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Representación decimal de números racionales

PorJosé A. Alonso 1-abril-20168-abril-2016

Los números decimales se representan por ternas, donde el primer elemento es la parte entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período. Por ejemplo,

    6/2  = 3                  se representa por (3,[],[])
    1/2  = 0.5                se representa por (0,[5],[])
    1/3  = 0.333333...        se representa por (0,[],[3])  
   23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

6/2 = 3 se representa por (3,[],[])

1/2 = 0.5 se representa por (0,[5],[])

1/3 = 0.333333... se representa por (0,[],[3])

23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

Su tipo es

   type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

1	type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

Los números racionales se representan por un par de enteros, donde el primer elemento es el numerador y el segundo el denominador. Por ejemplo, el número 2/3 se representa por (2,3). Su tipo es

   type Racional = (Integer,Integer)

1	type Racional = (Integer,Integer)

Definir las funciones

   decimal  :: Racional -> Decimal
   racional :: Decimal -> Racional

1 2	decimal :: Racional -> Decimal racional :: Decimal -> Racional

tales que

(decimal r) es la representación decimal del número racional r. Por ejemplo,

        decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
        decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
        decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal (1,4) == (0,[2,5],[])

decimal (1,3) == (0,[],[3])

decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

(racional d) es el número racional cuya representación decimal es d. Por ejemplo,

        racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
        racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
        racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)

racional (0,[2,5],[]) == (1,4)

racional (0,[],[3]) == (1,3)

racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1]) == (23,14)

Con la función decimal se puede calcular los períodos de los números racionales. Por ejemplo,

   ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p
   "428571"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p
   "0212765957446808510638297872340425531914893617"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)
   540

ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p

"428571"

ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p

"0212765957446808510638297872340425531914893617"

ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)

540

Comprobar con QuickCheck si las funciones decimal y racional son inversas.

Soluciones

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Librerías auxiliares                                             --
-- ---------------------------------------------------------------------

import Data.List
import Test.QuickCheck

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Tipos                                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el
-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.
type Racional = (Integer,Integer)

-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte
-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.
type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De racional a decimal                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,
--    mayorExponente 2 40  ==  3
--    mayorExponente 5 40  ==  1
--    mayorExponente 5 41  ==  0
mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer
mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1

-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudAnteperiodo 2   ==  1
--    longitudAnteperiodo 3   ==  0
--    longitudAnteperiodo 14  ==  1
longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer
longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)

-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudPeriodo 2  ==  0
--    longitudPeriodo 3  ==  1
--    longitudPeriodo 7  ==  6
longitudPeriodo :: Integer -> Integer
longitudPeriodo n
    | m == 1    = 0 
    | otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]
    where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))

-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo, 
--    take 10 (expansionDec (1,4))    ==  [0,2,5]
--    take 10 (expansionDec (1,7))    ==  [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]
--    take 12 (expansionDec (90,7))   ==  [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]
--    take 12 (expansionDec (23,14))  ==  [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]
expansionDec :: Racional -> [Integer]
expansionDec (x,y) 
    | r == 0    = [q] 
    | otherwise = q : expansionDec (r*10,y)
    where (q,r) = quotRem x y

-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,
--    parteEntera (125,3)  ==  41
parteEntera :: Racional -> Integer
parteEntera (a,b) = a `div` b

-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de
-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de
-- a/b. Por ejemplo,
--    antePeriodo (23,14)  ==  [6]
--    antePeriodo (1,5)    ==  [2]
antePeriodo :: Racional -> [Integer]
antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b

-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que
-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por
-- ejemplo, 
--    periodo (1,3)                   ==  [3]
--    periodo (1,5)                   ==  []
--    periodo (1,7)                   ==  [1,4,2,8,5,7]
--    periodo (23,14)                 ==  [4,2,8,5,7,1]
--    concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"
periodo :: Racional -> [Integer]
periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b
          t  = longitudPeriodo b

-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por
-- ejemplo, 
--    reducido (40,80)  ==  (1,2)
reducido :: Racional -> Racional
reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m) 
    where m = gcd a b

-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna
-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal
-- periódica. Por ejemplo, 
--    decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
--    decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
--    decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])
decimal :: Racional -> Decimal
decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)
    where r = reducido (a,b)

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De decimal a racional                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de
-- dígitos xs. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [3,2,5]  ==  325
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0

