Matrices – Exercitium

Elementos de una matriz con algún vecino menor

PorJosé A. Alonso 7-abril-202215-abril-2022

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

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz = Array (Int,Int) Int

Por ejemplo, la matriz

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

|9 4 6 5|

|8 1 7 3|

|4 2 5 4|

se define por

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

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

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

Definir la función

   algunoMenor :: Matriz -> [Int]

1	algunoMenor :: Matriz -> [Int]

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

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

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

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

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), bounds, indices, inRange, listArray)
import Test.QuickCheck (Arbitrary, Gen, arbitrary, chooseInt, quickCheck,
                        vectorOf)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

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

type Pos = (Int,Int)

-- 1ª solución
-- ===========

algunoMenor1 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor1 a =
  [a!p| p <- indices a,
        any (< a!p) (vecinos1 a p)]

-- (vecinos q p) es la lista de los vecinos en la matriz a de la
-- posición p. Por ejemplo,
--    vecinos1 ej (2,2)  ==  [9,4,6,8,7,4,2,5]
--    vecinos1 ej (1,1)  ==  [4,8,1]
vecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Int]
vecinos1 a p =
  [a!p' | p' <- posicionesVecinos1 a p]

-- (posicionesVecinos a p) es la lista de las posiciones de los
-- vecino de p en la matriz a. Por ejemplo,
--    λ> posicionesVecinos1 3 3 (2,2)
--    [(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3)]
--    λ> posicionesVecinos1 3 3 (1,1)
--    [(1,2),(2,1),(2,2)]
posicionesVecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Pos]
posicionesVecinos1 a (i,j) =
  [(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),
                             ( 0,-1),       ( 0,1),
                             ( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],
                 inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]

-- 2ª solución
-- ===========

algunoMenor2 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor2 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos2 p)]
  where
    vecinos2 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos2 p]
    posicionesVecinos2 (i,j) =
      [(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),
                                 ( 0,-1),       ( 0,1),
                                 ( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],
                     inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]

-- 3ª solución
-- ===========

algunoMenor3 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor3 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos3 p)]
  where
    vecinos3 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos3 p]
    posicionesVecinos3 (i,j) =
      [(i',j') | i' <- [i-1..i+1],
                 j' <- [j-1..j+1],
                 (i',j') /= (i,j),
                 inRange (bounds a) (i',j')]

-- 4ª solución
-- ===========

algunoMenor4 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor4 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos4 p)]
  where
    vecinos4 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos4 p]
    posicionesVecinos4 (i,j) =
      [(i',j') | i' <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],
                 j' <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],
                 (i',j') /= (i,j)]
      where (_,(m,n)) = bounds a


-- 5ª solución
-- ===========

algunoMenor5 :: Matriz -> [Int]
algunoMenor5 a =
  [a!p | p <- indices a,
         any (<a!p) (vecinos5 p)]
  where
    vecinos5 p =
      [a!p' | p' <- posicionesVecinos5 p]
    posicionesVecinos5 (i,j) =
      [(i-1,j-1) | i > 1, j > 1] ++
      [(i-1,j)   | i > 1]        ++
      [(i-1,j+1) | i > 1, j < n] ++
      [(i,j-1)   | j > 1]        ++
      [(i,j+1)   | j < n]        ++
      [(i+1,j-1) | i < m, j > 1] ++
      [(i+1,j)   | i < m]        ++
      [(i+1,j+1) | i < m, j < n]
      where (_,(m,n)) = bounds a

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

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

newtype Matriz2 = M Matriz
  deriving Show

-- Generador de matrices arbitrarias. Por ejemplo,
--    λ> generate matrizArbitraria
--    M (array ((1,1),(3,4))
--             [((1,1),18),((1,2),6), ((1,3),-23),((1,4),-13),
--              ((2,1),-2),((2,2),22),((2,3),-25),((2,4),-5),
--              ((3,1),2), ((3,2),16),((3,3),-15),((3,4),7)])
matrizArbitraria :: Gen Matriz2
matrizArbitraria = do
  m  <- chooseInt (1,10)
  n  <- chooseInt (1,10)
  xs <- vectorOf (m*n) arbitrary
  return (M (listArray ((1,1),(m,n)) xs))

-- Matriz es una subclase de Arbitrary.
instance Arbitrary Matriz2 where
  arbitrary = matrizArbitraria

-- La propiedad es
prop_algunoMenor :: Matriz2 -> Bool
prop_algunoMenor (M p) =
  all (== algunoMenor1 p)
      [algunoMenor2 p,
       algunoMenor3 p,
       algunoMenor4 p,
       algunoMenor5 p]

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

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

-- La comparación es
--    λ> maximum (algunoMenor1 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.20 secs, 1,350,075,240 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor2 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.24 secs, 1,373,139,968 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor3 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.08 secs, 1,200,734,112 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor4 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (2.76 secs, 1,287,653,136 bytes)
--    λ> maximum (algunoMenor5 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))
--    479999
--    (1.67 secs, 953,937,600 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

import Data.Array (Array, (!), bounds, indices, inRange, listArray)

import Test.QuickCheck (Arbitrary, Gen, arbitrary, chooseInt, quickCheck,

vectorOf)

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej :: Matriz

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

type Pos = (Int,Int)

-- 1ª solución

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

algunoMenor1 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor1 a =

[a!p| p <- indices a,

any (< a!p) (vecinos1 a p)]

-- (vecinos q p) es la lista de los vecinos en la matriz a de la

-- posición p. Por ejemplo,

-- vecinos1 ej (2,2) == [9,4,6,8,7,4,2,5]

-- vecinos1 ej (1,1) == [4,8,1]

vecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Int]

vecinos1 a p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos1 a p]

-- (posicionesVecinos a p) es la lista de las posiciones de los

-- vecino de p en la matriz a. Por ejemplo,

-- λ> posicionesVecinos1 3 3 (2,2)

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

-- λ> posicionesVecinos1 3 3 (1,1)

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

posicionesVecinos1 :: Matriz -> Pos -> [Pos]

posicionesVecinos1 a (i,j) =

[(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),

( 0,-1), ( 0,1),

( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],

inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]

-- 2ª solución

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

algunoMenor2 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor2 a =

[a!p | p <- indices a,

any (<a!p) (vecinos2 p)]

where

vecinos2 p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos2 p]

posicionesVecinos2 (i,j) =

[(i+di,j+dj) | (di,dj) <- [(-1,-1),(-1,0),(-1,1),

( 0,-1), ( 0,1),

( 1,-1),( 1,0),( 1,1)],

inRange (bounds a) (i+di,j+dj)]

-- 3ª solución

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

algunoMenor3 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor3 a =

[a!p | p <- indices a,

any (<a!p) (vecinos3 p)]

where

vecinos3 p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos3 p]

posicionesVecinos3 (i,j) =

[(i',j') | i' <- [i-1..i+1],

j' <- [j-1..j+1],

(i',j') /= (i,j),

inRange (bounds a) (i',j')]

-- 4ª solución

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

algunoMenor4 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor4 a =

[a!p | p <- indices a,

any (<a!p) (vecinos4 p)]

where

vecinos4 p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos4 p]

posicionesVecinos4 (i,j) =

[(i',j') | i' <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],

j' <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],

(i',j') /= (i,j)]

where (_,(m,n)) = bounds a

-- 5ª solución

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

algunoMenor5 :: Matriz -> [Int]

algunoMenor5 a =

[a!p | p <- indices a,

any (<a!p) (vecinos5 p)]

where

vecinos5 p =

[a!p' | p' <- posicionesVecinos5 p]

posicionesVecinos5 (i,j) =

[(i-1,j-1) | i > 1, j > 1] ++

[(i-1,j) | i > 1] ++

[(i-1,j+1) | i > 1, j < n] ++

[(i,j-1) | j > 1] ++

[(i,j+1) | j < n] ++

[(i+1,j-1) | i < m, j > 1] ++

[(i+1,j) | i < m] ++

[(i+1,j+1) | i < m, j < n]

where (_,(m,n)) = bounds a

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

-- Comprobación de equivalencia

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

newtype Matriz2 = M Matriz

deriving Show

-- Generador de matrices arbitrarias. Por ejemplo,

-- λ> generate matrizArbitraria

-- M (array ((1,1),(3,4))

-- [((1,1),18),((1,2),6), ((1,3),-23),((1,4),-13),

-- ((2,1),-2),((2,2),22),((2,3),-25),((2,4),-5),

-- ((3,1),2), ((3,2),16),((3,3),-15),((3,4),7)])

matrizArbitraria :: Gen Matriz2

matrizArbitraria = do

m <- chooseInt (1,10)

n <- chooseInt (1,10)

xs <- vectorOf (m*n) arbitrary

return (M (listArray ((1,1),(m,n)) xs))

-- Matriz es una subclase de Arbitrary.

instance Arbitrary Matriz2 where

arbitrary = matrizArbitraria

-- La propiedad es

prop_algunoMenor :: Matriz2 -> Bool

prop_algunoMenor (M p) =

all (== algunoMenor1 p)

[algunoMenor2 p,

algunoMenor3 p,

algunoMenor4 p,

algunoMenor5 p]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_algunoMenor

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> maximum (algunoMenor1 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (2.20 secs, 1,350,075,240 bytes)

-- λ> maximum (algunoMenor2 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (2.24 secs, 1,373,139,968 bytes)

-- λ> maximum (algunoMenor3 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (2.08 secs, 1,200,734,112 bytes)

-- λ> maximum (algunoMenor4 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (2.76 secs, 1,287,653,136 bytes)

-- λ> maximum (algunoMenor5 (listArray ((1,1),(600,800)) [0..]))

-- 479999

-- (1.67 secs, 953,937,600 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

En los comentarios se pueden escribir nuevas soluciones.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Ampliación de matrices por columnas

PorJosé A. Alonso 22-marzo-202215-abril-2022

Las matrices enteras se pueden representar mediante tablas con índices enteros:

   type Matriz = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz = Array (Int,Int) Int

Definir la función

   ampliaColumnas :: Matriz -> Matriz -> Matriz

1	ampliaColumnas :: Matriz -> Matriz -> Matriz

tal que (ampliaColumnas p q) es la matriz construida añadiendo las columnas de la matriz q a continuación de las de p (se supone que tienen el mismo número de filas). Por ejemplo, si p y q representa las dos primeras matrices, entonces (ampliaColumnas p q) es la tercera

   |0 1|    |4 5 6|    |0 1 4 5 6|
   |2 3|    |7 8 9|    |2 3 7 8 9|

1 2	\|0 1\| \|4 5 6\| \|0 1 4 5 6\| \|2 3\| \|7 8 9\| \|2 3 7 8 9\|

En Haskell, se definen las dos primeras matrices se definen por

   ej1 = listArray ((1,1),(2,2)) [0..3]
   ej2 = listArray ((1,1),(2,3)) [4..9]

1 2	ej1 = listArray ((1,1),(2,2)) [0..3] ej2 = listArray ((1,1),(2,3)) [4..9]

y el cálculo de la tercera es

   λ> ampliaColumnas ej1 ej2
   array ((1,1),(2,5)) [((1,1),0),((1,2),1),((1,3),4),((1,4),5),((1,5),6),
                        ((2,1),2),((2,2),3),((2,3),7),((2,4),8),((2,5),9)]
   λ> elems (ampliaColumnas ej1 ej2)
   [0,1,4,5,6,2,3,7,8,9]

λ> ampliaColumnas ej1 ej2

array ((1,1),(2,5)) [((1,1),0),((1,2),1),((1,3),4),((1,4),5),((1,5),6),

((2,1),2),((2,2),3),((2,3),7),((2,4),8),((2,5),9)]

λ> elems (ampliaColumnas ej1 ej2)

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

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), array, bounds, elems, listArray)
import Data.Matrix (Matrix, (<|>), fromList, ncols, nrows, toList)
import Test.QuickCheck

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej1, ej2 :: Matriz
ej1 = listArray ((1,1),(2,2)) [0..3]
ej2 = listArray ((1,1),(2,3)) [4..9]

-- 1ª solución
-- ===========

ampliaColumnas1 :: Matriz -> Matriz -> Matriz
ampliaColumnas1 p1 p2 =
  array ((1,1),(m,n1+n2)) [((i,j), f i j) | i <- [1..m], j <- [1..n1+n2]]
    where ((_,_),(m,n1)) = bounds p1
          ((_,_),(_,n2)) = bounds p2
          f i j | j <= n1   = p1!(i,j)
                | otherwise = p2!(i,j-n1)

-- 2ª solución
-- ===========

ampliaColumnas2 :: Matriz -> Matriz -> Matriz
ampliaColumnas2 p1 p2 =
  matriz (matrix p1 <|> matrix p2)

-- (matrix p) es la matriz p en el formatao de Data.Matrix. Por ejemplo,
--    λ> ej1
--    array ((1,1),(2,2)) [((1,1),0),((1,2),1),((2,1),2),((2,2),3)]
--    λ> matrix ej1
--    ┌     ┐
--    │ 0 1 │
--    │ 2 3 │
--    └     ┘
--    λ> matrix (ampliaColumnas1 ej1 ej2)
--    ┌           ┐
--    │ 0 1 4 5 6 │
--    │ 2 3 7 8 9 │
--    └           ┘
matrix :: Matriz -> Matrix Int
matrix p = fromList m n (elems p)
  where (_,(m,n)) = bounds p

-- (matriz p) es la matriz p en el formato de Data.Array. Por ejemplo,
--    λ> matriz (fromList 2 3 [1..])
--    array ((1,1),(2,3)) [((1,1),1),((1,2),2),((1,3),3),((2,1),4),((2,2),5),((2,3),6)]
matriz :: Matrix Int -> Matriz
matriz p = listArray ((1,1),(nrows p,ncols p)) (toList p)

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

data ParMatrices = P Matriz Matriz
  deriving Show

-- parMatricesArbitrario es un generador de pares de matrices con el
-- mismo número de filas.
parMatricesArbitrario :: Gen ParMatrices
parMatricesArbitrario = do
  m  <- arbitrary `suchThat` (> 0)
  n1 <- arbitrary `suchThat` (> 0)
  n2 <- arbitrary `suchThat` (> 0)
  xs <- vector (m * n1)
  ys <- vector (m * n2)
  return (P (listArray ((1,1),(m,n1)) xs)
            (listArray ((1,1),(m,n2)) ys))

-- ParMatrices es una subclase de Arbitrary
instance Arbitrary ParMatrices where
  arbitrary = parMatricesArbitrario

-- La propiedad es
prop_ampliaColumna :: ParMatrices -> Bool
prop_ampliaColumna (P p q) =
  ampliaColumnas1 p q == ampliaColumnas2 p q

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

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

-- La comparación es
--    λ> let p = listArray ((1,1),(10^3,10^3)) [1..] in maximum (ampliaColumnas1 p p)
--    1000000
--    (2.04 secs, 1,562,652,704 bytes)
--    λ> let p = listArray ((1,1),(10^3,10^3)) [1..] in maximum (ampliaColumnas2 p p)
--    1000000
--    (0.69 secs, 738,508,624 bytes)

import Data.Array (Array, (!), array, bounds, elems, listArray)

import Data.Matrix (Matrix, (<|>), fromList, ncols, nrows, toList)

import Test.QuickCheck

type Matriz = Array (Int,Int) Int

ej1, ej2 :: Matriz

ej1 = listArray ((1,1),(2,2)) [0..3]

ej2 = listArray ((1,1),(2,3)) [4..9]

-- 1ª solución

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

ampliaColumnas1 :: Matriz -> Matriz -> Matriz

ampliaColumnas1 p1 p2 =

array ((1,1),(m,n1+n2)) [((i,j), f i j) | i <- [1..m], j <- [1..n1+n2]]

where ((_,_),(m,n1)) = bounds p1

((_,_),(_,n2)) = bounds p2

f i j | j <= n1 = p1!(i,j)

| otherwise = p2!(i,j-n1)

-- 2ª solución

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

ampliaColumnas2 :: Matriz -> Matriz -> Matriz

ampliaColumnas2 p1 p2 =

matriz (matrix p1 <|> matrix p2)

-- (matrix p) es la matriz p en el formatao de Data.Matrix. Por ejemplo,

-- λ> ej1

-- array ((1,1),(2,2)) [((1,1),0),((1,2),1),((2,1),2),((2,2),3)]

-- λ> matrix ej1

-- ┌ ┐

-- │ 0 1 │

-- │ 2 3 │

-- └ ┘

-- λ> matrix (ampliaColumnas1 ej1 ej2)

-- ┌ ┐

-- │ 0 1 4 5 6 │

-- │ 2 3 7 8 9 │

-- └ ┘

matrix :: Matriz -> Matrix Int

matrix p = fromList m n (elems p)

where (_,(m,n)) = bounds p

-- (matriz p) es la matriz p en el formato de Data.Array. Por ejemplo,

-- λ> matriz (fromList 2 3 [1..])

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

matriz :: Matrix Int -> Matriz

matriz p = listArray ((1,1),(nrows p,ncols p)) (toList p)

-- Comprobación de equivalencia

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

data ParMatrices = P Matriz Matriz

deriving Show

-- parMatricesArbitrario es un generador de pares de matrices con el

-- mismo número de filas.

parMatricesArbitrario :: Gen ParMatrices

parMatricesArbitrario = do

m <- arbitrary `suchThat` (> 0)

n1 <- arbitrary `suchThat` (> 0)

n2 <- arbitrary `suchThat` (> 0)

xs <- vector (m * n1)

ys <- vector (m * n2)

return (P (listArray ((1,1),(m,n1)) xs)

(listArray ((1,1),(m,n2)) ys))

-- ParMatrices es una subclase de Arbitrary

instance Arbitrary ParMatrices where

arbitrary = parMatricesArbitrario

-- La propiedad es

prop_ampliaColumna :: ParMatrices -> Bool

prop_ampliaColumna (P p q) =

ampliaColumnas1 p q == ampliaColumnas2 p q

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_ampliaColumna

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> let p = listArray ((1,1),(10^3,10^3)) [1..] in maximum (ampliaColumnas1 p p)

-- 1000000

-- (2.04 secs, 1,562,652,704 bytes)

-- λ> let p = listArray ((1,1),(10^3,10^3)) [1..] in maximum (ampliaColumnas2 p p)

-- 1000000

-- (0.69 secs, 738,508,624 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

En los comentarios se pueden escribir nuevas soluciones.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Matrices de Toepliz

PorJosé A. Alonso 8-marzo-202215-abril-2022

Una matriz de Toeplitz es una matriz cuadrada que es constante a lo largo de las diagonales paralelas a la diagonal principal. Por ejemplo,

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

|2 5 1 6| |2 5 1 6|

|4 2 5 1| |4 2 6 1|

|7 4 2 5| |7 4 2 5|

|9 7 4 2| |9 7 4 2|

la primera es una matriz de Toeplitz y la segunda no lo es.

Las anteriores matrices se pueden definir por

   ej1, ej2 :: Array (Int,Int) Int
   ej1 = listArray ((1,1),(4,4)) [2,5,1,6,4,2,5,1,7,4,2,5,9,7,4,2]
   ej2 = listArray ((1,1),(4,4)) [2,5,1,6,4,2,6,1,7,4,2,5,9,7,4,2]

ej1, ej2 :: Array (Int,Int) Int

ej1 = listArray ((1,1),(4,4)) [2,5,1,6,4,2,5,1,7,4,2,5,9,7,4,2]

ej2 = listArray ((1,1),(4,4)) [2,5,1,6,4,2,6,1,7,4,2,5,9,7,4,2]

Definir la función

   esToeplitz :: Eq a => Array (Int,Int) a -> Bool

1	esToeplitz :: Eq a => Array (Int,Int) a -> Bool

tal que (esToeplitz p) se verifica si la matriz p es de Toeplitz. Por ejemplo,

   esToeplitz ej1  ==  True
   esToeplitz ej2  ==  False

1 2	esToeplitz ej1 == True esToeplitz ej2 == False

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), bounds, listArray)

ej1, ej2 :: Array (Int,Int) Int
ej1 = listArray ((1,1),(4,4)) [2,5,1,6,4,2,5,1,7,4,2,5,9,7,4,2]
ej2 = listArray ((1,1),(4,4)) [2,5,1,6,4,2,6,1,7,4,2,5,9,7,4,2]

-- 1ª solución
-- ===========

esToeplitz1 :: Eq a => Array (Int,Int) a -> Bool
esToeplitz1 p =
  esCuadrada p &&
  all todosIguales (diagonalesPrincipales p)

-- (esCuadrada p) se verifica si la matriz p es cuadrada. Por ejemplo,
--    esCuadrada (listArray ((1,1),(4,4)) [1..])  ==  True
--    esCuadrada (listArray ((1,1),(3,4)) [1..])  ==  False
esCuadrada :: Eq a => Array (Int,Int) a -> Bool
esCuadrada p = m == n
  where (_,(m,n)) = bounds p

-- (diagonalesPrincipales p) es la lista de las diagonales principales
-- de p. Por ejemplo,
--    λ> diagonalesPrincipales ej1
--    [[2,2,2,2],[5,5,5],[1,1],[6],[2,2,2,2],[4,4,4],[7,7],[9]]
--    λ> diagonalesPrincipales ej2
--    [[2,2,2,2],[5,6,5],[1,1],[6],[2,2,2,2],[4,4,4],[7,7],[9]]
diagonalesPrincipales :: Array (Int,Int) a -> [[a]]
diagonalesPrincipales p =
  [[p ! i |i <- is] | is <- posicionesDiagonalesPrincipales m n]
  where (_,(m,n)) = bounds p

