mod

Inversa del factorial

PorJosé A. Alonso 16-enero-201726-marzo-2022

Definir la función

   inversaFactorial :: Integer -> Maybe Integer

1	inversaFactorial :: Integer -> Maybe Integer

tal que (inversaFactorial x) es (Just n) si el factorial de n es x y es Nothing si no existe ningún número n tal que el factorial de n es x. Por ejemplo,

   inversaFactorial 24  ==  Just 4
   inversaFactorial 25  ==  Nothing

1 2	inversaFactorial 24 == Just 4 inversaFactorial 25 == Nothing

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

inversaFactorial :: Integer -> Maybe Integer
inversaFactorial 1 = Just 1
inversaFactorial x = aux 2 x
  where aux n 1 = Just (n-1)
        aux n y | y `mod` n == 0 = aux (n+1) (y `div` n)
                | otherwise      = Nothing

-- 2ª definición
-- =============

inversaFactorial2 :: Integer -> Maybe Integer
inversaFactorial2 x
  | y == x   = Just n
  |otherwise = Nothing  
  where ((n,y):_) = dropWhile (\(k,z) -> z < x) factorialesAnotados

-- factorialesAnotados es la lista de los factoriales anotados con sus
-- posiciones. Por ejemplo, 
--    take 5 factorialesAnotados  ==  [(0,1),(1,1),(2,2),(3,6),(4,24)]
factorialesAnotados :: [(Integer, Integer)]
factorialesAnotados = zip [0..] factoriales
    
-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,
--    take 5 factoriales  ==  [1,1,2,6,24]
factoriales :: [Integer]
factoriales =
  1 : scanl1 (*) [1..]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> inversaFactorial (product [1..4*10^4])
--    Just 40000
--    (2.76 secs, 3,105,158,528 bytes)
--    λ> inversaFactorial2 (product [1..4*10^4])
--    Just 40000
--    (2.60 secs, 3,261,722,960 bytes)
--
--    λ> inversaFactorial (1 + product [1..4*10^4])
--    Nothing
--    (1.80 secs, 1,626,433,432 bytes)
--    λ> inversaFactorial2 (1 + product [1..4*10^4])
--    Nothing
--    (2.56 secs, 3,257,388,296 bytes)

-- 1ª definición

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

inversaFactorial :: Integer -> Maybe Integer

inversaFactorial 1 = Just 1

inversaFactorial x = aux 2 x

where aux n 1 = Just (n-1)

aux n y | y `mod` n == 0 = aux (n+1) (y `div` n)

| otherwise = Nothing

-- 2ª definición

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

inversaFactorial2 :: Integer -> Maybe Integer

inversaFactorial2 x

| y == x = Just n

|otherwise = Nothing

where ((n,y):_) = dropWhile (\(k,z) -> z < x) factorialesAnotados

-- factorialesAnotados es la lista de los factoriales anotados con sus

-- posiciones. Por ejemplo,

-- take 5 factorialesAnotados == [(0,1),(1,1),(2,2),(3,6),(4,24)]

factorialesAnotados :: [(Integer, Integer)]

factorialesAnotados = zip [0..] factoriales

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

-- take 5 factoriales == [1,1,2,6,24]

factoriales :: [Integer]

factoriales =

1 : scanl1 (*) [1..]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> inversaFactorial (product [1..4*10^4])

-- Just 40000

-- (2.76 secs, 3,105,158,528 bytes)

-- λ> inversaFactorial2 (product [1..4*10^4])

-- Just 40000

-- (2.60 secs, 3,261,722,960 bytes)

-- λ> inversaFactorial (1 + product [1..4*10^4])

-- Nothing

-- (1.80 secs, 1,626,433,432 bytes)

-- λ> inversaFactorial2 (1 + product [1..4*10^4])

-- Nothing

-- (2.56 secs, 3,257,388,296 bytes)

Números de Perrin

PorJosé A. Alonso 29-diciembre-201625-abril-2021

Los números de Perrin se definen por la relación de recurrencia

   P(n) = P(n - 2) + P(n - 3) si n > 2,

1	P(n) = P(n - 2) + P(n - 3) si n > 2,

con los valores iniciales

   P(0) = 3, P(1) = 0 y P(2) = 2.