-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]
    where n = length xs

-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación
-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,
--    racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
--    racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
--    racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)
racional :: Decimal -> Racional
racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where
    a = digitosAnumero (x:ys)
    b = 10^(length ys)
racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where 
    a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)
    b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Propiedades                                                      --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- La 1ª propiedad es
prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property
prop_RacionalDecimal (a,b) =
    a >= 0 && b > 0  ==>
    racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)

-- La comprobación es 
--    ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales
numeroRacional :: Gen Racional
numeroRacional = do a <- arbitrary
                    b <- arbitrary
                    return (reducido (abs a, 1+ abs b))

-- La propiedad es
prop_RacionalDecimal2 :: Property
prop_RacionalDecimal2 =
    forAll numeroRacional
           (\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))

-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2
--   +++ OK, passed 100 tests.

-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales
numeroDecimal :: Gen Decimal
numeroDecimal = do a <- arbitrary
                   b <- arbitrary
                   return (decimal (abs a, 1+ abs b))

-- La 2ª propiedad es
prop_DecimalRacional :: Property
prop_DecimalRacional =
    forAll numeroDecimal 
           (\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))

-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_DecimalRacional
--   +++ OK, passed 100 tests.

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

-- § Librerías auxiliares --

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

import Data.List

import Test.QuickCheck

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

-- § Tipos --

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

-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el

-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.

type Racional = (Integer,Integer)

-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte

-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.

type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

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

-- § De racional a decimal --

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

-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,

-- mayorExponente 2 40 == 3

-- mayorExponente 5 40 == 1

-- mayorExponente 5 41 == 0

mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer

mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1

-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de

-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo,

-- longitudAnteperiodo 2 == 1

-- longitudAnteperiodo 3 == 0

-- longitudAnteperiodo 14 == 1

longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer

longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)

-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de

-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo,

-- longitudPeriodo 2 == 0

-- longitudPeriodo 3 == 1

-- longitudPeriodo 7 == 6

longitudPeriodo :: Integer -> Integer

longitudPeriodo n

| m == 1 = 0

| otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]

where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))

-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo,

-- take 10 (expansionDec (1,4)) == [0,2,5]

-- take 10 (expansionDec (1,7)) == [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]

-- take 12 (expansionDec (90,7)) == [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]

-- take 12 (expansionDec (23,14)) == [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]

expansionDec :: Racional -> [Integer]

expansionDec (x,y)

| r == 0 = [q]

| otherwise = q : expansionDec (r*10,y)

where (q,r) = quotRem x y

-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,

-- parteEntera (125,3) == 41

parteEntera :: Racional -> Integer

parteEntera (a,b) = a `div` b

-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de

-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de

-- a/b. Por ejemplo,

-- antePeriodo (23,14) == [6]

-- antePeriodo (1,5) == [2]

antePeriodo :: Racional -> [Integer]

antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)

where xs = expansionDec (a,b)

s = longitudAnteperiodo b

-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que

-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por

-- ejemplo,

-- periodo (1,3) == [3]

-- periodo (1,5) == []

-- periodo (1,7) == [1,4,2,8,5,7]

-- periodo (23,14) == [4,2,8,5,7,1]

-- concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"

periodo :: Racional -> [Integer]

periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)

where xs = expansionDec (a,b)

s = longitudAnteperiodo b

t = longitudPeriodo b

-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por

-- ejemplo,

-- reducido (40,80) == (1,2)

reducido :: Racional -> Racional

reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m)

where m = gcd a b

-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna

-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal

-- periódica. Por ejemplo,

-- decimal (1,4) == (0,[2,5],[])

-- decimal (1,3) == (0,[],[3])

-- decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal :: Racional -> Decimal

decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)

where r = reducido (a,b)

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

-- § De decimal a racional --

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

-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de

-- dígitos xs. Por ejemplo,

-- digitosAnumero [3,2,5] == 325

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0

-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)

digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]

where n = length xs

-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación

-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,

-- racional (0,[2,5],[]) == (1,4)

-- racional (0,[],[3]) == (1,3)

-- racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1]) == (23,14)

racional :: Decimal -> Racional

racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where

a = digitosAnumero (x:ys)

b = 10^(length ys)

racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where

a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)

b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)