-- (posicionesDiagonalesPrincipales m n) es la lista de las
-- posiciones de las diagonales principales de una matriz con m filas y
-- n columnas. Por ejemplo,
--   λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 3 4)
--   [(3,1)]
--   [(2,1),(3,2)]
--   [(1,1),(2,2),(3,3)]
--   [(1,2),(2,3),(3,4)]
--   [(1,3),(2,4)]
--   [(1,4)]
--   λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 4 4)
--   [(4,1)]
--   [(3,1),(4,2)]
--   [(2,1),(3,2),(4,3)]
--   [(1,1),(2,2),(3,3),(4,4)]
--   [(1,2),(2,3),(3,4)]
--   [(1,3),(2,4)]
--   [(1,4)]
--   λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 4 3)
--   [(4,1)]
--   [(3,1),(4,2)]
--   [(2,1),(3,2),(4,3)]
--   [(1,1),(2,2),(3,3)]
--   [(1,2),(2,3)]
--   [(1,3)]
posicionesDiagonalesPrincipales :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]
posicionesDiagonalesPrincipales m n =
  [zip [i..m] [1..n] | i <- [m,m-1..1]] ++
  [zip [1..m] [j..n] | j <- [2..n]]

-- (todosIguales xs) se verifica si todos los elementos de xs son
-- iguales. Por ejemplo,
--    todosIguales [5,5,5]  ==  True
--    todosIguales [5,4,5]  ==  False
todosIguales :: Eq a => [a] -> Bool
todosIguales []     = True
todosIguales (x:xs) = all (== x) xs

-- 2ª solución
-- ===========

esToeplitz2 :: Eq a => Array (Int,Int) a -> Bool
esToeplitz2 p = m == n &&
               and [p!(i,j) == p!(i+1,j+1) |
                    i <- [1..n-1], j <- [1..n-1]]
  where (_,(m,n)) = bounds p

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

-- La comparación es
--    λ> esToeplitz1 (listArray ((1,1),(2*10^3,2*10^3)) (repeat 1))
--    True
--    (2.26 secs, 2,211,553,888 bytes)
--    λ> esToeplitz2 (listArray ((1,1),(2*10^3,2*10^3)) (repeat 1))
--    True
--    (4.26 secs, 3,421,651,032 bytes)

import Data.Array (Array, (!), bounds, listArray)

ej1, ej2 :: Array (Int,Int) Int

ej1 = listArray ((1,1),(4,4)) [2,5,1,6,4,2,5,1,7,4,2,5,9,7,4,2]

ej2 = listArray ((1,1),(4,4)) [2,5,1,6,4,2,6,1,7,4,2,5,9,7,4,2]

-- 1ª solución

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

esToeplitz1 :: Eq a => Array (Int,Int) a -> Bool

esToeplitz1 p =

esCuadrada p &&

all todosIguales (diagonalesPrincipales p)

-- (esCuadrada p) se verifica si la matriz p es cuadrada. Por ejemplo,

-- esCuadrada (listArray ((1,1),(4,4)) [1..]) == True

-- esCuadrada (listArray ((1,1),(3,4)) [1..]) == False

esCuadrada :: Eq a => Array (Int,Int) a -> Bool

esCuadrada p = m == n

where (_,(m,n)) = bounds p

-- (diagonalesPrincipales p) es la lista de las diagonales principales

-- de p. Por ejemplo,

-- λ> diagonalesPrincipales ej1

-- [[2,2,2,2],[5,5,5],[1,1],[6],[2,2,2,2],[4,4,4],[7,7],[9]]

-- λ> diagonalesPrincipales ej2

-- [[2,2,2,2],[5,6,5],[1,1],[6],[2,2,2,2],[4,4,4],[7,7],[9]]

diagonalesPrincipales :: Array (Int,Int) a -> [[a]]

diagonalesPrincipales p =

[[p ! i |i <- is] | is <- posicionesDiagonalesPrincipales m n]

where (_,(m,n)) = bounds p

-- (posicionesDiagonalesPrincipales m n) es la lista de las

-- posiciones de las diagonales principales de una matriz con m filas y

-- n columnas. Por ejemplo,

-- λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 3 4)

-- [(3,1)]

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

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

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

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

-- [(1,4)]

-- λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 4 4)

-- [(4,1)]

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

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

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

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

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

-- [(1,4)]

-- λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 4 3)

-- [(4,1)]

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

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

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

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

-- [(1,3)]

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

posicionesDiagonalesPrincipales m n =

[zip [i..m] [1..n] | i <- [m,m-1..1]] ++

[zip [1..m] [j..n] | j <- [2..n]]

-- (todosIguales xs) se verifica si todos los elementos de xs son

-- iguales. Por ejemplo,

-- todosIguales [5,5,5] == True

-- todosIguales [5,4,5] == False

todosIguales :: Eq a => [a] -> Bool

todosIguales [] = True

todosIguales (x:xs) = all (== x) xs

-- 2ª solución

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

esToeplitz2 :: Eq a => Array (Int,Int) a -> Bool

esToeplitz2 p = m == n &&

and [p!(i,j) == p!(i+1,j+1) |

i <- [1..n-1], j <- [1..n-1]]

where (_,(m,n)) = bounds p

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> esToeplitz1 (listArray ((1,1),(2*10^3,2*10^3)) (repeat 1))

-- True

-- (2.26 secs, 2,211,553,888 bytes)

-- λ> esToeplitz2 (listArray ((1,1),(2*10^3,2*10^3)) (repeat 1))

-- True

-- (4.26 secs, 3,421,651,032 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

Diagonales principales de una matriz

PorJosé A. Alonso 7-marzo-202215-abril-2022

La lista de las diagonales principales de la matriz

   1  2  3  4
   5  6  7  8
   9 10 11 12

1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

   [[9],[5,10],[1,6,11],[2,7,12],[3,8],[4]]

1	[[9],[5,10],[1,6,11],[2,7,12],[3,8],[4]]

Definir la función

   diagonalesPrincipales :: Array (Int,Int) a -> [[a]]

1	diagonalesPrincipales :: Array (Int,Int) a -> [[a]]

tal que (diagonalesPrincipales p) es la lista de las diagonales principales de p. Por ejemplo,

   λ> diagonalesPrincipales (listArray ((1,1),(3,4)) [1..12])
   [[9],[5,10],[1,6,11],[2,7,12],[3,8],[4]]

1 2	λ> diagonalesPrincipales (listArray ((1,1),(3,4)) [1..12]) [[9],[5,10],[1,6,11],[2,7,12],[3,8],[4]]

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), bounds, listArray)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

diagonalesPrincipales1 :: Array (Int,Int) a -> [[a]]
diagonalesPrincipales1 p =
  [[p ! ij | ij <- ijs] | ijs <- posicionesDiagonalesPrincipales1 m n]
  where (_,(m,n)) = bounds p

posicionesDiagonalesPrincipales1 :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]
posicionesDiagonalesPrincipales1 m n =
  [extension ij | ij <- iniciales]
  where iniciales = [(i,1) | i <- [m,m-1..2]] ++ [(1,j) | j <- [1..n]]
        extension (i,j) = [(i+k,j+k) | k <- [0..min (m-i) (n-j)]]

-- 2ª solución
-- ===========

diagonalesPrincipales2 :: Array (Int,Int) a -> [[a]]
diagonalesPrincipales2 p =
  [[p ! ij | ij <- ijs] | ijs <- posicionesDiagonalesPrincipales2 m n]
  where (_,(m,n)) = bounds p

posicionesDiagonalesPrincipales2 :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]
posicionesDiagonalesPrincipales2 m n =
  [zip [i..m] [1..n] | i <- [m,m-1..1]] ++
  [zip [1..m] [j..n] | j <- [2..n]]

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

-- La propiedad es
prop_diagonalesPrincipales :: Positive Int -> Positive Int -> Bool
prop_diagonalesPrincipales (Positive m) (Positive n) =
  diagonalesPrincipales1 p == diagonalesPrincipales2 p
  where p = listArray ((1,1),(m,n)) [1..]

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

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

-- La comparación es
--    λ> length (diagonalesPrincipales1 (listArray ((1,1),(10^4,10^4)) [1..]))
--    19999
--    (6.90 secs, 8,010,369,224 bytes)
--    λ> length (diagonalesPrincipales2 (listArray ((1,1),(10^4,10^4)) [1..]))
--    19999
--    (6.78 secs, 8,008,289,224 bytes)

import Data.Array (Array, (!), bounds, listArray)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

diagonalesPrincipales1 :: Array (Int,Int) a -> [[a]]

diagonalesPrincipales1 p =

[[p ! ij | ij <- ijs] | ijs <- posicionesDiagonalesPrincipales1 m n]

where (_,(m,n)) = bounds p

posicionesDiagonalesPrincipales1 :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]

posicionesDiagonalesPrincipales1 m n =

[extension ij | ij <- iniciales]

where iniciales = [(i,1) | i <- [m,m-1..2]] ++ [(1,j) | j <- [1..n]]

extension (i,j) = [(i+k,j+k) | k <- [0..min (m-i) (n-j)]]

-- 2ª solución

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

diagonalesPrincipales2 :: Array (Int,Int) a -> [[a]]

diagonalesPrincipales2 p =

[[p ! ij | ij <- ijs] | ijs <- posicionesDiagonalesPrincipales2 m n]

where (_,(m,n)) = bounds p

posicionesDiagonalesPrincipales2 :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]

posicionesDiagonalesPrincipales2 m n =

[zip [i..m] [1..n] | i <- [m,m-1..1]] ++

[zip [1..m] [j..n] | j <- [2..n]]

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- La propiedad es

prop_diagonalesPrincipales :: Positive Int -> Positive Int -> Bool

prop_diagonalesPrincipales (Positive m) (Positive n) =

diagonalesPrincipales1 p == diagonalesPrincipales2 p

where p = listArray ((1,1),(m,n)) [1..]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_diagonalesPrincipales

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> length (diagonalesPrincipales1 (listArray ((1,1),(10^4,10^4)) [1..]))

-- 19999

-- (6.90 secs, 8,010,369,224 bytes)

-- λ> length (diagonalesPrincipales2 (listArray ((1,1),(10^4,10^4)) [1..]))

-- 19999

-- (6.78 secs, 8,008,289,224 bytes)

El código se encuentra en GitHub

Posiciones de las diagonales principales

PorJosé A. Alonso 4-marzo-202215-abril-2022

Las posiciones de una matriz con 3 filas y 4 columnas son

   (1,1) (1,2) (1,3) (1,4)
   (2,1) (2,2) (2,3) (2,4)
   (3,1) (3,2) (3,3) (3,4)

(1,1) (1,2) (1,3) (1,4)

(2,1) (2,2) (2,3) (2,4)

(3,1) (3,2) (3,3) (3,4)

La posiciones de sus 6 diagonales principales son

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

[(3,1)]

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

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

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

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

[(1,4)]

Definir la función

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

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

tal que (posicionesdiagonalesprincipales m n) es la lista de las posiciones de las diagonales principales de una matriz con m filas y n columnas. Por ejemplo,

  λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 3 4)
  [(3,1)]
  [(2,1),(3,2)]
  [(1,1),(2,2),(3,3)]
  [(1,2),(2,3),(3,4)]
  [(1,3),(2,4)]
  [(1,4)]
  λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 4 4)
  [(4,1)]
  [(3,1),(4,2)]
  [(2,1),(3,2),(4,3)]
  [(1,1),(2,2),(3,3),(4,4)]
  [(1,2),(2,3),(3,4)]
  [(1,3),(2,4)]
  [(1,4)]
  λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 4 3)
  [(4,1)]
  [(3,1),(4,2)]
  [(2,1),(3,2),(4,3)]
  [(1,1),(2,2),(3,3)]
  [(1,2),(2,3)]
  [(1,3)]

λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 3 4)

[(3,1)]

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

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

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

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

[(1,4)]

λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 4 4)

[(4,1)]

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

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

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

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

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

[(1,4)]

λ> mapM_ print (posicionesDiagonalesPrincipales 4 3)

[(4,1)]

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

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

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

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

[(1,3)]

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

posicionesDiagonalesPrincipales1 :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]
posicionesDiagonalesPrincipales1 m n =
  [extension ij | ij <- iniciales]
  where iniciales = [(i,1) | i <- [m,m-1..2]] ++ [(1,j) | j <- [1..n]]
        extension (i,j) = [(i+k,j+k) | k <- [0..min (m-i) (n-j)]]

-- 2ª solución
-- ===========

posicionesDiagonalesPrincipales2 :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]
posicionesDiagonalesPrincipales2 m n =
  [zip [i..m] [1..n] | i <- [m,m-1..1]] ++
  [zip [1..m] [j..n] | j <- [2..n]]

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

-- La propiedad es
prop_posicionesDiagonalesPrincipales :: Positive Int -> Positive Int -> Bool
prop_posicionesDiagonalesPrincipales (Positive m) (Positive n) =
  posicionesDiagonalesPrincipales1 m n ==
  posicionesDiagonalesPrincipales2 m n

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

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

-- La comparación es
--   λ> length (posicionesDiagonalesPrincipales1 (10^7) (10^6))
--   10999999
--   (6.14 secs, 3,984,469,440 bytes)
--   λ> length (posicionesDiagonalesPrincipales2 (10^7) (10^6))
--   10999999
--   (3.07 secs, 2,840,469,440 bytes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

posicionesDiagonalesPrincipales1 :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]

posicionesDiagonalesPrincipales1 m n =

[extension ij | ij <- iniciales]

where iniciales = [(i,1) | i <- [m,m-1..2]] ++ [(1,j) | j <- [1..n]]

extension (i,j) = [(i+k,j+k) | k <- [0..min (m-i) (n-j)]]

-- 2ª solución

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

posicionesDiagonalesPrincipales2 :: Int -> Int -> [[(Int, Int)]]

posicionesDiagonalesPrincipales2 m n =

[zip [i..m] [1..n] | i <- [m,m-1..1]] ++

[zip [1..m] [j..n] | j <- [2..n]]

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- La propiedad es

prop_posicionesDiagonalesPrincipales :: Positive Int -> Positive Int -> Bool

prop_posicionesDiagonalesPrincipales (Positive m) (Positive n) =

posicionesDiagonalesPrincipales1 m n ==

posicionesDiagonalesPrincipales2 m n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_posicionesDiagonalesPrincipales

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> length (posicionesDiagonalesPrincipales1 (10^7) (10^6))

-- 10999999

-- (6.14 secs, 3,984,469,440 bytes)

-- λ> length (posicionesDiagonalesPrincipales2 (10^7) (10^6))

-- 10999999

-- (3.07 secs, 2,840,469,440 bytes)

El código se encuentra en GitHub

Producto de los elementos de la diagonal principal

PorJosé A. Alonso 3-febrero-202215-abril-2022

Las matrices se pueden representar como lista de listas de la misma longitud, donde cada uno de sus elementos representa una fila de la matriz.

Definir la función

   productoDiagonalPrincipal :: Num a => [[a]] -> a

1	productoDiagonalPrincipal :: Num a => [[a]] -> a

tal que (productoDiagonalPrincipal xss) es el producto de los elementos de la diagonal principal de la matriz cuadrada xss. Por ejemplo,

   productoDiagonal1 [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,8]]  ==  168
   productoDiagonal1 (replicate 5 [1..5])       ==  120
   length (show (productoDiagonal3 (replicate 30000 [1..30000])))  ==  121288

productoDiagonal1 [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,8]] == 168

productoDiagonal1 (replicate 5 [1..5]) == 120

length (show (productoDiagonal3 (replicate 30000 [1..30000]))) == 121288

Soluciones

import Data.List (genericReplicate)

-- 1ª solución
-- ===========

productoDiagonal1 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal1 xss = product (diagonal1 xss)

-- (diagonal1 xss) es la diagonal de la matriz xss. Por ejemplo,
--    diagonal1 [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,0]]  ==  [3,7,0]
--    diagonal1 [[3,5],[4,7],[6,9]]        ==  [3,7]
--    diagonal1 [[3,5,2],[4,7,1]]          ==  [3,7]
diagonal1 :: [[a]] -> [a]
diagonal1 ((x:_):xss) = x : diagonal1 (map tail xss)
diagonal1 _           = []

-- 2ª solución
-- ===========

productoDiagonal2 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal2 = product . diagonal1

-- 3ª solución
-- ===========

productoDiagonal3 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal3 = product . diagonal3

diagonal3 :: [[a]] -> [a]
diagonal3 xss = [xs !! k | (xs,k) <- zip xss [0..n]]
  where n = length (head xss) - 1

-- 4ª solución
-- ===========

productoDiagonal4 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal4 []          = 1
productoDiagonal4 [[]]        = 1
productoDiagonal4 ((x:_):xss) = x * productoDiagonal4 (map tail xss)

-- 5ª solución
-- ===========

productoDiagonal5 :: Num a => [[a]] -> a
productoDiagonal5 xss = product (zipWith (!!) xss [0..k])
  where m = length xss
        n = length (head xss)
        k = min m n - 1

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

ejemplo :: Integer -> [[Integer]]
ejemplo n = genericReplicate n [1..n]

-- La comparación es
--    λ> length (show (productoDiagonal1 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (1.23 secs, 3,396,129,424 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal2 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (0.94 secs, 3,396,127,680 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal3 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (0.09 secs, 44,841,864 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal4 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (0.96 secs, 3,614,137,840 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal5 (ejemplo 7000)))
--    23878
--    (0.07 secs, 44,168,984 bytes)
--
--    λ> length (show (productoDiagonal3 (ejemplo 70000)))
--    308760
--    (8.26 secs, 5,359,752,408 bytes)
--    λ> length (show (productoDiagonal5 (ejemplo 70000)))
--    308760
--    (9.34 secs, 5,353,035,656 bytes)

import Data.List (genericReplicate)

-- 1ª solución

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

productoDiagonal1 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal1 xss = product (diagonal1 xss)

-- (diagonal1 xss) es la diagonal de la matriz xss. Por ejemplo,

-- diagonal1 [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,0]] == [3,7,0]

-- diagonal1 [[3,5],[4,7],[6,9]] == [3,7]

-- diagonal1 [[3,5,2],[4,7,1]] == [3,7]

diagonal1 :: [[a]] -> [a]

diagonal1 ((x:_):xss) = x : diagonal1 (map tail xss)

diagonal1 _ = []

-- 2ª solución

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

productoDiagonal2 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal2 = product . diagonal1

-- 3ª solución

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

productoDiagonal3 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal3 = product . diagonal3

diagonal3 :: [[a]] -> [a]

diagonal3 xss = [xs !! k | (xs,k) <- zip xss [0..n]]

where n = length (head xss) - 1

-- 4ª solución

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

productoDiagonal4 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal4 [] = 1

productoDiagonal4 [[]] = 1

productoDiagonal4 ((x:_):xss) = x * productoDiagonal4 (map tail xss)

-- 5ª solución

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

productoDiagonal5 :: Num a => [[a]] -> a

productoDiagonal5 xss = product (zipWith (!!) xss [0..k])

where m = length xss

n = length (head xss)

k = min m n - 1

-- Comparación de eficiencia

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

ejemplo :: Integer -> [[Integer]]

ejemplo n = genericReplicate n [1..n]

-- La comparación es

-- λ> length (show (productoDiagonal1 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (1.23 secs, 3,396,129,424 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal2 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (0.94 secs, 3,396,127,680 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal3 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (0.09 secs, 44,841,864 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal4 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (0.96 secs, 3,614,137,840 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal5 (ejemplo 7000)))

-- 23878

-- (0.07 secs, 44,168,984 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal3 (ejemplo 70000)))

-- 308760

-- (8.26 secs, 5,359,752,408 bytes)

-- λ> length (show (productoDiagonal5 (ejemplo 70000)))

-- 308760

-- (9.34 secs, 5,353,035,656 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

Camino de máxima suma en una matriz

PorJosé A. Alonso 12-mayo-202019-mayo-2020

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 camino de máxima suma es el segundo (1, 7, 12, 8, 4, 9) que tiene una suma de 41.

Definir la función

   caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

1	caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

tal que (caminoMaxSuma m) es un camino de máxima suma 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> caminoMaxSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   [1,7,12,8,4,9]
   λ> sum (caminoMaxSuma (fromList 800 800 [1..]))
   766721999

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

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

λ> sum (caminoMaxSuma (fromList 800 800 [1..]))

766721999

Nota: Se recomienda usar programación dinámica.

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª definición
-- =============

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma1 m =
  head [c | c <- cs, sum c == k] 
  where cs = caminos1 m
        k  = maximum (map sum cs)

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

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma2 m =
  head [c | c <- cs, sum c == k] 
  where cs = caminos2 m
        k  = maximum (map sum cs)

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 definición (con programación dinámica)
-- =========================================

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma3 m = reverse (snd (q ! (nf,nc)))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = caminoMaxSumaAux m

caminoMaxSumaAux :: Matrix Int -> Matrix (Int,[Int])
caminoMaxSumaAux m = q 
  where
    nf = nrows m
    nc = ncols m
    q  = matrix nf nc f
      where
        f (1,1) = (m!(1,1),[m!(1,1)])
        f (1,j) = (k + m!(1,j), m!(1,j):xs)
          where (k,xs) = q!(1,j-1)
        f (i,1) = (k + m!(i,1), m!(i,1):xs)
          where (k,xs) = q!(i-1,1)        
        f (i,j) | k1 > k2   = (k1 + m!(i,j), m!(i,j):xs)
                | otherwise = (k2 + m!(i,j), m!(i,j):ys)
          where (k1,xs) = q!(i,j-1)
                (k2,ys) = q!(i-1,j)

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

--    λ> length (caminoMaxSuma1 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (10.00 secs, 1,510,120,328 bytes)
--    λ> length (caminoMaxSuma2 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (3.84 secs, 745,918,544 bytes)
--    λ> length (caminoMaxSuma3 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (0.01 secs, 0 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª definición

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

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma1 m =

head [c | c <- cs, sum c == k]

where cs = caminos1 m

k = maximum (map sum cs)

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

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

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma2 m =

head [c | c <- cs, sum c == k]

where cs = caminos2 m

k = maximum (map sum cs)

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 definición (con programación dinámica)

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

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma3 m = reverse (snd (q ! (nf,nc)))

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = caminoMaxSumaAux m

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

caminoMaxSumaAux m = q

where

nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where

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

f (1,j) = (k + m!(1,j), m!(1,j):xs)

where (k,xs) = q!(1,j-1)

f (i,1) = (k + m!(i,1), m!(i,1):xs)

where (k,xs) = q!(i-1,1)

f (i,j) | k1 > k2 = (k1 + m!(i,j), m!(i,j):xs)

| otherwise = (k2 + m!(i,j), m!(i,j):ys)

where (k1,xs) = q!(i,j-1)

(k2,ys) = q!(i-1,j)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (caminoMaxSuma1 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (10.00 secs, 1,510,120,328 bytes)

-- λ> length (caminoMaxSuma2 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (3.84 secs, 745,918,544 bytes)

-- λ> length (caminoMaxSuma3 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Máximo de las sumas de los caminos en una matriz

PorJosé A. Alonso 11-mayo-202018-mayo-2020

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

Nota: Se recomienda usar programación dinámica.

