumaMaxima ej1  ==  [1]
   nodosSumaMaxima ej2  ==  [7,3]

1 2	nodosSumaMaxima ej1 == [1] nodosSumaMaxima ej2 == [7,3]

Soluciones

import Data.List     (groupBy, sort)
import Data.Function (on)

data Arbol a = N a [Arbol a]
  deriving Show

ej1, ej2 :: Arbol Int
ej1 = N 1 [N 2 [], N 3 [N 4 []]]
ej2 = N 3 [N 5 [N 6 []], 
           N 4 [], 
           N 7 [N 2 [], N 8 [], N 6 []]]

-- 1ª solución
-- ===========

nodosSumaMaxima :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]
nodosSumaMaxima a =
  [x | (s,x) <- ns, s == m]
  where ns = reverse (sort (nodosSumas a))
        m  = fst (head ns)

-- (nodosSumas x) es la lista de los pares (s,n) donde n es un nodo del
-- árbol x y s es la suma de sus hijos. Por ejemplo,  
--    λ> nodosSumas ej1
--    [(5,1),(0,2),(4,3),(0,4)]
--    λ> nodosSumas ej2
--    [(16,3),(6,5),(0,6),(0,4),(16,7),(0,2),(0,8),(0,6)]
nodosSumas :: Num t => Arbol t -> [(t,t)]
nodosSumas (N x []) = [(0,x)]
nodosSumas (N x as) = (sum (raices as),x) : concatMap nodosSumas as

-- (raices b) es la lista de las raíces del bosque b. Por ejemplo,
--    raices [ej1,ej2]  ==  [1,3]
raices :: [Arbol t] -> [t]
raices = map raiz

-- (raiz a) es la raíz del árbol a. Por ejemplo,
--    raiz ej1  ==  1
--    raiz ej2  ==  3
raiz :: Arbol t -> t
raiz (N x _) = x

-- 2ª solución
-- ===========

nodosSumaMaxima2 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]
nodosSumaMaxima2 a =
  [x | (s,x) <- ns, s == m]
  where ns = sort (nodosOpSumas a)
        m  = fst (head ns)

-- (nodosOpSumas x) es la lista de los pares (s,n) donde n es un nodo del
-- árbol x y s es el opuesto de la suma de sus hijos. Por ejemplo,  
--    λ> nodosOpSumas ej1
--    [(-5,1),(0,2),(-4,3),(0,4)]
--    λ> nodosOpSumas ej2
--    [(-16,3),(-6,5),(0,6),(0,4),(-16,7),(0,2),(0,8),(0,6)]
nodosOpSumas :: Num t => Arbol t -> [(t,t)]
nodosOpSumas (N x []) = [(0,x)]
nodosOpSumas (N x as) = (-sum (raices as),x) : concatMap nodosOpSumas as


-- 3ª solución
-- ===========

nodosSumaMaxima3 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]
nodosSumaMaxima3 a =
  [x | (s,x) <- ns, s == m]
  where ns = sort (nodosOpSumas a)
        m  = fst (head ns)

-- 4ª solución
-- ===========

nodosSumaMaxima4 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]
nodosSumaMaxima4 a =
  map snd (head (groupBy (\p q -> fst p == fst q)
                         (sort (nodosOpSumas a))))

-- 5ª solución
-- ===========

nodosSumaMaxima5 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]
nodosSumaMaxima5 a =
  map snd (head (groupBy ((==) `on` fst)
                         (sort (nodosOpSumas a))))

-- 6ª solución
-- ===========

nodosSumaMaxima6 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]
nodosSumaMaxima6 =
  map snd
  . head
  . groupBy ((==) `on` fst)
  . sort
  . nodosOpSumas

import Data.List (groupBy, sort)

import Data.Function (on)

data Arbol a = N a [Arbol a]

deriving Show

ej1, ej2 :: Arbol Int

ej1 = N 1 [N 2 [], N 3 [N 4 []]]

ej2 = N 3 [N 5 [N 6 []],

N 4 [],

N 7 [N 2 [], N 8 [], N 6 []]]

-- 1ª solución

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

nodosSumaMaxima :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]

nodosSumaMaxima a =

[x | (s,x) <- ns, s == m]

where ns = reverse (sort (nodosSumas a))

m = fst (head ns)

-- (nodosSumas x) es la lista de los pares (s,n) donde n es un nodo del

-- árbol x y s es la suma de sus hijos. Por ejemplo,

-- λ> nodosSumas ej1

-- [(5,1),(0,2),(4,3),(0,4)]

-- λ> nodosSumas ej2

-- [(16,3),(6,5),(0,6),(0,4),(16,7),(0,2),(0,8),(0,6)]

nodosSumas :: Num t => Arbol t -> [(t,t)]

nodosSumas (N x []) = [(0,x)]

nodosSumas (N x as) = (sum (raices as),x) : concatMap nodosSumas as

-- (raices b) es la lista de las raíces del bosque b. Por ejemplo,

-- raices [ej1,ej2] == [1,3]

raices :: [Arbol t] -> [t]

raices = map raiz

-- (raiz a) es la raíz del árbol a. Por ejemplo,

-- raiz ej1 == 1

-- raiz ej2 == 3

raiz :: Arbol t -> t

raiz (N x _) = x

-- 2ª solución

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

nodosSumaMaxima2 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]

nodosSumaMaxima2 a =

[x | (s,x) <- ns, s == m]

where ns = sort (nodosOpSumas a)

m = fst (head ns)

-- (nodosOpSumas x) es la lista de los pares (s,n) donde n es un nodo del

-- árbol x y s es el opuesto de la suma de sus hijos. Por ejemplo,

-- λ> nodosOpSumas ej1

-- [(-5,1),(0,2),(-4,3),(0,4)]

-- λ> nodosOpSumas ej2

-- [(-16,3),(-6,5),(0,6),(0,4),(-16,7),(0,2),(0,8),(0,6)]

nodosOpSumas :: Num t => Arbol t -> [(t,t)]

nodosOpSumas (N x []) = [(0,x)]

nodosOpSumas (N x as) = (-sum (raices as),x) : concatMap nodosOpSumas as

-- 3ª solución

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

nodosSumaMaxima3 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]

nodosSumaMaxima3 a =

[x | (s,x) <- ns, s == m]

where ns = sort (nodosOpSumas a)

m = fst (head ns)

-- 4ª solución

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

nodosSumaMaxima4 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]

nodosSumaMaxima4 a =

map snd (head (groupBy (\p q -> fst p == fst q)

(sort (nodosOpSumas a))))

-- 5ª solución

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

nodosSumaMaxima5 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]

nodosSumaMaxima5 a =

map snd (head (groupBy ((==) `on` fst)

(sort (nodosOpSumas a))))

-- 6ª solución

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

nodosSumaMaxima6 :: (Num t, Ord t) => Arbol t -> [t]

nodosSumaMaxima6 =

map snd

. head

. groupBy ((==) `on` fst)

. sort

. nodosOpSumas

La función de Smarandache

PorJosé A. Alonso 27-febrero-20186-marzo-2018

La función de Smarandache, también conocida como la función de Kempner, es la función que asigna a cada número entero positivo n el menor número cuyo factorial es divisible por n y se representa por S(n). Por ejemplo, el número 8 no divide a 1!, 2!, 3!, pero sí divide 4!; por tanto, S(8) = 4.

Definir las funciones

   smarandache        :: Integer -> Integer
   graficaSmarandache :: Integer -> IO ()

1 2	smarandache :: Integer -> Integer graficaSmarandache :: Integer -> IO ()

tales que

(smarandache n) es el menor número cuyo factorial es divisible por n. Por ejemplo,

     smarandache 8   ==  4
     smarandache 10  ==  5
     smarandache 16  ==  6

smarandache 8 == 4

smarandache 10 == 5

smarandache 16 == 6

(graficaSmarandache n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión de Smarandache. Por ejemplo, (graficaSmarandache 100) dibuja

(graficaSmarandache 500) dibuja

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Graphics.Gnuplot.Simple

smarandache :: Integer -> Integer
smarandache x =
  head [n | (n,y) <- zip [0..] factoriales
          , y `mod` x == 0]

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    λ> take 12 factoriales
--    [1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880,3628800,39916800]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

graficaSmarandache :: Integer -> IO ()
graficaSmarandache n =
  plotList [Key Nothing
           , PNG ("La_funcion_de_Smarandache_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (map smarandache [1..n])

import Data.List (genericLength)

import Graphics.Gnuplot.Simple

smarandache :: Integer -> Integer

smarandache x =

head [n | (n,y) <- zip [0..] factoriales

, y `mod` x == 0]

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- λ> take 12 factoriales

-- [1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880,3628800,39916800]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

graficaSmarandache :: Integer -> IO ()

graficaSmarandache n =

plotList [Key Nothing

, PNG ("La_funcion_de_Smarandache_" ++ show n ++ ".png")

]

(map smarandache [1..n])

Ceros con los n primeros números

PorJosé A. Alonso 23-febrero-20182-marzo-2018

Los números del 1 al 3 se pueden escribir de dos formas, con el signo más o menos entre ellos, tales que su suma sea 0:

    1+2-3 = 0
   -1-2+3 = 0

1 2	1+2-3 = 0 -1-2+3 = 0

Definir la función

   ceros :: Int -> [[Int]]

1	ceros :: Int -> [[Int]]

tal que (ceros n) son las posibles formas de obtener cero sumando los números del 1 al n, con el signo más o menos entre ellos. Por ejemplo,

   ceros 3           ==  [[1,2,-3],[-1,-2,3]]
   ceros 4           ==  [[1,-2,-3,4],[-1,2,3,-4]]
   ceros 5           ==  []
   length (ceros 7)  ==  8
   take 3 (ceros 7)  ==  [[1,2,-3,4,-5,-6,7],[1,2,-3,-4,5,6,-7],[1,-2,3,4,-5,6,-7]]

ceros 3 == [[1,2,-3],[-1,-2,3]]

ceros 4 == [[1,-2,-3,4],[-1,2,3,-4]]

ceros 5 == []

length (ceros 7) == 8

take 3 (ceros 7) == [[1,2,-3,4,-5,-6,7],[1,2,-3,-4,5,6,-7],[1,-2,3,4,-5,6,-7]]

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

ceros :: Int -> [[Int]]
ceros n = [xs | xs <- candidatos n, sum xs == 0]

-- (candidatos n) es la lista de los números del 1 al n con los signos
-- más o menos. Por ejemplo,
--    λ> candidatos 1
--    [[1],[-1]]
--    λ> candidatos 2
--    [[1,2],[1,-2],[-1,2],[-1,-2]]
--    λ> candidatos 3
--    [[1,2,3],[1,2,-3],[1,-2,3],[1,-2,-3],[-1,2,3],[-1,2,-3],[-1,-2,3],[-1,-2,-3]]
candidatos :: Int -> [[Int]]
candidatos n = productoCartesiano [[i,-i] | i <- [1..n]]

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos
-- xss. Por ejemplo, 
--    λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]
--    [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]
productoCartesiano []       = [[]]
productoCartesiano (xs:xss) =
  [x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]

-- 2ª solución
-- ===========

ceros2 :: Int -> [[Int]]
ceros2 n = [xs | xs <- candidatos2 n, sum xs == 0]

candidatos2 :: Int -> [[Int]]
candidatos2 n = mapM (\i -> [i,-i]) [1..n]

-- 3ª solución
-- ===========

ceros3 :: Int -> [[Int]]
ceros3 n = [xs | xs <- mapM (\i -> [i,-i]) [1..n], sum xs == 0]

-- 4ª solución
-- ===========

ceros4 :: Integer -> [[Integer]]
ceros4 = map fst
       . filter ((==0) . snd)
       . sumas

-- (sumas n) es la lista de las candidatos con los n primeros números y
-- sus sumas. Por ejemplo,
--    λ> sumas 2
--    [([1,2],3),([-1,2],1),([1,-2],-1),([-1,-2],-3)]
--    λ> sumas 3
--    [([1,2,3],6),([-1,2,3],4),([1,-2,3],2),([-1,-2,3],0),([1,2,-3],0),
--     ([-1,2,-3],-2),([1,-2,-3],-4),([-1,-2,-3],-6)]
sumas :: Integer -> [([Integer],Integer)]
sumas = foldr aux [([], 0)]
      . enumFromTo 1
  where
    aux n = concatMap (\(ns', s') -> [(n : ns', s' + n), (-n : ns', s' - n)])

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

--    λ> length (ceros 18)
--    0
--    (4.14 secs, 1,094,854,776 bytes)
--    λ> length (ceros2 18)
--    0
--    (1.16 secs, 375,541,680 bytes)
--    λ> length (ceros3 18)
--    0
--    (1.13 secs, 375,540,192 bytes)
--    λ> length (ceros4 18)
--    0
--    (0.69 secs, 157,316,688 bytes)

-- 1ª solución

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

ceros :: Int -> [[Int]]

ceros n = [xs | xs <- candidatos n, sum xs == 0]

-- (candidatos n) es la lista de los números del 1 al n con los signos

-- más o menos. Por ejemplo,

-- λ> candidatos 1

-- [[1],[-1]]

-- λ> candidatos 2

-- [[1,2],[1,-2],[-1,2],[-1,-2]]

-- λ> candidatos 3

-- [[1,2,3],[1,2,-3],[1,-2,3],[1,-2,-3],[-1,2,3],[-1,2,-3],[-1,-2,3],[-1,-2,-3]]

candidatos :: Int -> [[Int]]

candidatos n = productoCartesiano [[i,-i] | i <- [1..n]]

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos

-- xss. Por ejemplo,

-- λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]

-- [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]

productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]

productoCartesiano [] = [[]]

productoCartesiano (xs:xss) =

[x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]

-- 2ª solución

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

ceros2 :: Int -> [[Int]]

ceros2 n = [xs | xs <- candidatos2 n, sum xs == 0]

candidatos2 :: Int -> [[Int]]

candidatos2 n = mapM (\i -> [i,-i]) [1..n]

-- 3ª solución

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

ceros3 :: Int -> [[Int]]

ceros3 n = [xs | xs <- mapM (\i -> [i,-i]) [1..n], sum xs == 0]

-- 4ª solución

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

ceros4 :: Integer -> [[Integer]]

ceros4 = map fst

. filter ((==0) . snd)

. sumas

-- (sumas n) es la lista de las candidatos con los n primeros números y

-- sus sumas. Por ejemplo,

-- λ> sumas 2

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

-- λ> sumas 3

-- [([1,2,3],6),([-1,2,3],4),([1,-2,3],2),([-1,-2,3],0),([1,2,-3],0),

-- ([-1,2,-3],-2),([1,-2,-3],-4),([-1,-2,-3],-6)]

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

sumas = foldr aux [([], 0)]

. enumFromTo 1

where

aux n = concatMap (\(ns', s') -> [(n : ns', s' + n), (-n : ns', s' - n)])

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (ceros 18)

-- 0

-- (4.14 secs, 1,094,854,776 bytes)

-- λ> length (ceros2 18)

-- 0

-- (1.16 secs, 375,541,680 bytes)

-- λ> length (ceros3 18)

-- 0

-- (1.13 secs, 375,540,192 bytes)

-- λ> length (ceros4 18)

-- 0

-- (0.69 secs, 157,316,688 bytes)

Menor potencia de 2 que comienza por n

PorJosé A. Alonso 22-febrero-201826-marzo-2022

Definir las funciones

   menorPotencia            :: Integer -> (Integer,Integer)
   graficaMenoresExponentes :: Integer -> IO ()

1 2	menorPotencia :: Integer -> (Integer,Integer) graficaMenoresExponentes :: Integer -> IO ()

tales que

(menorPotencia n) es el par (k,m) donde m es la menor potencia de 2 que empieza por n y k es su exponentes (es decir, 2^k = m). Por ejemplo,

     menorPotencia 3             ==  (5,32)
     menorPotencia 7             ==  (46,70368744177664)
     fst (menorPotencia 982)     ==  3973
     fst (menorPotencia 32627)   ==  28557
     fst (menorPotencia 158426)  ==  40000

menorPotencia 3 == (5,32)

menorPotencia 7 == (46,70368744177664)

fst (menorPotencia 982) == 3973

fst (menorPotencia 32627) == 28557

fst (menorPotencia 158426) == 40000

(graficaMenoresExponentes n) dibuja la gráfica de los exponentes de 2 en las menores potencias de los n primeros números enteros positivos. Por ejemplo, (graficaMenoresExponentes 200) dibuja