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

-- § Propiedades --

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

-- La 1ª propiedad es

prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property

prop_RacionalDecimal (a,b) =

a >= 0 && b > 0 ==>

racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales

numeroRacional :: Gen Racional

numeroRacional = do a <- arbitrary

b <- arbitrary

return (reducido (abs a, 1+ abs b))

-- La propiedad es

prop_RacionalDecimal2 :: Property

prop_RacionalDecimal2 =

forAll numeroRacional

(\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales

numeroDecimal :: Gen Decimal

numeroDecimal = do a <- arbitrary

b <- arbitrary

return (decimal (abs a, 1+ abs b))

-- La 2ª propiedad es

prop_DecimalRacional :: Property

prop_DecimalRacional =

forAll numeroDecimal

(\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_DecimalRacional

-- +++ OK, passed 100 tests.

Máxima suma de elementos consecutivos

PorJosé A. Alonso 17-marzo-20161-mayo-2016

Definir la función

   sumaMaxima :: [Integer] -> Integer

1	sumaMaxima :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaMaxima xs) es el valor máximo de la suma de elementos consecutivos de la lista xs. Por ejemplo,

   sumaMaxima []             ==  0 
   sumaMaxima [2,-2,3,-3,4]  ==  4
   sumaMaxima [-1,-2,-3]     ==  0
   sumaMaxima [2,-1,3,-2,3]  ==  5
   sumaMaxima [1,-1,3,-2,4]  ==  5
   sumaMaxima [2,-1,3,-2,4]  ==  6
   sumaMaxima [1..10^6]      ==  500000500000

sumaMaxima [] == 0

sumaMaxima [2,-2,3,-3,4] == 4

sumaMaxima [-1,-2,-3] == 0

sumaMaxima [2,-1,3,-2,3] == 5

sumaMaxima [1,-1,3,-2,4] == 5

sumaMaxima [2,-1,3,-2,4] == 6

sumaMaxima [1..10^6] == 500000500000

Comprobar con QuickCheck que

   sumaMaxima xs == sumaMaxima (reverse xs)

1	sumaMaxima xs == sumaMaxima (reverse xs)

Soluciones

import Data.List (inits, tails)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

sumaMaxima1 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima1 [] = 0
sumaMaxima1 xs =
    maximum (0 : map sum [sublista xs i j | i <- [0..length xs - 1],
                                            j <- [i..length xs - 1]])

sublista :: [Integer] -> Int -> Int -> [Integer]
sublista xs i j =
    [xs!!k | k <- [i..j]]

-- 2ª definición
-- =============

sumaMaxima2 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima2 [] = 0
sumaMaxima2 xs = sumaMaximaAux 0 0 xs
    where m = maximum xs

sumaMaximaAux :: Integer -> Integer -> [Integer] -> Integer
sumaMaximaAux m v [] = max m v
sumaMaximaAux m v (x:xs)
    | x >= 0    = sumaMaximaAux m (v+x) xs
    | v+x > 0   = sumaMaximaAux (max m v) (v+x) xs
    | otherwise = sumaMaximaAux (max m v) 0 xs

-- 3ª definición
-- =============

sumaMaxima3 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima3 [] = 0
sumaMaxima3 xs = maximum (map sum (segmentos xs))

-- (segmentos xs) es la lista de los segmentos de xs. Por ejemplo 
--    segmentos "abc"  ==  ["", "a","ab","abc","b","bc","c"]
segmentos :: [a] -> [[a]]
segmentos xs =
    [] : concat [tail (inits ys) | ys <- init (tails xs)]

-- 4ª definición
-- =============

sumaMaxima4 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima4 [] = 0
sumaMaxima4 xs = 
    maximum (concat [scanl (+) 0 ys | ys <- tails xs])

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_sumaMaxima :: [Integer] -> Bool
prop_sumaMaxima xs =
    sumaMaxima2 xs == n &&
    sumaMaxima3 xs == n &&
    sumaMaxima4 xs == n
    where n = sumaMaxima1 xs