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 8-mayo-202015-mayo-2020

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

Nota: Se recomienda usar programación dinámica.

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)

Máxima longitud de sublistas crecientes

PorJosé A. Alonso 7-mayo-202014-mayo-2020

Definir la función

   longitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Int

1	longitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Int

tal que (longitudMayorSublistaCreciente xs) es la el máximo de las longitudes de las sublistas crecientes de xs. Por ejemplo,

   λ> longitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]
   3
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [10,22,9,33,21,50,41,60,80]
   6
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]
   6
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [1..2000]
   2000
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [2000,1999..1]
   1
   λ> import System.Random
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
   61
   λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
   61

λ> longitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [10,22,9,33,21,50,41,60,80]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [1..2000]

2000

λ> longitudMayorSublistaCreciente [2000,1999..1]

λ> import System.Random

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

Nota: Se puede usar programación dinámica para aumentar la eficiencia.

Soluciones

import Data.List (nub, sort)
import Data.Array (Array, (!), array, elems, listArray)

-- 1ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente1 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente1 =
  length . head . mayoresCrecientes

-- (mayoresCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de xs
-- de mayor longitud. Por ejemplo, 
--    λ> mayoresCrecientes [3,2,6,4,5,1]
--    [[3,4,5],[2,4,5]]
--    λ> mayoresCrecientes [3,2,3,2,3,1]
--    [[2,3],[2,3],[2,3]]
--    λ> mayoresCrecientes [10,22,9,33,21,50,41,60,80]
--    [[10,22,33,50,60,80],[10,22,33,41,60,80]]
--    λ> mayoresCrecientes [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]
--    [[0,4,6,9,13,15],[0,2,6,9,13,15],[0,4,6,9,11,15],[0,2,6,9,11,15]]
mayoresCrecientes :: Ord a => [a] -> [[a]]
mayoresCrecientes xs =
  [ys | ys <- xss
      , length ys == m]
  where xss = sublistasCrecientes xs
        m   = maximum (map length xss)

-- (sublistasCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de
-- xs. Por ejemplo,
--    λ> sublistasCrecientes [3,2,5]
--    [[3,5],[3],[2,5],[2],[5],[]]
sublistasCrecientes :: Ord a => [a] -> [[a]]
sublistasCrecientes []  = [[]]
sublistasCrecientes (x:xs) =
  [x:ys | ys <- yss, null ys || x < head ys] ++ yss
  where yss = sublistasCrecientes xs

-- 2ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente2 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente2 xs =
  longitudSCM xs (sort (nub xs))
  
-- (longitudSCM xs ys) es la longitud de la subsecuencia máxima de xs e
-- ys. Por ejemplo, 
--   longitudSCM "amapola" "matamoscas" == 4
--   longitudSCM "atamos" "matamoscas"  == 6
--   longitudSCM "aaa" "bbbb"           == 0
longitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
longitudSCM xs ys = (matrizLongitudSCM xs ys) ! (n,m)
  where n = length xs
        m = length ys

-- (matrizLongitudSCM xs ys) es la matriz de orden (n+1)x(m+1) (donde n
-- y m son los números de elementos de xs e ys, respectivamente) tal que
-- el valor en la posición (i,j) es la longitud de la SCM de los i
-- primeros elementos de xs y los j primeros elementos de ys. Por ejemplo,
--    λ> elems (matrizLongitudSCM "amapola" "matamoscas")
--    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,
--     0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
--     0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]
-- Gráficamente,
--       m a t a m o s c a s
--    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
-- a   0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
-- m   0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,
-- a   0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,
-- p   0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,
-- o   0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
-- l   0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
-- a   0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]
matrizLongitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Array (Int,Int) Int
matrizLongitudSCM xs ys = q
  where
    n = length xs
    m = length ys
    v = listArray (1,n) xs
    w = listArray (1,m) ys
    q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]
      where f 0 _ = 0
            f _ 0 = 0
            f i j | v ! i == w ! j = 1 + q ! (i-1,j-1)
                  | otherwise      = max (q ! (i-1,j)) (q ! (i,j-1))
  
-- 3ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente3 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente3 xs =
  maximum (elems (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs))

-- (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs) es el vector de longitud n
-- (donde n es el tamaño de xs) tal que el valor i-ésimo es la longitud
-- de la sucesión más larga que termina en el elemento i-ésimo de
-- xs. Por ejemplo,  
--    λ> vectorlongitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]
--    array (1,6) [(1,1),(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,1)]
vectorlongitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Array Int Int
vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs = v
  where v = array (1,n) [(i,f i) | i <- [1..n]]
        n = length xs
        w = listArray (1,n) xs
        f 1 = 1
        f i | null ls   = 1
            | otherwise = 1 + maximum ls
          where ls = [v ! j | j <-[1..i-1], w ! j < w ! i]

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

--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1..20]
--    20
--    (4.60 secs, 597,014,240 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..20]
--    20
--    (0.03 secs, 361,384 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..20]
--    20
--    (0.03 secs, 253,944 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..2000]
--    2000
--    (8.00 secs, 1,796,495,488 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..2000]
--    2000
--    (5.12 secs, 1,137,667,496 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1000,999..1]
--    1
--    (0.95 secs, 97,029,328 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1000,999..1]
--    1
--    (7.48 secs, 1,540,857,208 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1000,999..1]
--    1
--    (0.86 secs, 160,859,128 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 (show (2^300))
--    10
--    (7.90 secs, 887,495,368 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^300))
--    10
--    (0.04 secs, 899,152 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^300))
--    10
--    (0.04 secs, 1,907,936 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^6000))
--    10
--    (0.06 secs, 9,950,592 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^6000))
--    10
--    (3.46 secs, 686,929,744 bytes)
--    
--    λ> import System.Random
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
--    (0.02 secs, 1,993,032 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
--    61
--    (7.73 secs, 1,538,771,392 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
--    61
--    (1.04 secs, 212,538,648 bytes)
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
--    (0.03 secs, 1,993,032 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
--    57
--    (7.56 secs, 1,538,573,680 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
--    57
--    (1.05 secs, 212,293,984 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

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

import Data.List (nub, sort)

import Data.Array (Array, (!), array, elems, listArray)

-- 1ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente1 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente1 =

length . head . mayoresCrecientes

-- (mayoresCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de xs

-- de mayor longitud. Por ejemplo,

-- λ> mayoresCrecientes [3,2,6,4,5,1]

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

-- λ> mayoresCrecientes [3,2,3,2,3,1]

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

-- λ> mayoresCrecientes [10,22,9,33,21,50,41,60,80]

-- [[10,22,33,50,60,80],[10,22,33,41,60,80]]

-- λ> mayoresCrecientes [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]

-- [[0,4,6,9,13,15],[0,2,6,9,13,15],[0,4,6,9,11,15],[0,2,6,9,11,15]]

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

mayoresCrecientes xs =

[ys | ys <- xss

, length ys == m]

where xss = sublistasCrecientes xs

m = maximum (map length xss)

-- (sublistasCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de

-- xs. Por ejemplo,

-- λ> sublistasCrecientes [3,2,5]

-- [[3,5],[3],[2,5],[2],[5],[]]

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

sublistasCrecientes [] = [[]]

sublistasCrecientes (x:xs) =

[x:ys | ys <- yss, null ys || x < head ys] ++ yss

where yss = sublistasCrecientes xs

-- 2ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente2 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente2 xs =

longitudSCM xs (sort (nub xs))

-- (longitudSCM xs ys) es la longitud de la subsecuencia máxima de xs e

-- ys. Por ejemplo,

-- longitudSCM "amapola" "matamoscas" == 4

-- longitudSCM "atamos" "matamoscas" == 6

-- longitudSCM "aaa" "bbbb" == 0

longitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

longitudSCM xs ys = (matrizLongitudSCM xs ys) ! (n,m)

where n = length xs

m = length ys

-- (matrizLongitudSCM xs ys) es la matriz de orden (n+1)x(m+1) (donde n

-- y m son los números de elementos de xs e ys, respectivamente) tal que

-- el valor en la posición (i,j) es la longitud de la SCM de los i

-- primeros elementos de xs y los j primeros elementos de ys. Por ejemplo,

-- λ> elems (matrizLongitudSCM "amapola" "matamoscas")

-- [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,

-- 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]

-- Gráficamente,

-- m a t a m o s c a s

-- [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

-- a 0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

-- m 0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,

-- a 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,

-- p 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,

-- o 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- l 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- a 0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]

matrizLongitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Array (Int,Int) Int

matrizLongitudSCM xs ys = q

where

n = length xs

m = length ys

v = listArray (1,n) xs

w = listArray (1,m) ys

q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]

where f 0 _ = 0

f _ 0 = 0

f i j | v ! i == w ! j = 1 + q ! (i-1,j-1)

| otherwise = max (q ! (i-1,j)) (q ! (i,j-1))

-- 3ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente3 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente3 xs =

maximum (elems (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs))

-- (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs) es el vector de longitud n

-- (donde n es el tamaño de xs) tal que el valor i-ésimo es la longitud

-- de la sucesión más larga que termina en el elemento i-ésimo de

-- xs. Por ejemplo,

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

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

vectorlongitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Array Int Int

vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs = v

where v = array (1,n) [(i,f i) | i <- [1..n]]

n = length xs

w = listArray (1,n) xs

f 1 = 1

f i | null ls = 1

| otherwise = 1 + maximum ls

where ls = [v ! j | j <-[1..i-1], w ! j < w ! i]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1..20]

-- 20

-- (4.60 secs, 597,014,240 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..20]

-- 20

-- (0.03 secs, 361,384 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..20]

-- 20

-- (0.03 secs, 253,944 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..2000]

-- 2000

-- (8.00 secs, 1,796,495,488 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..2000]

-- 2000

-- (5.12 secs, 1,137,667,496 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1000,999..1]

-- 1

-- (0.95 secs, 97,029,328 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1000,999..1]

-- 1

-- (7.48 secs, 1,540,857,208 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1000,999..1]

-- 1

-- (0.86 secs, 160,859,128 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 (show (2^300))

-- 10

-- (7.90 secs, 887,495,368 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^300))

-- 10

-- (0.04 secs, 899,152 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^300))

-- 10

-- (0.04 secs, 1,907,936 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^6000))

-- 10

-- (0.06 secs, 9,950,592 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^6000))

-- 10

-- (3.46 secs, 686,929,744 bytes)

-- λ> import System.Random

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

-- (0.02 secs, 1,993,032 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

-- 61

-- (7.73 secs, 1,538,771,392 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

-- 61

-- (1.04 secs, 212,538,648 bytes)

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

-- (0.03 secs, 1,993,032 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

-- 57

-- (7.56 secs, 1,538,573,680 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

-- 57

-- (1.05 secs, 212,293,984 bytes)

La sucesión de Sylvester

PorJosé A. Alonso 6-mayo-202013-mayo-2020

La sucesión de Sylvester es la sucesión que comienza en 2 y sus restantes términos se obtienen multiplicando los anteriores y sumándole 1.

Definir las funciones

   sylvester        :: Integer -> Integer
   graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

1 2	sylvester :: Integer -> Integer graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

(sylvester n) es el n-ésimo término de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,

     λ> [sylvester n | n <- [0..7]]
     [2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]
     λ> length (show (sylvester 25))
     6830085

λ> [sylvester n | n <- [0..7]]

[2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]

λ> length (show (sylvester 25))

6830085

(graficaSylvester d n) dibuja la gráfica de los d últimos dígitos de los n primeros términos de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,
- (graficaSylvester 3 30) dibuja
- (graficaSylvester 4 30) dibuja
- (graficaSylvester 5 30) dibuja

Nota: Se puede usar programación dinámica para aumentar la eficiencia.

Soluciones

import Data.List               (genericIndex)
import Data.Array              ((!), array)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))

-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================

sylvester1 :: Integer -> Integer
sylvester1 0 = 2
sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

sylvester2 :: Integer -> Integer
sylvester2 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución
-- ===========

-- Observando que
--    S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)
--         = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)
-- se obtiene la siguiente definición.
sylvester3 :: Integer -> Integer
sylvester3 0 = 2
sylvester3 n = 1 + x^2 - x
  where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución
-- ===========

sylvester4 :: Integer -> Integer
sylvester4 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + x^2 - x
    where x = v ! (m-1)

-- 5ª solución
-- ===========

sylvester5 :: Integer -> Integer
sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]
sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2 

-- La comparación es
--    λ> length (show (sylvester1 23))
--    1707522
--    (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)
--    λ> length (show (sylvester2 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,477,296 bytes)
--    λ> length (show (sylvester3 23))
--    1707522
--    (0.35 secs, 109,395,136 bytes)
--    λ> length (show (sylvester4 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,402,440 bytes)
--    λ> length (show (sylvester5 23))
--    1707522
--    (0.30 secs, 108,676,256 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()
graficaSylvester d n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")
           ]
           [sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

import Data.List (genericIndex)

import Data.Array ((!), array)

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

-- 1ª solución (por recursión)

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

sylvester1 :: Integer -> Integer

sylvester1 0 = 2

sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]

-- 2ª solución (con programación dinámica)

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

sylvester2 :: Integer -> Integer

sylvester2 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 2

f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]

-- 3ª solución

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

-- Observando que

-- S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)

-- = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)

-- se obtiene la siguiente definición.

sylvester3 :: Integer -> Integer

sylvester3 0 = 2

sylvester3 n = 1 + x^2 - x

where x = sylvester3 (n-1)

-- 4ª solución

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

sylvester4 :: Integer -> Integer

sylvester4 n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f 0 = 2

f m = 1 + x^2 - x

where x = v ! (m-1)

-- 5ª solución

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

sylvester5 :: Integer -> Integer

sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]

sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2

-- La comparación es

-- λ> length (show (sylvester1 23))

-- 1707522

-- (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)

-- λ> length (show (sylvester2 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,477,296 bytes)

-- λ> length (show (sylvester3 23))

-- 1707522

-- (0.35 secs, 109,395,136 bytes)

-- λ> length (show (sylvester4 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,402,440 bytes)

-- λ> length (show (sylvester5 23))

-- 1707522

-- (0.30 secs, 108,676,256 bytes)

graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

graficaSylvester d n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")

]

[sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]

Matriz de mínimas distancias

PorJosé A. Alonso 22-abril-202029-abril-2020

Definir las funciones

   minimasDistancias             :: Matrix Int -> Matrix Int
   sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

1 2	minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

tales que

(mininasDistancias a) es la matriz de las mínimas distancias de cada elemento de a hasta alcanzar un 1 donde un paso es un movimiento hacia la izquierda, derecha, arriba o abajo. Por ejemplo,

     λ> minimasDistancias (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])
     ( 1 0 0 )
     ( 2 1 0 )
     λ> minimasDistancias (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])
     ( 1 1 0 )
     ( 0 1 1 )
     λ> minimasDistancias (identity 5)
     ( 0 1 2 3 4 )
     ( 1 0 1 2 3 )
     ( 2 1 0 1 2 )
     ( 3 2 1 0 1 )
     ( 4 3 2 1 0 )

λ> minimasDistancias (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])

( 1 0 0 )

( 2 1 0 )

λ> minimasDistancias (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])

( 1 1 0 )

( 0 1 1 )

λ> minimasDistancias (identity 5)

( 0 1 2 3 4 )

( 1 0 1 2 3 )

( 2 1 0 1 2 )

( 3 2 1 0 1 )

( 4 3 2 1 0 )

(sumaMinimaDistanciasIdentidad n) es la suma de los elementos de la matriz de las mínimas distancias correspondiente a la matriz identidad de orden n. Por ejemplo,

     sumaMinimaDistanciasIdentidad 5       ==  40
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2)  ==  333300
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4)  ==  333333330000
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6)  ==  333333333333000000

sumaMinimaDistanciasIdentidad 5 == 40

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2) == 333300

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4) == 333333330000

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6) == 333333333333000000

Soluciones

import Data.Matrix     
import Data.Maybe      
import Test.QuickCheck 

-- 1ª definición de minimasDistancias
-- ==================================

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int
minimasDistancias a = 
  matrix (nrows a) (ncols a) (\(i,j) -> minimaDistancia (i,j) a) 
 
minimaDistancia :: (Int,Int) -> Matrix Int -> Int
minimaDistancia (a,b) p =
  minimum [distancia (a,b) (c,d) | (c,d) <- unos p]
 
unos :: Matrix Int -> [(Int,Int)]
unos p = [(i,j) | i <- [1..nrows p]
                , j <- [1..ncols p]
                , p ! (i,j) == 1]
 
distancia :: (Int,Int) -> (Int,Int) -> Int
distancia (a,b) (c,d) = abs (c - a) + abs (d - b)

-- 2ª definición de minimasDistancias
-- ==================================

minimasDistancias2 :: Matrix Int -> Matrix Int
minimasDistancias2 a = fmap fromJust (aux (matrizInicial a))
  where aux b | Nothing `elem` c = aux c
              | otherwise        = c
          where c = propagacion b

-- (matrizInicial a) es la matriz que tiene (Just 0) en los elementos de
-- a iguales a 1 y Nothing en los restantes. Por ejemplo,
--    λ> matrizInicial (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])
--    ( Nothing Nothing  Just 0 )
--    (  Just 0 Nothing Nothing )
matrizInicial :: Matrix Int -> Matrix (Maybe Int)
matrizInicial a = matrix m n f
  where m = nrows a
        n = ncols a
        f (i,j) | a ! (i,j) == 1 = Just 0
                | otherwise      = Nothing

-- (propagacion a) es la matriz obtenida cambiando los elementos Nothing
-- de a por el siguiente del mínimo de los valores de sus vecinos. Por
-- ejemplo,
--    λ> propagacion (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])
--    (  Just 1  Just 0  Just 0 )
--    ( Nothing  Just 1  Just 0 )
--    
--    λ> propagacion it
--    ( Just 1 Just 0 Just 0 )
--    ( Just 2 Just 1 Just 0 )
propagacion :: Matrix (Maybe Int) -> Matrix (Maybe Int)
propagacion a = matrix m n f
  where
    m = nrows a
    n = ncols a
    f (i,j) | isJust x  = x
            | otherwise = siguiente (minimo (valoresVecinos a (i,j)))
      where x = a ! (i,j)

-- (valoresVecinos a p) es la lista de los valores de los vecinos la
-- posición p en la matriz a. Por ejemplo,             
--    λ> a = fromList 3 4 [1..]
--    λ> a
--    (  1  2  3  4 )
--    (  5  6  7  8 )
--    (  9 10 11 12 )
--    
--    λ> valoresVecinos a (1,1)
--    [5,2]
--    λ> valoresVecinos a (2,3)
--    [3,11,6,8]
--    λ> valoresVecinos a (2,4)
--    [4,12,7]
valoresVecinos :: Matrix a -> (Int,Int) -> [a]
valoresVecinos a (i,j) = [a ! (k,l) | (k,l) <- vecinos m n (i,j)]
  where m = nrows a
        n = ncols a

-- (vecinos m n p) es la lista de las posiciones vecinas de la posición
-- p en la matriz a; es decir, los que se encuentran a su izquierda,
-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,
--    vecinos 3 4 (1,1)  ==  [(2,1),(1,2)]
--    vecinos 3 4 (2,3)  ==  [(1,3),(3,3),(2,2),(2,4)]
--    vecinos 3 4 (2,4)  ==  [(1,4),(3,4),(2,3)]
vecinos :: Int -> Int -> (Int,Int) -> [(Int,Int)]
vecinos m n (i,j) = [(i - 1,j)     | i > 1] ++
                    [(i + 1,j)     | i < m] ++
                    [(i,    j - 1) | j > 1] ++
                    [(i,    j + 1) | j < n]

-- (minimo xs) es el mínimo de la lista de valores opcionales xs
-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,
--    minimo [Just 3, Nothing, Just 2]  ==  Just 2
minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int
minimo = foldr1 minimo2

-- (minimo2 x y) es el mínimo de los valores opcionales x e y
-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,
--    minimo2 (Just 3) (Just 2)  ==  Just 2
--    minimo2 (Just 1) (Just 2)  ==  Just 1
--    minimo2 (Just 1) Nothing   ==  Just 1
--    minimo2 Nothing (Just 2)   ==  Just 2
--    minimo2 Nothing Nothing    ==  Nothing
minimo2 :: Maybe Int -> Maybe Int -> Maybe Int
minimo2 (Just x) (Just y) = Just (min x y)
minimo2 Nothing  (Just y) = Just y
minimo2 (Just x) Nothing  = Just x
minimo2 Nothing  Nothing  = Nothing

-- (siguiente x) es el siguiente elemento del opcional x (considerando
-- Nothing como el infinito). Por ejemplo, 
--    siguiente (Just 3)  ==  Just 4
--    siguiente Nothing  ==  Nothing
siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int
siguiente (Just x) = Just (1 + x)
siguiente Nothing  = Nothing

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

-- La comparación es
--    λ> maximum (minimasDistancias (identity 40))
--    39
--    (3.85 secs, 654,473,496 bytes)
--    λ> maximum (minimasDistancias2 (identity 40))
--    39
--    (0.50 secs, 75,079,912 bytes)

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- ==============================================

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int
sumaMinimaDistanciasIdentidad n =
  sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- ==============================================

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int
sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =
  n*(n^2-1) `div` 3

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- =================================================================

-- La propiedad es
prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool
prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =
  sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) prop_MinimaDistanciasIdentidad
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

-- La comparación es
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50
--    41650
--    (0.24 secs, 149,395,744 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100
--    333300
--    (1.98 secs, 1,294,676,272 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200
--    2666600
--    (17.96 secs, 11,094,515,016 bytes)
--    
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50
--    41650
--    (0.00 secs, 126,944 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100
--    333300
--    (0.00 secs, 126,872 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200
--    2666600
--    (0.00 secs, 131,240 bytes)
--
-- Resumidamente, el tiempo es
--
--    +-----+---------+--------+
--    |   n | 1ª def. | 2ª def |
--    +-----+---------+--------+
--    |  50 |  0.24   | 0.00   |
--    | 100 |  1.98   | 0.00   |
--    | 200 | 17.96   | 0.00   | 
--    +-----+---------+--------+

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

import Data.Matrix

import Data.Maybe

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de minimasDistancias

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

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int

minimasDistancias a =

matrix (nrows a) (ncols a) (\(i,j) -> minimaDistancia (i,j) a)

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

minimaDistancia (a,b) p =

minimum [distancia (a,b) (c,d) | (c,d) <- unos p]

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

unos p = [(i,j) | i <- [1..nrows p]

, j <- [1..ncols p]

, p ! (i,j) == 1]

distancia :: (Int,Int) -> (Int,Int) -> Int

distancia (a,b) (c,d) = abs (c - a) + abs (d - b)

-- 2ª definición de minimasDistancias

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

minimasDistancias2 :: Matrix Int -> Matrix Int

minimasDistancias2 a = fmap fromJust (aux (matrizInicial a))

where aux b | Nothing `elem` c = aux c

| otherwise = c

where c = propagacion b

-- (matrizInicial a) es la matriz que tiene (Just 0) en los elementos de

-- a iguales a 1 y Nothing en los restantes. Por ejemplo,

-- λ> matrizInicial (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])

-- ( Nothing Nothing Just 0 )

-- ( Just 0 Nothing Nothing )

matrizInicial :: Matrix Int -> Matrix (Maybe Int)

matrizInicial a = matrix m n f

where m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | a ! (i,j) == 1 = Just 0

| otherwise = Nothing

-- (propagacion a) es la matriz obtenida cambiando los elementos Nothing

-- de a por el siguiente del mínimo de los valores de sus vecinos. Por

-- ejemplo,

-- λ> propagacion (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Nothing Just 1 Just 0 )

-- λ> propagacion it

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Just 2 Just 1 Just 0 )

propagacion :: Matrix (Maybe Int) -> Matrix (Maybe Int)

propagacion a = matrix m n f

where

m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | isJust x = x

| otherwise = siguiente (minimo (valoresVecinos a (i,j)))

where x = a ! (i,j)

-- (valoresVecinos a p) es la lista de los valores de los vecinos la

-- posición p en la matriz a. Por ejemplo,

-- λ> a = fromList 3 4 [1..]