1	P(0) = 3, P(1) = 0 y P(2) = 2.

Definir la sucesión

   sucPerrin :: [Integer]

1	sucPerrin :: [Integer]

cuyos elementos son los números de Perrin. Por ejemplo,

   λ> take 15 sucPerrin
   [3,0,2,3,2,5,5,7,10,12,17,22,29,39,51]
   λ> length (show (sucPerrin !! (2*10^5)))
   24425

λ> take 15 sucPerrin

[3,0,2,3,2,5,5,7,10,12,17,22,29,39,51]

λ> length (show (sucPerrin !! (2*10^5)))

24425

Comprobar con QuickCheck si se verifica la siguiente propiedad: para todo entero n > 1, el n-ésimo término de la sucesión de Perrin es divisible por n si y sólo si n es primo.

Soluciones

import Data.List (genericIndex, unfoldr)
import Data.Numbers.Primes (isPrime)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
sucPerrin1 :: [Integer]
sucPerrin1 = 3 : 0 : 2 : zipWith (+) sucPerrin1 (tail sucPerrin1)

-- 2ª definición
sucPerrin2 :: [Integer]
sucPerrin2 = [x | (x,_,_) <- iterate op (3,0,2)]
  where op (a,b,c) = (b,c,a+b)
 
-- 3ª definición
sucPerrin3 :: [Integer]
sucPerrin3 =
  unfoldr (\(a, (b,c)) -> Just (a, (b,(c,a+b)))) (3,(0,2))

-- Comparación de eficiencia
--    λ> length (show (sucPerrin1 !! (10^5)))
--    12213
--    (1.44 secs, 295,373,680 bytes)
--    λ> length (show (sucPerrin2 !! (10^5)))
--    12213
--    (1.22 secs, 301,493,408 bytes)
--    λ> length (show (sucPerrin3 !! (10^5)))
--    12213
--    (0.86 secs, 296,911,304 bytes)

-- Usaremos la 3ª
sucPerrin :: [Integer]
sucPerrin = sucPerrin3

-- La propiedad es  
conjeturaPerrin :: Integer -> Property
conjeturaPerrin n =
  n > 1 ==>
  (perrin n `mod` n == 0) == isPrime n

-- (perrin n) es el n-ésimo término de la sucesión de Perrin. Por
-- ejemplo,
--    perrin 4  ==  2
--    perrin 5  ==  5
--    perrin 6  ==  5
perrin :: Integer -> Integer
perrin n = sucPerrin `genericIndex` n

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

import Data.List (genericIndex, unfoldr)

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

sucPerrin1 :: [Integer]

sucPerrin1 = 3 : 0 : 2 : zipWith (+) sucPerrin1 (tail sucPerrin1)

-- 2ª definición

sucPerrin2 :: [Integer]

sucPerrin2 = [x | (x,_,_) <- iterate op (3,0,2)]

where op (a,b,c) = (b,c,a+b)

-- 3ª definición

sucPerrin3 :: [Integer]

sucPerrin3 =

unfoldr (\(a, (b,c)) -> Just (a, (b,(c,a+b)))) (3,(0,2))

-- Comparación de eficiencia

-- λ> length (show (sucPerrin1 !! (10^5)))

-- 12213

-- (1.44 secs, 295,373,680 bytes)

-- λ> length (show (sucPerrin2 !! (10^5)))

-- 12213

-- (1.22 secs, 301,493,408 bytes)

-- λ> length (show (sucPerrin3 !! (10^5)))

-- 12213

-- (0.86 secs, 296,911,304 bytes)