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

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

--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima1 [-n..n] 
--    5050
--    (2.10 secs, 390,399,104 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima2 [-n..n] 
--    5050
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima3 [-n..n] 
--    5050
--    (0.27 secs, 147,705,184 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima4 [-n..n] 
--    5050
--    (0.04 secs, 11,582,520 bytes)

prop_inversa :: [Integer] -> Bool
prop_inversa xs =
    sumaMaxima2 xs == sumaMaxima2 (reverse xs)

import Data.List (inits, tails)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

sumaMaxima1 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima1 [] = 0

sumaMaxima1 xs =

maximum (0 : map sum [sublista xs i j | i <- [0..length xs - 1],

j <- [i..length xs - 1]])

sublista :: [Integer] -> Int -> Int -> [Integer]

sublista xs i j =

[xs!!k | k <- [i..j]]

-- 2ª definición

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

sumaMaxima2 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima2 [] = 0

sumaMaxima2 xs = sumaMaximaAux 0 0 xs

where m = maximum xs

sumaMaximaAux :: Integer -> Integer -> [Integer] -> Integer

sumaMaximaAux m v [] = max m v

sumaMaximaAux m v (x:xs)

| x >= 0 = sumaMaximaAux m (v+x) xs

| v+x > 0 = sumaMaximaAux (max m v) (v+x) xs

| otherwise = sumaMaximaAux (max m v) 0 xs

-- 3ª definición

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

sumaMaxima3 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima3 [] = 0

sumaMaxima3 xs = maximum (map sum (segmentos xs))

-- (segmentos xs) es la lista de los segmentos de xs. Por ejemplo

-- segmentos "abc" == ["", "a","ab","abc","b","bc","c"]

segmentos :: [a] -> [[a]]

segmentos xs =

[] : concat [tail (inits ys) | ys <- init (tails xs)]

-- 4ª definición

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

sumaMaxima4 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima4 [] = 0

sumaMaxima4 xs =

maximum (concat [scanl (+) 0 ys | ys <- tails xs])

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_sumaMaxima :: [Integer] -> Bool

prop_sumaMaxima xs =

sumaMaxima2 xs == n &&

sumaMaxima3 xs == n &&

sumaMaxima4 xs == n

where n = sumaMaxima1 xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaMaxima

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima1 [-n..n]

-- 5050

-- (2.10 secs, 390,399,104 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima2 [-n..n]

-- 5050

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima3 [-n..n]

-- 5050

-- (0.27 secs, 147,705,184 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima4 [-n..n]

-- 5050

-- (0.04 secs, 11,582,520 bytes)

prop_inversa :: [Integer] -> Bool

prop_inversa xs =

sumaMaxima2 xs == sumaMaxima2 (reverse xs)

Siembra de listas

PorJosé A. Alonso 23-diciembre-201525-marzo-2022

Definir la función

   siembra :: [Int] -> [Int]

1	siembra :: [Int] -> [Int]

tal que (siembra xs) es la lista ys obtenida al repartir cada elemento x de la lista xs poniendo un 1 en las x siguientes posiciones de la lista ys. Por ejemplo,

   siembra [4]      ==  [0,1,1,1,1] 
   siembra [0,2]    ==  [0,0,1,1]
   siembra [4,2]    ==  [0,1,2,2,1]

siembra [4] == [0,1,1,1,1]

siembra [0,2] == [0,0,1,1]

siembra [4,2] == [0,1,2,2,1]

El tercer ejemplo se obtiene sumando la siembra de 4 en la posición 0 (como el ejemplo 1) y el 2 en la posición 1 (como el ejemplo 2). Otros ejemplos son

   siembra [0,4,2]          ==  [0,0,1,2,2,1]
   siembra [3]              ==  [0,1,1,1]
   siembra [3,4,2]          ==  [0,1,2,3,2,1]
   siembra [3,2,1]          ==  [0,1,2,3]
   sum $ siembra [1..2500]  ==  3126250

siembra [0,4,2] == [0,0,1,2,2,1]

siembra [3] == [0,1,1,1]

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

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

sum $ siembra [1..2500] == 3126250

Comprobar con QuickCheck que la suma de los elementos de (siembra xs) es igual que la suma de los de xs.

Nota 1: Se supone que el argumento es una lista de números no negativos y que se puede ampliar tanto como sea necesario para repartir los elementos.