Soluciones

import Data.List               (isPrefixOf)
import Graphics.Gnuplot.Simple (Attribute (Key, PNG), plotList)

-- 1ª definición
-- =============

menorPotencia :: Integer -> (Integer,Integer)
menorPotencia n =
  head [(k,m) | (k,m) <- zip [0..] potenciasDe2
              , cs `isPrefixOf` show m]
  where cs = show n

-- potenciasDe 2 es la lista de las potencias de dos. Por ejemplo,
--    take 12 potenciasDe2  ==  [1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048]
potenciasDe2 :: [Integer]
potenciasDe2 = iterate (*2) 1

-- 2ª definición 
-- =============

menorPotencia2 :: Integer -> (Integer,Integer)
menorPotencia2 n = aux (0,1)
  where aux (k,m) | cs `isPrefixOf` show m = (k,m)
                  | otherwise              = aux (k+1,2*m)
        cs = show n

-- 3ª definición 
-- =============

menorPotencia3 :: Integer -> (Integer,Integer)
menorPotencia3 n =
  until (isPrefixOf n1 . show . snd) (\(x,y) -> (x+1,2*y)) (0,1)
  where n1 = show n

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

--    λ> maximum [fst (menorPotencia n) | n <- [1..1000]]
--    3973
--    (3.69 secs, 1,094,923,696 bytes)
--    λ> maximum [fst (menorPotencia2 n) | n <- [1..1000]]
--    3973
--    (5.13 secs, 1,326,382,872 bytes)
--    λ> maximum [fst (menorPotencia3 n) | n <- [1..1000]]
--    3973
--    (4.71 secs, 1,240,498,128 bytes)

graficaMenoresExponentes :: Integer -> IO ()
graficaMenoresExponentes n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG "Menor_potencia_de_2_que_comienza_por_n.png"
           ]
           (map (fst . menorPotencia) [1..n])

import Data.List (isPrefixOf)

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

-- 1ª definición

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

menorPotencia :: Integer -> (Integer,Integer)

menorPotencia n =

head [(k,m) | (k,m) <- zip [0..] potenciasDe2

, cs `isPrefixOf` show m]

where cs = show n

-- potenciasDe 2 es la lista de las potencias de dos. Por ejemplo,

-- take 12 potenciasDe2 == [1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048]

potenciasDe2 :: [Integer]

potenciasDe2 = iterate (*2) 1

-- 2ª definición

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

menorPotencia2 :: Integer -> (Integer,Integer)

menorPotencia2 n = aux (0,1)

where aux (k,m) | cs `isPrefixOf` show m = (k,m)

| otherwise = aux (k+1,2*m)

cs = show n

-- 3ª definición

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

menorPotencia3 :: Integer -> (Integer,Integer)

menorPotencia3 n =

until (isPrefixOf n1 . show . snd) (\(x,y) -> (x+1,2*y)) (0,1)

where n1 = show n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximum [fst (menorPotencia n) | n <- [1..1000]]

-- 3973

-- (3.69 secs, 1,094,923,696 bytes)

-- λ> maximum [fst (menorPotencia2 n) | n <- [1..1000]]

-- 3973

-- (5.13 secs, 1,326,382,872 bytes)

-- λ> maximum [fst (menorPotencia3 n) | n <- [1..1000]]

-- 3973

-- (4.71 secs, 1,240,498,128 bytes)

graficaMenoresExponentes :: Integer -> IO ()

graficaMenoresExponentes n =

plotList [ Key Nothing

, PNG "Menor_potencia_de_2_que_comienza_por_n.png"

]

(map (fst . menorPotencia) [1..n])

Representación ampliada de matrices dispersas

PorJosé A. Alonso 21-febrero-201828-febrero-2018

En el ejercicio anterior se explicó una representación reducida de las matrices dispersas. A partir del número de columnas y la representación reducida se puede construir la matriz.

Definir la función

   ampliada :: Num a => Int -> [[(Int,a)]] -> Matrix a

1	ampliada :: Num a => Int -> [[(Int,a)]] -> Matrix a

tal que (ampliada n xss) es la matriz con n columnas cuya representación reducida es xss. Por ejemplo,

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

λ> ampliada 3 [[(3,4)],[(2,5)],[]]

( 0 0 4 )

( 0 5 0 )

( 0 0 0 )

λ> ampliada 3 [[],[]]

( 0 0 0 )

λ> ampliada 2 [[],[],[]]

( 0 0 )

Soluciones

import Data.Matrix (Matrix, fromLists)
import Data.List   (lookup)

ampliada :: Num a => Int -> [[(Int,a)]] -> Matrix a
ampliada n xss =
  fromLists [filaAmpliada n xs | xs <- xss]

-- Se puede redefinir con un argumento
ampliada2 :: Num a => Int -> [[(Int,a)]] -> Matrix a
ampliada2 n = fromLists . map (filaAmpliada n)

-- Se puede redefinir sin argumentos usando las siguientes reducciones
--      fromLists . map (filaAmpliada n)
--    = fromLists . ((map . filaAmpliada) n)
--    = ((fromLists .) . (map . filaAmpliada)) n
--    = ((fromLists .) . map . filaAmpliada) n
ampliada3 :: Num a => Int -> [[(Int,a)]] -> Matrix a
ampliada3 = (fromLists .) . map . filaAmpliada

-- (filaAmpliada n xs) es la fila ampliada de la representación reducida
-- xs de una matriz con n columnas. Por ejemplo, 
--    filaAmpliada 3 [(2,5)]        ==  [0,5,0]
--    filaAmpliada 7 [(2,5),(1,3)]  ==  [3,5,0,0,0,0,0]
filaAmpliada :: Num a => Int -> [(Int,a)] -> [a]
filaAmpliada n xs =
  [f (lookup i xs) | i <- [1..n]]
  where f Nothing  = 0
        f (Just x) = x

import Data.Matrix (Matrix, fromLists)

import Data.List (lookup)

ampliada :: Num a => Int -> [[(Int,a)]] -> Matrix a

ampliada n xss =

fromLists [filaAmpliada n xs | xs <- xss]

-- Se puede redefinir con un argumento

ampliada2 :: Num a => Int -> [[(Int,a)]] -> Matrix a

ampliada2 n = fromLists . map (filaAmpliada n)

-- Se puede redefinir sin argumentos usando las siguientes reducciones

-- fromLists . map (filaAmpliada n)

-- = fromLists . ((map . filaAmpliada) n)

-- = ((fromLists .) . (map . filaAmpliada)) n

-- = ((fromLists .) . map . filaAmpliada) n

ampliada3 :: Num a => Int -> [[(Int,a)]] -> Matrix a

ampliada3 = (fromLists .) . map . filaAmpliada

-- (filaAmpliada n xs) es la fila ampliada de la representación reducida

-- xs de una matriz con n columnas. Por ejemplo,

-- filaAmpliada 3 [(2,5)] == [0,5,0]

-- filaAmpliada 7 [(2,5),(1,3)] == [3,5,0,0,0,0,0]

filaAmpliada :: Num a => Int -> [(Int,a)] -> [a]

filaAmpliada n xs =

[f (lookup i xs) | i <- [1..n]]

where f Nothing = 0

f (Just x) = x

Vértices de un cuadrado

PorJosé A. Alonso 16-febrero-20187-marzo-2018

Definir la función

   esCuadrado :: (Num a, Ord a) => (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> Bool

1	esCuadrado :: (Num a, Ord a) => (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> Bool

tal que (esCuadrado p q r s) se verifica si los puntos p, q, r y s son los vértices de un cuadrado. Por ejemplo,

   esCuadrado (0,0) (0,1) (1,1) (1,0)    == True
   esCuadrado (0,0) (2,1) (3,-1) (1, -2) == True
   esCuadrado (0,0) (1,1) (0,1) (1,0)    == True
   esCuadrado (1,1) (1,1) (1,1) (1,1)    == True
   esCuadrado (0,0) (0,2) (3,2) (3,0)    == False
   esCuadrado (0,0) (3,4) (8,4) (5,0)    == False
   esCuadrado (0,0) (0,0) (1,1) (0,0)    == False
   esCuadrado (0,0) (0,0) (1,0) (0,1)    == False
   esCuadrado (0,0) (1,0) (0,1) (-1,-1)  == False

esCuadrado (0,0) (0,1) (1,1) (1,0) == True

esCuadrado (0,0) (2,1) (3,-1) (1, -2) == True

esCuadrado (0,0) (1,1) (0,1) (1,0) == True

esCuadrado (1,1) (1,1) (1,1) (1,1) == True

esCuadrado (0,0) (0,2) (3,2) (3,0) == False

esCuadrado (0,0) (3,4) (8,4) (5,0) == False

esCuadrado (0,0) (0,0) (1,1) (0,0) == False

esCuadrado (0,0) (0,0) (1,0) (0,1) == False

esCuadrado (0,0) (1,0) (0,1) (-1,-1) == False

Soluciones

import Data.List (sort, tails)

esCuadrado :: (Num a, Ord a) => (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> Bool
esCuadrado p q r s = and [a == b, b == c, c == d, e == f, a + b == e]
  where [a,b,c,d,e,f] = sort (distancias p q r s)

-- (distancias p q r s) es la lista de los cuadrados de las longitudes
-- de los lados y de las diagonales del cuadrilátero cuyos vértices son
-- los puntos p, q, r y s. Por ejemplo,
--    distancias (0,0) (0,1) (1,1) (1,0)  ==  [1,2,1,1,2,1]
--    distancias (0,0) (3,4) (8,4) (5,0)  ==  [25,80,25,25,20,25]
--    distancias (0,0) (0,2) (3,2) (3,0)  ==  [4,13,9,9,13,4]
--    distancias (0,0) (0,0) (1,1) (0,0)  ==  [0,2,0,2,0,2]
--    distancias (0,0) (0,0) (1,0) (0,1)  ==  [0,1,1,1,1,2]
distancias :: Num a => (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> [a]
distancias p q r s =
  [l | (h:t) <- tails [p,q,r,s], l <- map (dist h) t]

-- (dist p q) es el cuadrado de la distancia del punto p al q. Por
-- ejemplo,
--    dist (6,4) (3,8)  ==  25
dist :: Num a => (a,a) -> (a,a) -> a
dist (x1,y1) (x2,y2) = (x2-x1)^2 + (y2-y1)^2

import Data.List (sort, tails)

esCuadrado :: (Num a, Ord a) => (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> Bool

esCuadrado p q r s = and [a == b, b == c, c == d, e == f, a + b == e]

where [a,b,c,d,e,f] = sort (distancias p q r s)

-- (distancias p q r s) es la lista de los cuadrados de las longitudes

-- de los lados y de las diagonales del cuadrilátero cuyos vértices son

-- los puntos p, q, r y s. Por ejemplo,

-- distancias (0,0) (0,1) (1,1) (1,0) == [1,2,1,1,2,1]

-- distancias (0,0) (3,4) (8,4) (5,0) == [25,80,25,25,20,25]

-- distancias (0,0) (0,2) (3,2) (3,0) == [4,13,9,9,13,4]

-- distancias (0,0) (0,0) (1,1) (0,0) == [0,2,0,2,0,2]

-- distancias (0,0) (0,0) (1,0) (0,1) == [0,1,1,1,1,2]

distancias :: Num a => (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> (a,a) -> [a]

distancias p q r s =

[l | (h:t) <- tails [p,q,r,s], l <- map (dist h) t]

-- (dist p q) es el cuadrado de la distancia del punto p al q. Por

-- ejemplo,

-- dist (6,4) (3,8) == 25

dist :: Num a => (a,a) -> (a,a) -> a

dist (x1,y1) (x2,y2) = (x2-x1)^2 + (y2-y1)^2

Períodos de Fibonacci

PorJosé A. Alonso 9-febrero-201819-febrero-2018

Los primeros términos de la sucesión de Fibonacci son

   0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610

1	0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610

Al calcular sus restos módulo 3 se obtiene

   0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1

1	0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1

Se observa que es periódica y su período es

   0,1,1,2,0,2,2,1

1	0,1,1,2,0,2,2,1

Definir las funciones

   fibsMod                   :: Integer -> [Integer]
   periodoFibMod             :: Integer -> [Integer]
   longPeriodosFibMod        :: [Int]
   graficaLongPeriodosFibMod :: Int -> IO ()

fibsMod :: Integer -> [Integer]

periodoFibMod :: Integer -> [Integer]

longPeriodosFibMod :: [Int]

graficaLongPeriodosFibMod :: Int -> IO ()

tales que

(fibsMod n) es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci módulo n. Por ejemplo,

     λ> take 24 (fibsMod 3)
     [0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1]
     λ> take 24 (fibsMod 4)
     [0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1]

λ> take 24 (fibsMod 3)

[0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1]

λ> take 24 (fibsMod 4)

[0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1]

(periodoFibMod n) es la parte perioica de la sucesión de Fibonacci módulo n. Por ejemplo,

     periodoFibMod 3  ==  [0,1,1,2,0,2,2,1]
     periodoFibMod 4  ==  [0,1,1,2,3,1]
     periodoFibMod 7  ==  [0,1,1,2,3,5,1,6,0,6,6,5,4,2,6,1]

periodoFibMod 3 == [0,1,1,2,0,2,2,1]

periodoFibMod 4 == [0,1,1,2,3,1]

periodoFibMod 7 == [0,1,1,2,3,5,1,6,0,6,6,5,4,2,6,1]

longPeriodosFibMod es la sucesión de las longitudes de los períodos de las sucesiones de Fibonacci módulo n, para n > 0. Por ejemplo,

     λ> take 20 longPeriodosFibMod
     [1,3,8,6,20,24,16,12,24,60,10,24,28,48,40,24,36,24,18,60]

1 2	λ> take 20 longPeriodosFibMod [1,3,8,6,20,24,16,12,24,60,10,24,28,48,40,24,36,24,18,60]

(graficaLongPeriodosFibMod n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión longPeriodosFibMod. Por ejemplo, (graficaLongPeriodosFibMod n) dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

fibsMod :: Integer -> [Integer]
fibsMod n = map (`mod` n) fibs

-- fibs es la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,
--    λ> take 20 fibs
--    [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1597,2584,4181]
fibs :: [Integer]
fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

periodoFibMod :: Integer -> [Integer]
periodoFibMod 1 = [0]
periodoFibMod n = 0 : 1 : aux (drop 2 (fibsMod n))
  where aux (0:1:xs) = []
        aux (a:b:xs) = a : aux (b:xs)

longPeriodosFibMod :: [Int]
longPeriodosFibMod =
  [length (periodoFibMod n) | n <- [1..]]

-- 2ª definición de longPeriodosFibMod
-- ===================================

longPeriodosFibMod2 :: [Int]
longPeriodosFibMod2 = map longPeriodoFibMod [1..]

longPeriodoFibMod :: Integer -> Int
longPeriodoFibMod 1 = 1
longPeriodoFibMod n = aux 1 (tail (fibsMod n)) 0
  where aux 0 (1 : xs) k = k
        aux _ (x : xs) k = aux x xs (k + 1)

graficaLongPeriodosFibMod :: Int -> IO ()
graficaLongPeriodosFibMod n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title ("graficaLongPeriodosFibMod " ++ show n)
           , PNG ("Periodos_de_Fibonacci " ++ show n ++ ".png")]
           (take n longPeriodosFibMod)

import Graphics.Gnuplot.Simple

fibsMod :: Integer -> [Integer]

fibsMod n = map (`mod` n) fibs

-- fibs es la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,

-- λ> take 20 fibs

-- [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1597,2584,4181]

fibs :: [Integer]

fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

periodoFibMod :: Integer -> [Integer]

periodoFibMod 1 = [0]

periodoFibMod n = 0 : 1 : aux (drop 2 (fibsMod n))

where aux (0:1:xs) = []

aux (a:b:xs) = a : aux (b:xs)

longPeriodosFibMod :: [Int]

longPeriodosFibMod =

[length (periodoFibMod n) | n <- [1..]]