-- λ> a

-- ( 1 2 3 4 )

-- ( 5 6 7 8 )

-- ( 9 10 11 12 )

-- λ> valoresVecinos a (1,1)

-- [5,2]

-- λ> valoresVecinos a (2,3)

-- [3,11,6,8]

-- λ> valoresVecinos a (2,4)

-- [4,12,7]

valoresVecinos :: Matrix a -> (Int,Int) -> [a]

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

where m = nrows a

n = ncols a

-- (vecinos m n p) es la lista de las posiciones vecinas de la posición

-- p en la matriz a; es decir, los que se encuentran a su izquierda,

-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,

-- vecinos 3 4 (1,1) == [(2,1),(1,2)]

-- vecinos 3 4 (2,3) == [(1,3),(3,3),(2,2),(2,4)]

-- vecinos 3 4 (2,4) == [(1,4),(3,4),(2,3)]

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

vecinos m n (i,j) = [(i - 1,j) | i > 1] ++

[(i + 1,j) | i < m] ++

[(i, j - 1) | j > 1] ++

[(i, j + 1) | j < n]

-- (minimo xs) es el mínimo de la lista de valores opcionales xs

-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,

-- minimo [Just 3, Nothing, Just 2] == Just 2

minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int

minimo = foldr1 minimo2

-- (minimo2 x y) es el mínimo de los valores opcionales x e y

-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,

-- minimo2 (Just 3) (Just 2) == Just 2

-- minimo2 (Just 1) (Just 2) == Just 1

-- minimo2 (Just 1) Nothing == Just 1

-- minimo2 Nothing (Just 2) == Just 2

-- minimo2 Nothing Nothing == Nothing

minimo2 :: Maybe Int -> Maybe Int -> Maybe Int

minimo2 (Just x) (Just y) = Just (min x y)

minimo2 Nothing (Just y) = Just y

minimo2 (Just x) Nothing = Just x

minimo2 Nothing Nothing = Nothing

-- (siguiente x) es el siguiente elemento del opcional x (considerando

-- Nothing como el infinito). Por ejemplo,

-- siguiente (Just 3) == Just 4

-- siguiente Nothing == Nothing

siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int

siguiente (Just x) = Just (1 + x)

siguiente Nothing = Nothing

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> maximum (minimasDistancias (identity 40))

-- 39

-- (3.85 secs, 654,473,496 bytes)

-- λ> maximum (minimasDistancias2 (identity 40))

-- 39

-- (0.50 secs, 75,079,912 bytes)

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad n =

sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =

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

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

-- La propiedad es

prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool

prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =

sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) prop_MinimaDistanciasIdentidad

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

-- La comparación es

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50

-- 41650

-- (0.24 secs, 149,395,744 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100

-- 333300

-- (1.98 secs, 1,294,676,272 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200

-- 2666600

-- (17.96 secs, 11,094,515,016 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50

-- 41650

-- (0.00 secs, 126,944 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100

-- 333300

-- (0.00 secs, 126,872 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200

-- 2666600

-- (0.00 secs, 131,240 bytes)

-- Resumidamente, el tiempo es

-- +-----+---------+--------+

-- | n | 1ª def. | 2ª def |

-- +-----+---------+--------+

-- | 50 | 0.24 | 0.00 |

-- | 100 | 1.98 | 0.00 |

-- | 200 | 17.96 | 0.00 |

-- +-----+---------+--------+

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Matrices de Hadamard

PorJosé A. Alonso 16-abril-202029-abril-2020

Las matrices de Hadamard se definen recursivamente como sigue

   λ> hadamard 0
   ( 1 )
   
   λ> hadamard 1
   (  1  1 )
   (  1 -1 )
   
   λ> hadamard 2
   (  1  1  1  1 )
   (  1 -1  1 -1 )
   (  1  1 -1 -1 )
   (  1 -1 -1  1 )
   
   λ> hadamard 3
   (  1  1  1  1  1  1  1  1 )
   (  1 -1  1 -1  1 -1  1 -1 )
   (  1  1 -1 -1  1  1 -1 -1 )
   (  1 -1 -1  1  1 -1 -1  1 )
   (  1  1  1  1 -1 -1 -1 -1 )
   (  1 -1  1 -1 -1  1 -1  1 )
   (  1  1 -1 -1 -1 -1  1  1 )
   (  1 -1 -1  1 -1  1  1 -1 )

λ> hadamard 0

( 1 )

λ> hadamard 1

( 1 1 )

( 1 -1 )

λ> hadamard 2

( 1 1 1 1 )

( 1 -1 1 -1 )

( 1 1 -1 -1 )

( 1 -1 -1 1 )

λ> hadamard 3

( 1 1 1 1 1 1 1 1 )

( 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 )

( 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 )

( 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 )

( 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 )

( 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 )

( 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 )

( 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 )

En general, la n-ésima matriz de Hadamard, H(n), es

   ( H(n-1)  H(n-1) )
   ( H(n-1) -H(n-1) )

1 2	( H(n-1) H(n-1) ) ( H(n-1) -H(n-1) )

Definir la función

   hadamard :: Int -> Matrix Int

1	hadamard :: Int -> Matrix Int

tal que (hadamard n) es la n-ésima matriz de Hadamard.

Comprobar con QuickCheck que para todo número natural n, el producto de la n-ésima matriz de Hadamard y su traspuesta es igual al producto de 2^n por la matriz identidad de orden 2^n.

Soluciones

import Data.Matrix (Matrix, identity, joinBlocks, scaleMatrix, transpose)
import Test.QuickCheck 

hadamard :: Int -> Matrix Int
hadamard 0 = identity 1
hadamard n = joinBlocks (a, a, a, b)
  where a = hadamard (n-1)
        b = scaleMatrix (-1) a

-- La propiedad es
prop_Hadamard :: (Positive Int) -> Bool
prop_Hadamard (Positive n) =
  h * transpose h == scaleMatrix (2^n) (identity (2^n))
  where h = hadamard n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_Hadamard
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.Matrix (Matrix, identity, joinBlocks, scaleMatrix, transpose)

import Test.QuickCheck

hadamard :: Int -> Matrix Int

hadamard 0 = identity 1

hadamard n = joinBlocks (a, a, a, b)

where a = hadamard (n-1)

b = scaleMatrix (-1) a

-- La propiedad es

prop_Hadamard :: (Positive Int) -> Bool

prop_Hadamard (Positive n) =

h * transpose h == scaleMatrix (2^n) (identity (2^n))

where h = hadamard n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_Hadamard

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Cálculo de dígitos de pi y su distribución

PorJosé A. Alonso 8-abril-202021-abril-2020

Se pueden generar los dígitos de Pi, como se explica en el artículo Unbounded spigot algorithms for the digits of pi c0on la función digitosPi definida por

   digitosPi :: [Integer]
   digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where
     g (q,r,t,k,n,l) = 
       if 4*q+r-t < n*t
       then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)
       else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

digitosPi :: [Integer]

digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where

g (q,r,t,k,n,l) =

if 4*q+r-t < n*t

then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)

else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

Por ejemplo,

   λ> take 25 digitosPi
   [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3,8,4,6,2,6,4,3]

1 2	λ> take 25 digitosPi [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3,8,4,6,2,6,4,3]

La distribución de los primeros 25 dígitos de pi es [0,2,3,5,3,3,3,1,2,3] ya que el 0 no aparece, el 1 ocurre 2 veces, el 3 ocurre 3 veces, el 4 ocurre 5 veces, …

Usando digitosPi, definir las siguientes funciones

   distribucionDigitosPi :: Int -> [Int]
   frecuenciaDigitosPi   :: Int -> [Double]

1 2	distribucionDigitosPi :: Int -> [Int] frecuenciaDigitosPi :: Int -> [Double]

tales que

(distribucionDigitosPi n) es la distribución de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,

     λ> distribucionDigitosPi 10
     [0,2,1,2,1,2,1,0,0,1]
     λ> distribucionDigitosPi 100
     [8,8,12,12,10,8,9,8,12,13]
     λ> distribucionDigitosPi 1000
     [93,116,103,103,93,97,94,95,101,105]
     λ> distribucionDigitosPi 5000
     [466,531,496,460,508,525,513,488,492,521]

λ> distribucionDigitosPi 10

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

λ> distribucionDigitosPi 100

[8,8,12,12,10,8,9,8,12,13]

λ> distribucionDigitosPi 1000

[93,116,103,103,93,97,94,95,101,105]

λ> distribucionDigitosPi 5000

[466,531,496,460,508,525,513,488,492,521]

(frecuenciaDigitosPi n) es la frecuencia de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,

   λ> frecuenciaDigitosPi 10
   [0.0,20.0,10.0,20.0,10.0,20.0,10.0,0.0,0.0,10.0]
   λ> frecuenciaDigitosPi 100
   [8.0,8.0,12.0,12.0,10.0,8.0,9.0,8.0,12.0,13.0]
   λ> frecuenciaDigitosPi 1000
   [9.3,11.6,10.3,10.3,9.3,9.7,9.4,9.5,10.1,10.5]
   λ> frecuenciaDigitosPi 5000
   [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

λ> frecuenciaDigitosPi 10

[0.0,20.0,10.0,20.0,10.0,20.0,10.0,0.0,0.0,10.0]

λ> frecuenciaDigitosPi 100

[8.0,8.0,12.0,12.0,10.0,8.0,9.0,8.0,12.0,13.0]

λ> frecuenciaDigitosPi 1000

[9.3,11.6,10.3,10.3,9.3,9.7,9.4,9.5,10.1,10.5]

λ> frecuenciaDigitosPi 5000

[9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

Soluciones

import Data.Array
import Data.List (group, sort)

digitosPi :: [Integer]
digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where
  g (q,r,t,k,n,l) = 
    if 4*q+r-t < n*t
    then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)
    else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

-- 1ª definición
-- =============

distribucionDigitosPi :: Int -> [Int]
distribucionDigitosPi n =
  elems (accumArray (+) 0 (0,9) [ (i,1)
                                | i <- take n digitosPi]) 

frecuenciaDigitosPi :: Int -> [Double]
frecuenciaDigitosPi n =
  [100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi n]
  where m = fromIntegral n

-- 2ª definición
-- =============

distribucionDigitosPi2 :: Int -> [Int]
distribucionDigitosPi2 n =
  [length xs - 1 | xs <- group (sort (take n digitosPi ++ [0..9]))]

frecuenciaDigitosPi2 :: Int -> [Double]
frecuenciaDigitosPi2 n =
  [100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi2 n]
  where m = fromIntegral n

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

--    λ> last (take 5000 digitosPi)
--    2
--    (4.47 secs, 3,927,848,448 bytes)
--    λ> frecuenciaDigitosPi 5000
--    [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> frecuenciaDigitosPi2 5000
--    [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]
--    (0.02 secs, 0 bytes)

import Data.Array

import Data.List (group, sort)

digitosPi :: [Integer]

digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where

g (q,r,t,k,n,l) =

if 4*q+r-t < n*t

then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)

else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

-- 1ª definición

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

distribucionDigitosPi :: Int -> [Int]

distribucionDigitosPi n =

elems (accumArray (+) 0 (0,9) [ (i,1)

| i <- take n digitosPi])

frecuenciaDigitosPi :: Int -> [Double]

frecuenciaDigitosPi n =

[100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi n]

where m = fromIntegral n

-- 2ª definición

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

distribucionDigitosPi2 :: Int -> [Int]

distribucionDigitosPi2 n =

[length xs - 1 | xs <- group (sort (take n digitosPi ++ [0..9]))]

frecuenciaDigitosPi2 :: Int -> [Double]

frecuenciaDigitosPi2 n =

[100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi2 n]

where m = fromIntegral n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> last (take 5000 digitosPi)

-- 2

-- (4.47 secs, 3,927,848,448 bytes)

-- λ> frecuenciaDigitosPi 5000

-- [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> frecuenciaDigitosPi2 5000

-- [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

-- (0.02 secs, 0 bytes)

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Conjetura de Goldbach

PorJosé A. Alonso 1-abril-202026-marzo-2022

Una forma de la conjetura de Golbach afirma que todo entero mayor que 1 se puede escribir como la suma de uno, dos o tres números primos.

Si se define el índice de Goldbach de n > 1 como la mínima cantidad de primos necesarios para que su suma sea n, entonces la conjetura de Goldbach afirma que todos los índices de Goldbach de los enteros mayores que 1 son menores que 4.

Definir las siguientes funciones

   indiceGoldbach  :: Int -> Int
   graficaGoldbach :: Int -> IO ()

1 2	indiceGoldbach :: Int -> Int graficaGoldbach :: Int -> IO ()

tales que

(indiceGoldbach n) es el índice de Goldbach de n. Por ejemplo,

     indiceGoldbach 2                        ==  1
     indiceGoldbach 4                        ==  2
     indiceGoldbach 27                       ==  3
     sum (map indiceGoldbach [2..5000])      ==  10619
     maximum (map indiceGoldbach [2..5000])  ==  3

indiceGoldbach 2 == 1

indiceGoldbach 4 == 2

indiceGoldbach 27 == 3

sum (map indiceGoldbach [2..5000]) == 10619

maximum (map indiceGoldbach [2..5000]) == 3

(graficaGoldbach n) dibuja la gráfica de los índices de Goldbach de los números entre 2 y n. Por ejemplo, (graficaGoldbach 150) dibuja

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Goldbach anterior.

Soluciones

import Data.Array
import Data.Numbers.Primes
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck


-- 1ª definición
-- =============

indiceGoldbach :: Int -> Int
indiceGoldbach n =
  minimum (map length (particiones n))

particiones :: Int -> [[Int]]
particiones n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
    where f 0 = [[]]
          f m = [x:y | x <- xs, 
                       y <- v ! (m-x), 
                       [x] >= take 1 y]
            where xs = reverse (takeWhile (<= m) primes)

-- 2ª definición
-- =============

indiceGoldbach2 :: Int -> Int
indiceGoldbach2 x =
  head [n | n <- [1..], esSumaDe x n]

-- (esSumaDe x n) se verifica si x se puede escribir como la suma de n
-- primos. Por ejemplo,
--    esSumaDe 2  1  ==  True
--    esSumaDe 4  1  ==  False
--    esSumaDe 4  2  ==  True
--    esSumaDe 27 2  ==  False
--    esSumaDe 27 3  ==  True
esSumaDe :: Int -> Int -> Bool
esSumaDe x 1 = isPrime x
esSumaDe x n = or [esSumaDe (x-p) (n-1) | p <- takeWhile (<= x) primes]

-- 3ª definición
-- =============

indiceGoldbach3 :: Int -> Int
indiceGoldbach3 x =
  head [n | n <- [1..], esSumaDe3 x n]

esSumaDe3 :: Int -> Int -> Bool
esSumaDe3 x n = a ! (x,n) where
  a = array ((2,1),(x,9)) [((i,j),f i j) | i <- [2..x], j <- [1..9]]
  f i 1 = isPrime i
  f i j = or [a!(i-k,j-1) | k <- takeWhile (<= i) primes]

-- 4ª definición
-- =============

indiceGoldbach4 :: Int -> Int
indiceGoldbach4 n = v ! n where
  v = array (2,n) [(i,f i) | i <- [2..n]]
  f i | isPrime i = 1
      | otherwise = 1 + minimum [v!(i-p) | p <- takeWhile (< (i-1)) primes]

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

--    λ> sum (map indiceGoldbach [2..80])
--    142
--    (2.66 secs, 1,194,330,496 bytes)
--    λ> sum (map indiceGoldbach2 [2..80])
--    142
--    (0.01 secs, 1,689,944 bytes)
--    λ> sum (map indiceGoldbach3 [2..80])
--    142
--    (0.03 secs, 27,319,296 bytes)
--    λ> sum (map indiceGoldbach4 [2..80])
--    142
--    (0.03 secs, 47,823,656 bytes)
--    
--    λ> sum (map indiceGoldbach2 [2..1000])
--    2030
--    (0.10 secs, 200,140,264 bytes)
--    λ> sum (map indiceGoldbach3 [2..1000])
--    2030
--    (3.10 secs, 4,687,467,664 bytes)

-- Gráfica
-- =======

graficaGoldbach :: Int -> IO ()
graficaGoldbach n =
  plotList [ Key Nothing
           , XRange (2,fromIntegral n)
           , PNG ("Conjetura_de_Goldbach_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           [indiceGoldbach2 k | k <- [2..n]]

-- Comprobación de la conjetura de Goldbach
-- ========================================

-- La propiedad es
prop_Goldbach :: Int -> Property
prop_Goldbach x =
  x >= 2 ==> indiceGoldbach2 x < 4

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

100

101

102

103

104

105

106

107

import Data.Array

import Data.Numbers.Primes

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

indiceGoldbach :: Int -> Int

indiceGoldbach n =

minimum (map length (particiones n))

particiones :: Int -> [[Int]]

particiones n = v ! n where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

where f 0 = [[]]

f m = [x:y | x <- xs,

y <- v ! (m-x),

[x] >= take 1 y]

where xs = reverse (takeWhile (<= m) primes)

-- 2ª definición

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

indiceGoldbach2 :: Int -> Int

indiceGoldbach2 x =

head [n | n <- [1..], esSumaDe x n]

-- (esSumaDe x n) se verifica si x se puede escribir como la suma de n

-- primos. Por ejemplo,

-- esSumaDe 2 1 == True

-- esSumaDe 4 1 == False

-- esSumaDe 4 2 == True

-- esSumaDe 27 2 == False

-- esSumaDe 27 3 == True

esSumaDe :: Int -> Int -> Bool

esSumaDe x 1 = isPrime x

esSumaDe x n = or [esSumaDe (x-p) (n-1) | p <- takeWhile (<= x) primes]

-- 3ª definición

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

indiceGoldbach3 :: Int -> Int

indiceGoldbach3 x =

head [n | n <- [1..], esSumaDe3 x n]

esSumaDe3 :: Int -> Int -> Bool

esSumaDe3 x n = a ! (x,n) where

a = array ((2,1),(x,9)) [((i,j),f i j) | i <- [2..x], j <- [1..9]]

f i 1 = isPrime i

f i j = or [a!(i-k,j-1) | k <- takeWhile (<= i) primes]

-- 4ª definición

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

indiceGoldbach4 :: Int -> Int

indiceGoldbach4 n = v ! n where

v = array (2,n) [(i,f i) | i <- [2..n]]

f i | isPrime i = 1

| otherwise = 1 + minimum [v!(i-p) | p <- takeWhile (< (i-1)) primes]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sum (map indiceGoldbach [2..80])

-- 142

-- (2.66 secs, 1,194,330,496 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach2 [2..80])

-- 142

-- (0.01 secs, 1,689,944 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach3 [2..80])

-- 142

-- (0.03 secs, 27,319,296 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach4 [2..80])

-- 142

-- (0.03 secs, 47,823,656 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach2 [2..1000])

-- 2030

-- (0.10 secs, 200,140,264 bytes)

-- λ> sum (map indiceGoldbach3 [2..1000])

-- 2030

-- (3.10 secs, 4,687,467,664 bytes)

-- Gráfica

-- =======

graficaGoldbach :: Int -> IO ()

graficaGoldbach n =

plotList [ Key Nothing

, XRange (2,fromIntegral n)

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

]

[indiceGoldbach2 k | k <- [2..n]]

-- Comprobación de la conjetura de Goldbach

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

-- La propiedad es

prop_Goldbach :: Int -> Property

prop_Goldbach x =

x >= 2 ==> indiceGoldbach2 x < 4

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_Goldbach

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Pensamiento

«La diferencia entre los matemáticos y los físicos es que después de que los físicos prueban un gran resultado piensan que es fantástico, pero después de que los matemáticos prueban un gran resultado piensan que es trivial.»