Nota 2: Este ejercicio es parte del examen del grupo 3 del 2 de diciembre.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

siembra1 :: [Int] -> [Int]
siembra1 = suma . brotes

-- (brotes xs) es la lista de los brotes obtenido sembrando los
-- elementos de xs. Por ejemplo,
--    brotes [3,4,2]  ==  [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]]
brotes :: [Int] -> [[Int]]
brotes xs = aux xs 1
    where aux (x:xs) n = (replicate n 0 ++ replicate x 1) : aux xs (n+1)
          aux _ _      = []

-- (suma xss) es la suma de los elementos de xss (suponiendo que al
-- final de cada elemento se continua con ceros). Por ejemplo,
--    suma [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]]  ==  [0,1,2,3,2,1]
suma :: [[Int]] -> [Int]
suma = foldr1 aux
    where aux [] ys = ys
          aux xs [] = xs
          aux (x:xs) (y:ys) = (x+y) : aux xs ys

-- 2ª solución
-- ===========

siembra2 :: [Int] -> [Int]
siembra2 [] = []
siembra2 (x:xs) = mezcla (siembraElemento x) (0 : siembra2 xs)

siembraElemento :: Int -> [Int]
siembraElemento x = 0 : replicate x 1

mezcla :: [Int] -> [Int] -> [Int]
mezcla xs ys =
    take (max (length xs) (length ys))
         (zipWith (+) (xs ++ repeat 0) (ys ++ repeat 0))

-- 3ª solución
-- ===========

siembra3 :: [Int] -> [Int]
siembra3 [] = []
siembra3 xs = aux xs 0 (repeat 0) where
    aux []     _ ys = cosecha ys
    aux (x:xs) n ys = aux xs (n+1) (zipWith (+) brotes ys) 
        where brotes = replicate (n+1) 0 ++ replicate x 1 ++ repeat 0

-- (cosecha xs) es la lista formada por los ceros iniciales de xs y los
-- elementos siguientes hasta que vuelve a aparecer el 0. Por ejemplo,
--    cosecha [0,0,3,5,2,0,9]            ==  [0,0,3,5,2]
--    cosecha ([0,0,3,5,2] ++ repeat 0)  ==  [0,0,3,5,2]
cosecha :: [Int] -> [Int]              
cosecha xs = ys ++ takeWhile (>0) zs
    where (ys,zs) = span (==0) xs

-- 4ª solución
-- ===========

siembra4 :: [Int] -> [Int]
siembra4 [] = []
siembra4 xs = aux xs [] (repeat 0) where
    aux []     ys zs     = reverse ys ++ takeWhile (>0) zs
    aux (x:xs) ys (z:zs) = aux xs (z:ys) (zipWith (+) brotes zs) 
        where brotes = replicate x 1 ++ repeat 0

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

--    λ> sum $ siembra1 [1..2000]
--    2001000
--    (9.44 secs, 1,894,065,928 bytes)
--    ghci> sum $ siembra2 [1..2000]
--    2001000
--    (5.92 secs, 936900576 bytes)
--    ghci> sum $ siembra3 [1..2000]
--    2001000
--    (1.59 secs, 836847072 bytes)
--    ghci> sum $ siembra4 [1..2000]
--    2001000
--    (1.68 secs, 570492392 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición
siembra :: [Int] -> [Int]
siembra = siembra2

-- Verificación
-- ============

-- La propiedad es
prop_siembra :: [Int] -> Bool
prop_siembra xs =
    sum (siembra1 ys) == sum ys
    where ys = map (\x -> 1 + abs x) xs

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

100

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

siembra1 :: [Int] -> [Int]

siembra1 = suma . brotes

-- (brotes xs) es la lista de los brotes obtenido sembrando los

-- elementos de xs. Por ejemplo,

-- brotes [3,4,2] == [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]]

brotes :: [Int] -> [[Int]]

brotes xs = aux xs 1

where aux (x:xs) n = (replicate n 0 ++ replicate x 1) : aux xs (n+1)

aux _ _ = []

-- (suma xss) es la suma de los elementos de xss (suponiendo que al

-- final de cada elemento se continua con ceros). Por ejemplo,

-- suma [[0,1,1,1],[0,0,1,1,1,1],[0,0,0,1,1]] == [0,1,2,3,2,1]

suma :: [[Int]] -> [Int]

suma = foldr1 aux

where aux [] ys = ys

aux xs [] = xs

aux (x:xs) (y:ys) = (x+y) : aux xs ys

-- 2ª solución

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

siembra2 :: [Int] -> [Int]

siembra2 [] = []

siembra2 (x:xs) = mezcla (siembraElemento x) (0 : siembra2 xs)

siembraElemento :: Int -> [Int]

siembraElemento x = 0 : replicate x 1

mezcla :: [Int] -> [Int] -> [Int]

mezcla xs ys =

take (max (length xs) (length ys))