-- 2ª definición de longPeriodosFibMod

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

longPeriodosFibMod2 :: [Int]

longPeriodosFibMod2 = map longPeriodoFibMod [1..]

longPeriodoFibMod :: Integer -> Int

longPeriodoFibMod 1 = 1

longPeriodoFibMod n = aux 1 (tail (fibsMod n)) 0

where aux 0 (1 : xs) k = k

aux _ (x : xs) k = aux x xs (k + 1)

graficaLongPeriodosFibMod :: Int -> IO ()

graficaLongPeriodosFibMod n =

plotList [ Key Nothing

, Title ("graficaLongPeriodosFibMod " ++ show n)

, PNG ("Periodos_de_Fibonacci " ++ show n ++ ".png")]

(take n longPeriodosFibMod)

Huecos binarios

PorJosé A. Alonso 7-febrero-201814-febrero-2018

Los huecos binarios de un número natural n son las listas de cer0 entre dos unos en la representación binaria de n. Por ejemplo, puesto que la representación binaria de 20 es 10100 tiene dos huecos binarios de longitudes 1 y 2. La longitud del mayor hueco binario de 529 es 4 ya que la representación binaria de 529 es 1000010001.

Definir las funciones

   longMayorHuecoBinario        :: Int -> Int
   graficaLongMayorHuecoBinario :: Int -> IO ()

1 2	longMayorHuecoBinario :: Int -> Int graficaLongMayorHuecoBinario :: Int -> IO ()

tales que

(longMayorHuecoBinario n) es la longitud del mayor hueco binario de n. Por ejemplo,

     longMayorHuecoBinario 20    ==  2
     longMayorHuecoBinario 529   ==  4
     longMayorHuecoBinario 2018  ==  3

longMayorHuecoBinario 20 == 2

longMayorHuecoBinario 529 == 4

longMayorHuecoBinario 2018 == 3

(graficaLongMayorHuecoBinario n) dibuja la gráfica de las longitudes de los mayores huecos binarios de los n primeros números naturales. Por ejemplo, (graficaLongMayorHuecoBinario 200) dibuja

Soluciones

import Data.List (group)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª solución
-- ===========

longMayorHuecoBinario :: Int -> Int
longMayorHuecoBinario n =
  maximum (0 : map length (huecosBinarios (decimalAbinario n)))

-- (decimalAbinario x) es la representación binaria del número c. Por
-- ejemplo, 
--    decimalAbinario 20   ==  [0,0,1,0,1]
--    decimalAbinario 529  ==  [1,0,0,0,1,0,0,0,0,1] 
decimalAbinario :: Int -> [Int]
decimalAbinario x
  | x < 2     = [x]
  | otherwise = x `mod` 2 : decimalAbinario (x `div` 2)

-- (huecosBinarios xs) es la lista de los ceros consecutivos de xs entre
-- dos elementos distintos de cero. Por ejemplo,
--    huecosBinarios [0,0,1,0,1]            ==  [[0,0],[0]]
--    huecosBinarios [1,0,0,0,1,0,0,0,0,1]  ==  [[0,0,0],[0,0,0,0]]
huecosBinarios :: [Int] -> [[Int]]
huecosBinarios xs =
  [ys | ys <- group xs, 0 `elem` ys]

-- 2ª solución
-- ===========

longMayorHuecoBinario2 :: Int -> Int
longMayorHuecoBinario2 =
  maximum . (0 :) . map length . huecosBinarios . decimalAbinario

-- 3ª solución
-- ===========

longMayorHuecoBinario3 :: Int -> Int
longMayorHuecoBinario3 = maximum . longHuecosBinarios

-- (longHuecosBinarios n) es la lista de las longitudes de los huecos
-- binarios de n. Por ejemplo,
--    longHuecosBinarios 20  ==  [2,1,0]
--    longHuecosBinarios 529  ==  [3,4,0]
longHuecosBinarios :: Int -> [Int]
longHuecosBinarios 1 = [0]
longHuecosBinarios n | mod n 2 == 1 = longHuecosBinarios (div n 2)
                     | mod n 4 == 2 = 1 : h : t
                     | otherwise = 1 + h : t
  where (h : t) = longHuecosBinarios (div n 2)

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

--    λ> maximum [longMayorHuecoBinario x | x <- [1..100000]]
--    16
--    (5.51 secs, 941,090,272 bytes)
--    λ> maximum [longMayorHuecoBinario2 x | x <- [1..100000]]
--    16
--    (5.54 secs, 933,093,168 bytes)
--    λ> maximum [longMayorHuecoBinario3 x | x <- [1..100000]]
--    16
--    (6.00 secs, 966,584,848 bytes)

graficaLongMayorHuecoBinario :: Int -> IO ()
graficaLongMayorHuecoBinario n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title ("graficaLongMayorHuecoBinario " ++ show n)
           , PNG ("Huecos_binarios_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           [longMayorHuecoBinario k | k <- [0..n-1]]

import Data.List (group)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª solución

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

longMayorHuecoBinario :: Int -> Int

longMayorHuecoBinario n =

maximum (0 : map length (huecosBinarios (decimalAbinario n)))

-- (decimalAbinario x) es la representación binaria del número c. Por

-- ejemplo,

-- decimalAbinario 20 == [0,0,1,0,1]

-- decimalAbinario 529 == [1,0,0,0,1,0,0,0,0,1]

decimalAbinario :: Int -> [Int]

decimalAbinario x

| x < 2 = [x]

| otherwise = x `mod` 2 : decimalAbinario (x `div` 2)

-- (huecosBinarios xs) es la lista de los ceros consecutivos de xs entre

-- dos elementos distintos de cero. Por ejemplo,

-- huecosBinarios [0,0,1,0,1] == [[0,0],[0]]

-- huecosBinarios [1,0,0,0,1,0,0,0,0,1] == [[0,0,0],[0,0,0,0]]

huecosBinarios :: [Int] -> [[Int]]

huecosBinarios xs =

[ys | ys <- group xs, 0 `elem` ys]

-- 2ª solución

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

longMayorHuecoBinario2 :: Int -> Int

longMayorHuecoBinario2 =

maximum . (0 :) . map length . huecosBinarios . decimalAbinario

-- 3ª solución

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

longMayorHuecoBinario3 :: Int -> Int

longMayorHuecoBinario3 = maximum . longHuecosBinarios

-- (longHuecosBinarios n) es la lista de las longitudes de los huecos

-- binarios de n. Por ejemplo,

-- longHuecosBinarios 20 == [2,1,0]

-- longHuecosBinarios 529 == [3,4,0]

longHuecosBinarios :: Int -> [Int]

longHuecosBinarios 1 = [0]

longHuecosBinarios n | mod n 2 == 1 = longHuecosBinarios (div n 2)

| mod n 4 == 2 = 1 : h : t

| otherwise = 1 + h : t

where (h : t) = longHuecosBinarios (div n 2)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximum [longMayorHuecoBinario x | x <- [1..100000]]

-- 16

-- (5.51 secs, 941,090,272 bytes)

-- λ> maximum [longMayorHuecoBinario2 x | x <- [1..100000]]

-- 16

-- (5.54 secs, 933,093,168 bytes)

-- λ> maximum [longMayorHuecoBinario3 x | x <- [1..100000]]

-- 16

-- (6.00 secs, 966,584,848 bytes)

graficaLongMayorHuecoBinario :: Int -> IO ()

graficaLongMayorHuecoBinario n =

plotList [ Key Nothing

, Title ("graficaLongMayorHuecoBinario " ++ show n)

, PNG ("Huecos_binarios_" ++ show n ++ ".png")

]

[longMayorHuecoBinario k | k <- [0..n-1]]

Celdas interiores de una retícula

PorJosé A. Alonso 5-febrero-201812-febrero-2018

Las celdas de una retícula cuadrada se numeran consecutivamente. Por ejemplo, la numeración de la retícula cuadrada de lado 4 es

   1, 2, 3, 4
   5, 6, 7, 8
   9,10,11,12
  13,14,15,16

1, 2, 3, 4

5, 6, 7, 8

9,10,11,12

13,14,15,16

Los números de sus celdas interiores son 6,7,10,11.

Definir la función

   interiores :: Int -> [Int]

1	interiores :: Int -> [Int]

tal que (interiores n) es la lista de los números de las celdas interiores de la retícula cuadrada de lado n. Por ejemplo,

   interiores 4  == [6,7,10,11]
   interiores 5  == [7,8,9,12,13,14,17,18,19]
   interiores 6  == [8,9,10,11,14,15,16,17,20,21,22,23,26,27,28,29]
   interiores 2  == []
   length (interiores 2018)  == 4064256

interiores 4 == [6,7,10,11]

interiores 5 == [7,8,9,12,13,14,17,18,19]

interiores 6 == [8,9,10,11,14,15,16,17,20,21,22,23,26,27,28,29]

interiores 2 == []

length (interiores 2018) == 4064256

Comprobar con QuickCheck que el número de celdas interiores de la retícula cuadrada de lado n, con n > 1, es (n-2)^2.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Data.List.Split (divvy)

-- 1ª solución
interiores :: Int -> [Int]
interiores n = [i | i <- [n..n*n-n], i `mod` n > 1]

-- 2ª solución
interiores2 :: Int -> [Int]
interiores2 n = aux [n+1..n^2-n]
  where aux xss@(x:xs) = take (n-2) xs ++ aux (drop n xss)
        aux []         = []

-- 3ª solución 
interiores3 :: Int -> [Int]
interiores3 n = concat (divvy (n-2) n [n+2..n*(n-1)-1])

-- 4ª solución
interiores4 :: Int -> [Int]
interiores4 n = concat [map (+(n*k)) [2..n-1] | k <- [1..n-2]]

-- 5ª solución
interiores5 :: Int -> [Int]
interiores5 n = concat (take (n-2) (iterate (map (+n)) [n+2..2*n-1]))

-- La propiedad es
prop_interiores :: Int -> Property
prop_interiores n =
  n > 1 ==> length (interiores n) == (n-2)^2

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

import Test.QuickCheck

import Data.List.Split (divvy)

-- 1ª solución

interiores :: Int -> [Int]

interiores n = [i | i <- [n..n*n-n], i `mod` n > 1]

-- 2ª solución

interiores2 :: Int -> [Int]

interiores2 n = aux [n+1..n^2-n]

where aux xss@(x:xs) = take (n-2) xs ++ aux (drop n xss)

aux [] = []

-- 3ª solución

interiores3 :: Int -> [Int]

interiores3 n = concat (divvy (n-2) n [n+2..n*(n-1)-1])

-- 4ª solución

interiores4 :: Int -> [Int]

interiores4 n = concat [map (+(n*k)) [2..n-1] | k <- [1..n-2]]

-- 5ª solución

interiores5 :: Int -> [Int]

interiores5 n = concat (take (n-2) (iterate (map (+n)) [n+2..2*n-1]))

-- La propiedad es

prop_interiores :: Int -> Property

prop_interiores n =

n > 1 ==> length (interiores n) == (n-2)^2

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_interiores

-- +++ OK, passed 100 tests.

Dígitos iniciales

PorJosé A. Alonso 2-febrero-201819-febrero-2018

Definir las funciones

   digitosIniciales        :: [Int]
   graficaDigitosIniciales :: Int -> IO ()

1 2	digitosIniciales :: [Int] graficaDigitosIniciales :: Int -> IO ()

tales que

digitosIniciales es la lista de los dígitos iniciales de los números naturales. Por ejemplo,

     λ> take 100 digitosIniciales
     [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
      3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,
      6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,7,7,7,7,7,7,7,7,7,7,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,
      9,9,9,9,9,9,9,9,9,9]

λ> take 100 digitosIniciales

[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,

3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,

6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,7,7,7,7,7,7,7,7,7,7,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,

9,9,9,9,9,9,9,9,9,9]

(graficaDigitosIniciales n) dibuja la gráfica de los primeros n términos de la sucesión digitosIniciales. Por ejemplo, (graficaDigitosIniciales 100) dibuja

y (graficaDigitosIniciales 1000) dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
-- =============

digitosIniciales :: [Int]
digitosIniciales = map digitoInicial [0..]

digitoInicial :: Integer -> Int
digitoInicial n = read [head (show n)]

-- 2ª definición
-- =============

digitosIniciales2 :: [Int]
digitosIniciales2 = map (read . return . head . show) [0..]

-- 3ª definición
-- =============

digitosIniciales3 :: [Int]
digitosIniciales3 = map digitoInicial3 [0..]

digitoInicial3 :: Integer -> Int
digitoInicial3 = fromInteger . until (< 10) (`div` 10)

-- 4ª definición
-- =============

digitosIniciales4 :: [Int]
digitosIniciales4 = map (fromInteger . until (< 10) (`div` 10)) [0..]

-- 5ª definición
-- =============

digitosIniciales5 :: [Int]
digitosIniciales5 =
  0 : concat [replicate k x | k <- [10^n | n <- [0..]]
                            , x <- [1..9]]

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

--    λ> digitosIniciales !! (2*10^6)
--    2
--    (0.46 secs, 320,145,984 bytes)
--    λ> digitosIniciales2 !! (2*10^6)
--    2
--    (0.46 secs, 320,143,288 bytes)
--    λ> digitosIniciales3 !! (2*10^6)
--    2
--    (0.17 secs, 320,139,216 bytes)
--    λ> digitosIniciales4 !! (2*10^6)
--    2
--    (0.55 secs, 320,139,248 bytes)
--    λ> digitosIniciales5 !! (2*10^6)
--    2
--    (0.12 secs, 224,158,992 bytes)

graficaDigitosIniciales :: Int -> IO ()
graficaDigitosIniciales n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title ("graficaDigitosIniciales " ++ show n)
           , PNG ("Digitos_iniciales_" ++ show n ++ ".png" )
           ]
           (take n digitosIniciales)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

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

digitosIniciales :: [Int]

digitosIniciales = map digitoInicial [0..]

digitoInicial :: Integer -> Int

digitoInicial n = read [head (show n)]

-- 2ª definición

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

digitosIniciales2 :: [Int]

digitosIniciales2 = map (read . return . head . show) [0..]

-- 3ª definición

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

digitosIniciales3 :: [Int]

digitosIniciales3 = map digitoInicial3 [0..]

digitoInicial3 :: Integer -> Int

digitoInicial3 = fromInteger . until (< 10) (`div` 10)

-- 4ª definición

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

digitosIniciales4 :: [Int]

digitosIniciales4 = map (fromInteger . until (< 10) (`div` 10)) [0..]

-- 5ª definición

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

digitosIniciales5 :: [Int]

digitosIniciales5 =

0 : concat [replicate k x | k <- [10^n | n <- [0..]]

, x <- [1..9]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> digitosIniciales !! (2*10^6)

-- 2

-- (0.46 secs, 320,145,984 bytes)

-- λ> digitosIniciales2 !! (2*10^6)

-- 2

-- (0.46 secs, 320,143,288 bytes)

-- λ> digitosIniciales3 !! (2*10^6)

-- 2

-- (0.17 secs, 320,139,216 bytes)

-- λ> digitosIniciales4 !! (2*10^6)

-- 2

-- (0.55 secs, 320,139,248 bytes)

-- λ> digitosIniciales5 !! (2*10^6)

-- 2

-- (0.12 secs, 224,158,992 bytes)

graficaDigitosIniciales :: Int -> IO ()

graficaDigitosIniciales n =

plotList [ Key Nothing

, Title ("graficaDigitosIniciales " ++ show n)

, PNG ("Digitos_iniciales_" ++ show n ++ ".png" )

]

(take n digitosIniciales)

Exponentes de Hamming

PorJosé A. Alonso 1-febrero-20188-febrero-2018

Los números de Hamming forman una sucesión estrictamente creciente de números que cumplen las siguientes condiciones:

El número 1 está en la sucesión.
Si x está en la sucesión, entonces 2x, 3x y 5x también están.
Ningún otro número está en la sucesión.

Los primeros números de Hamming son 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 16, …

Los exponentes de un número de Hamming n es una terna (x,y,z) tal que n = 2^x*3^y*5^z. Por ejemplo, los exponentes de 600 son (3,1,2) ya que 600 = 2^x*3^1*5^z.