Lucien Szpiro.

Diagonales invertidas

PorJosé A. Alonso 19-marzo-202026-marzo-2020

Definir la función

   diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

1	diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

tal que (diagonalesInvertidas q) es la matriz obtenida invirtiendo el orden de los elementos de la diagonal principal y de la diagonal secundaria de q. Por ejemplo,

   λ> fromList 5 5 [1..]
   ┌                ┐
   │  1  2  3  4  5 │
   │  6  7  8  9 10 │
   │ 11 12 13 14 15 │
   │ 16 17 18 19 20 │
   │ 21 22 23 24 25 │
   └                ┘
   λ> diagonalesInvertidas (fromList 5 5 [1..])
   ┌                ┐
   │ 25  2  3  4 21 │
   │  6 19  8 17 10 │
   │ 11 12 13 14 15 │
   │ 16  9 18  7 20 │
   │  5 22 23 24  1 │
   └                ┘
   λ> fromList 3 3 ['a','b'..]
   ┌             ┐
   │ 'a' 'b' 'c' │
   │ 'd' 'e' 'f' │
   │ 'g' 'h' 'i' │
   └             ┘
   λ> diagonalesInvertidas (fromList 3 3 ['a','b'..])
   ┌             ┐
   │ 'i' 'b' 'g' │
   │ 'd' 'e' 'f' │
   │ 'c' 'h' 'a' │
   └             ┘

λ> fromList 5 5 [1..]

┌ ┐

│ 1 2 3 4 5 │

│ 6 7 8 9 10 │

│ 11 12 13 14 15 │

│ 16 17 18 19 20 │

│ 21 22 23 24 25 │

└ ┘

λ> diagonalesInvertidas (fromList 5 5 [1..])

┌ ┐

│ 25 2 3 4 21 │

│ 6 19 8 17 10 │

│ 11 12 13 14 15 │

│ 16 9 18 7 20 │

│ 5 22 23 24 1 │

└ ┘

λ> fromList 3 3 ['a','b'..]

┌ ┐

│ 'a' 'b' 'c' │

│ 'd' 'e' 'f' │

│ 'g' 'h' 'i' │

└ ┘

λ> diagonalesInvertidas (fromList 3 3 ['a','b'..])

┌ ┐

│ 'i' 'b' 'g' │

│ 'd' 'e' 'f' │

│ 'c' 'h' 'a' │

└ ┘

import Data.Matrix

diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a
diagonalesInvertidas q = matrix n n f
  where n = nrows q
        f (i,j) | i == j     = q ! (n + 1 - i, n + 1 - i)
                | i+j == n+1 = q ! (j,i)
                | otherwise  = q ! (i,j)

import Data.Matrix

diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

diagonalesInvertidas q = matrix n n f

where n = nrows q

f (i,j) | i == j = q ! (n + 1 - i, n + 1 - i)

| i+j == n+1 = q ! (j,i)

| otherwise = q ! (i,j)

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Soluciones

Pensamiento

«No estamos muy contentos cuando nos vemos obligados a aceptar una verdad matemática en virtud de una complicada cadena de conclusiones formales y cálculos, que atravesamos a ciegas, eslabón por eslabón, sintiendo nuestro camino por el tacto. Queremos primero una visión general del objetivo y del camino; queremos entender la idea de la prueba, el contexto más profundo.»

Hermann Weyl.

Producto de Kronecker

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20207-marzo-2020

Si $A$ es una matriz $m \times n$ y $B$ es una matriz $p \times q$ , entonces el producto de Kronecker $A \otimes B$ es la matriz bloque $mp \times nq$

Más explícitamente, tenemos

Por ejemplo,

Definir la función

   kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

1	kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

tal que (kronecker a b) es el producto de Kronecker de las matrices a y b. Por ejemplo,

   λ> kronecker (fromLists [[1,2],[3,1]]) (fromLists [[0,3],[2,1]])
   ┌         ┐
   │ 0 3 0 6 │
   │ 2 1 4 2 │
   │ 0 9 0 3 │
   │ 6 3 2 1 │
   └         ┘
   λ> kronecker (fromLists [[1,2],[3,4]]) (fromLists [[2,1],[-1,0],[3,2]])
   ┌             ┐
   │  2  1  4  2 │
   │ -1  0 -2  0 │
   │  3  2  6  4 │
   │  6  3  8  4 │
   │ -3  0 -4  0 │
   │  9  6 12  8 │
   └             ┘
   λ> kronecker (fromLists [[2,1],[-1,0],[3,2]]) (fromLists [[1,2],[3,4]])
   ┌             ┐
   │  2  4  1  2 │
   │  6  8  3  4 │
   │ -1 -2  0  0 │
   │ -3 -4  0  0 │
   │  3  6  2  4 │
   │  9 12  6  8 │
   └             ┘

λ> kronecker (fromLists [[1,2],[3,1]]) (fromLists [[0,3],[2,1]])

┌ ┐

│ 0 3 0 6 │

│ 2 1 4 2 │

│ 0 9 0 3 │

│ 6 3 2 1 │

└ ┘

λ> kronecker (fromLists [[1,2],[3,4]]) (fromLists [[2,1],[-1,0],[3,2]])

┌ ┐

│ 2 1 4 2 │

│ -1 0 -2 0 │

│ 3 2 6 4 │

│ 6 3 8 4 │

│ -3 0 -4 0 │

│ 9 6 12 8 │

└ ┘

λ> kronecker (fromLists [[2,1],[-1,0],[3,2]]) (fromLists [[1,2],[3,4]])

┌ ┐

│ 2 4 1 2 │

│ 6 8 3 4 │

│ -1 -2 0 0 │

│ -3 -4 0 0 │

│ 3 6 2 4 │

│ 9 12 6 8 │

└ ┘

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª solución
-- ===========

kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t
kronecker a b =
  matrix (m*p) (n*q) f
  where m = nrows a
        n = ncols a
        p = nrows b
        q = ncols b
        f (i,j) = a !(k+1,r+1) * b!(l+1,s+1)
          where (k,l) = quotRem (i-1) p
                (r,s) = quotRem (j-1) q

-- 2ª solución
-- ===========

kronecker2 a b = bloqueFila a b (ncols a)
  where
    bloque (i,j) a b = scaleMatrix (a!(i,j)) b
    bloqueFila a b 1 = bloqueColumna 1 a b
    bloqueFila a b n = bloqueFila a b (n-1) <|> bloqueColumna n a b
    bloqueColumna j a b = aux a b (nrows a)
      where aux a b 1 = bloque (1,j) a b
            aux a b n = aux a b (n-1) <-> bloque (n,j) a b

-- 3ª solución
-- ===========

kronecker3 :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t
kronecker3 a b =
  foldl1 (<->) [foldl1 (<|>) [scaleMatrix (a!(i,j)) b
                             | j <- [1..ncols b]]
                             | i <- [1..nrows a]]

import Data.Matrix

-- 1ª solución

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

kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

kronecker a b =

matrix (m*p) (n*q) f

where m = nrows a

n = ncols a

p = nrows b

q = ncols b

f (i,j) = a !(k+1,r+1) * b!(l+1,s+1)

where (k,l) = quotRem (i-1) p

(r,s) = quotRem (j-1) q

-- 2ª solución

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

kronecker2 a b = bloqueFila a b (ncols a)

where

bloque (i,j) a b = scaleMatrix (a!(i,j)) b

bloqueFila a b 1 = bloqueColumna 1 a b

bloqueFila a b n = bloqueFila a b (n-1) <|> bloqueColumna n a b

bloqueColumna j a b = aux a b (nrows a)

where aux a b 1 = bloque (1,j) a b

aux a b n = aux a b (n-1) <-> bloque (n,j) a b

-- 3ª solución

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

kronecker3 :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

kronecker3 a b =

foldl1 (<->) [foldl1 (<|>) [scaleMatrix (a!(i,j)) b

| j <- [1..ncols b]]

| i <- [1..nrows a]]

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«La resolución de problemas es una habilidad práctica como, digamos, la natación. Adquirimos cualquier habilidad práctica por imitación y práctica. Tratando de nadar, imitas lo que otras personas hacen con sus manos y pies para mantener sus cabezas sobre el agua, y, finalmente, aprendes a nadar practicando la natación. Al intentar resolver problemas, hay que observar e imitar lo que hacen otras personas al resolver problemas y, finalmente, se aprende a resolver problemas haciéndolos.»

George Pólya.

Matriz dodecafónica

PorJosé A. Alonso 10-abril-201925-abril-2019

Como se explica en Create a Twelve-Tone Melody With a Twelve-Tone Matrix una matriz dodecafónica es una matriz de 12 filas y 12 columnas construidas siguiendo los siguientes pasos:

Se escribe en la primera fila una permutación de los números del 1 al 12. Por ejemplo,

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( )

Escribir la primera columna de forma que, para todo i (entre 2 y 12), a(i,1) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente condición

     (a(1,1) - a(i,1)) = (a(1,i) - a(1,1)) (módulo 12)

1	(a(1,1) - a(i,1)) = (a(1,i) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz con la 1ª fila y la 1ª columna es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5                                  )
     (  9                                  )
     (  1                                  )
     (  2                                  )
     ( 12                                  )
     ( 10                                  )
     ( 11                                  )
     (  6                                  )
     (  8                                  )
     (  7                                  )
     (  4                                  )

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( 5 )

( 9 )

( 1 )

( 2 )

( 12 )

( 10 )

( 11 )

( 6 )

( 8 )

( 7 )

( 4 )

Escribir la segunda fila de forma que, para todo j (entre 2 y 12), a(j,2) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente condición

     (a(2,j) - a(1,j)) = (a(2,1) - a(1,1)) (módulo 12)

1	(a(2,j) - a(1,j)) = (a(2,1) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz con la 1ª fila, 1ª columna y 2ª fila es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5  3 11  7  6  8 10  9  2 12  1  4 )
     (  9                                  )
     (  1                                  )
     (  2                                  )
     ( 12                                  )
     ( 10                                  )
     ( 11                                  )
     (  6                                  )
     (  8                                  )
     (  7                                  )
     (  4                                  )

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( 5 3 11 7 6 8 10 9 2 12 1 4 )

( 9 )

( 1 )

( 2 )

( 12 )

( 10 )

( 11 )

( 6 )

( 8 )

( 7 )

( 4 )

Las restantes filas se completan como la 2ª; es decir, para todo i (entre 3 y 12) y todo j (entre 2 y 12), a(i,j) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente relación.

     (a(i,j) - a(1,j)) = (a(i,1) - a(1,1)) (módulo 12)

1	(a(i,j) - a(1,j)) = (a(i,1) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz dodecafónica es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5  3 11  7  6  8 10  9  2 12  1  4 )
     (  9  7  3 11 10 12  2  1  6  4  5  8 )
     (  1 11  7  3  2  4  6  5 10  8  9 12 )
     (  2 12  8  4  3  5  7  6 11  9 10  1 )
     ( 12 10  6  2  1  3  5  4  9  7  8 11 )
     ( 10  8  4 12 11  1  3  2  7  5  6  9 )
     ( 11  9  5  1 12  2  4  3  8  6  7 10 )
     (  6  4 12  8  7  9 11 10  3  1  2  5 )
     (  8  6  2 10  9 11  1 12  5  3  4  7 )
     (  7  5  1  9  8 10 12 11  4  2  3  6 )
     (  4  2 10  6  5  7  9  8  1 11 12  3 )

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( 5 3 11 7 6 8 10 9 2 12 1 4 )

( 9 7 3 11 10 12 2 1 6 4 5 8 )

( 1 11 7 3 2 4 6 5 10 8 9 12 )

( 2 12 8 4 3 5 7 6 11 9 10 1 )

( 12 10 6 2 1 3 5 4 9 7 8 11 )

( 10 8 4 12 11 1 3 2 7 5 6 9 )

( 11 9 5 1 12 2 4 3 8 6 7 10 )

( 6 4 12 8 7 9 11 10 3 1 2 5 )

( 8 6 2 10 9 11 1 12 5 3 4 7 )

( 7 5 1 9 8 10 12 11 4 2 3 6 )

( 4 2 10 6 5 7 9 8 1 11 12 3 )

Definir la función

   matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int

1	matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int

tal que (matrizDodecafonica xs) es la matriz dodecafónica cuya primera fila es xs (que se supone que es una permutación de los números del 1 al 12). Por ejemplo,

   λ> matrizDodecafonica [3,1,9,5,4,6,8,7,12,10,11,2]
   (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
   (  5  3 11  7  6  8 10  9  2 12  1  4 )
   (  9  7  3 11 10 12  2  1  6  4  5  8 )
   (  1 11  7  3  2  4  6  5 10  8  9 12 )
   (  2 12  8  4  3  5  7  6 11  9 10  1 )
   ( 12 10  6  2  1  3  5  4  9  7  8 11 )
   ( 10  8  4 12 11  1  3  2  7  5  6  9 )
   ( 11  9  5  1 12  2  4  3  8  6  7 10 )
   (  6  4 12  8  7  9 11 10  3  1  2  5 )
   (  8  6  2 10  9 11  1 12  5  3  4  7 )
   (  7  5  1  9  8 10 12 11  4  2  3  6 )
   (  4  2 10  6  5  7  9  8  1 11 12  3 )

λ> matrizDodecafonica [3,1,9,5,4,6,8,7,12,10,11,2]

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( 5 3 11 7 6 8 10 9 2 12 1 4 )

( 9 7 3 11 10 12 2 1 6 4 5 8 )

( 1 11 7 3 2 4 6 5 10 8 9 12 )

( 2 12 8 4 3 5 7 6 11 9 10 1 )

( 12 10 6 2 1 3 5 4 9 7 8 11 )

( 10 8 4 12 11 1 3 2 7 5 6 9 )

( 11 9 5 1 12 2 4 3 8 6 7 10 )

( 6 4 12 8 7 9 11 10 3 1 2 5 )

( 8 6 2 10 9 11 1 12 5 3 4 7 )

( 7 5 1 9 8 10 12 11 4 2 3 6 )

( 4 2 10 6 5 7 9 8 1 11 12 3 )

Comprobar con QuickCheck para toda matriz dodecafónica D se verifican las siguientes propiedades:

todas las filas de D son permutaciones de los números 1 a 12,
todos los elementos de la diagonal de D son iguales y
la suma de todos los elementos de D es 936.

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Francisco J. Hidalgo.

Soluciones

import Data.List
import Test.QuickCheck
import Data.Matrix

-- 1ª solución
-- ===========

matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int
matrizDodecafonica xs = matrix 12 12 f
  where f (1,j) = xs !! (j-1)
        f (i,1) = modulo12 (2 * f (1,1) - f (1,i)) 
        f (i,j) = modulo12 (f (1,j) + f (i,1) - f (1,1)) 
        modulo12 0  = 12
        modulo12 12 = 12
        modulo12 x  = x `mod` 12
  
-- 2ª solución
-- ===========

matrizDodecafonica2 :: [Int] -> Matrix Int
matrizDodecafonica2 xs = fromLists (secuencias xs)

secuencias :: [Int] -> [[Int]]
secuencias xs = [secuencia a xs | a <- inversa xs]

inversa :: [Int] -> [Int]
inversa xs = map conv (map (\x -> (-x) + 2* (abs a)) xs)
  where a = head xs
        
secuencia :: Int -> [Int] -> [Int]
secuencia n xs = [conv (a+(n-b)) | a <- xs] 
  where b = head xs

conv :: Int -> Int
conv n | n == 0 = 12
       | n < 0 = conv (n+12)
       | n > 11 = conv (mod n 12)
       | otherwise = n          

-- Propiedades
-- ===========

-- Las propiedades son
prop_dodecafonica :: Int -> Property
prop_dodecafonica n = 
  n >= 0 ==>
  all esPermutacion (toLists d)
  && all (== d!(1,1)) [d!(i,i) | i <- [2..12]]
  && sum d == 936
  where xss = permutations [1..12]
        k   = n `mod` product [1..12]
        d   = matrizDodecafonica (xss !! k)
        esPermutacion ys = sort ys == [1..12]

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

import Data.List

import Test.QuickCheck

import Data.Matrix

-- 1ª solución

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

matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int

matrizDodecafonica xs = matrix 12 12 f

where f (1,j) = xs !! (j-1)

f (i,1) = modulo12 (2 * f (1,1) - f (1,i))

f (i,j) = modulo12 (f (1,j) + f (i,1) - f (1,1))

modulo12 0 = 12

modulo12 12 = 12

modulo12 x = x `mod` 12

-- 2ª solución

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

matrizDodecafonica2 :: [Int] -> Matrix Int

matrizDodecafonica2 xs = fromLists (secuencias xs)

secuencias :: [Int] -> [[Int]]

secuencias xs = [secuencia a xs | a <- inversa xs]

inversa :: [Int] -> [Int]

inversa xs = map conv (map (\x -> (-x) + 2* (abs a)) xs)

where a = head xs

secuencia :: Int -> [Int] -> [Int]

secuencia n xs = [conv (a+(n-b)) | a <- xs]

where b = head xs

conv :: Int -> Int

conv n | n == 0 = 12

| n < 0 = conv (n+12)

| n > 11 = conv (mod n 12)

| otherwise = n

-- Propiedades

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

-- Las propiedades son

prop_dodecafonica :: Int -> Property

prop_dodecafonica n =

n >= 0 ==>

all esPermutacion (toLists d)

&& all (== d!(1,1)) [d!(i,i) | i <- [2..12]]

&& sum d == 936

where xss = permutations [1..12]

k = n `mod` product [1..12]

d = matrizDodecafonica (xss !! k)

esPermutacion ys = sort ys == [1..12]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_dodecafonica

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Como el olivar,
mucho fruto lleva,
poca sombra da.

Antonio Machado

Distribución de diferencias de dígitos consecutivos de pi

PorJosé A. Alonso 4-abril-201911-abril-2019

Usando la librería Data.Number.CReal, que se instala con

   cabal install number

1	cabal install number

se pueden calcular el número pi con la precisión que se desee. Por ejemplo,

   λ> import Data.Number.CReal
   λ> showCReal 60 pi
   "3.141592653589793238462643383279502884197169399375105820974945"

λ> import Data.Number.CReal

λ> showCReal 60 pi

"3.141592653589793238462643383279502884197169399375105820974945"

importa la librería y calcula el número pi con 60 decimales.

La distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los 18 primeros n dígitos de pi se calcula como sigue: los primeros 18 dígitos de pi son

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

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

Las diferencias de sus elementos consecutivos es

   2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

1	2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

y la distribución de sus frecuencias en el intervalo [-9,9] es

   0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

1	0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

es decir, el desde el -9 a -5 no aparecen, el -4 aparece 3 veces, el -2 aparece 2 veces y así sucesivamente.

Definir las funciones

   distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
   graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

1 2	distribucionDDCpi :: Int -> [Int] graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

tales que

(distribucionDDCpi n) es la distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi. Por ejemplo,

     λ> distribucionDDCpi 18
     [0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]
     λ> distribucionDDCpi 100
     [1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]
     λ> distribucionDDCpi 200
     [3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]
     λ> distribucionDDCpi 1000
     [16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]
     λ> distribucionDDCpi 5000
     [67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

λ> distribucionDDCpi 18

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

λ> distribucionDDCpi 100

[1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]

λ> distribucionDDCpi 200

[3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]

λ> distribucionDDCpi 1000

[16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]

λ> distribucionDDCpi 5000

[67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

(graficas ns f) dibuja en el fichero f las gráficas de las distribuciones de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi, para n en ns. Por ejemplo, al evaluar (graficas [100,250..4000] «distribucionDDCpi.png» se escribe en el fichero «distribucionDDCpi.png» la siguiente gráfica

Soluciones

import Data.Number.CReal
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Data.Array

--    λ> digitosPi 18
--    [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]
digitosPi :: Int -> [Int]
digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]
  where (x:_:xs) = showCReal n pi

--    λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)
--    [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]
diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]
diferenciasConsecutivos xs =
  zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
distribucionDDCpi =
  distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi
  where distribucion xs =
          elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()
graficas ns f = 
  plotLists [Key Nothing, PNG f]
            [puntos n | n <- ns]
  where puntos :: Int -> [(Int,Int)]
        puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

import Data.Number.CReal

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Data.Array

-- λ> digitosPi 18

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

digitosPi :: Int -> [Int]

digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]

where (x:_:xs) = showCReal n pi

-- λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)

-- [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]

diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]

diferenciasConsecutivos xs =

zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]

distribucionDDCpi =

distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi

where distribucion xs =

elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

graficas ns f =

plotLists [Key Nothing, PNG f]

[puntos n | n <- ns]

where puntos :: Int -> [(Int,Int)]

puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

Pensamiento

Doy consejo, a fuer de viejo:
nunca sigas mi consejo.