(zipWith (+) (xs ++ repeat 0) (ys ++ repeat 0))

-- 3ª solución

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

siembra3 :: [Int] -> [Int]

siembra3 [] = []

siembra3 xs = aux xs 0 (repeat 0) where

aux [] _ ys = cosecha ys

aux (x:xs) n ys = aux xs (n+1) (zipWith (+) brotes ys)

where brotes = replicate (n+1) 0 ++ replicate x 1 ++ repeat 0

-- (cosecha xs) es la lista formada por los ceros iniciales de xs y los

-- elementos siguientes hasta que vuelve a aparecer el 0. Por ejemplo,

-- cosecha [0,0,3,5,2,0,9] == [0,0,3,5,2]

-- cosecha ([0,0,3,5,2] ++ repeat 0) == [0,0,3,5,2]

cosecha :: [Int] -> [Int]

cosecha xs = ys ++ takeWhile (>0) zs

where (ys,zs) = span (==0) xs

-- 4ª solución

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

siembra4 :: [Int] -> [Int]

siembra4 [] = []

siembra4 xs = aux xs [] (repeat 0) where

aux [] ys zs = reverse ys ++ takeWhile (>0) zs

aux (x:xs) ys (z:zs) = aux xs (z:ys) (zipWith (+) brotes zs)

where brotes = replicate x 1 ++ repeat 0

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sum $ siembra1 [1..2000]

-- 2001000

-- (9.44 secs, 1,894,065,928 bytes)

-- ghci> sum $ siembra2 [1..2000]

-- 2001000

-- (5.92 secs, 936900576 bytes)

-- ghci> sum $ siembra3 [1..2000]

-- 2001000

-- (1.59 secs, 836847072 bytes)

-- ghci> sum $ siembra4 [1..2000]

-- 2001000

-- (1.68 secs, 570492392 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

siembra :: [Int] -> [Int]

siembra = siembra2

-- Verificación

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

-- La propiedad es

prop_siembra :: [Int] -> Bool

prop_siembra xs =

sum (siembra1 ys) == sum ys

where ys = map (\x -> 1 + abs x) xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_siembra

-- +++ OK, passed 100 tests.

Máximos locales de una matriz

PorJosé A. Alonso 20-marzo-20151-mayo-2015

Un elemento de una matriz es un máximo local si es mayor que todos sus vecinos. Por ejemplo, en la matriz

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

[[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]]

los máximos locales son 8 (en la posición (1,4)), 2 (en la posición (2,2)) y 7 (en la posición (4,3)).

Definimos el tipo de las matrices, mediante

   type Matriz a = Array (Int,Int) Int

1	type Matriz a = Array (Int,Int) Int

y el ejemplo anterior por

   ej1 :: Matriz Int
   ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],
                                          [0,2,0,3],
                                          [0,0,0,5],
                                          [3,5,7,6],
                                          [1,2,3,4]])

ej1 :: Matriz Int

ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]])

Definir la función

   maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

1	maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

tal que (maximosLocales p) es la lista de las posiciones en las que hay un máximo local, con el valor correspondiente. Por ejemplo,

   maximosLocales ej1 == [((1,4),8),((2,2),2),((4,3),7)]

1	maximosLocales ej1 == [((1,4),8),((2,2),2),((4,3),7)]

Soluciones

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ej1 :: Matriz Int
ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],
                                       [0,2,0,3],
                                       [0,0,0,5],
                                       [3,5,7,6],
                                       [1,2,3,4]])

maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]
maximosLocales p = 
    [((i,j),p!(i,j)) | (i,j) <- indices p,
               and [p!(a,b) < p!(i,j) | (a,b) <- vecinos (i,j)]] 
    where (_,(m,n)) = bounds p
          vecinos (i,j) = [(a,b) | a <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],
                                   b <- [max 1 (j-1)..min n (j+1)],
                                   (a,b) /= (i,j)]

import Data.Array

type Matriz a = Array (Int,Int) a

ej1 :: Matriz Int

ej1 = listArray ((1,1),(5,4)) (concat [[1,0,0,8],

[0,2,0,3],

[0,0,0,5],

[3,5,7,6],

[1,2,3,4]])

maximosLocales :: Matriz Int -> [((Int,Int),Int)]

maximosLocales p =

[((i,j),p!(i,j)) | (i,j) <- indices p,

and [p!(a,b) < p!(i,j) | (a,b) <- vecinos (i,j)]]