Definir la sucesión

   sucExponentesHamming :: [(Int,Int,Int)]

1	sucExponentesHamming :: [(Int,Int,Int)]

cuyos elementos son los exponentes de los números de Hamming. Por ejemplo,

   λ> take 21 sucExponentesHamming
   [(0,0,0),(1,0,0),(0,1,0),(2,0,0),(0,0,1),(1,1,0),(3,0,0),
    (0,2,0),(1,0,1),(2,1,0),(0,1,1),(4,0,0),(1,2,0),(2,0,1),
    (3,1,0),(0,0,2),(0,3,0),(1,1,1),(5,0,0),(2,2,0),(3,0,1)]
   λ> sucExponentesHamming !! (5*10^5)
   (74,82,7)

λ> take 21 sucExponentesHamming

[(0,0,0),(1,0,0),(0,1,0),(2,0,0),(0,0,1),(1,1,0),(3,0,0),

(0,2,0),(1,0,1),(2,1,0),(0,1,1),(4,0,0),(1,2,0),(2,0,1),

(3,1,0),(0,0,2),(0,3,0),(1,1,1),(5,0,0),(2,2,0),(3,0,1)]

λ> sucExponentesHamming !! (5*10^5)

(74,82,7)

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª solución
-- ===========

sucExponentesHamming :: [(Int,Int,Int)]
sucExponentesHamming = map exponentes hamming

-- (exponentes n) es la terna de exponentes del número de Hamming n. Por
-- ejemplo, 
--    exponentes 600  ==  (3,1,2)
exponentes :: Integer -> (Int,Int,Int)
exponentes x = (length as, length cs, length ds)
  where xs = primeFactors x
        (as,bs) = span (==2) xs
        (cs,ds) = span (==3) bs

-- hamming es la sucesión de los números de Hamming. Por ejemplo,
--    λ> take 21 hamming
--    [1,2,3,4,5,6,8,9,10,12,15,16,18,20,24,25,27,30,32,36,40]
hamming :: [Integer]
hamming = 1 : mezcla3 [2*i | i <- hamming]  
                      [3*i | i <- hamming]  
                      [5*i | i <- hamming]  

-- mezcla3 xs ys zs es la lista obtenida mezclando las listas ordenadas
-- xs, ys y zs y eliminando los elementos duplicados. Por ejemplo, 
--    mezcla3 [2,4,6,8,10] [3,6,9,12] [5,10]  ==  [2,3,4,5,6,8,9,10,12]
mezcla3 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a] -> [a]
mezcla3 xs ys zs = mezcla2 xs (mezcla2 ys zs)  

-- mezcla2 xs ys zs es la lista obtenida mezclando las listas ordenadas
-- xs e ys y eliminando los elementos duplicados. Por ejemplo, 
--    mezcla2 [2,4,6,8,10,12] [3,6,9,12]  ==  [2,3,4,6,8,9,10,12]
mezcla2 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a] 
mezcla2 p@(x:xs) q@(y:ys) | x < y     = x:mezcla2 xs q
                          | x > y     = y:mezcla2 p  ys  
                          | otherwise = x:mezcla2 xs ys
mezcla2 []       ys                   = ys
mezcla2 xs       []                   = xs

-- 2ª solución
-- ===========

sucExponentesHamming2 :: [(Int,Int,Int)]
sucExponentesHamming2 = map exponentes2 hamming

exponentes2 :: Integer -> (Int,Int,Int)
exponentes2 = aux (0,0,0)
  where aux (a,b,c) 1 = (a,b,c)
        aux (a,b,c) x | mod x 2 == 0 = aux (a+1,b,c) (div x 2)
                      | mod x 3 == 0 = aux (a,b+1,c) (div x 3)
                      | otherwise    = aux (a,b,c+1) (div x 5)

-- 3ª solución
-- ===========

sucExponentesHamming3 :: [(Int,Int,Int)]
sucExponentesHamming3 = map exponentes3 hamming

exponentes3 :: Integer -> (Int,Int,Int)
exponentes3 1 = (0,0,0)
exponentes3 x
  | x `mod` 2 == 0 = suma (1,0,0) (descomposicion (x `div` 2))
  | x `mod` 3 == 0 = suma (0,1,0) (descomposicion (x `div` 3))
  | otherwise      = suma (0,0,1) (descomposicion (x `div` 5))
  where suma (x,y,z) (a,b,c) = (x+a,y+b,z+c)

-- 4ª solución
-- ===========

type Terna = (Int,Int,Int)

sucExponentesHamming4 :: [Terna]
sucExponentesHamming4 =
  (0,0,0) : mezclaT3 [(x+1,y,z) | (x,y,z) <- sucExponentesHamming4]
                     [(x,y+1,z) | (x,y,z) <- sucExponentesHamming4]
                     [(x,y,z+1) | (x,y,z) <- sucExponentesHamming4]
 
mezclaT3 :: [Terna] -> [Terna] -> [Terna] -> [Terna]
mezclaT3 t1 t2 t3 = mezclaT2 t1 (mezclaT2 t2 t3)

mezclaT2 :: [Terna] -> [Terna] -> [Terna]
mezclaT2 ts1@((i,j,k):xs) ts2@((a,b,c):ys)
  | x < y     = (i,j,k) : mezclaT2 xs ts2
  | x > y     = (a,b,c) : mezclaT2 ts1 ys
  | otherwise = (i,j,k) : mezclaT2 xs ys
  where x = 2^i*3^j*5^k
        y = 2^a*3^b*5^c

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª solución

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

sucExponentesHamming :: [(Int,Int,Int)]

sucExponentesHamming = map exponentes hamming

-- (exponentes n) es la terna de exponentes del número de Hamming n. Por

-- ejemplo,

-- exponentes 600 == (3,1,2)

exponentes :: Integer -> (Int,Int,Int)

exponentes x = (length as, length cs, length ds)

where xs = primeFactors x

(as,bs) = span (==2) xs

(cs,ds) = span (==3) bs

-- hamming es la sucesión de los números de Hamming. Por ejemplo,

-- λ> take 21 hamming

-- [1,2,3,4,5,6,8,9,10,12,15,16,18,20,24,25,27,30,32,36,40]

hamming :: [Integer]

hamming = 1 : mezcla3 [2*i | i <- hamming]

[3*i | i <- hamming]

[5*i | i <- hamming]

-- mezcla3 xs ys zs es la lista obtenida mezclando las listas ordenadas

-- xs, ys y zs y eliminando los elementos duplicados. Por ejemplo,

-- mezcla3 [2,4,6,8,10] [3,6,9,12] [5,10] == [2,3,4,5,6,8,9,10,12]

mezcla3 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a] -> [a]

mezcla3 xs ys zs = mezcla2 xs (mezcla2 ys zs)

-- mezcla2 xs ys zs es la lista obtenida mezclando las listas ordenadas

-- xs e ys y eliminando los elementos duplicados. Por ejemplo,

-- mezcla2 [2,4,6,8,10,12] [3,6,9,12] == [2,3,4,6,8,9,10,12]

mezcla2 :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]

mezcla2 p@(x:xs) q@(y:ys) | x < y = x:mezcla2 xs q

| x > y = y:mezcla2 p ys

| otherwise = x:mezcla2 xs ys

mezcla2 [] ys = ys

mezcla2 xs [] = xs

-- 2ª solución

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

sucExponentesHamming2 :: [(Int,Int,Int)]

sucExponentesHamming2 = map exponentes2 hamming

exponentes2 :: Integer -> (Int,Int,Int)

exponentes2 = aux (0,0,0)

where aux (a,b,c) 1 = (a,b,c)

aux (a,b,c) x | mod x 2 == 0 = aux (a+1,b,c) (div x 2)

| mod x 3 == 0 = aux (a,b+1,c) (div x 3)

| otherwise = aux (a,b,c+1) (div x 5)

-- 3ª solución

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

sucExponentesHamming3 :: [(Int,Int,Int)]

sucExponentesHamming3 = map exponentes3 hamming

exponentes3 :: Integer -> (Int,Int,Int)

exponentes3 1 = (0,0,0)

exponentes3 x

| x `mod` 2 == 0 = suma (1,0,0) (descomposicion (x `div` 2))

| x `mod` 3 == 0 = suma (0,1,0) (descomposicion (x `div` 3))

| otherwise = suma (0,0,1) (descomposicion (x `div` 5))

where suma (x,y,z) (a,b,c) = (x+a,y+b,z+c)

-- 4ª solución

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

type Terna = (Int,Int,Int)

sucExponentesHamming4 :: [Terna]

sucExponentesHamming4 =

(0,0,0) : mezclaT3 [(x+1,y,z) | (x,y,z) <- sucExponentesHamming4]

[(x,y+1,z) | (x,y,z) <- sucExponentesHamming4]

[(x,y,z+1) | (x,y,z) <- sucExponentesHamming4]

mezclaT3 :: [Terna] -> [Terna] -> [Terna] -> [Terna]

mezclaT3 t1 t2 t3 = mezclaT2 t1 (mezclaT2 t2 t3)

mezclaT2 :: [Terna] -> [Terna] -> [Terna]

mezclaT2 ts1@((i,j,k):xs) ts2@((a,b,c):ys)

| x < y = (i,j,k) : mezclaT2 xs ts2

| x > y = (a,b,c) : mezclaT2 ts1 ys

| otherwise = (i,j,k) : mezclaT2 xs ys

where x = 2^i*3^j*5^k

y = 2^a*3^b*5^c

Recorrido del robot

PorJosé A. Alonso 31-enero-20187-febrero-2018

Los puntos de una retícula se representan mediante pares de enteros

   type Punto = (Int,Int)

1	type Punto = (Int,Int)

y los movimientos de un robot mediante el tipo

   data Movimiento = N Int
                   | S Int
                   | E Int
                   | O Int

data Movimiento = N Int

| S Int

| E Int

| O Int

donde (N x) significa que se mueve x unidades en la dirección norte y análogamente para las restantes direcciones (S es sur, E es este y O es oeste).

Definir la función

   posicion :: [Movimiento] -> Punto

1	posicion :: [Movimiento] -> Punto

tal que (posicion ms) es la posición final de un robot que inicialmente está en el el punto (0,0) y realiza los movimientos ms. Por ejemplo,

   posicion [N 3]                           ==  (0,3)
   posicion [N 3, E 5]                      ==  (5,3)
   posicion [N 3, E 5, S 1]                 ==  (5,2)
   posicion [N 3, E 5, S 1, O 4]            ==  (1,2)
   posicion [N 3, E 5, S 1, O 4, N 3]       ==  (1,5)
   posicion [N 3, E 5, S 1, O 4, N 3, S 3]  ==  (1,2)

posicion [N 3] == (0,3)

posicion [N 3, E 5] == (5,3)

posicion [N 3, E 5, S 1] == (5,2)

posicion [N 3, E 5, S 1, O 4] == (1,2)

posicion [N 3, E 5, S 1, O 4, N 3] == (1,5)

posicion [N 3, E 5, S 1, O 4, N 3, S 3] == (1,2)

Soluciones

type Punto = (Int,Int)

data Movimiento = N Int
                | S Int
                | E Int
                | O Int

-- 1ª solución                
posicion :: [Movimiento] -> Punto
posicion ms = aux ms (0,0)
  where aux [] p = p
        aux (N x:ms) (a,b) = aux ms (a,b+x)
        aux (S x:ms) (a,b) = aux ms (a,b-x)
        aux (E x:ms) (a,b) = aux ms (a+x,b)
        aux (O x:ms) (a,b) = aux ms (a-x,b)

-- 2ª solución
posicion2 :: [Movimiento] -> Punto
posicion2 []       = (0,0)
posicion2 (N x:ms) = suma (0 ,x)  (posicion2 ms)
posicion2 (S x:ms) = suma (0 ,-x) (posicion2 ms)
posicion2 (E x:ms) = suma (x ,0)  (posicion2 ms)
posicion2 (O x:ms) = suma (-x,0)  (posicion2 ms)

suma :: Punto -> Punto -> Punto
suma (x,y) (a,b) = (x+a,y+b)

-- 3ª solución
posicion3 :: [Movimiento] -> Punto
posicion3 []     = (0,0)
posicion3 (m:ms) = case m of
                     N x -> (a,b+x)
                     S x -> (a,b-x)
                     E x -> (a+x,b)
                     O x -> (a-x,b)
  where (a,b) = posicion3 ms

-- 4ª solución
posicion4 :: [Movimiento] -> Punto
posicion4 = foldl aux (0,0)
  where
    aux (x,y) (N j) = (x,y+j)
    aux (x,y) (S j) = (x,y-j)
    aux (x,y) (E i) = (x+i,y)
    aux (x,y) (O i) = (x-i,y)

--- 5ª solución
posicion5 :: [Movimiento] -> Punto
posicion5 xs = (sum hs, sum vs)
  where
    (hs,vs)   = unzip (map aux xs)
    aux (N j) = (0,j)
    aux (S j) = (0,-j)
    aux (E i) = (i,0)
    aux (O i) = (-i,0)

type Punto = (Int,Int)

data Movimiento = N Int

| S Int

| E Int

| O Int

-- 1ª solución

posicion :: [Movimiento] -> Punto

posicion ms = aux ms (0,0)

where aux [] p = p

aux (N x:ms) (a,b) = aux ms (a,b+x)

aux (S x:ms) (a,b) = aux ms (a,b-x)

aux (E x:ms) (a,b) = aux ms (a+x,b)

aux (O x:ms) (a,b) = aux ms (a-x,b)

-- 2ª solución

posicion2 :: [Movimiento] -> Punto

posicion2 [] = (0,0)

posicion2 (N x:ms) = suma (0 ,x) (posicion2 ms)

posicion2 (S x:ms) = suma (0 ,-x) (posicion2 ms)

posicion2 (E x:ms) = suma (x ,0) (posicion2 ms)

posicion2 (O x:ms) = suma (-x,0) (posicion2 ms)

suma :: Punto -> Punto -> Punto

suma (x,y) (a,b) = (x+a,y+b)

-- 3ª solución

posicion3 :: [Movimiento] -> Punto

posicion3 [] = (0,0)

posicion3 (m:ms) = case m of

N x -> (a,b+x)

S x -> (a,b-x)

E x -> (a+x,b)

O x -> (a-x,b)

where (a,b) = posicion3 ms

-- 4ª solución

posicion4 :: [Movimiento] -> Punto

posicion4 = foldl aux (0,0)

where

aux (x,y) (N j) = (x,y+j)

aux (x,y) (S j) = (x,y-j)

aux (x,y) (E i) = (x+i,y)

aux (x,y) (O i) = (x-i,y)

--- 5ª solución

posicion5 :: [Movimiento] -> Punto

posicion5 xs = (sum hs, sum vs)

where

(hs,vs) = unzip (map aux xs)

aux (N j) = (0,j)

aux (S j) = (0,-j)

aux (E i) = (i,0)

aux (O i) = (-i,0)

Sucesión de Lichtenberg

PorJosé A. Alonso 25-enero-20181-febrero-2018

La sucesión de Lichtenberg esta formada por la representación decimal de los números binarios de la sucesión de dígitos 0 y 1 alternados Los primeros términos de ambas sucesiones son

   Alternada ..... Lichtenberg
   0 ....................... 0
   1 ....................... 1
   10 ...................... 2
   101 ..................... 5
   1010 ................... 10
   10101 .................. 21
   101010 ................. 42
   1010101 ................ 85
   10101010 .............. 170
   101010101 ............. 341
   1010101010 ............ 682
   10101010101 .......... 1365
   101010101010 ......... 2730

Alternada ..... Lichtenberg

0 ....................... 0

1 ....................... 1

10 ...................... 2

101 ..................... 5

1010 ................... 10

10101 .................. 21

101010 ................. 42

1010101 ................ 85

10101010 .............. 170

101010101 ............. 341

1010101010 ............ 682

10101010101 .......... 1365

101010101010 ......... 2730

Definir las funciones

   lichtenberg        :: [Integer]
   graficaLichtenberg :: Int -> IO ()

1 2	lichtenberg :: [Integer] graficaLichtenberg :: Int -> IO ()

tales que

lichtenberg es la lista cuyos elementos son los términos de la sucesión de Lichtenberg. Por ejemplo,

     λ> take 17 lichtenberg
     [0,1,2,5,10,21,42,85,170,341,682,1365,2730,5461,10922,21845,43690]

1 2	λ> take 17 lichtenberg [0,1,2,5,10,21,42,85,170,341,682,1365,2730,5461,10922,21845,43690]

(graficaLichtenberg n) dibuja la gráfica del número de dígitos de los n primeros términos de la sucesión de Lichtenberg. Por ejemlo, (graficaLichtenberg 100) dibuja

Comprobar con QuickCheck que todos los términos de la sucesión de Lichtenberg, a partir del 4º, son números compuestos.