Antonio Machado

Cálculo de dígitos de pi y su distribución

PorJosé A. Alonso 3-abril-201925-abril-2021

Se pueden generar los dígitos de Pi, como se explica en el artículo Unbounded spigot algorithms for the digits of pi c0on la función digitosPi definida por

   digitosPi :: [Integer]
   digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where
     g (q,r,t,k,n,l) = 
       if 4*q+r-t < n*t
       then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)
       else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

digitosPi :: [Integer]

digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where

g (q,r,t,k,n,l) =

if 4*q+r-t < n*t

then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)

else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

Por ejemplo,

   λ> take 25 digitosPi
   [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3,8,4,6,2,6,4,3]

1 2	λ> take 25 digitosPi [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3,8,4,6,2,6,4,3]

La distribución de los primeros 25 dígitos de pi es [0,2,3,5,3,3,3,1,2,3] ya que el 0 no aparece, el 1 ocurre 2 veces, el 3 ocurre 3 veces, el 4 ocurre 5 veces, …

Usando digitosPi, definir las siguientes funciones

   distribucionDigitosPi :: Int -> [Int]
   frecuenciaDigitosPi   :: Int -> [Double]

1 2	distribucionDigitosPi :: Int -> [Int] frecuenciaDigitosPi :: Int -> [Double]

tales que

(distribucionDigitosPi n) es la distribución de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,

     λ> distribucionDigitosPi 10
     [0,2,1,2,1,2,1,0,0,1]
     λ> distribucionDigitosPi 100
     [8,8,12,12,10,8,9,8,12,13]
     λ> distribucionDigitosPi 1000
     [93,116,103,103,93,97,94,95,101,105]
     λ> distribucionDigitosPi 5000
     [466,531,496,460,508,525,513,488,492,521]

λ> distribucionDigitosPi 10

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

λ> distribucionDigitosPi 100

[8,8,12,12,10,8,9,8,12,13]

λ> distribucionDigitosPi 1000

[93,116,103,103,93,97,94,95,101,105]

λ> distribucionDigitosPi 5000

[466,531,496,460,508,525,513,488,492,521]

(frecuenciaDigitosPi n) es la frecuencia de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,

   λ> frecuenciaDigitosPi 10
   [0.0,20.0,10.0,20.0,10.0,20.0,10.0,0.0,0.0,10.0]
   λ> frecuenciaDigitosPi 100
   [8.0,8.0,12.0,12.0,10.0,8.0,9.0,8.0,12.0,13.0]
   λ> frecuenciaDigitosPi 1000
   [9.3,11.6,10.3,10.3,9.3,9.7,9.4,9.5,10.1,10.5]
   λ> frecuenciaDigitosPi 5000
   [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

λ> frecuenciaDigitosPi 10

[0.0,20.0,10.0,20.0,10.0,20.0,10.0,0.0,0.0,10.0]

λ> frecuenciaDigitosPi 100

[8.0,8.0,12.0,12.0,10.0,8.0,9.0,8.0,12.0,13.0]

λ> frecuenciaDigitosPi 1000

[9.3,11.6,10.3,10.3,9.3,9.7,9.4,9.5,10.1,10.5]

λ> frecuenciaDigitosPi 5000

[9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

Soluciones

import Data.Array
import Data.List (group, sort)

digitosPi :: [Integer]
digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where
  g (q,r,t,k,n,l) = 
    if 4*q+r-t < n*t
    then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)
    else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

-- 1ª definición
-- =============

distribucionDigitosPi :: Int -> [Int]
distribucionDigitosPi n =
    elems (accumArray (+) 0 (0,9) [(i,1)
                                  | i <- take n digitosPi]) 

frecuenciaDigitosPi :: Int -> [Double]
frecuenciaDigitosPi n =
  [100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi n]
  where m = fromIntegral n

-- 2ª definición
-- =============

distribucionDigitosPi2 :: Int -> [Int]
distribucionDigitosPi2 n =
  [length xs - 1 | xs <- group (sort (take n digitosPi ++ [0..9]))]

frecuenciaDigitosPi2 :: Int -> [Double]
frecuenciaDigitosPi2 n =
  [100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi2 n]
  where m = fromIntegral n

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

--    λ> last (take 5000 digitosPi)
--    2
--    (4.47 secs, 3,927,848,448 bytes)
--    λ> frecuenciaDigitosPi 5000
--    [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> frecuenciaDigitosPi2 5000
--    [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]
--    (0.02 secs, 0 bytes)

import Data.Array

import Data.List (group, sort)

digitosPi :: [Integer]

digitosPi = g(1,0,1,1,3,3) where

g (q,r,t,k,n,l) =

if 4*q+r-t < n*t

then n : g (10*q, 10*(r-n*t), t, k, div (10*(3*q+r)) t - 10*n, l)

else g (q*k, (2*q+r)*l, t*l, k+1, div (q*(7*k+2)+r*l) (t*l), l+2)

-- 1ª definición

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

distribucionDigitosPi :: Int -> [Int]

distribucionDigitosPi n =

elems (accumArray (+) 0 (0,9) [(i,1)

| i <- take n digitosPi])

frecuenciaDigitosPi :: Int -> [Double]

frecuenciaDigitosPi n =

[100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi n]

where m = fromIntegral n

-- 2ª definición

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

distribucionDigitosPi2 :: Int -> [Int]

distribucionDigitosPi2 n =

[length xs - 1 | xs <- group (sort (take n digitosPi ++ [0..9]))]

frecuenciaDigitosPi2 :: Int -> [Double]

frecuenciaDigitosPi2 n =

[100 * (fromIntegral x / m) | x <- distribucionDigitosPi2 n]

where m = fromIntegral n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> last (take 5000 digitosPi)

-- 2

-- (4.47 secs, 3,927,848,448 bytes)

-- λ> frecuenciaDigitosPi 5000

-- [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> frecuenciaDigitosPi2 5000

-- [9.32,10.62,9.92,9.2,10.16,10.5,10.26,9.76,9.84,10.42]

-- (0.02 secs, 0 bytes)

Pensamiento

¿Cuál es la verdad? ¿El río
que fluye y pasa
donde el barco y el barquero
son también ondas de agua?
¿O este soñar del marino
siempre con ribera y ancla?

Antonio Machado

Triángulo de Euler

PorJosé A. Alonso 29-marzo-20195-abril-2019

El triángulo de Euler se construye a partir de las siguientes relaciones

   A(n,1) = A(n,n) = 1
   A(n,m) = (n-m)A(n-1,m-1) + (m+1)A(n-1,m).

1 2	A(n,1) = A(n,n) = 1 A(n,m) = (n-m)A(n-1,m-1) + (m+1)A(n-1,m).

Sus primeros términos son

   1 
   1 1                                                       
   1 4   1                                            
   1 11  11    1                                    
   1 26  66    26    1                             
   1 57  302   302   57     1                    
   1 120 1191  2416  1191   120   1            
   1 247 4293  15619 15619  4293  247   1   
   1 502 14608 88234 156190 88234 14608 502 1

1 1

1 4 1

1 11 11 1

1 26 66 26 1

1 57 302 302 57 1

1 120 1191 2416 1191 120 1

1 247 4293 15619 15619 4293 247 1

1 502 14608 88234 156190 88234 14608 502 1

Definir las siguientes funciones:

  numeroEuler        :: Integer -> Integer -> Integer
  filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]
  trianguloEuler     :: [[Integer]]

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]

trianguloEuler :: [[Integer]]

tales que

(numeroEuler n k) es el número de Euler A(n,k). Por ejemplo,

     numeroEuler 8 3  == 15619
     numeroEuler 20 6 == 21598596303099900
     length (show (numeroEuler 1000 500)) == 2567

numeroEuler 8 3 == 15619

numeroEuler 20 6 == 21598596303099900

length (show (numeroEuler 1000 500)) == 2567

(filaTrianguloEuler n) es la n-ésima fila del triángulo de Euler. Por ejemplo,

     filaTrianguloEuler 7  ==  [1,120,1191,2416,1191,120,1]
     filaTrianguloEuler 8  ==  [1,247,4293,15619,15619,4293,247,1]
     length (show (maximum (filaTrianguloEuler 1000)))  ==  2567

filaTrianguloEuler 7 == [1,120,1191,2416,1191,120,1]

filaTrianguloEuler 8 == [1,247,4293,15619,15619,4293,247,1]

length (show (maximum (filaTrianguloEuler 1000))) == 2567

trianguloEuler es la lista con las filas del triángulo de Euler

     λ> take 6 trianguloEuler
     [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]
     λ> length (show (maximum (trianguloEuler !! 999)))
     2567

λ> take 6 trianguloEuler

[[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]

λ> length (show (maximum (trianguloEuler !! 999)))

2567

Soluciones

import Data.List  (genericLength, genericIndex)
import Data.Array (Array, (!), array)

-- 1ª solución
-- ===========

trianguloEuler :: [[Integer]]
trianguloEuler = iterate siguiente [1]

-- (siguiente xs) es la fila siguiente a la xs en el triángulo de
-- Euler. Por ejemplo,
--    λ> siguiente [1]
--    [1,1]
--    λ> siguiente it
--    [1,4,1]
--    λ> siguiente it
--    [1,11,11,1]
siguiente :: [Integer] -> [Integer]
siguiente xs = zipWith (+) us vs
  where n = genericLength xs
        us = zipWith (*) (0:xs) [n+1,n..1]
        vs = zipWith (*) (xs++[0]) [1..n+1]

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler n = trianguloEuler `genericIndex` (n-1)

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler n k = filaTrianguloEuler n `genericIndex` k

-- 2ª solución
-- ===========

numeroEuler2 :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler2 n 0 = 1
numeroEuler2 n m 
  | n == m    = 0
  | otherwise = (n-m) * numeroEuler2 (n-1) (m-1) + (m+1) * numeroEuler2 (n-1) m

filaTrianguloEuler2 :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler2 n = map (numeroEuler2 n) [0..n-1]

trianguloEuler2 :: [[Integer]]
trianguloEuler2 = map filaTrianguloEuler2 [1..]
                  
-- 3ª solución
-- ===========

numeroEuler3 :: Integer -> Integer -> Integer
numeroEuler3 n k = (matrizEuler n k) ! (n,k)

-- (matrizEuler n m) es la matriz de n+1 filas y m+1 columnsa formada
-- por los números de Euler. Por ejemplo,
--   λ> [[matrizEuler 6 6 ! (i,j) | j <- [0..i-1]] | i <- [1..6]]
--   [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]
matrizEuler :: Integer -> Integer -> Array (Integer,Integer) Integer
matrizEuler n m = q
  where q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]
        f i 0 = 1
        f i j
          | i == j    = 0
          | otherwise = (i-j) * q!(i-1,j-1) + (j+1)* q!(i-1,j)

filaTrianguloEuler3 :: Integer -> [Integer]
filaTrianguloEuler3 n = map (numeroEuler3 n) [0..n-1]

trianguloEuler3 :: [[Integer]]
trianguloEuler3 = map filaTrianguloEuler3 [1..]

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

-- La comparación es
--   λ> numeroEuler 22 11
--   301958232385734088196
--   (0.01 secs, 118,760 bytes)
--   λ> numeroEuler2 22 11
--   301958232385734088196
--   (3.96 secs, 524,955,384 bytes)
--   λ> numeroEuler3 22 11
--   301958232385734088196
--   (0.01 secs, 356,296 bytes)
--   
--   λ> length (show (numeroEuler 800 400))
--   1976
--   (0.01 secs, 383,080 bytes)
--   λ> length (show (numeroEuler3 800 400))
--   1976
--   (2.13 secs, 508,780,696 bytes)

import Data.List (genericLength, genericIndex)

import Data.Array (Array, (!), array)

-- 1ª solución

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

trianguloEuler :: [[Integer]]

trianguloEuler = iterate siguiente [1]

-- (siguiente xs) es la fila siguiente a la xs en el triángulo de

-- Euler. Por ejemplo,

-- λ> siguiente [1]

-- [1,1]

-- λ> siguiente it

-- [1,4,1]

-- λ> siguiente it

-- [1,11,11,1]

siguiente :: [Integer] -> [Integer]

siguiente xs = zipWith (+) us vs

where n = genericLength xs

us = zipWith (*) (0:xs) [n+1,n..1]

vs = zipWith (*) (xs++[0]) [1..n+1]

filaTrianguloEuler :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler n = trianguloEuler `genericIndex` (n-1)

numeroEuler :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler n k = filaTrianguloEuler n `genericIndex` k

-- 2ª solución

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

numeroEuler2 :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler2 n 0 = 1

numeroEuler2 n m

| n == m = 0

| otherwise = (n-m) * numeroEuler2 (n-1) (m-1) + (m+1) * numeroEuler2 (n-1) m

filaTrianguloEuler2 :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler2 n = map (numeroEuler2 n) [0..n-1]

trianguloEuler2 :: [[Integer]]

trianguloEuler2 = map filaTrianguloEuler2 [1..]

-- 3ª solución

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

numeroEuler3 :: Integer -> Integer -> Integer

numeroEuler3 n k = (matrizEuler n k) ! (n,k)

-- (matrizEuler n m) es la matriz de n+1 filas y m+1 columnsa formada

-- por los números de Euler. Por ejemplo,

-- λ> [[matrizEuler 6 6 ! (i,j) | j <- [0..i-1]] | i <- [1..6]]

-- [[1],[1,1],[1,4,1],[1,11,11,1],[1,26,66,26,1],[1,57,302,302,57,1]]

matrizEuler :: Integer -> Integer -> Array (Integer,Integer) Integer

matrizEuler n m = q

where q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]

f i 0 = 1

f i j

| i == j = 0

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

filaTrianguloEuler3 :: Integer -> [Integer]

filaTrianguloEuler3 n = map (numeroEuler3 n) [0..n-1]

trianguloEuler3 :: [[Integer]]

trianguloEuler3 = map filaTrianguloEuler3 [1..]

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> numeroEuler 22 11

-- 301958232385734088196

-- (0.01 secs, 118,760 bytes)

-- λ> numeroEuler2 22 11

-- 301958232385734088196

-- (3.96 secs, 524,955,384 bytes)

-- λ> numeroEuler3 22 11

-- 301958232385734088196

-- (0.01 secs, 356,296 bytes)

-- λ> length (show (numeroEuler 800 400))

-- 1976

-- (0.01 secs, 383,080 bytes)

-- λ> length (show (numeroEuler3 800 400))

-- 1976

-- (2.13 secs, 508,780,696 bytes)

Pensamiento

Señor San Jerónimo,
suelte usted la piedra
con que se machaca.
Me pegó con ella.

Antonio Machado

Matriz girada 180 grados

PorJosé A. Alonso 27-marzo-20193-abril-2019

Definir la función

   matrizGirada180 :: Matrix a -> Matrix a

1	matrizGirada180 :: Matrix a -> Matrix a

tal que (matrizGirada180 p) es la matriz obtenida girando 180 grados la matriz p. Por ejemplo,

   λ> fromList 4 3 [1..]
   (  1  2  3 )
   (  4  5  6 )
   (  7  8  9 )
   ( 10 11 12 )

   λ> matrizGirada180 (fromList 4 3 [1..])
   ( 12 11 10 )
   (  9  8  7 )
   (  6  5  4 )
   (  3  2  1 )

   λ> fromList 3 4 [1..]
   (  1  2  3  4 )
   (  5  6  7  8 )
   (  9 10 11 12 )

   λ> matrizGirada180 (fromList 3 4 [1..])
   ( 12 11 10  9 )
   (  8  7  6  5 )
   (  4  3  2  1 )

λ> fromList 4 3 [1..]

( 1 2 3 )

( 4 5 6 )

( 7 8 9 )

( 10 11 12 )

λ> matrizGirada180 (fromList 4 3 [1..])

( 12 11 10 )

( 9 8 7 )

( 6 5 4 )

( 3 2 1 )

λ> fromList 3 4 [1..]

( 1 2 3 4 )

( 5 6 7 8 )

( 9 10 11 12 )

λ> matrizGirada180 (fromList 3 4 [1..])

( 12 11 10 9 )

( 8 7 6 5 )

( 4 3 2 1 )

Soluciones

import Data.Matrix ( Matrix
                   , (!)
                   , fromList
                   , fromLists
                   , matrix
                   , ncols
                   , nrows
                   , toLists
                   )

-- 1ª solución
matrizGirada180 :: Matrix a -> Matrix a
matrizGirada180 p = matrix m n f
  where m       = nrows p
        n       = ncols p
        f (i,j) = p!(m-i+1,n-j+1)

-- 2ª solución
matrizGirada180b :: Matrix a -> Matrix a
matrizGirada180b p =
  fromLists (reverse (map reverse (toLists p)))

-- 3ª solución
matrizGirada180c :: Matrix a -> Matrix a
matrizGirada180c =
  fromLists . reverse . map reverse . toLists

import Data.Matrix ( Matrix

, (!)

, fromList

, fromLists

, matrix

, ncols

, nrows

, toLists

)

-- 1ª solución

matrizGirada180 :: Matrix a -> Matrix a

matrizGirada180 p = matrix m n f

where m = nrows p

n = ncols p

f (i,j) = p!(m-i+1,n-j+1)

-- 2ª solución

matrizGirada180b :: Matrix a -> Matrix a

matrizGirada180b p =

fromLists (reverse (map reverse (toLists p)))

-- 3ª solución

matrizGirada180c :: Matrix a -> Matrix a

matrizGirada180c =

fromLists . reverse . map reverse . toLists

Pensamiento

Bueno es recordar
las palabras viejas
que han de volver a sonar.

Antonio Machado

Matriz de mínimas distancias

PorJosé A. Alonso 22-marzo-201925-abril-2021

Definir las funciones

   minimasDistancias             :: Matrix Int -> Matrix Int
   sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

1 2	minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

tales que

(mininasDistancias a) es la matriz de las mínimas distancias de cada elemento de a hasta alcanzar un 1 donde un paso es un movimiento hacia la izquierda, derecha, arriba o abajo. Por ejemplo,

     λ> minimasDistancias (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])
     ( 1 0 0 )
     ( 2 1 0 )
     λ> minimasDistancias (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])
     ( 1 1 0 )
     ( 0 1 1 )
     λ> minimasDistancias (identity 5)
     ( 0 1 2 3 4 )
     ( 1 0 1 2 3 )
     ( 2 1 0 1 2 )
     ( 3 2 1 0 1 )
     ( 4 3 2 1 0 )

λ> minimasDistancias (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])

( 1 0 0 )

( 2 1 0 )

λ> minimasDistancias (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])

( 1 1 0 )

( 0 1 1 )

λ> minimasDistancias (identity 5)

( 0 1 2 3 4 )

( 1 0 1 2 3 )

( 2 1 0 1 2 )

( 3 2 1 0 1 )

( 4 3 2 1 0 )

(sumaMinimaDistanciasIdentidad n) es la suma de los elementos de la matriz de las mínimas distancias correspondiente a la matriz identidad de orden n. Por ejemplo,

     sumaMinimaDistanciasIdentidad 5       ==  40
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2)  ==  333300
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4)  ==  333333330000
     sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6)  ==  333333333333000000

sumaMinimaDistanciasIdentidad 5 == 40

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2) == 333300

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4) == 333333330000

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6) == 333333333333000000

Soluciones

import Data.Matrix
import Data.Maybe (isJust, fromJust)
import Test.QuickCheck

-- Definición de minimasDistancias
-- ===============================

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int
minimasDistancias a = fmap fromJust (aux (matrizInicial a))
  where aux b | Nothing `elem` c = aux c
              | otherwise        = c
          where c = propagacion b

-- (matrizInicial a) es la matriz que tiene (Just 0) en los elementos de
-- a iguales a 1 y Nothing en los restantes. Por ejemplo,
--    λ> matrizInicial (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])
--    ( Nothing Nothing  Just 0 )
--    (  Just 0 Nothing Nothing )
matrizInicial :: Matrix Int -> Matrix (Maybe Int)
matrizInicial a = matrix m n f
  where m = nrows a
        n = ncols a
        f (i,j) | a ! (i,j) == 1 = Just 0
                | otherwise      = Nothing

-- (propagacion a) es la matriz obtenida cambiando los elementos Nothing
-- de a por el sigiente del mínomo de los valores de sus vecinos. Por
-- ejemplo,
--    λ> propagacion (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])
--    (  Just 1  Just 0  Just 0 )
--    ( Nothing  Just 1  Just 0 )
--    
--    λ> propagacion it
--    ( Just 1 Just 0 Just 0 )
--    ( Just 2 Just 1 Just 0 )
propagacion :: Matrix (Maybe Int) -> Matrix (Maybe Int)
propagacion a = matrix m n f
  where
    m = nrows a
    n = ncols a
    f (i,j) | isJust x  = x
            | otherwise = siguiente (minimo (valoresVecinos a (i,j)))
      where x = a ! (i,j)

-- (valoresVecinos a p) es la lista de los valores de los vecinos la
-- posición p en la matriz a. Por ejemplo,             
--    λ> a = fromList 3 4 [1..]
--    λ> a
--    (  1  2  3  4 )
--    (  5  6  7  8 )
--    (  9 10 11 12 )
--    
--    λ> valoresVecinos a (1,1)
--    [5,2]
--    λ> valoresVecinos a (2,3)
--    [3,11,6,8]
--    λ> valoresVecinos a (2,4)
--    [4,12,7]
valoresVecinos :: Matrix a -> (Int,Int) -> [a]
valoresVecinos a (i,j) = [a ! (k,l) | (k,l) <- vecinos m n (i,j)]
  where m = nrows a
        n = ncols a

-- (vecinos m n p) es la lista de las posiciones vecinas de la posición
-- p en la matriz a; es decir, los que se encuentran a su izquierda,
-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,
--    vecinos 3 4 (1,1)  ==  [(2,1),(1,2)]
--    vecinos 3 4 (2,3)  ==  [(1,3),(3,3),(2,2),(2,4)]
--    vecinos 3 4 (2,4)  ==  [(1,4),(3,4),(2,3)]
vecinos :: Int -> Int -> (Int,Int) -> [(Int,Int)]
vecinos m n (i,j) = [(i - 1,j)     | i > 1] ++
                    [(i + 1,j)     | i < m] ++
                    [(i,    j - 1) | j > 1] ++
                    [(i,    j + 1) | j < n]

-- (minimo xs) es el mínimo de la lista de valores opcionales xs
-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,
--    minimo [Just 3, Nothing, Just 2]  ==  Just 2
minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int
minimo = foldr1 minimo2

-- (minimo2 x y) es el mínimo de los valores opcionales x e y
-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,
--    minimo2 (Just 3) (Just 2)  ==  Just 2
--    minimo2 (Just 1) (Just 2)  ==  Just 1
--    minimo2 (Just 1) Nothing   ==  Just 1
--    minimo2 Nothing (Just 2)   ==  Just 2
--    minimo2 Nothing Nothing    ==  Nothing
minimo2 :: Maybe Int -> Maybe Int -> Maybe Int
minimo2 (Just x) (Just y) = Just (min x y)
minimo2 Nothing  (Just y) = Just y
minimo2 (Just x) Nothing  = Just x
minimo2 Nothing  Nothing  = Nothing

-- (siguiente x) es el siguiente elemento del opcional x (considerando
-- Nothing como el infinito). Por ejemplo, 
--    siguiente (Just 3)  ==  Just 4
--    siguiente Nothing  ==  Nothing
siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int
siguiente (Just x) = Just (1 + x)
siguiente Nothing  = Nothing

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- ==============================================

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int
sumaMinimaDistanciasIdentidad n =
  sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- ==============================================

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int
sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =
  n*(n^2-1) `div` 3

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad
-- =================================================================

-- La propiedad es
prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool
prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =
  sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) prop_MinimaDistanciasIdentidad
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

-- La comparación es
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50
--    41650
--    (0.24 secs, 149,395,744 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100
--    333300
--    (1.98 secs, 1,294,676,272 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200
--    2666600
--    (17.96 secs, 11,094,515,016 bytes)
--    
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50
--    41650
--    (0.00 secs, 126,944 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100
--    333300
--    (0.00 secs, 126,872 bytes)
--    λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200
--    2666600
--    (0.00 secs, 131,240 bytes)
--
-- Resumidamente, el tiempo es
--
--    +-----+---------+--------+
--    |   n | 1ª def. | 2ª def |
--    +-----+---------+--------+
--    |  50 |  0.24   | 0.00   |
--    | 100 |  1.98   | 0.00   |
--    | 200 | 17.96   | 0.00   | 
--    +-----+---------+--------+

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

import Data.Matrix

import Data.Maybe (isJust, fromJust)

import Test.QuickCheck

-- Definición de minimasDistancias

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

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int

minimasDistancias a = fmap fromJust (aux (matrizInicial a))

where aux b | Nothing `elem` c = aux c

| otherwise = c

where c = propagacion b

-- (matrizInicial a) es la matriz que tiene (Just 0) en los elementos de

-- a iguales a 1 y Nothing en los restantes. Por ejemplo,

-- λ> matrizInicial (fromLists [[0,0,1],[1,0,0]])

-- ( Nothing Nothing Just 0 )

-- ( Just 0 Nothing Nothing )

matrizInicial :: Matrix Int -> Matrix (Maybe Int)

matrizInicial a = matrix m n f

where m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | a ! (i,j) == 1 = Just 0

| otherwise = Nothing

-- (propagacion a) es la matriz obtenida cambiando los elementos Nothing

-- de a por el sigiente del mínomo de los valores de sus vecinos. Por

-- ejemplo,

-- λ> propagacion (fromLists [[0,1,1],[0,0,1]])

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Nothing Just 1 Just 0 )

-- λ> propagacion it

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Just 2 Just 1 Just 0 )

propagacion :: Matrix (Maybe Int) -> Matrix (Maybe Int)

propagacion a = matrix m n f

where

m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | isJust x = x

| otherwise = siguiente (minimo (valoresVecinos a (i,j)))

where x = a ! (i,j)

-- (valoresVecinos a p) es la lista de los valores de los vecinos la

-- posición p en la matriz a. Por ejemplo,

-- λ> a = fromList 3 4 [1..]