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

vecinos (i,j) = [(a,b) | a <- [max 1 (i-1)..min m (i+1)],

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

(a,b) /= (i,j)]

Mayor diferencia progresiva

PorJosé A. Alonso 26-febrero-20151-mayo-2016

La diferencia progresiva entre dos elementos de una lista es la resta entre el que ocupa la mayor posición y la menor. Por ejemplo, en la lista [1,5,8,2,9] la diferencia entre los elementos 5 y 8 es 3 y entre 5 y 2 es -3.

Definir la función

   mayorDiferencia :: [Int] -> Int

1	mayorDiferencia :: [Int] -> Int

tal que (mayorDiferencia xs) es la mayor diferencia progresiva entre los elementos de xs. Por ejemplo,

   mayorDiferencia [1,5,8,2,9]  ==  8
   mayorDiferencia [9,5,8,2,1]  ==  3
   mayorDiferencia [7,2,6]      ==  4
   mayorDiferencia [3,2,1]      ==  0
   mayorDiferencia [1..10^7]    ==  9999999

mayorDiferencia [1,5,8,2,9] == 8

mayorDiferencia [9,5,8,2,1] == 3

mayorDiferencia [7,2,6] == 4

mayorDiferencia [3,2,1] == 0

mayorDiferencia [1..10^7] == 9999999

Soluciones

import Data.List (inits)

-- 1ª definición (por recursión):
mayorDiferencia :: [Int] -> Int
mayorDiferencia ([_])  = 0
mayorDiferencia (x:xs) = 
    max (maximum [y-x | y <- xs]) (mayorDiferencia xs) 

-- 2ª definición (por comprensión)
mayorDiferencia2 :: [Int] -> Int
mayorDiferencia2 xs = 
    maximum [x-y | (x,y) <- zip xs (map minimum (tail (inits xs)))]

-- 3ª definición:
mayorDiferencia3 :: [Int] -> Int
mayorDiferencia3 xs = maximum (zipWith (-) xs (scanl1 min xs))

-- 4ª definición:
mayorDiferencia4 :: [Int] -> Int
mayorDiferencia4 xs = maximum . zipWith (-) xs $ scanl1 min xs

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> mayorDiferencia [1..3000]
--    2999
--    (3.43 secs, 943439560 bytes)
--    
--    ghci> mayorDiferencia2 [1..3000]
--    2999
--    (3.38 secs, 978359192 bytes)
--    
--    ghci> mayorDiferencia3 [1..3000]
--    2999
--    (0.01 secs, 2877960 bytes)
--    
--    ghci> mayorDiferencia4 [1..3000]
--    2999
--    (0.01 secs, 2062616 bytes)

import Data.List (inits)

-- 1ª definición (por recursión):

mayorDiferencia :: [Int] -> Int

mayorDiferencia ([_]) = 0

mayorDiferencia (x:xs) =

max (maximum [y-x | y <- xs]) (mayorDiferencia xs)

-- 2ª definición (por comprensión)

mayorDiferencia2 :: [Int] -> Int

mayorDiferencia2 xs =

maximum [x-y | (x,y) <- zip xs (map minimum (tail (inits xs)))]

-- 3ª definición:

mayorDiferencia3 :: [Int] -> Int

mayorDiferencia3 xs = maximum (zipWith (-) xs (scanl1 min xs))

-- 4ª definición:

mayorDiferencia4 :: [Int] -> Int

mayorDiferencia4 xs = maximum . zipWith (-) xs $ scanl1 min xs

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> mayorDiferencia [1..3000]

-- 2999

-- (3.43 secs, 943439560 bytes)

-- ghci> mayorDiferencia2 [1..3000]

-- 2999

-- (3.38 secs, 978359192 bytes)

-- ghci> mayorDiferencia3 [1..3000]

-- 2999

-- (0.01 secs, 2877960 bytes)

-- ghci> mayorDiferencia4 [1..3000]

-- 2999

-- (0.01 secs, 2062616 bytes)

Representación decimal de números racionales

Soluciones

Máxima suma de elementos consecutivos

Soluciones

Siembra de listas

Soluciones

Máximos locales de una matriz

Soluciones

Mayor diferencia progresiva

Soluciones

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