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck
import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª solución
-- ===========

lichtenberg1 :: [Integer]
lichtenberg1 = map binarioAdecimal sucAlternada

-- sucAlternada es la lista cuyos elementos son los términos de la
-- sucesión de los dígitos 0 y 1 alternados. Por ejemplo,
--    λ> take 7 sucAlternada
--    ["0","1","10","101","1010","10101","101010"]
sucAlternada :: [String]
sucAlternada =
  ['0'] : [take n cadenaAlternada | n <- [1..]]

-- cadenaAltenada es la cadena formada alternando los caracteres 1 y
-- 0. Por ejemplo,
--    take 20 cadenaAlternada  ==  "10101010101010101010"
cadenaAlternada :: String
cadenaAlternada = cycle ['1','0']

-- (binarioAdecimal cs) es el número decimal correspondiente al número
-- binario cuya cadena de dígitos es cs. Por ejemplo,
--    binarioAdecimal "11101"  ==  29
binarioAdecimal :: String -> Integer
binarioAdecimal =
  foldl (\acc x -> acc * 2 + (toInteger . digitToInt) x) 0
  
-- 2ª solución
lichtenberg2 :: [Integer]
lichtenberg2 = map a [0..]
  where a 0 = 0
        a 1 = 1
        a n = a (n-1) + 2 * a (n-2) + 1

-- 3ª solución
lichtenberg3 :: [Integer]
lichtenberg3 =
  0 : 1 : map (+1) (zipWith (+) (tail lichtenberg3) (map (*2) lichtenberg3)) 

-- Comprobación de eficiencia
--    λ> length (show (lichtenberg1 !! 27))
--    8
--    (0.02 secs, 155,384 bytes)
--    λ> length (show (lichtenberg2 !! 27))
--    8
--    (2.22 secs, 311,157,760 bytes)
--    
--    λ> length (show (lichtenberg1 !! (8*10^4)))
--    24083
--    (1.28 secs, 664,207,040 bytes)
--    λ> length (show (lichtenberg3 !! (8*10^4)))
--    24083
--    (2.59 secs, 1,253,328,200 bytes)

-- La propiedad es
propLichtenberg :: Int -> Property
propLichtenberg n =
  n > 4 ==> not (isPrime (lichtenberg1 !! n))

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

graficaLichtenberg :: Int -> IO ()
graficaLichtenberg n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Numero de digitos de la sucesion de Lichtenberg"
           , PNG "Sucesion_de_Lichtenberg.png"
           ]
           (take n (map (length . show) lichtenberg1))

import Data.Char (digitToInt)

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª solución

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

lichtenberg1 :: [Integer]

lichtenberg1 = map binarioAdecimal sucAlternada

-- sucAlternada es la lista cuyos elementos son los términos de la

-- sucesión de los dígitos 0 y 1 alternados. Por ejemplo,

-- λ> take 7 sucAlternada

-- ["0","1","10","101","1010","10101","101010"]

sucAlternada :: [String]

sucAlternada =

['0'] : [take n cadenaAlternada | n <- [1..]]

-- cadenaAltenada es la cadena formada alternando los caracteres 1 y

-- 0. Por ejemplo,

-- take 20 cadenaAlternada == "10101010101010101010"

cadenaAlternada :: String

cadenaAlternada = cycle ['1','0']

-- (binarioAdecimal cs) es el número decimal correspondiente al número

-- binario cuya cadena de dígitos es cs. Por ejemplo,

-- binarioAdecimal "11101" == 29

binarioAdecimal :: String -> Integer

binarioAdecimal =

foldl (\acc x -> acc * 2 + (toInteger . digitToInt) x) 0

-- 2ª solución

lichtenberg2 :: [Integer]

lichtenberg2 = map a [0..]

where a 0 = 0

a 1 = 1

a n = a (n-1) + 2 * a (n-2) + 1

-- 3ª solución

lichtenberg3 :: [Integer]

lichtenberg3 =

0 : 1 : map (+1) (zipWith (+) (tail lichtenberg3) (map (*2) lichtenberg3))

-- Comprobación de eficiencia

-- λ> length (show (lichtenberg1 !! 27))

-- 8

-- (0.02 secs, 155,384 bytes)

-- λ> length (show (lichtenberg2 !! 27))

-- 8

-- (2.22 secs, 311,157,760 bytes)

-- λ> length (show (lichtenberg1 !! (8*10^4)))

-- 24083

-- (1.28 secs, 664,207,040 bytes)

-- λ> length (show (lichtenberg3 !! (8*10^4)))

-- 24083

-- (2.59 secs, 1,253,328,200 bytes)

-- La propiedad es

propLichtenberg :: Int -> Property

propLichtenberg n =

n > 4 ==> not (isPrime (lichtenberg1 !! n))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck propLichtenberg

-- +++ OK, passed 100 tests.

graficaLichtenberg :: Int -> IO ()

graficaLichtenberg n =

plotList [ Key Nothing

, Title "Numero de digitos de la sucesion de Lichtenberg"

, PNG "Sucesion_de_Lichtenberg.png"

]

(take n (map (length . show) lichtenberg1))

Sumas parciales de Juzuk

PorJosé A. Alonso 23-enero-201830-enero-2018

En 1939 Dov Juzuk extendió el método de Nicómaco del cálculo de los cubos. La extensión se basaba en los siguientes pasos:

se comienza con la lista de todos los enteros positivos

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

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

se agrupan tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres
siguientes, etc.

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

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

se seleccionan los elementos en posiciones pares

     [[1],         [4, 5, 6],                [11, 12, 13, 14, 15], ...

1	[[1], [4, 5, 6], [11, 12, 13, 14, 15], ...

se suman los elementos de cada grupo

     [1,           15,                       65,                   ...

1	[1, 15, 65, ...

se calculan las sumas acumuladas

     [1,           16,                       81,                   ...

1	[1, 16, 81, ...

Las sumas obtenidas son las cuantas potencias de los números enteros positivos.

Definir las funciones

   listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]
   sumasParcialesJuzuk  :: [Integer] -> [Integer]

1 2	listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]] sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]

tal que

(listasParcialesJuzuk xs) es lalista de ls listas parciales de Juzuk; es decir, la selección de los elementos en posiciones pares de la agrupación de los elementos de xs tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes, etc. Por ejemplo,

     λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1..])
     [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15],[22,23,24,25,26,27,28]]
     λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1,3..])
     [[1],[7,9,11],[21,23,25,27,29],[43,45,47,49,51,53,55]]

λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1..])

[[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15],[22,23,24,25,26,27,28]]

λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1,3..])

[[1],[7,9,11],[21,23,25,27,29],[43,45,47,49,51,53,55]]

(sumasParcialesJuzuk xs) es la lista de las sumas acumuladas de los elementos de las listas de Juzuk generadas por xs. Por ejemplo,

     take 4 (sumasParcialesJuzuk [1..])  ==  [1,16,81,256]
     take 4 (sumasParcialesJuzuk [1,3..])  ==  [1,28,153,496]

1 2	take 4 (sumasParcialesJuzuk [1..]) == [1,16,81,256] take 4 (sumasParcialesJuzuk [1,3..]) == [1,28,153,496]

Comprobar con QuickChek que, para todo entero positivo n,

el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1..]) en la posición (n-1) es n^4.
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1,3..]) en la posición (n-1) es n^2*(2*n^2 - 1).
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1,5..]) en la posición (n-1) es 4*n^4-3*n^2.
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [2,3..]) en la posición (n-1) es n^2*(n^2+1).

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Test.QuickCheck

listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]
listasParcialesJuzuk = elementosEnPares . listasParciales

-- (listasParciales xs) es la agrupación de los elementos de xs obtenida
-- tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes,
-- etc. Por ejemplo, 
--    λ> take 5 (listasParciales [1..])
--    [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]
listasParciales :: [a] -> [[a]]
listasParciales = aux 1
  where aux n xs = ys : aux (n+1) zs  
          where (ys,zs) = splitAt n xs

-- (elementosEnPares xs) es la lista de los elementos de xs en
-- posiciones pares. Por ejemplo,
--    λ> elementosEnPares [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]
--    [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15]]
elementosEnPares :: [a] -> [a]
elementosEnPares []       = []
elementosEnPares [x]      = [x]
elementosEnPares (x:_:xs) = x : elementosEnPares xs

sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]
sumasParcialesJuzuk xs =
  scanl1 (+) (map sum (listasParcialesJuzuk xs))

-- La primera propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1..] `genericIndex` (n-1) == n^4

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La segunda propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk2 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk2 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(2*n^2 - 1)

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk2
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La tercera propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk3 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk3 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1,5..] `genericIndex` (n-1) == 4*n^4-3*n^2

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk3
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La cuarta propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk4 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk4 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [2,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(n^2+1)
  
-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk4
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericIndex)

import Test.QuickCheck

listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]

listasParcialesJuzuk = elementosEnPares . listasParciales

-- (listasParciales xs) es la agrupación de los elementos de xs obtenida

-- tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes,

-- etc. Por ejemplo,

-- λ> take 5 (listasParciales [1..])

-- [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]

listasParciales :: [a] -> [[a]]

listasParciales = aux 1

where aux n xs = ys : aux (n+1) zs

where (ys,zs) = splitAt n xs

-- (elementosEnPares xs) es la lista de los elementos de xs en

-- posiciones pares. Por ejemplo,

-- λ> elementosEnPares [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]

-- [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15]]

elementosEnPares :: [a] -> [a]

elementosEnPares [] = []

elementosEnPares [x] = [x]

elementosEnPares (x:_:xs) = x : elementosEnPares xs

sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]

sumasParcialesJuzuk xs =

scanl1 (+) (map sum (listasParcialesJuzuk xs))

-- La primera propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1..] `genericIndex` (n-1) == n^4

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La segunda propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk2 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk2 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(2*n^2 - 1)

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La tercera propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk3 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk3 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1,5..] `genericIndex` (n-1) == 4*n^4-3*n^2

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk3

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La cuarta propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk4 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk4 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [2,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(n^2+1)

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk4

-- +++ OK, passed 100 tests.

Complemento potencial

PorJosé A. Alonso 22-enero-201829-enero-2018

El complemento potencial de un número entero positivo x es el menor número y tal que el producto de x por y es un una potencia perfecta. Por ejemplo,

el complemento potencial de 12 es 3 ya que 12 y 24 no son potencias perfectas pero 36 sí lo es;
el complemento potencial de 54 es 4 ya que 54, 108 y 162 no son potencias perfectas pero 216 = 6^3 sí lo es.

Definir las funciones

   complemento                 :: Integer -> Integer
   graficaComplementoPotencial :: Integer -> IO ()

1 2	complemento :: Integer -> Integer graficaComplementoPotencial :: Integer -> IO ()

tales que

(complemento x) es el complemento potencial de x; por ejemplo,

     complemento 12     ==  3
     complemento 54     ==  4
     complemento 720    ==  5
     complemento 24000  ==  9
     complemento 2018   ==  2018

complemento 12 == 3

complemento 54 == 4

complemento 720 == 5

complemento 24000 == 9

complemento 2018 == 2018

(graficaComplementoPotencial n) dibuja la gráfica de los complementos potenciales de los n primeros números enteros positivos. Por ejemplo, (graficaComplementoPotencial 100) dibuja

y (graficaComplementoPotencial 500) dibuja

Comprobar con QuickCheck que (complemento x) es menor o igual que x.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes     (primeFactors)
import Data.List               (genericLength, group)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG, Title))
import Test.QuickCheck

complemento :: Integer -> Integer
complemento 1 = 1
complemento x =
  head [y | y <- [1..]
          , esPotenciaPerfecta (x*y)]
  
-- (esPotenciaPerfecta x) se verifica si x es una potencia perfecta. Por
-- ejemplo, 
--    esPotenciaPerfecta 36  ==  True
--    esPotenciaPerfecta 72  ==  False
esPotenciaPerfecta :: Integer -> Bool
esPotenciaPerfecta x = mcd (exponentes x) > 1

-- (exponentes x) es la lista de los exponentes de la factorización prima
-- de x. Por ejemplos,
--    exponentes 36  ==  [2,2]
--    exponentes 72  ==  [3,2]
exponentes :: Integer -> [Integer]
exponentes = map snd . factorizacion
  
-- (factorizacion n) es la factorizacion prima de n. Por ejemplo,
--    factorizacion 1400  ==  [(2,3),(5,2),(7,1)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n =
  [(x,genericLength xs) | xs@(x:_) <- group (primeFactors n)]

-- (mcd xs) es el máximo común divisor de la lista xs. Por ejemplo,
--    mcd [4,6,10]  ==  2
--    mcd [4,5,10]  ==  1
mcd :: [Integer] -> Integer
mcd = foldl1 gcd

-- La propiedad es
prop_complemento :: (Positive Integer) -> Bool
prop_complemento (Positive x) =
  complemento x <= x

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

graficaComplementoPotencial :: Integer -> IO ()
graficaComplementoPotencial n =
  plotList [Key Nothing
           , PNG ("Complemento_potencial_"  ++ show n ++ ".png")
           , Title ("(graficaComplementoPotencial " ++ show n ++ ")") 
           ]
           (map complemento [1..n])

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Data.List (genericLength, group)

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

import Test.QuickCheck

complemento :: Integer -> Integer

complemento 1 = 1

complemento x =

head [y | y <- [1..]

, esPotenciaPerfecta (x*y)]

-- (esPotenciaPerfecta x) se verifica si x es una potencia perfecta. Por

-- ejemplo,

-- esPotenciaPerfecta 36 == True

-- esPotenciaPerfecta 72 == False

esPotenciaPerfecta :: Integer -> Bool

esPotenciaPerfecta x = mcd (exponentes x) > 1

-- (exponentes x) es la lista de los exponentes de la factorización prima

-- de x. Por ejemplos,

-- exponentes 36 == [2,2]

-- exponentes 72 == [3,2]

exponentes :: Integer -> [Integer]

exponentes = map snd . factorizacion

-- (factorizacion n) es la factorizacion prima de n. Por ejemplo,

-- factorizacion 1400 == [(2,3),(5,2),(7,1)]

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

factorizacion n =

[(x,genericLength xs) | xs@(x:_) <- group (primeFactors n)]

-- (mcd xs) es el máximo común divisor de la lista xs. Por ejemplo,

-- mcd [4,6,10] == 2

-- mcd [4,5,10] == 1

mcd :: [Integer] -> Integer

mcd = foldl1 gcd

-- La propiedad es

prop_complemento :: (Positive Integer) -> Bool

prop_complemento (Positive x) =

complemento x <= x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_complemento

-- +++ OK, passed 100 tests.

graficaComplementoPotencial :: Integer -> IO ()

graficaComplementoPotencial n =

plotList [Key Nothing

, PNG ("Complemento_potencial_" ++ show n ++ ".png")

, Title ("(graficaComplementoPotencial " ++ show n ++ ")")

]

(map complemento [1..n])

Sumas parciales de Nicómaco

PorJosé A. Alonso 15-enero-201825-marzo-2022

Nicómaco de Gerasa vivió en Palestina entre los siglos I y II de nuestra era. Escribió Arithmetike eisagoge (Introducción a la aritmética) que es el primer trabajo en donde se trata la Aritmética de forma separada a la Geometría. En el tratado se encuentra la siguiente proposición: «si se escriben los números impares

   1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, ...