-- λ> a

-- ( 1 2 3 4 )

-- ( 5 6 7 8 )

-- ( 9 10 11 12 )

-- λ> valoresVecinos a (1,1)

-- [5,2]

-- λ> valoresVecinos a (2,3)

-- [3,11,6,8]

-- λ> valoresVecinos a (2,4)

-- [4,12,7]

valoresVecinos :: Matrix a -> (Int,Int) -> [a]

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

where m = nrows a

n = ncols a

-- (vecinos m n p) es la lista de las posiciones vecinas de la posición

-- p en la matriz a; es decir, los que se encuentran a su izquierda,

-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,

-- vecinos 3 4 (1,1) == [(2,1),(1,2)]

-- vecinos 3 4 (2,3) == [(1,3),(3,3),(2,2),(2,4)]

-- vecinos 3 4 (2,4) == [(1,4),(3,4),(2,3)]

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

vecinos m n (i,j) = [(i - 1,j) | i > 1] ++

[(i + 1,j) | i < m] ++

[(i, j - 1) | j > 1] ++

[(i, j + 1) | j < n]

-- (minimo xs) es el mínimo de la lista de valores opcionales xs

-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,

-- minimo [Just 3, Nothing, Just 2] == Just 2

minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int

minimo = foldr1 minimo2

-- (minimo2 x y) es el mínimo de los valores opcionales x e y

-- (considerando Nothing como el mayor elemento). Por ejemplo,

-- minimo2 (Just 3) (Just 2) == Just 2

-- minimo2 (Just 1) (Just 2) == Just 1

-- minimo2 (Just 1) Nothing == Just 1

-- minimo2 Nothing (Just 2) == Just 2

-- minimo2 Nothing Nothing == Nothing

minimo2 :: Maybe Int -> Maybe Int -> Maybe Int

minimo2 (Just x) (Just y) = Just (min x y)

minimo2 Nothing (Just y) = Just y

minimo2 (Just x) Nothing = Just x

minimo2 Nothing Nothing = Nothing

-- (siguiente x) es el siguiente elemento del opcional x (considerando

-- Nothing como el infinito). Por ejemplo,

-- siguiente (Just 3) == Just 4

-- siguiente Nothing == Nothing

siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int

siguiente (Just x) = Just (1 + x)

siguiente Nothing = Nothing

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad n =

sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =

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

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

-- La propiedad es

prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool

prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =

sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) prop_MinimaDistanciasIdentidad

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50

-- 41650

-- (0.24 secs, 149,395,744 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100

-- 333300

-- (1.98 secs, 1,294,676,272 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200

-- 2666600

-- (17.96 secs, 11,094,515,016 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50

-- 41650

-- (0.00 secs, 126,944 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100

-- 333300

-- (0.00 secs, 126,872 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200

-- 2666600

-- (0.00 secs, 131,240 bytes)

-- Resumidamente, el tiempo es

-- +-----+---------+--------+

-- | n | 1ª def. | 2ª def |

-- +-----+---------+--------+

-- | 50 | 0.24 | 0.00 |

-- | 100 | 1.98 | 0.00 |

-- | 200 | 17.96 | 0.00 |

-- +-----+---------+--------+

Pensamiento

La primavera ha venido.
Nadie sabe como ha sido.

Antonio Machado

Máxima longitud de sublistas crecientes

PorJosé A. Alonso 14-marzo-201925-abril-2021

Definir la función

   longitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Int

1	longitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Int

tal que (longitudMayorSublistaCreciente xs) es la el máximo de las longitudes de las sublistas crecientes de xs. Por ejemplo,

   λ> longitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]
   3
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [10,22,9,33,21,50,41,60,80]
   6
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]
   6
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [1..2000]
   2000
   λ> longitudMayorSublistaCreciente [2000,1999..1]
   1
   λ> import System.Random
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
   61
   λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
   61

λ> longitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [10,22,9,33,21,50,41,60,80]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]

λ> longitudMayorSublistaCreciente [1..2000]

2000

λ> longitudMayorSublistaCreciente [2000,1999..1]

λ> import System.Random

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

Soluciones

import Data.List  (nub, sort)
import Data.Array (Array, (!), array, elems, listArray)

-- 1ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente1 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente1 =
  length . head . mayoresCrecientes

-- (mayoresCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de xs
-- de mayor longitud. Por ejemplo, 
--    λ> mayoresCrecientes [3,2,6,4,5,1]
--    [[3,4,5],[2,4,5]]
--    λ> mayoresCrecientes [3,2,3,2,3,1]
--    [[2,3],[2,3],[2,3]]
--    λ> mayoresCrecientes [10,22,9,33,21,50,41,60,80]
--    [[10,22,33,50,60,80],[10,22,33,41,60,80]]
--    λ> mayoresCrecientes [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]
--    [[0,4,6,9,13,15],[0,2,6,9,13,15],[0,4,6,9,11,15],[0,2,6,9,11,15]]
mayoresCrecientes :: Ord a => [a] -> [[a]]
mayoresCrecientes xs =
  [ys | ys <- xss
      , length ys == m]
  where xss = sublistasCrecientes xs
        m   = maximum (map length xss)

-- (sublistasCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de
-- xs. Por ejemplo,
--    λ> sublistasCrecientes [3,2,5]
--    [[3,5],[3],[2,5],[2],[5],[]]
sublistasCrecientes :: Ord a => [a] -> [[a]]
sublistasCrecientes []  = [[]]
sublistasCrecientes (x:xs) =
  [x:ys | ys <- yss, null ys || x < head ys] ++ yss
  where yss = sublistasCrecientes xs

-- 2ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente2 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente2 xs =
  longitudSCM xs (sort (nub xs))
  
-- (longitudSCM xs ys) es la longitud de la subsecuencia máxima de xs e
-- ys. Por ejemplo, 
--   longitudSCM "amapola" "matamoscas" == 4
--   longitudSCM "atamos" "matamoscas"  == 6
--   longitudSCM "aaa" "bbbb"           == 0
longitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
longitudSCM xs ys = (matrizLongitudSCM xs ys) ! (n,m)
  where n = length xs
        m = length ys

-- (matrizLongitudSCM xs ys) es la matriz de orden (n+1)x(m+1) (donde n
-- y m son los números de elementos de xs e ys, respectivamente) tal que
-- el valor en la posición (i,j) es la longitud de la SCM de los i
-- primeros elementos de xs y los j primeros elementos de ys. Por ejemplo,
--    λ> elems (matrizLongitudSCM "amapola" "matamoscas")
--    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,
--     0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
--     0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]
-- Gráficamente,
--       m a t a m o s c a s
--    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
-- a   0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
-- m   0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,
-- a   0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,
-- p   0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,
-- o   0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
-- l   0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,
-- a   0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]
matrizLongitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Array (Int,Int) Int
matrizLongitudSCM xs ys = q
  where
    n = length xs
    m = length ys
    v = listArray (1,n) xs
    w = listArray (1,m) ys
    q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]
      where f 0 _ = 0
            f _ 0 = 0
            f i j | v ! i == w ! j = 1 + q ! (i-1,j-1)
                  | otherwise      = max (q ! (i-1,j)) (q ! (i,j-1))
  
-- 3ª solución
-- ===========

longitudMayorSublistaCreciente3 :: Ord a => [a] -> Int
longitudMayorSublistaCreciente3 xs =
  maximum (elems (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs))

-- (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs) es el vector de longitud n
-- (donde n es el tamaño de xs) tal que el valor i-ésimo es la longitud
-- de la sucesión más larga que termina en el elemento i-ésimo de
-- xs. Por ejemplo,  
--    λ> vectorlongitudMayorSublistaCreciente [3,2,6,4,5,1]
--    array (1,6) [(1,1),(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,1)]
vectorlongitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Array Int Int
vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs = v
  where v = array (1,n) [(i,f i) | i <- [1..n]]
        n = length xs
        w = listArray (1,n) xs
        f 1 = 1
        f i | null ls   = 1
            | otherwise = 1 + maximum ls
          where ls = [v ! j | j <-[1..i-1], w ! j < w ! i]

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

--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1..20]
--    20
--    (4.60 secs, 597,014,240 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..20]
--    20
--    (0.03 secs, 361,384 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..20]
--    20
--    (0.03 secs, 253,944 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..2000]
--    2000
--    (8.00 secs, 1,796,495,488 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..2000]
--    2000
--    (5.12 secs, 1,137,667,496 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1000,999..1]
--    1
--    (0.95 secs, 97,029,328 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1000,999..1]
--    1
--    (7.48 secs, 1,540,857,208 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1000,999..1]
--    1
--    (0.86 secs, 160,859,128 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente1 (show (2^300))
--    10
--    (7.90 secs, 887,495,368 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^300))
--    10
--    (0.04 secs, 899,152 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^300))
--    10
--    (0.04 secs, 1,907,936 bytes)
--    
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^6000))
--    10
--    (0.06 secs, 9,950,592 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^6000))
--    10
--    (3.46 secs, 686,929,744 bytes)
--    
--    λ> import System.Random
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
--    (0.02 secs, 1,993,032 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
--    61
--    (7.73 secs, 1,538,771,392 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
--    61
--    (1.04 secs, 212,538,648 bytes)
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
--    (0.03 secs, 1,993,032 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs
--    57
--    (7.56 secs, 1,538,573,680 bytes)
--    λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs
--    57
--    (1.05 secs, 212,293,984 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

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

import Data.List (nub, sort)

import Data.Array (Array, (!), array, elems, listArray)

-- 1ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente1 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente1 =

length . head . mayoresCrecientes

-- (mayoresCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de xs

-- de mayor longitud. Por ejemplo,

-- λ> mayoresCrecientes [3,2,6,4,5,1]

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

-- λ> mayoresCrecientes [3,2,3,2,3,1]

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

-- λ> mayoresCrecientes [10,22,9,33,21,50,41,60,80]

-- [[10,22,33,50,60,80],[10,22,33,41,60,80]]

-- λ> mayoresCrecientes [0,8,4,12,2,10,6,14,1,9,5,13,3,11,7,15]

-- [[0,4,6,9,13,15],[0,2,6,9,13,15],[0,4,6,9,11,15],[0,2,6,9,11,15]]

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

mayoresCrecientes xs =

[ys | ys <- xss

, length ys == m]

where xss = sublistasCrecientes xs

m = maximum (map length xss)

-- (sublistasCrecientes xs) es la lista de las sublistas crecientes de

-- xs. Por ejemplo,

-- λ> sublistasCrecientes [3,2,5]

-- [[3,5],[3],[2,5],[2],[5],[]]

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

sublistasCrecientes [] = [[]]

sublistasCrecientes (x:xs) =

[x:ys | ys <- yss, null ys || x < head ys] ++ yss

where yss = sublistasCrecientes xs

-- 2ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente2 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente2 xs =

longitudSCM xs (sort (nub xs))

-- (longitudSCM xs ys) es la longitud de la subsecuencia máxima de xs e

-- ys. Por ejemplo,

-- longitudSCM "amapola" "matamoscas" == 4

-- longitudSCM "atamos" "matamoscas" == 6

-- longitudSCM "aaa" "bbbb" == 0

longitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

longitudSCM xs ys = (matrizLongitudSCM xs ys) ! (n,m)

where n = length xs

m = length ys

-- (matrizLongitudSCM xs ys) es la matriz de orden (n+1)x(m+1) (donde n

-- y m son los números de elementos de xs e ys, respectivamente) tal que

-- el valor en la posición (i,j) es la longitud de la SCM de los i

-- primeros elementos de xs y los j primeros elementos de ys. Por ejemplo,

-- λ> elems (matrizLongitudSCM "amapola" "matamoscas")

-- [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,

-- 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]

-- Gráficamente,

-- m a t a m o s c a s

-- [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

-- a 0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

-- m 0,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,

-- a 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,

-- p 0,1,2,2,2,2,2,2,2,3,3,

-- o 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- l 0,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,

-- a 0,1,2,2,3,3,3,3,3,4,4]

matrizLongitudSCM :: Eq a => [a] -> [a] -> Array (Int,Int) Int

matrizLongitudSCM xs ys = q

where

n = length xs

m = length ys

v = listArray (1,n) xs

w = listArray (1,m) ys

q = array ((0,0),(n,m)) [((i,j), f i j) | i <- [0..n], j <- [0..m]]

where f 0 _ = 0

f _ 0 = 0

f i j | v ! i == w ! j = 1 + q ! (i-1,j-1)

| otherwise = max (q ! (i-1,j)) (q ! (i,j-1))

-- 3ª solución

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

longitudMayorSublistaCreciente3 :: Ord a => [a] -> Int

longitudMayorSublistaCreciente3 xs =

maximum (elems (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs))

-- (vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs) es el vector de longitud n

-- (donde n es el tamaño de xs) tal que el valor i-ésimo es la longitud

-- de la sucesión más larga que termina en el elemento i-ésimo de

-- xs. Por ejemplo,

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

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

vectorlongitudMayorSublistaCreciente :: Ord a => [a] -> Array Int Int

vectorlongitudMayorSublistaCreciente xs = v

where v = array (1,n) [(i,f i) | i <- [1..n]]

n = length xs

w = listArray (1,n) xs

f 1 = 1

f i | null ls = 1

| otherwise = 1 + maximum ls

where ls = [v ! j | j <-[1..i-1], w ! j < w ! i]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1..20]

-- 20

-- (4.60 secs, 597,014,240 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..20]

-- 20

-- (0.03 secs, 361,384 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..20]

-- 20

-- (0.03 secs, 253,944 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1..2000]

-- 2000

-- (8.00 secs, 1,796,495,488 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1..2000]

-- 2000

-- (5.12 secs, 1,137,667,496 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 [1000,999..1]

-- 1

-- (0.95 secs, 97,029,328 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 [1000,999..1]

-- 1

-- (7.48 secs, 1,540,857,208 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 [1000,999..1]

-- 1

-- (0.86 secs, 160,859,128 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente1 (show (2^300))

-- 10

-- (7.90 secs, 887,495,368 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^300))

-- 10

-- (0.04 secs, 899,152 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^300))

-- 10

-- (0.04 secs, 1,907,936 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 (show (2^6000))

-- 10

-- (0.06 secs, 9,950,592 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 (show (2^6000))

-- 10

-- (3.46 secs, 686,929,744 bytes)

-- λ> import System.Random

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

-- (0.02 secs, 1,993,032 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

-- 61

-- (7.73 secs, 1,538,771,392 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

-- 61

-- (1.04 secs, 212,538,648 bytes)

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

-- (0.03 secs, 1,993,032 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente2 xs

-- 57

-- (7.56 secs, 1,538,573,680 bytes)

-- λ> longitudMayorSublistaCreciente3 xs

-- 57

-- (1.05 secs, 212,293,984 bytes)

Pensamiento

No es el yo fundamental
eso que busca el poeta,
sino el tú esencial.

Antonio Machado

Diagonales invertidas

PorJosé A. Alonso 13-marzo-201925-abril-2021

Definir la función

   diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

1	diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

tal que (diagonalesInvertidas q) es la matriz obtenida invirtiendo el
orden de los elementos de la diagonal principal y de la diagonal
secundaria de q. Por ejemplo,

   λ> fromList 5 5 [1..]
   ┌                ┐
   │  1  2  3  4  5 │
   │  6  7  8  9 10 │
   │ 11 12 13 14 15 │
   │ 16 17 18 19 20 │
   │ 21 22 23 24 25 │
   └                ┘
   λ> diagonalesInvertidas (fromList 5 5 [1..])
   ┌                ┐
   │ 25  2  3  4 21 │
   │  6 19  8 17 10 │
   │ 11 12 13 14 15 │
   │ 16  9 18  7 20 │
   │  5 22 23 24  1 │
   └                ┘
   λ> fromList 3 3 ['a','b'..]
   ┌             ┐
   │ 'a' 'b' 'c' │
   │ 'd' 'e' 'f' │
   │ 'g' 'h' 'i' │
   └             ┘
   λ> diagonalesInvertidas (fromList 3 3 ['a','b'..])
   ┌             ┐
   │ 'i' 'b' 'g' │
   │ 'd' 'e' 'f' │
   │ 'c' 'h' 'a' │
   └             ┘

λ> fromList 5 5 [1..]

┌ ┐

│ 1 2 3 4 5 │

│ 6 7 8 9 10 │

│ 11 12 13 14 15 │

│ 16 17 18 19 20 │

│ 21 22 23 24 25 │

└ ┘

λ> diagonalesInvertidas (fromList 5 5 [1..])

┌ ┐

│ 25 2 3 4 21 │

│ 6 19 8 17 10 │

│ 11 12 13 14 15 │

│ 16 9 18 7 20 │

│ 5 22 23 24 1 │

└ ┘

λ> fromList 3 3 ['a','b'..]

┌ ┐

│ 'a' 'b' 'c' │

│ 'd' 'e' 'f' │

│ 'g' 'h' 'i' │

└ ┘

λ> diagonalesInvertidas (fromList 3 3 ['a','b'..])

┌ ┐

│ 'i' 'b' 'g' │

│ 'd' 'e' 'f' │

│ 'c' 'h' 'a' │

└ ┘

Soluciones

import Data.Matrix

diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a
diagonalesInvertidas q = matrix n n f
  where n = nrows q
        f (i,j) | i == j     = q ! (n + 1 - i, n + 1 - i)
                | i+j == n+1 = q ! (j,i)
                | otherwise  = q ! (i,j)

import Data.Matrix

diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

diagonalesInvertidas q = matrix n n f

where n = nrows q

f (i,j) | i == j = q ! (n + 1 - i, n + 1 - i)

| i+j == n+1 = q ! (j,i)

| otherwise = q ! (i,j)

Pensamiento

Despertad, cantores:
acaben los ecos,
empiecen las voces.

Antonio Machado

Camino de máxima suma en una matriz

PorJosé A. Alonso 8-marzo-201925-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 camino de máxima suma es el segundo (1, 7, 12, 8, 4, 9) que tiene una suma de 41.

Definir la función

   caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

1	caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

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

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

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

λ> sum (caminoMaxSuma (fromList 800 800 [1..]))

766721999

Soluciones

import Data.Matrix
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma1 m =
  head [c | c <- cs, sum c == k] 
  where cs = caminos1 m
        k  = maximum (map sum cs)

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

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma2 m =
  head [c | c <- cs, sum c == k] 
  where cs = caminos2 m
        k  = maximum (map sum cs)

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 definición (con programación dinámica)
-- =========================================

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]
caminoMaxSuma3 m = reverse (snd (q ! (nf,nc)))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m
        q  = caminoMaxSumaAux m

caminoMaxSumaAux :: Matrix Int -> Matrix (Int,[Int])
caminoMaxSumaAux m = q 
  where
    nf = nrows m
    nc = ncols m
    q  = matrix nf nc f
      where
        f (1,1) = (m!(1,1),[m!(1,1)])
        f (1,j) = (k + m!(1,j), m!(1,j):xs)
          where (k,xs) = q!(1,j-1)
        f (i,1) = (k + m!(i,1), m!(i,1):xs)
          where (k,xs) = q!(i-1,1)        
        f (i,j) | k1 > k2   = (k1 + m!(i,j), m!(i,j):xs)
                | otherwise = (k2 + m!(i,j), m!(i,j):ys)
          where (k1,xs) = q!(i,j-1)
                (k2,ys) = q!(i-1,j)

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

-- El generador es
instance Arbitrary a => Arbitrary (Matrix a) where
  arbitrary =  do
    m <- choose (1,7)
    n <- choose (1,7)
    xs <- Test.QuickCheck.vector (n*m)
    return (fromList m n xs)


-- Por ejemplo,
--    λ> sample' (arbitrary :: Gen (Matrix Int))
--    [( 0 )
--     ( 0 )
--     ( 0 )
--     ( 0 )
--    ,(  1  2 )
--     ( -1  1 )
--     ( -1 -2 )
--     (  1 -1 )
--     (  1  0 )
--     (  2  0 )
--     (  2 -2 )
--    ,( -4  4 -2 )
--     ( -2  0 -2 )
--     (  0 -1 -2 )
--     ( -4 -1  2 )
--    ,( -2  7 -3  1 -5 -3  5 )
--     (  0  2  7 -1 -5  7 -6 )
--     (  1  7 -8  1  6 -7  5 )
--     ( -4  7 -2 -7 -5  5 -8 )
--    ...