1	1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, ...

entonces el primero es el cubo de 1; la suma de los dos siguientes, el cubo de 2; la suma de los tres siguientes, el cubo de 3; y así sucesivamente.»

Definir las siguientes funciones

   listasParciales :: [a] -> [[a]]
   sumasParciales  :: [Int] -> [Int]

1 2	listasParciales :: [a] -> [[a]] sumasParciales :: [Int] -> [Int]

tales que

(listasParciales xs) es la lista obtenido agrupando los elementos de la lista infinita xs de forma que la primera tiene 0 elementos; la segunda, el primer elemento de xs; la tercera, los dos siguientes; y así sucesivamente. Por ejemplo,

     λ> take 7 (listasParciales [1..])
     [[],[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15],[16,17,18,19,20,21]]
     λ> take 7 (listasParciales [1,3..])
     [[],[1],[3,5],[7,9,11],[13,15,17,19],[21,23,25,27,29],[31,33,35,37,39,41]]

λ> take 7 (listasParciales [1..])

[[],[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15],[16,17,18,19,20,21]]

λ> take 7 (listasParciales [1,3..])

[[],[1],[3,5],[7,9,11],[13,15,17,19],[21,23,25,27,29],[31,33,35,37,39,41]]

(sumasParciales xs) es la lista de las sumas parciales de la lista infinita xs. Por ejemplo,

     λ> take 15 (sumasParciales [1..])
     [0,1,5,15,34,65,111,175,260,369,505,671,870,1105,1379]
     λ> take 15 (sumasParciales [1,3..])
     [0,1,8,27,64,125,216,343,512,729,1000,1331,1728,2197,2744]

λ> take 15 (sumasParciales [1..])

[0,1,5,15,34,65,111,175,260,369,505,671,870,1105,1379]

λ> take 15 (sumasParciales [1,3..])

[0,1,8,27,64,125,216,343,512,729,1000,1331,1728,2197,2744]

Comprobar con QuickChek la propiedad de Nicómaco; es decir, que para todo número natural n, el término n-ésimo de (sumasParciales [1,3..]) es el cubo de n.

Soluciones

import Test.QuickCheck

listasParciales :: [a] -> [[a]]
listasParciales = aux 0
  where aux n xs = ys : aux (n+1) zs  
          where (ys,zs) = splitAt n xs

sumasParciales :: [Int] -> [Int]
sumasParciales = map sum . listasParciales

prop_Nicomaco :: (Positive Int) -> Bool
prop_Nicomaco (Positive n) =
  sumasParciales [1,3..] !! n == n^3

import Test.QuickCheck

listasParciales :: [a] -> [[a]]

listasParciales = aux 0

where aux n xs = ys : aux (n+1) zs

where (ys,zs) = splitAt n xs

sumasParciales :: [Int] -> [Int]

sumasParciales = map sum . listasParciales

prop_Nicomaco :: (Positive Int) -> Bool

prop_Nicomaco (Positive n) =

sumasParciales [1,3..] !! n == n^3

El problema 3SUM

PorJosé A. Alonso 2-enero-201819-febrero-2018

El problem 3SUM consiste en dado una lista xs, decidir si xs posee tres elementos cuya suma sea cero. Por ejemplo, en [7,5,-9,5,2] se pueden elegir los elementos 7, -9 y 2 que suman 0.

Definir las funciones

   sols3Sum :: [Int] -> [[Int]]
   pb3Sum :: [Int] -> Bool

1 2	sols3Sum :: [Int] -> [[Int]] pb3Sum :: [Int] -> Bool

tales que
+ (sols3Sum xs) son las listas de tres elementos de xs cuya suma sea cero. Por ejemplo,

      sols3Sum [8,10,-10,-7,2,-3]   ==  [[-10,2,8],[-7,-3,10]]
      sols3Sum [-2..3]              ==  [[-2,-1,3],[-2,0,2],[-1,0,1]]
      sols3Sum [1,-2]               ==  []
      sols3Sum [-2,1]               ==  []
      sols3Sum [1,-2,1]             ==  [[-2,1,1]]
      length (sols3Sum [-100..100]) ==  5000

sols3Sum [8,10,-10,-7,2,-3] == [[-10,2,8],[-7,-3,10]]

sols3Sum [-2..3] == [[-2,-1,3],[-2,0,2],[-1,0,1]]

sols3Sum [1,-2] == []

sols3Sum [-2,1] == []

sols3Sum [1,-2,1] == [[-2,1,1]]

length (sols3Sum [-100..100]) == 5000

(pb3Sum xs) se verifica si xs posee tres elementos cuya suma sea cero. Por ejemplo,

     pb3Sum [8,10,-10,-7,2,-3]  ==  True
     pb3Sum [1,-2]              ==  False
     pb3Sum [-2,1]              ==  False
     pb3Sum [1,-2,1]            ==  True
     pb3Sum [1..400]            ==  False

pb3Sum [8,10,-10,-7,2,-3] == True

pb3Sum [1,-2] == False

pb3Sum [-2,1] == False

pb3Sum [1,-2,1] == True

pb3Sum [1..400] == False

Soluciones

import Data.List

-- 1ª solución
-- ===========

sols3Sum1 :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum1 = normaliza . sols3Sum1Aux 

sols3Sum1Aux :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum1Aux xs =
  [ys | ys <- subsequences xs
      , length ys == 3
      , sum ys == 0]

normaliza :: [[Int]] -> [[Int]]
normaliza = sort . nub . map sort

pb3Sum1 :: [Int] -> Bool
pb3Sum1 = not . null . sols3Sum1Aux


-- 2ª solución
-- ===========

sols3Sum2 :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum2 = normaliza . sols3Sum2Aux 

sols3Sum2Aux :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum2Aux xs =
  [[a,b,c] | (a:bs) <- tails xs
           , (b:cs) <- tails bs
           , c <- cs
           , a + b + c == 0]
  
pb3Sum2 :: [Int] -> Bool
pb3Sum2 = not . null . sols3Sum2Aux

-- 3ª solución
-- ===========

sols3Sum3 :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum3 = normaliza . sols3Sum3Aux 

sols3Sum3Aux :: [Int] -> [[Int]]
sols3Sum3Aux xs =
  [[a,b,-a-b] | (a:bs) <- tails xs
              , b <- bs
              , (-a-b) `elem` (delete a (delete b xs))]

pb3Sum3 :: [Int] -> Bool
pb3Sum3 = not . null . sols3Sum3Aux

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

--    λ> pb3Suma [1..23]
--    False
--    (2.61 secs, 1,812,734,176 bytes)
--    λ> pb3Sumb [1..23]
--    False
--    (0.01 secs, 554,496 bytes)
--    λ> pb3Sumc [1..23]
--    False
--    (0.01 secs, 584,344 bytes)
--    λ> pb3Suma ([1..23] ++ [-3]) 
--    True
--    (2.54 secs, 1,812,735,784 bytes)
--    λ> pb3Sumb ([1..23] ++ [-3]) 
--    True
--    (0.01 secs, 148,904 bytes)
--    λ> pb3Sumc ([1..23] ++ [-3]) 
--    True
--    (0.00 secs, 145,320 bytes)
--
--    λ> pb3Sumb [1..300]
--    False
--    (1.66 secs, 933,699,824 bytes)
--    λ> pb3Sumc [1..300]
--    False
--    (0.41 secs, 873,168,120 bytes)

import Data.List

-- 1ª solución

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

sols3Sum1 :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum1 = normaliza . sols3Sum1Aux

sols3Sum1Aux :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum1Aux xs =

[ys | ys <- subsequences xs

, length ys == 3

, sum ys == 0]

normaliza :: [[Int]] -> [[Int]]

normaliza = sort . nub . map sort

pb3Sum1 :: [Int] -> Bool

pb3Sum1 = not . null . sols3Sum1Aux

-- 2ª solución

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

sols3Sum2 :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum2 = normaliza . sols3Sum2Aux

sols3Sum2Aux :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum2Aux xs =

[[a,b,c] | (a:bs) <- tails xs

, (b:cs) <- tails bs

, c <- cs

, a + b + c == 0]

pb3Sum2 :: [Int] -> Bool

pb3Sum2 = not . null . sols3Sum2Aux

-- 3ª solución

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

sols3Sum3 :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum3 = normaliza . sols3Sum3Aux

sols3Sum3Aux :: [Int] -> [[Int]]

sols3Sum3Aux xs =

[[a,b,-a-b] | (a:bs) <- tails xs

, b <- bs

, (-a-b) `elem` (delete a (delete b xs))]

pb3Sum3 :: [Int] -> Bool

pb3Sum3 = not . null . sols3Sum3Aux

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> pb3Suma [1..23]

-- False

-- (2.61 secs, 1,812,734,176 bytes)

-- λ> pb3Sumb [1..23]

-- False

-- (0.01 secs, 554,496 bytes)

-- λ> pb3Sumc [1..23]

-- False

-- (0.01 secs, 584,344 bytes)

-- λ> pb3Suma ([1..23] ++ [-3])

-- True

-- (2.54 secs, 1,812,735,784 bytes)

-- λ> pb3Sumb ([1..23] ++ [-3])

-- True

-- (0.01 secs, 148,904 bytes)

-- λ> pb3Sumc ([1..23] ++ [-3])

-- True

-- (0.00 secs, 145,320 bytes)

-- λ> pb3Sumb [1..300]

-- False

-- (1.66 secs, 933,699,824 bytes)

-- λ> pb3Sumc [1..300]

-- False

-- (0.41 secs, 873,168,120 bytes)

De hexadecimal a decimal

PorJosé A. Alonso 1-enero-201819-febrero-2018

El sistema hexadecimal es el sistema de numeración posicional que tiene como base el 16.

En principio, dado que el sistema usual de numeración es de base decimal y, por ello, sólo se dispone de diez dígitos, se adoptó la convención de usar las seis primeras letras del alfabeto latino para suplir los dígitos que nos faltan. El conjunto de símbolos es el siguiente: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}. En ocasiones se emplean letras minúsculas en lugar de mayúsculas. Se debe notar que A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E = 14 y F = 15.

Como en cualquier sistema de numeración posicional, el valor numérico de cada dígito es alterado dependiendo de su posición en la cadena de dígitos, quedando multiplicado por una cierta potencia de la base del sistema, que en este caso es 16. Por ejemplo, el valor decimal del número hexadecimal 3E0A es

     3×16^3 + E×16^2 + 0×16^1 + A×16^0
   = 3×4096 + 14×256 + 0×16   + 10×1
   = 15882

3×16^3 + E×16^2 + 0×16^1 + A×16^0

= 3×4096 + 14×256 + 0×16 + 10×1

= 15882

Definir la función

   hexAdec :: String -> Int

1	hexAdec :: String -> Int

tal que (hexAdec cs) es el valor decimal del número hexadecimal representado meiante la cadena cs. Por ejemplo,

   hexAdec "3E0A"   == 15882
   hexAdec "ABCDEF" == 11259375
   hexAdec "FEDCBA" == 16702650

hexAdec "3E0A" == 15882

hexAdec "ABCDEF" == 11259375

hexAdec "FEDCBA" == 16702650

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Numeric(readHex)
import Data.List (foldl')

-- 1ª solución
hexAdec1 :: String -> Int
hexAdec1 s =
  sum (zipWith (*) (map digitToInt (reverse s)) (iterate (*16) 1))

-- 2ª solución
hexAdec2 :: String -> Int
hexAdec2 = foldl' (\acc x -> acc * 16 + digitToInt x) 0

-- 3ª solución
hexAdec3 :: String -> Int
hexAdec3 = read . ("0x" ++)

-- 4ª solución
hexAdec4 :: String -> Int
hexAdec4 = fst . head . readHex

import Data.Char (digitToInt)

import Numeric(readHex)

import Data.List (foldl')

-- 1ª solución

hexAdec1 :: String -> Int

hexAdec1 s =

sum (zipWith (*) (map digitToInt (reverse s)) (iterate (*16) 1))

-- 2ª solución

hexAdec2 :: String -> Int

hexAdec2 = foldl' (\acc x -> acc * 16 + digitToInt x) 0

-- 3ª solución

hexAdec3 :: String -> Int

hexAdec3 = read . ("0x" ++)

-- 4ª solución

hexAdec4 :: String -> Int

hexAdec4 = fst . head . readHex

Sucesión de raíces enteras de los números primos

PorJosé A. Alonso 26-diciembre-201719-febrero-2018

Definir las siguientes funciones

   raicesEnterasPrimos :: [Integer]
   posiciones :: Integer -> (Int,Int)
   frecuencia :: Integer -> Int
   grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()
   grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()
   grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

raicesEnterasPrimos :: [Integer]

posiciones :: Integer -> (Int,Int)

frecuencia :: Integer -> Int

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

tales que

raicesEnterasPrimos es la sucesión de las raíces enteras (por defecto) de los números primos. Por ejemplo,

     λ> take 20 raicesEnterasPrimos
     [1,1,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,6,6,7,7,7,8,8]
     λ> raicesEnterasPrimos !! 2500000
     6415

λ> take 20 raicesEnterasPrimos

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

λ> raicesEnterasPrimos !! 2500000

6415

(posiciones x) es el par formado por la menor y la mayor posición de x en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo,

      posiciones 2     ==  (2,3)
      posiciones 4     ==  (6,8)
      posiciones 2017  ==  (287671,287931)
      posiciones 2018  ==  (287932,288208)

posiciones 2 == (2,3)

posiciones 4 == (6,8)

posiciones 2017 == (287671,287931)

posiciones 2018 == (287932,288208)

(frecuencia x) es el número de veces que aparece x en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo,

      frecuencia 2     ==  2
      frecuencia 4     ==  3
      frecuencia 2017  ==  261
      frecuencia 2018  ==  277

frecuencia 2 == 2

frecuencia 4 == 3

frecuencia 2017 == 261

frecuencia 2018 == 277

(grafica_raicesEnterasPrimos n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_raicesEnterasPrimos 200) dibuja
(grafica_posicionesIniciales n) dibuja la gráfica de las menores posiciones de los n primeros números en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_posicionesIniciales 200) dibuja
(grafica_frecuencia n) dibuja la gráfica de las frecuencia de los n primeros números en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_frecuencia 200) dibuja

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Graphics.Gnuplot.Simple

raicesEnterasPrimos :: [Integer]
raicesEnterasPrimos = map raizEntera primes                       

raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

posiciones :: Integer -> (Int,Int)
posiciones x = (n,n+m-1)
  where (as,bs) = span (<x) raicesEnterasPrimos
        cs      = takeWhile (==x) bs 
        n       = length as
        m       = length cs

frecuencia :: Integer -> Int
frecuencia x =
  ( length
  . takeWhile (==x)
  . dropWhile (<x)
  ) raicesEnterasPrimos

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()
grafica_raicesEnterasPrimos n = 
  plotList [ Title "Raices enteras de primos"
           , XLabel "Posiciones de numeros primos"
           , YLabel "Raiz entera del n-esimo primo"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_1.png"
           ]
           (take n raicesEnterasPrimos)

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()
grafica_posicionesIniciales n = 
  plotList [ Title "Posiciones iniciales en raices enteras de primos"
           , XLabel "Numeros enteros"
           , YLabel "Posicion del numero n en las raices enteras de primos"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_2.png"
           ]
           (map (fst . posiciones) [1..n])

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()
grafica_frecuencias n = 
  plotList [ Title "Frecuencias en raices enteras de primos"
           , XLabel "Numeros enteros n"
           , YLabel "Frecuencia del numero n en las raices enteras de primos"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_3.png"
           ]
           (map frecuencia [1..n])

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Graphics.Gnuplot.Simple

raicesEnterasPrimos :: [Integer]

raicesEnterasPrimos = map raizEntera primes

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

posiciones :: Integer -> (Int,Int)

posiciones x = (n,n+m-1)

where (as,bs) = span (<x) raicesEnterasPrimos

cs = takeWhile (==x) bs

n = length as

m = length cs

frecuencia :: Integer -> Int

frecuencia x =

( length

. takeWhile (==x)

. dropWhile (<x)

) raicesEnterasPrimos

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()

grafica_raicesEnterasPrimos n =

plotList [ Title "Raices enteras de primos"

, XLabel "Posiciones de numeros primos"

, YLabel "Raiz entera del n-esimo primo"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_1.png"

]

(take n raicesEnterasPrimos)

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()

grafica_posicionesIniciales n =

plotList [ Title "Posiciones iniciales en raices enteras de primos"

, XLabel "Numeros enteros"

, YLabel "Posicion del numero n en las raices enteras de primos"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_2.png"

]

(map (fst . posiciones) [1..n])

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

grafica_frecuencias n =

plotList [ Title "Frecuencias en raices enteras de primos"

, XLabel "Numeros enteros n"

, YLabel "Frecuencia del numero n en las raices enteras de primos"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_3.png"

]

(map frecuencia [1..n])

Cadenas opuestas

PorJosé A. Alonso 18-diciembre-201725-diciembre-2017

La opuesta de una cadena de letras es la cadena obtenida cambiando las minúsculas por mayúsculas y las minúsculas por mayúsculas. Por ejemplo, la opuesta de «SeViLLa» es «sEvIllA».

Definir la función

   esOpuesta :: String -> String -> Bool

1	esOpuesta :: String -> String -> Bool

tal que (esOpuesta s1 s2) se verifica si las cadenas de letras s1 y s2 son opuestas. Por ejemplo,

   esOpuesta "ab" "AB"      `== True
   esOpuesta "aB" "Ab"      `== True
   esOpuesta "aBcd" "AbCD"  `== True
   esOpuesta "aBcde" "AbCD" `== False
   esOpuesta "AB" "Ab"      `== False
   esOpuesta "" ""          `== True

esOpuesta "ab" "AB" `== True

esOpuesta "aB" "Ab" `== True

esOpuesta "aBcd" "AbCD" `== True

esOpuesta "aBcde" "AbCD" `== False

esOpuesta "AB" "Ab" `== False

esOpuesta "" "" `== True

Soluciones

import Data.Char (isLower, isUpper, ord, toLower, toUpper)

-- 1ª solución (por comprensión)
-- =============================

esOpuesta1 :: String -> String -> Bool
esOpuesta1 s1 s2 = [opuesto c | c <- s1] == s2

opuesto :: Char -> Char
opuesto c
  | isLower c = toUpper c
  | otherwise = toLower c

-- 2ª solución (con map)
-- =====================

esOpuesta2 :: String -> String -> Bool
esOpuesta2 s1 s2 = map opuesto s1 == s2

-- 3ª solución (por recursión)
-- ===========================

esOpuesta3 :: String -> String -> Bool
esOpuesta3 "" ""           = True
esOpuesta3 (c1:s1) (c2:s2) = esOpuesto c1 c2 && esOpuesta3 s1 s2
esOpuesta3 _ _             = False

esOpuesto :: Char -> Char -> Bool
esOpuesto c1 c2 = abs (ord c1 - ord c2) == 32

import Data.Char (isLower, isUpper, ord, toLower, toUpper)

-- 1ª solución (por comprensión)

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

esOpuesta1 :: String -> String -> Bool

esOpuesta1 s1 s2 = [opuesto c | c <- s1] == s2

opuesto :: Char -> Char

opuesto c

| isLower c = toUpper c

| otherwise = toLower c

-- 2ª solución (con map)

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

esOpuesta2 :: String -> String -> Bool

esOpuesta2 s1 s2 = map opuesto s1 == s2

-- 3ª solución (por recursión)

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

esOpuesta3 :: String -> String -> Bool

esOpuesta3 "" "" = True

esOpuesta3 (c1:s1) (c2:s2) = esOpuesto c1 c2 && esOpuesta3 s1 s2

esOpuesta3 _ _ = False

esOpuesto :: Char -> Char -> Bool

esOpuesto c1 c2 = abs (ord c1 - ord c2) == 32

Número de viajeros en el autobús

PorJosé A. Alonso 11-diciembre-201719-diciembre-2017

Un autobús inicia su recorrido con 0 viajeros. El número de viajeros que se suben y bajan en cada parada se representa por un par (x,y) donde x es el número de las que suben e y el de las que bajan. Un recorrido del autobús se representa por una lista de pares representando los números de viajeros que suben o bajan en cada parada.

Definir la función

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

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

tal que (nViajerosEnBus ps) es el número de viajeros en el autobús tras el recorrido ps. Por ejemplo,

  nViajerosEnBus []                                        ==  0
  nViajerosEnBus [(10,0),(3,5),(5,8)]                      ==  5
  nViajerosEnBus [(3,0),(9,1),(4,10),(12,2),(6,1),(7,10)]  ==  17
  nViajerosEnBus [(3,0),(9,1),(4,8),(12,2),(6,1),(7,8)]    ==  21

nViajerosEnBus [] == 0

nViajerosEnBus [(10,0),(3,5),(5,8)] == 5

nViajerosEnBus [(3,0),(9,1),(4,10),(12,2),(6,1),(7,10)] == 17

nViajerosEnBus [(3,0),(9,1),(4,8),(12,2),(6,1),(7,8)] == 21

Soluciones

import Data.List (foldl')

-- 1ª solución (por comprensión)
nViajerosEnBus1 :: [(Int, Int)] -> Int
nViajerosEnBus1 ps = sum [a - b | (a,b) <- ps]

-- 2ª solucioń (por recursión)
nViajerosEnBus2 :: [(Int, Int)] -> Int
nViajerosEnBus2 []         = 0
nViajerosEnBus2 ((a,b):ps) = a - b + nViajerosEnBus2 ps

-- 3ª solución (por recursión con acumulador)
nViajerosEnBus3 :: [(Int, Int)] -> Int
nViajerosEnBus3 = aux 0
  where aux n []         = n
        aux n ((a,b):xs) = aux (n+a-b) xs

-- 4ª solución (por plegado por la derecha):
nViajerosEnBus4 :: [(Int, Int)] -> Int
nViajerosEnBus4 = foldr (\(a,b) n -> a-b+n) 0

-- 5ª solución (por plegado por la derecha):
nViajerosEnBus5 :: [(Int, Int)] -> Int
nViajerosEnBus5 = foldl' (\n (a,b) -> a-b+n) 0

-- 6ª solución (con map)
nViajerosEnBus6 :: [(Int, Int)] -> Int
nViajerosEnBus6 xs = sum (map (\(x,y) -> x-y) xs)

-- 7ª solución (por composición y sin argumentos) 
nViajerosEnBus7 :: [(Int, Int)] -> Int
nViajerosEnBus7 = sum . map (uncurry (-))

import Data.List (foldl')

-- 1ª solución (por comprensión)

nViajerosEnBus1 :: [(Int, Int)] -> Int

nViajerosEnBus1 ps = sum [a - b | (a,b) <- ps]

-- 2ª solucioń (por recursión)

nViajerosEnBus2 :: [(Int, Int)] -> Int

nViajerosEnBus2 [] = 0

nViajerosEnBus2 ((a,b):ps) = a - b + nViajerosEnBus2 ps

-- 3ª solución (por recursión con acumulador)

nViajerosEnBus3 :: [(Int, Int)] -> Int

nViajerosEnBus3 = aux 0

where aux n [] = n

aux n ((a,b):xs) = aux (n+a-b) xs

-- 4ª solución (por plegado por la derecha):

nViajerosEnBus4 :: [(Int, Int)] -> Int

nViajerosEnBus4 = foldr (\(a,b) n -> a-b+n) 0

-- 5ª solución (por plegado por la derecha):

nViajerosEnBus5 :: [(Int, Int)] -> Int

nViajerosEnBus5 = foldl' (\n (a,b) -> a-b+n) 0

-- 6ª solución (con map)

nViajerosEnBus6 :: [(Int, Int)] -> Int

nViajerosEnBus6 xs = sum (map (\(x,y) -> x-y) xs)

-- 7ª solución (por composición y sin argumentos)

nViajerosEnBus7 :: [(Int, Int)] -> Int

nViajerosEnBus7 = sum . map (uncurry (-))

Caminos minimales en un árbol numérico

PorJosé A. Alonso 7-diciembre-201725-abril-2021

En la librería Data.Tree se definen los árboles y los bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u*v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

El árbol de los predecesores y mayores divisores de un número x es el árbol cuya raíz es x y los sucesores de cada nodo y > 1 es el conjunto formado por y-1 junto con los mayores divisores de y. Los nodos con valor 1 no tienen sucesores. Por ejemplo, el árbol de los predecesores y mayores divisores del número 6 es

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que

(mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminos 6
     [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

1 2	λ> caminos 6 [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

-- [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Conjunto de funciones entre dos conjuntos

PorJosé A. Alonso 1-diciembre-20178-diciembre-2017

Una función f entre dos conjuntos A e B se puede representar mediante una lista de pares de AxB tales que para cada elemento a de A existe un único elemento b de B tal que (a,b) pertenece a f. Por ejemplo,

[(1,2),(3,6)] es una función de [1,3] en [2,4,6];
[(1,2)] no es una función de [1,3] en [2,4,6], porque no tiene ningún par cuyo primer elemento sea igual a 3;
[(1,2),(3,6),(1,4)] no es una función porque hay dos pares distintos cuya primera coordenada es 1.

Definir las funciones

   funciones  :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
   nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

1 2	funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]] nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

tales que

(funciones xs ys) es el conjunto de las funciones del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     λ> funciones [1] [2]
     [[(1,2)]]
     λ> funciones [1] [2,4]
     [[(1,2)],[(1,4)]]
     λ> funciones [1,3] [2]
     [[(1,2),(3,2)]]
     λ> funciones [1,3] [2,4]
     [[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)]]
     λ> funciones [1,3] [2,4,6]
     [[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,2),(3,6)],
      [(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)],[(1,4),(3,6)],
      [(1,6),(3,2)],[(1,6),(3,4)],[(1,6),(3,6)]]
     λ> funciones [1,3,5] [2,4]
     [[(1,2),(3,2),(5,2)],[(1,2),(3,2),(5,4)],[(1,2),(3,4),(5,2)],
      [(1,2),(3,4),(5,4)],[(1,4),(3,2),(5,2)],[(1,4),(3,2),(5,4)],
      [(1,4),(3,4),(5,2)],[(1,4),(3,4),(5,4)]]
     λ> funciones [] []
     [[]]
     λ> funciones [] [2]
     [[]]
     λ> funciones [1] []
     []

λ> funciones [1] [2]

[[(1,2)]]

λ> funciones [1] [2,4]

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

λ> funciones [1,3] [2]

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

λ> funciones [1,3] [2,4]

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

λ> funciones [1,3] [2,4,6]

[[(1,2),(3,2)],[(1,2),(3,4)],[(1,2),(3,6)],

[(1,4),(3,2)],[(1,4),(3,4)],[(1,4),(3,6)],

[(1,6),(3,2)],[(1,6),(3,4)],[(1,6),(3,6)]]

λ> funciones [1,3,5] [2,4]

[[(1,2),(3,2),(5,2)],[(1,2),(3,2),(5,4)],[(1,2),(3,4),(5,2)],

[(1,2),(3,4),(5,4)],[(1,4),(3,2),(5,2)],[(1,4),(3,2),(5,4)],

[(1,4),(3,4),(5,2)],[(1,4),(3,4),(5,4)]]

λ> funciones [] []

[[]]

λ> funciones [] [2]

[[]]

λ> funciones [1] []

[]

(nFunciones xs ys) es el número de funciones del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     nFunciones [1,3] [2,4,6]  ==  9
     nFunciones [1,3,5] [2,4]  ==  8
     length (show (nFunciones2 [1..10^6] [1..10^3]))  ==  3000001

nFunciones [1,3] [2,4,6] == 9

nFunciones [1,3,5] [2,4] == 8

length (show (nFunciones2 [1..10^6] [1..10^3])) == 3000001

Soluciones

import Data.List (genericLength, nub, sort, subsequences)

-- 1ª definición de funciones
-- ==========================

funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
funciones xs ys =
  conjunto [r | r <- relaciones xs ys
              , esFuncion r xs ys]

-- (relaciones xs ys) es el conjunto de las relaciones binarias entre xs
-- e ys. Por ejemplo,
--    λ> relaciones [1,3] [2,4]
--    [[],[(1,2)],[(1,4)],[(1,2),(1,4)],[(3,2)],[(1,2),(3,2)],
--     [(1,4),(3,2)],[(1,2),(1,4),(3,2)],[(3,4)],[(1,2),(3,4)],
--     [(1,4),(3,4)],[(1,2),(1,4),(3,4)],[(3,2),(3,4)],
--     [(1,2),(3,2),(3,4)],[(1,4),(3,2),(3,4)],
--     [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]]
relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
relaciones xs ys =
  subsequences (producto xs ys)

-- (producto xs ys) es el producto cartesiano de xs e ys. Por ejemplo,
--    producto [1,3] [2,4]  ==  [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]
producto :: [a] -> [b] -> [(a,b)]
producto xs ys =
  [(x,y) | x <- xs, y <- ys]

-- (esFuncional r) r se verifica si la relación r es funcional. Por
-- ejemplo, 
--    esFuncional [(2,4),(1,5),(3,4)]        ==  True
--    esFuncional [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  False
esFuncional :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> Bool
esFuncional r =
  and [esUnitario (imagen r x) | x <- dominio r] 

-- (dominio r) es el dominio de la relación r. Por ejemplo,
--    dominio [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  [1,3,5]
dominio :: Ord a => [(a,b)] -> [a]
dominio = sort . nub . map fst

-- (imagen r x) es la imagen de x en la relación r. Por ejemplo,
--    imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 1  ==  [2,4]
--    imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 2  ==  []
imagen :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> a -> [b]
imagen r x =
  conjunto [y | (x1,y) <- r, x1 == x]

-- (conjunto xs) es el conjunto (es decir, lista ordenada de elementos
-- distintos) correspondiente a la lista xs. Por ejemplo, 
--    conjunto [7,2,3,2,7,3]  ==  [2,3,7]
conjunto :: Ord a => [a] -> [a]
conjunto = sort . nub

-- (esUnitario xs) se verifica si xs tiene sólo un elemento.
esUnitario :: [a] -> Bool
esUnitario xs =
  length xs == 1

-- (esFuncion r xs ys) se verifica si r es una función con dominio xs y
-- codominio ys. Por ejemplo,
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7]   ==  True
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,3] [4,5,7]     ==  False
--    esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,7]     ==  False
--    esFuncion [(1,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7]   ==  False
esFuncion :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> [a] -> [b] -> Bool
esFuncion r xs ys =
     conjunto xs == dominio r 
  && rango r `contenido` conjunto ys
  && esFuncional r

-- (rango r) es el rango de la relación r. Por ejemplo,
--    rango [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  [2,4]
rango :: Ord b => [(a,b)] -> [b]
rango = sort . nub . map snd

-- (contenido xs ys) se verifica si el conjunto xs está contenido en el
-- ys. Por ejemplo,
--    [1,3] `contenido` [1,2,3,5]  ==  True
--    [1,3] `contenido` [1,2,4,5]  ==  False
contenido :: Ord a => [a] -> [a] -> Bool 
contenido xs ys =
  all (`elem` ys) xs

-- 2ª definición de funciones
-- ==========================

funciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
funciones2 xs ys =
  conjunto (aux xs ys)
  where aux [] _      = [[]]
        aux [x] ys    = [[(x,y)] | y <- ys]
        aux (x:xs) ys = [((x,y):f) | y <- ys, f <- fs]
          where fs = aux xs ys

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

--    λ> length (funciones [1..4] [1..4]) 
--    256
--    (2.69 secs, 754,663,072 bytes)
--    λ> length (funciones2 [1..4] [1..4]) 
--    256
--    (0.04 secs, 243,600 bytes)

-- 1ª definición de nFunciones
-- ===========================

nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer
nFunciones xs ys =
  genericLength (funciones2 xs ys)

-- 2ª definición de nFunciones
-- ===========================

nFunciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer
nFunciones2 xs ys =
  (genericLength ys)^(genericLength xs)

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

--    λ> nFunciones [1..5] [1..5] 
--    3125
--    (1.35 secs, 1,602,872 bytes)
--    λ> nFunciones2 [1..5] [1..5] 
--    3125
--    (0.03 secs, 140,480 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