-- La propiedad es
prop_caminoMaxSuma :: Matrix Int -> Bool
prop_caminoMaxSuma m =
  x1 == x2 && x2 == x3
  where x1 = sum (caminoMaxSuma1 m)
        x2 = sum (caminoMaxSuma2 m)
        x3 = sum (caminoMaxSuma1 m)

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


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

--    λ> length (caminoMaxSuma1 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (10.00 secs, 1,510,120,328 bytes)
--    λ> length (caminoMaxSuma2 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (3.84 secs, 745,918,544 bytes)
--    λ> length (caminoMaxSuma3 (fromList 11 11 [1..]))
--    21
--    (0.01 secs, 0 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

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

import Data.Matrix

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma1 m =

head [c | c <- cs, sum c == k]

where cs = caminos1 m

k = maximum (map sum cs)

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

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

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma2 m =

head [c | c <- cs, sum c == k]

where cs = caminos2 m

k = maximum (map sum cs)

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 definición (con programación dinámica)

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

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma3 m = reverse (snd (q ! (nf,nc)))

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = caminoMaxSumaAux m

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

caminoMaxSumaAux m = q

where

nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where

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

f (1,j) = (k + m!(1,j), m!(1,j):xs)

where (k,xs) = q!(1,j-1)

f (i,1) = (k + m!(i,1), m!(i,1):xs)

where (k,xs) = q!(i-1,1)

f (i,j) | k1 > k2 = (k1 + m!(i,j), m!(i,j):xs)

| otherwise = (k2 + m!(i,j), m!(i,j):ys)

where (k1,xs) = q!(i,j-1)

(k2,ys) = q!(i-1,j)

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- El generador es

instance Arbitrary a => Arbitrary (Matrix a) where

arbitrary = do

m <- choose (1,7)

n <- choose (1,7)

xs <- Test.QuickCheck.vector (n*m)

return (fromList m n xs)

-- Por ejemplo,

-- λ> sample' (arbitrary :: Gen (Matrix Int))

-- [( 0 )

-- ( 0 )

-- ,( 1 2 )

-- ( -1 1 )

-- ( -1 -2 )

-- ( 1 -1 )

-- ( 1 0 )

-- ( 2 0 )

-- ( 2 -2 )

-- ,( -4 4 -2 )

-- ( -2 0 -2 )

-- ( 0 -1 -2 )

-- ( -4 -1 2 )

-- ,( -2 7 -3 1 -5 -3 5 )

-- ( 0 2 7 -1 -5 7 -6 )

-- ( 1 7 -8 1 6 -7 5 )

-- ( -4 7 -2 -7 -5 5 -8 )

-- ...

-- La propiedad es

prop_caminoMaxSuma :: Matrix Int -> Bool

prop_caminoMaxSuma m =

x1 == x2 && x2 == x3

where x1 = sum (caminoMaxSuma1 m)

x2 = sum (caminoMaxSuma2 m)

x3 = sum (caminoMaxSuma1 m)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_caminoMaxSuma

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (caminoMaxSuma1 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (10.00 secs, 1,510,120,328 bytes)

-- λ> length (caminoMaxSuma2 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (3.84 secs, 745,918,544 bytes)

-- λ> length (caminoMaxSuma3 (fromList 11 11 [1..]))

-- 21

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Pensamiento

Caminante, no hay camino,
sino estelas en la mar.

Antonio Machado

Puntos alcanzables en un mapa

PorJosé A. Alonso 8-junio-20187-julio-2018

Un mapa con dos tipos de regiones (por ejemplo, tierra y mar) se puede representar mediante una matriz de ceros y unos.

Para los ejemplos usaremos los mapas definidos por

   type Punto = (Int,Int) 
   type Mapa  = Array Punto Int
   
   mapa1, mapa2 :: Mapa
   mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))
                     [1,1,0,0,
                      0,1,0,0,
                      1,0,0,0]
   mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))
                     [1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                      1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,
                      0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                      1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

type Punto = (Int,Int)

type Mapa = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa

mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))

[1,1,0,0,

0,1,0,0,

1,0,0,0]

mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))

[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,

0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

Definir las funciones

   alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]
   esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

1 2	alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto] esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

tales que

(alcanzables p) es la lista de los puntos de mapa m que se pueden alcanzar a partir del punto p moviéndose en la misma región que p (es decir, a través de ceros si el elemento de m en p es un cero o a través de unos, en caso contrario) y los movimientos permitidos son ir hacia el norte, sur este u oeste (pero no en diagonal). Por ejemplo,

     alcanzables mapa1 (1,1)  ==  [(2,2),(1,2),(1,1)]
     alcanzables mapa1 (1,2)  ==  [(2,2),(1,1),(1,2)]
     alcanzables mapa1 (1,3)  ==  [(3,2),(3,4),(3,3),(2,3),(2,4),(1,4),(1,3)]
     alcanzables mapa1 (3,1)  ==  [(3,1)]

alcanzables mapa1 (1,1) == [(2,2),(1,2),(1,1)]

alcanzables mapa1 (1,2) == [(2,2),(1,1),(1,2)]

alcanzables mapa1 (1,3) == [(3,2),(3,4),(3,3),(2,3),(2,4),(1,4),(1,3)]

alcanzables mapa1 (3,1) == [(3,1)]

(esAlcanzable m p1 p2) se verifica si el punto p1 es alcanzable desde el p1 en el mapa m. Por ejemplo,

     esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,2)    ==  True
     esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,1)    ==  False
     esAlcanzable mapa2 (2,3) (8,16)   ==  True
     esAlcanzable mapa2 (8,1) (7,3)    ==  True
     esAlcanzable mapa2 (1,1) (10,20)  ==  False

esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,2) == True

esAlcanzable mapa1 (1,4) (3,1) == False

esAlcanzable mapa2 (2,3) (8,16) == True

esAlcanzable mapa2 (8,1) (7,3) == True

esAlcanzable mapa2 (1,1) (10,20) == False

Nota: Este ejercicio está basado en el problema 10 kinds of people de Kattis.

Soluciones

import Data.Array

type Punto = (Int,Int) 
type Mapa  = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa
mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))
                  [1,1,0,0,
                   0,1,0,0,
                   1,0,0,0]
mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))
                  [1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,
                   1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,
                   0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
                   1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]
alcanzables mapa p = aux [p] []
  where region = mapa ! p
        (_,(m,n)) = bounds mapa
        vecinos (i,j) = [(a,b) | (a,b) <- [(i,j+1),(i,j-1),(i+1,j),(i-1,j)]
                               , 1 <= a && a <= m
                               , 1 <= b && b <= n  
                               , mapa ! (a,b) == region]
        aux [] ys = ys
        aux (x:xs) ys
          | x `elem` ys = aux xs ys
          | otherwise   = aux (vecinos x ++ xs) (x:ys)    

esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool
esAlcanzable m p1 p2 =
  p2 `elem` alcanzables m p1

import Data.Array

type Punto = (Int,Int)

type Mapa = Array Punto Int

mapa1, mapa2 :: Mapa

mapa1 = listArray ((1,1),(3,4))

[1,1,0,0,

0,1,0,0,

1,0,0,0]

mapa2 = listArray ((1,1),(10,20))

[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,

1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,

0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,

1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]

alcanzables :: Mapa -> Punto -> [Punto]

alcanzables mapa p = aux [p] []

where region = mapa ! p

(_,(m,n)) = bounds mapa

vecinos (i,j) = [(a,b) | (a,b) <- [(i,j+1),(i,j-1),(i+1,j),(i-1,j)]

, 1 <= a && a <= m

, 1 <= b && b <= n

, mapa ! (a,b) == region]

aux [] ys = ys

aux (x:xs) ys

| x `elem` ys = aux xs ys

| otherwise = aux (vecinos x ++ xs) (x:ys)

esAlcanzable :: Mapa -> Punto -> Punto -> Bool

esAlcanzable m p1 p2 =

p2 `elem` alcanzables m p1

Recorrido en ZigZag

PorJosé A. Alonso 7-junio-20187-julio-2018

El recorrido en ZigZag de una matriz consiste en pasar de la primera fila hasta la última, de izquierda a derecha en las filas impares y de derecha a izquierda en las filas pares, como se indica en la figura.

         /             \
         | 1 -> 2 -> 3 |
         |           | |
         |           v |
         | 4 <- 5 <- 6 |   =>  Recorrido ZigZag: [1,2,3,6,5,4,7,8,9]
         | |           |
         | v           |
         | 7 -> 8 -> 9 |
         \             /

/ \

| 1 -> 2 -> 3 |

| | |

| v |

| 4 <- 5 <- 6 | => Recorrido ZigZag: [1,2,3,6,5,4,7,8,9]

| | |

| v |

| 7 -> 8 -> 9 |

\ /

Definir la función

   recorridoZigZag :: Matrix a -> [a]

1	recorridoZigZag :: Matrix a -> [a]

tal que (recorridoZigZag m) es la lista con los elementos de la matriz m cuando se recorre esta en ZigZag. Por ejemplo,

   λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])
   [1,2,3,6,5,4,7,8,9]
   λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2],[3,4],[5,6],[7,8]])
   [1,2,4,3,5,6,8,7]
   λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2,3,4],[5,6,7,8],[9,10,11,12]])
   [1,2,3,4,8,7,6,5,9,10,11,12]
   λ> recorridoZigZag (fromList 5 4 "Cada paso es la meta")
   "Cadasap o es al meta"
   λ> recorridoZigZag (fromList 4 5 "Cada paso es la meta")
   "Cada  osapes laatem "
   λ> recorridoZigZag (fromList 10 2 "Cada paso es la meta")
   "Caad psao se l ameat"
   λ> recorridoZigZag (fromList 2 10 "Cada paso es la meta")
   "Cada paso atem al se"

λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])

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

λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2],[3,4],[5,6],[7,8]])

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

λ> recorridoZigZag (fromLists [[1,2,3,4],[5,6,7,8],[9,10,11,12]])

[1,2,3,4,8,7,6,5,9,10,11,12]

λ> recorridoZigZag (fromList 5 4 "Cada paso es la meta")

"Cadasap o es al meta"

λ> recorridoZigZag (fromList 4 5 "Cada paso es la meta")

"Cada osapes laatem "

λ> recorridoZigZag (fromList 10 2 "Cada paso es la meta")

"Caad psao se l ameat"

λ> recorridoZigZag (fromList 2 10 "Cada paso es la meta")

"Cada paso atem al se"

Soluciones

import Data.Matrix (Matrix, toLists, fromLists, fromList)

recorridoZigZag :: Matrix a -> [a]
recorridoZigZag m =
  concat [f xs | (f,xs) <- zip (cycle [id,reverse]) (toLists m)]

import Data.Matrix (Matrix, toLists, fromLists, fromList)

recorridoZigZag :: Matrix a -> [a]

recorridoZigZag m =

concat [f xs | (f,xs) <- zip (cycle [id,reverse]) (toLists m)]

El problema de las N torres

PorJosé A. Alonso 5-junio-201825-abril-2021

El problema de las N torres consiste en colocar N torres en un tablero con N filas y N columnas de forma que no haya dos torres en la misma fila ni en la misma columna.

Cada solución del problema de puede representar mediante una matriz con ceros y unos donde los unos representan las posiciones ocupadas por las torres y los ceros las posiciones libres. Por ejemplo,

   ( 0 1 0 )
   ( 1 0 0 )
   ( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

representa una solución del problema de las 3 torres.

Definir las funciones

   torres  :: Int -> [Matrix Int]
   nTorres :: Int -> Integer

1 2	torres :: Int -> [Matrix Int] nTorres :: Int -> Integer

tales que
+ (torres n) es la lista de las soluciones del problema de las n torres. Por ejemplo,

      λ> torres 3
      [( 1 0 0 )
       ( 0 1 0 )
       ( 0 0 1 )
      ,( 1 0 0 )
       ( 0 0 1 )
       ( 0 1 0 )
      ,( 0 1 0 )
       ( 1 0 0 )
       ( 0 0 1 )
      ,( 0 1 0 )
       ( 0 0 1 )
       ( 1 0 0 )
      ,( 0 0 1 )
       ( 1 0 0 )
       ( 0 1 0 )
      ,( 0 0 1 )
       ( 0 1 0 )
       ( 1 0 0 )
      ]

λ> torres 3

[( 1 0 0 )

( 0 1 0 )

( 0 0 1 )

,( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

,( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

,( 0 1 0 )

( 0 0 1 )

( 1 0 0 )

,( 0 0 1 )

( 1 0 0 )

( 0 1 0 )

,( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

]

(nTorres n) es el número de soluciones del problema de las n torres. Por ejemplo,

      λ> nTorres 3
      6
      λ> length (show (nTorres (10^4)))
      35660

λ> nTorres 3

λ> length (show (nTorres (10^4)))

35660

Soluciones

[schedule expon=’2018-06-12′ expat=»06:00″]

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

[/schedule]

[schedule on=’2018-06-12′ at=»06:00″]

import Data.List (genericLength, sort, permutations)
import Data.Matrix 

-- 1ª definición de torres
-- =======================

torres1 :: Int -> [Matrix Int]
torres1 n = 
    [permutacionAmatriz n p | p <- sort (permutations [1..n])]

permutacionAmatriz :: Int -> [Int] -> Matrix Int
permutacionAmatriz n p =
    matrix n n f
    where f (i,j) | (i,j) `elem` posiciones = 1
                  | otherwise               = 0
          posiciones = zip [1..n] p    

-- 2ª definición de torres
-- =======================

torres2 :: Int -> [Matrix Int]
torres2 = map fromLists . permutations . toLists . identity

-- El cálculo con la definición anterior es:
--    λ> identity 3
--    ( 1 0 0 )
--    ( 0 1 0 )
--    ( 0 0 1 )
--    
--    λ> toLists it
--    [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]
--    λ> permutations it
--    [[[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]],
--     [[0,1,0],[1,0,0],[0,0,1]],
--     [[0,0,1],[0,1,0],[1,0,0]],
--     [[0,1,0],[0,0,1],[1,0,0]],
--     [[0,0,1],[1,0,0],[0,1,0]],
--     [[1,0,0],[0,0,1],[0,1,0]]]
--    λ> map fromLists it
--    [( 1 0 0 )
--     ( 0 1 0 )
--     ( 0 0 1 )
--    ,( 0 1 0 )
--     ( 1 0 0 )
--     ( 0 0 1 )
--    ,( 0 0 1 )
--     ( 0 1 0 )
--     ( 1 0 0 )
--    ,( 0 1 0 )
--     ( 0 0 1 )
--     ( 1 0 0 )
--    ,( 0 0 1 )
--     ( 1 0 0 )
--     ( 0 1 0 )
--    ,( 1 0 0 )
--     ( 0 0 1 )
--     ( 0 1 0 )
--    ]

-- 1ª definición de nTorres
-- ========================

nTorres1 :: Int -> Integer
nTorres1 = genericLength . torres1

-- 2ª definición de nTorres
-- ========================

nTorres2 :: Int -> Integer
nTorres2 n = product [1..fromIntegral n]

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

--    λ> nTorres1 9
--    362880
--    (4.22 secs, 693,596,128 bytes)
--    λ> nTorres2 9
--    362880
--    (0.00 secs, 0 bytes)

import Data.List (genericLength, sort, permutations)

import Data.Matrix

-- 1ª definición de torres

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

torres1 :: Int -> [Matrix Int]

torres1 n =

[permutacionAmatriz n p | p <- sort (permutations [1..n])]

permutacionAmatriz :: Int -> [Int] -> Matrix Int

permutacionAmatriz n p =

matrix n n f

where f (i,j) | (i,j) `elem` posiciones = 1

| otherwise = 0

posiciones = zip [1..n] p

-- 2ª definición de torres

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

torres2 :: Int -> [Matrix Int]

torres2 = map fromLists . permutations . toLists . identity

-- El cálculo con la definición anterior es:

-- λ> identity 3

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- λ> toLists it

-- [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]

-- λ> permutations it

-- [[[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]],

-- [[0,1,0],[1,0,0],[0,0,1]],

-- [[0,0,1],[0,1,0],[1,0,0]],

-- [[0,1,0],[0,0,1],[1,0,0]],

-- [[0,0,1],[1,0,0],[0,1,0]],

-- [[1,0,0],[0,0,1],[0,1,0]]]

-- λ> map fromLists it

-- [( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ,( 0 1 0 )

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ,( 0 0 1 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 1 0 0 )

-- ,( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ( 1 0 0 )

-- ,( 0 0 1 )

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ,( 1 0 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ( 0 1 0 )

-- ]

-- 1ª definición de nTorres

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

nTorres1 :: Int -> Integer

nTorres1 = genericLength . torres1

-- 2ª definición de nTorres

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

nTorres2 :: Int -> Integer

nTorres2 n = product [1..fromIntegral n]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nTorres1 9

-- 362880

-- (4.22 secs, 693,596,128 bytes)

-- λ> nTorres2 9

-- 362880

-- (0.00 secs, 0 bytes)

[/schedule]

Representaciones de grafos

PorJosé A. Alonso 22-mayo-201829-mayo-2018

Los grafos no dirigidos puede representarse mediante matrices de adyacencia y también mediante listas de adyacencia. Por ejemplo, el grafo

   1 ----- 2
   | \     |
   |  3    |
   | /     |
   4 ----- 5

1 ----- 2

| \ |

| 3 |

| / |

4 ----- 5

se puede representar por la matriz de adyacencia

   |0 1 1 1 0|
   |1 0 0 0 1|
   |1 0 0 1 0|
   |1 0 1 0 1|
   |0 1 0 1 0|

|0 1 1 1 0|

|1 0 0 0 1|

|1 0 0 1 0|

|1 0 1 0 1|

|0 1 0 1 0|

donde el elemento (i,j) es 1 si hay una arista entre los vértices i y j y es 0 si no la hay. También se puede representar por la lista de adyacencia

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

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

donde las primeras componentes son los vértices y las segundas la lista de los vértices conectados.

Definir las funciones

   matrizAlista :: Matrix Int -> [(Int,[Int])]
   listaAmatriz :: [(Int,[Int])] -> Matrix Int

1 2	matrizAlista :: Matrix Int -> [(Int,[Int])] listaAmatriz :: [(Int,[Int])] -> Matrix Int

tales que

(matrizAlista a) es la lista de adyacencia correspondiente a la matriz de adyacencia a. Por ejemplo, definiendo la matriz anterior por

     ejMatriz :: Matrix Int
     ejMatriz = fromLists [[0,1,1,1,0],
                           [1,0,0,0,1],
                           [1,0,0,1,0],
                           [1,0,1,0,1],
                           [0,1,0,1,0]]

ejMatriz :: Matrix Int

ejMatriz = fromLists [[0,1,1,1,0],

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

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

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

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

se tiene que

     λ> matrizAlista ejMatriz
     [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

1 2	λ> matrizAlista ejMatriz [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

(listaAmatriz ps) es la matriz de adyacencia correspondiente a la lista de adyacencia ps. Por ejemplo,

     λ> listaAmatriz [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]
     ( 0 1 1 1 0 )
     ( 1 0 0 0 1 )
     ( 1 0 0 1 0 )
     ( 1 0 1 0 1 )
     ( 0 1 0 1 0 )
     λ> matrizAlista it
     [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

λ> listaAmatriz [(1,[2,3,4]),(2,[1,5]),(3,[1,4]),(4,[1,3,5]),(5,[2,4])]

( 0 1 1 1 0 )

( 1 0 0 0 1 )

( 1 0 0 1 0 )

( 1 0 1 0 1 )

( 0 1 0 1 0 )

λ> matrizAlista it

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

Soluciones

import Data.List (sort)
import Data.Matrix

ejMatriz :: Matrix Int
ejMatriz = fromLists [[0,1,1,1,0],
                      [1,0,0,0,1],
                      [1,0,0,1,0],
                      [1,0,1,0,1],
                      [0,1,0,1,0]]

matrizAlista :: Matrix Int -> [(Int,[Int])]
matrizAlista a = 
  [(i,[j | j <- [1..n], a!(i,j) == 1]) | i <- [1..n]]
  where n = nrows a

listaAmatriz :: [(Int,[Int])] -> Matrix Int
listaAmatriz ps = fromLists [fila n xs | (_,xs) <- sort ps]
  where n = length ps
        fila n xs = [f i | i <- [1..n]]
          where f i | i `elem` xs = 1
                    | otherwise   = 0

import Data.List (sort)

import Data.Matrix

ejMatriz :: Matrix Int

ejMatriz = fromLists [[0,1,1,1,0],

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

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

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

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

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

matrizAlista a =

[(i,[j | j <- [1..n], a!(i,j) == 1]) | i <- [1..n]]

where n = nrows a

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

listaAmatriz ps = fromLists [fila n xs | (_,xs) <- sort ps]

where n = length ps

fila n xs = [f i | i <- [1..n]]

where f i | i `elem` xs = 1

| otherwise = 0

Soluciones

Nuevas soluciones

Soluciones

Nuevas soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Otras soluciones

Soluciones

Otras soluciones

Soluciones

Otras soluciones

Soluciones

Otras soluciones

Pensamiento

Otras soluciones

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Otras soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Pensamiento

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Soluciones

Entradas recientes

Buscar

Correo electrónico