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113

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115

116

117

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119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

import Data.List (genericLength, nub, sort, subsequences)

-- 1ª definición de funciones

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

funciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

funciones xs ys =

conjunto [r | r <- relaciones xs ys

, esFuncion r xs ys]

-- (relaciones xs ys) es el conjunto de las relaciones binarias entre xs

-- e ys. Por ejemplo,

-- λ> relaciones [1,3] [2,4]

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

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

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

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

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

relaciones :: [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

relaciones xs ys =

subsequences (producto xs ys)

-- (producto xs ys) es el producto cartesiano de xs e ys. Por ejemplo,

-- producto [1,3] [2,4] == [(1,2),(1,4),(3,2),(3,4)]

producto :: [a] -> [b] -> [(a,b)]

producto xs ys =

[(x,y) | x <- xs, y <- ys]

-- (esFuncional r) r se verifica si la relación r es funcional. Por

-- ejemplo,

-- esFuncional [(2,4),(1,5),(3,4)] == True

-- esFuncional [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)] == False

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

esFuncional r =

and [esUnitario (imagen r x) | x <- dominio r]

-- (dominio r) es el dominio de la relación r. Por ejemplo,

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

dominio :: Ord a => [(a,b)] -> [a]

dominio = sort . nub . map fst

-- (imagen r x) es la imagen de x en la relación r. Por ejemplo,

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

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

imagen :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> a -> [b]

imagen r x =

conjunto [y | (x1,y) <- r, x1 == x]

-- (conjunto xs) es el conjunto (es decir, lista ordenada de elementos

-- distintos) correspondiente a la lista xs. Por ejemplo,

-- conjunto [7,2,3,2,7,3] == [2,3,7]

conjunto :: Ord a => [a] -> [a]

conjunto = sort . nub

-- (esUnitario xs) se verifica si xs tiene sólo un elemento.

esUnitario :: [a] -> Bool

esUnitario xs =

length xs == 1

-- (esFuncion r xs ys) se verifica si r es una función con dominio xs y

-- codominio ys. Por ejemplo,

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7] == True

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,3] [4,5,7] == False

-- esFuncion [(2,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,7] == False

-- esFuncion [(1,4),(1,5),(3,4)] [1,2,3] [4,5,7] == False

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

esFuncion r xs ys =

conjunto xs == dominio r

&& rango r `contenido` conjunto ys

&& esFuncional r

-- (rango r) es el rango de la relación r. Por ejemplo,

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

rango :: Ord b => [(a,b)] -> [b]

rango = sort . nub . map snd

-- (contenido xs ys) se verifica si el conjunto xs está contenido en el

-- ys. Por ejemplo,

-- [1,3] `contenido` [1,2,3,5] == True

-- [1,3] `contenido` [1,2,4,5] == False

contenido :: Ord a => [a] -> [a] -> Bool

contenido xs ys =

all (`elem` ys) xs

-- 2ª definición de funciones

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

funciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

funciones2 xs ys =

conjunto (aux xs ys)

where aux [] _ = [[]]

aux [x] ys = [[(x,y)] | y <- ys]

aux (x:xs) ys = [((x,y):f) | y <- ys, f <- fs]

where fs = aux xs ys

-- Comparación de eficiencia de funciones

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

-- λ> length (funciones [1..4] [1..4])

-- 256

-- (2.69 secs, 754,663,072 bytes)

-- λ> length (funciones2 [1..4] [1..4])

-- 256

-- (0.04 secs, 243,600 bytes)

-- 1ª definición de nFunciones

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

nFunciones :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

nFunciones xs ys =

genericLength (funciones2 xs ys)

-- 2ª definición de nFunciones

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

nFunciones2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

nFunciones2 xs ys =

(genericLength ys)^(genericLength xs)

-- Comparación de eficiencia de nFunciones

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

-- λ> nFunciones [1..5] [1..5]

-- 3125

-- (1.35 secs, 1,602,872 bytes)

-- λ> nFunciones2 [1..5] [1..5]

-- 3125

-- (0.03 secs, 140,480 bytes)

Reconocimiento de relaciones funcionales entre dos conjuntos

PorJosé A. Alonso 29-noviembre-20178-diciembre-2017

Una relación binaria entre dos conjuntos A y B se puede representar mediante un conjunto de pares (a,b) tales que a ∈ A y b ∈ B. Por ejemplo, la relación < entre A = {1,5,3} y B = {0,2,4} se representa por {(1,2),(1,4),(3,4)}.

Una relación R entre A y B es funcional si cada elemento de A está relacionado mediante R como máximo con un elemento de B. Por ejemplo, [(2,4),(1,5),(3,4)] es funcional, pero [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)] no lo es.

Definir la función

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

1	esFuncional :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> Bool

tal que (esFuncional r) se verifica si la relación r es funcional. Por ejemplo,

   esFuncional [(2,4),(1,5),(3,4)]        ==  True
   esFuncional [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  False

1 2	esFuncional [(2,4),(1,5),(3,4)] == True esFuncional [(3,4),(1,4),(1,2),(3,4)] == False

Soluciones

import Data.List (nub, sort)

esFuncional :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> Bool
esFuncional r =
  and [esUnitario (imagen r x) | x <- dominio r] 

-- (dominio r) es el dominio de la relación r. Por ejemplo,
--    dominio [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)]  ==  [1,3,5]
dominio :: Ord a => [(a,b)] -> [a]
dominio = sort . nub . map fst

-- (imagen r x) es la imagen de x en la relación r. Por ejemplo,
--    imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 1  ==  [2,4]
--    imagen [(5,4),(1,4),(1,2),(3,4)] 2  ==  []
imagen :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> a -> [b]
imagen r x =
  conjunto [y | (x1,y) <- r, x1 == x]

-- (conjunto xs) es el conjunto (es decir, lista ordenada de elementos
-- distintos) correspondiente a la lista xs. Por ejemplo, 
--    conjunto [7,2,3,2,7,3]  ==  [2,3,7]
conjunto :: Ord a => [a] -> [a]
conjunto = sort . nub

-- (esUnitario xs) se verifica si xs tiene sólo un elemento.
esUnitario :: [a] -> Bool
esUnitario xs =
  length xs == 1

import Data.List (nub, sort)

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

esFuncional r =

and [esUnitario (imagen r x) | x <- dominio r]

-- (dominio r) es el dominio de la relación r. Por ejemplo,

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

dominio :: Ord a => [(a,b)] -> [a]

dominio = sort . nub . map fst

-- (imagen r x) es la imagen de x en la relación r. Por ejemplo,

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

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

imagen :: (Ord a, Ord b) => [(a,b)] -> a -> [b]

imagen r x =

conjunto [y | (x1,y) <- r, x1 == x]

-- (conjunto xs) es el conjunto (es decir, lista ordenada de elementos

-- distintos) correspondiente a la lista xs. Por ejemplo,

-- conjunto [7,2,3,2,7,3] == [2,3,7]

conjunto :: Ord a => [a] -> [a]

conjunto = sort . nub

-- (esUnitario xs) se verifica si xs tiene sólo un elemento.

esUnitario :: [a] -> Bool

esUnitario xs =

length xs == 1

Sumas de dos cuadrados

PorJosé A. Alonso 24-noviembre-20174-diciembre-2017

Definir la función

   sumasDe2Cuadrados :: Integer -> [(Integer, Integer)]

1	sumasDe2Cuadrados :: Integer -> [(Integer, Integer)]

tal que (sumasDe2Cuadrados n) es la lista de los pares de números tales que la suma de sus cuadrados es n y el primer elemento del par es mayor o igual que el segundo. Por ejemplo,

   sumasDe2Cuadrados 25                ==  [(5,0),(4,3)]
   sumasDe2Cuadrados 32                ==  [(4,4)]
   sumasDe2Cuadrados 55                ==  []
   sumasDe2Cuadrados 850               ==  [(29,3),(27,11),(25,15)]
   length (sumasDe2Cuadrados (10^12))  ==  7

sumasDe2Cuadrados 25 == [(5,0),(4,3)]

sumasDe2Cuadrados 32 == [(4,4)]

sumasDe2Cuadrados 55 == []

sumasDe2Cuadrados 850 == [(29,3),(27,11),(25,15)]

length (sumasDe2Cuadrados (10^12)) == 7

Soluciones

-- 1ª definición
sumasDe2Cuadrados1 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados1 n = 
  [(x,y) | x <- [n,n-1..0]
         , y <- [0..x]
         , x*x+y*y == n]

-- 2ª definición:
sumasDe2Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados2 n = 
  [(x,y) | x <- [a,a-1..0]
         , y <- [0..x]
         , x*x+y*y == n]
  where a = (floor . sqrt . fromIntegral) n

-- 3ª definición
sumasDe2Cuadrados3 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados3 n =
  [(raizEntera x, raizEntera y)
  | y <- takeWhile (<= n `div` 2) cuadrados
  , let x = n - y
  , esCuadrado x]

cuadrados :: [Integer]
cuadrados = map (^2) [0..]

esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x =
  x == y * y
  where y = raizEntera x
  
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera x =
  (floor . sqrt . fromIntegral) x

-- 4ª definición
sumasDe2Cuadrados4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados4 n = aux ((floor . sqrt . fromIntegral) n) 0 
  where aux x y | x < y          = [] 
                | x*x + y*y <  n = aux x (y+1)
                | x*x + y*y == n = (x,y) : aux (x-1) (y+1)
                | otherwise      = aux (x-1) y

-- Comparación de eficiencia
--    λ> sumasDe2Cuadrados1 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (4.29 secs, 621,601,336 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados2 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.01 secs, 488,496 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados3 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.02 secs, 197,256 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados4 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.01 secs, 175,088 bytes)
--
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados2 48612265)
--    32
--    (51.25 secs, 7,395,035,904 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados3 48612265)
--    32
--    (0.06 secs, 8,368,296 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados4 48612265)
--    32
--    (0.04 secs, 3,483,168 bytes)
--    
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados3 (10^12))
--    7
--    (7.32 secs, 1,137,167,688 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados4 (10^12))
--    7
--    (3.64 secs, 480,776,736 bytes)

-- 1ª definición

sumasDe2Cuadrados1 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados1 n =

[(x,y) | x <- [n,n-1..0]

, y <- [0..x]

, x*x+y*y == n]

-- 2ª definición:

sumasDe2Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados2 n =

[(x,y) | x <- [a,a-1..0]

, y <- [0..x]

, x*x+y*y == n]

where a = (floor . sqrt . fromIntegral) n

-- 3ª definición

sumasDe2Cuadrados3 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados3 n =

[(raizEntera x, raizEntera y)

| y <- takeWhile (<= n `div` 2) cuadrados

, let x = n - y

, esCuadrado x]

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = map (^2) [0..]

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x =

x == y * y

where y = raizEntera x

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera x =

(floor . sqrt . fromIntegral) x

-- 4ª definición

sumasDe2Cuadrados4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados4 n = aux ((floor . sqrt . fromIntegral) n) 0

where aux x y | x < y = []

| x*x + y*y < n = aux x (y+1)

| x*x + y*y == n = (x,y) : aux (x-1) (y+1)

| otherwise = aux (x-1) y

-- Comparación de eficiencia

-- λ> sumasDe2Cuadrados1 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (4.29 secs, 621,601,336 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados2 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.01 secs, 488,496 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados3 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.02 secs, 197,256 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados4 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.01 secs, 175,088 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados2 48612265)

-- 32

-- (51.25 secs, 7,395,035,904 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados3 48612265)

-- 32

-- (0.06 secs, 8,368,296 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados4 48612265)

-- 32

-- (0.04 secs, 3,483,168 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados3 (10^12))

-- 7

-- (7.32 secs, 1,137,167,688 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados4 (10^12))

-- 7

-- (3.64 secs, 480,776,736 bytes)

[/schedule]

Sucesión contadora

PorJosé A. Alonso 22-noviembre-201726-marzo-2022

Definir las siguientes funciones

   numeroContado           :: Integer -> Integer
   contadora               :: Integer -> [Integer]
   lugarPuntoFijoContadora :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

numeroContado :: Integer -> Integer

contadora :: Integer -> [Integer]

lugarPuntoFijoContadora :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

tales que

(numeroContado n) es el número obtenido al contar las repeticiones de cada una de las cifras de n. Por ejemplo,

     numeroContado 1                 == 11
     numeroContado 114213            == 31121314
     numeroContado 1111111111111111  == 161
     numeroContado 555555555500      == 20105

numeroContado 1 == 11

numeroContado 114213 == 31121314

numeroContado 1111111111111111 == 161

numeroContado 555555555500 == 20105

(contadora n) es la sucesión cuyo primer elemento es n y los restantes se obtienen contando el número anterior de la sucesión. Por ejemplo,

     λ> take 14 (contadora 1)
     [1,11,21,1112,3112,211213,312213,212223,114213,31121314,41122314,
      31221324,21322314,21322314]
     λ> take 14 (contadora 5)
     [5,15,1115,3115,211315,31121315,41122315,3122131415,4122231415,
      3132132415,3122331415,3122331415,3122331415,3122331415]

λ> take 14 (contadora 1)

[1,11,21,1112,3112,211213,312213,212223,114213,31121314,41122314,

31221324,21322314,21322314]

λ> take 14 (contadora 5)

[5,15,1115,3115,211315,31121315,41122315,3122131415,4122231415,

3132132415,3122331415,3122331415,3122331415,3122331415]

(lugarPuntoFijoContadora n k) es el menor i <= k tal que son iguales los elementos en las posiciones i e i+1 de la sucesión contadora que cominza con n. Por ejemplo,

      λ> lugarPuntoFijoContadora 1 100
      Just 12
      λ> contadora 1 !! 11
      31221324
      λ> contadora 1 !! 12
      21322314
      λ> contadora 1 !! 13
      21322314
      λ> lugarPuntoFijoContadora 1 10
      Nothing
      λ> lugarPuntoFijoContadora 5 20
      Just 10
      λ> lugarPuntoFijoContadora 40 200
      Nothing

λ> lugarPuntoFijoContadora 1 100

Just 12

λ> contadora 1 !! 11

31221324

λ> contadora 1 !! 12

21322314

λ> contadora 1 !! 13

21322314

λ> lugarPuntoFijoContadora 1 10

Nothing

λ> lugarPuntoFijoContadora 5 20

Just 10

λ> lugarPuntoFijoContadora 40 200

Nothing

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Ángel Ruiz.

Soluciones

import Data.List ( genericLength
                 , genericTake
                 , group
                 , nub
                 , sort
                 )

-- Definición de numeroContado
numeroContado :: Integer -> Integer
numeroContado n =
  (read . concat . map concat) [[(show . length) m,nub m]
                               | m <- (group . sort . show) n]

-- 1ª definición de contadora
contadora :: Integer -> [Integer]
contadora n = n : map numeroContado (contadora n)

-- 2ª definición de contadora
contadora2 :: Integer ->  [Integer]
contadora2 = iterate numeroContado 

-- Definición de lugarPuntoFijoContadora
lugarPuntoFijoContadora :: Integer -> Integer -> Maybe Integer
lugarPuntoFijoContadora n k
  | m == k-1  = Nothing
  | otherwise = Just m
  where xs = genericTake k (contadora n)
        ds = zipWith (-) xs (tail xs)
        m  = genericLength (takeWhile (/=0) ds)

import Data.List ( genericLength

, genericTake

, group

, nub

, sort

)

-- Definición de numeroContado

numeroContado :: Integer -> Integer

numeroContado n =

(read . concat . map concat) [[(show . length) m,nub m]

| m <- (group . sort . show) n]

-- 1ª definición de contadora

contadora :: Integer -> [Integer]

contadora n = n : map numeroContado (contadora n)

-- 2ª definición de contadora

contadora2 :: Integer -> [Integer]

contadora2 = iterate numeroContado

-- Definición de lugarPuntoFijoContadora

lugarPuntoFijoContadora :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

lugarPuntoFijoContadora n k

| m == k-1 = Nothing

| otherwise = Just m

where xs = genericTake k (contadora n)

ds = zipWith (-) xs (tail xs)

m = genericLength (takeWhile (/=0) ds)

Soluciones

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