-- Usaremos la 3ª

sucPerrin :: [Integer]

sucPerrin = sucPerrin3

-- La propiedad es

conjeturaPerrin :: Integer -> Property

conjeturaPerrin n =

n > 1 ==>

(perrin n `mod` n == 0) == isPrime n

-- (perrin n) es el n-ésimo término de la sucesión de Perrin. Por

-- ejemplo,

-- perrin 4 == 2

-- perrin 5 == 5

-- perrin 6 == 5

perrin :: Integer -> Integer

perrin n = sucPerrin `genericIndex` n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck conjeturaPerrin

-- +++ OK, passed 100 tests.

Nota: Aunque QuickCheck no haya encontrado contraejemplos, la propiedad no es cierta. Sólo lo es una de las implicaciones: si n es primo, entonces el n-ésimo término de la sucesión de Perrin es divisible por n. La otra es falsa y los primeros contraejemplos son

   271441, 904631, 16532714, 24658561, 27422714, 27664033, 46672291

1	271441, 904631, 16532714, 24658561, 27422714, 27664033, 46672291

Números super pandigitales

PorJosé A. Alonso 27-diciembre-20163-enero-2017

Un entero positivo n es pandigital en base b si su expresión en base b contiene todos los dígitos de 0 a b-1 al menos una vez. Por ejemplo,

el 2 es pandigital en base 2 porque 2 en base 2 es 10,
el 11 es pandigital en base 3 porque 11 en base 3 es 102 y
el 75 es pandigital en base 4 porque 75 en base 4 es 1023.

Un número n es super pandigital de orden m si es pandigital en todas las bases
desde 2 hasta m. Por ejemplo, 978 es super pandigital de orden 5 pues

en base 2 es: 1111010010
en base 3 es: 1100020
en base 4 es: 33102
en base 5 es: 12403

Definir la función

   superPandigitales :: Integer -> [Integer]

1	superPandigitales :: Integer -> [Integer]

tal que (superPandigitales m) es la lista de los números super pandigitales de orden m. Por ejemplo,

   take 3 (superPandigitales 3) == [11,19,21]
   take 3 (superPandigitales 4) == [75,99,114]
   take 3 (superPandigitales 5) == [978,1070,1138]

take 3 (superPandigitales 3) == [11,19,21]

take 3 (superPandigitales 4) == [75,99,114]

take 3 (superPandigitales 5) == [978,1070,1138]

Soluciones

superPandigitales :: Integer -> [Integer]
superPandigitales m =
  [n | n <- [1..]
     , and [pandigitalBase b n | b <- [2..m]]]

-- (pandigitalBase b n) se verifica si n es pandigital en base la base
-- b. Por ejemplo,
--    pandigitalBase 4 75  ==  True
--    pandigitalBase 4 76  ==  False
pandigitalBase :: Integer -> Integer -> Bool
pandigitalBase b n = [0..b-1] `esSubconjunto` enBase b n

-- (enBase b n) es la lista de los dígitos de n en base b. Por ejemplo,
--    enBase 4 75  ==  [3,2,0,1]
--    enBase 4 76  ==  [0,3,0,1]
enBase :: Integer -> Integer -> [Integer]
enBase b n | n < b     = [n]
           | otherwise = n `mod` b : enBase b (n `div` b)

-- (esSubconjunto xs ys) se verifica si xs es un subconjunto de ys. Por
-- ejemplo,
--    esSubconjunto [1,5] [5,2,1]  ==  True
--    esSubconjunto [1,5] [5,2,3]  ==  False
esSubconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
esSubconjunto xs ys = all (`elem` ys) xs

superPandigitales :: Integer -> [Integer]

superPandigitales m =

[n | n <- [1..]

, and [pandigitalBase b n | b <- [2..m]]]

-- (pandigitalBase b n) se verifica si n es pandigital en base la base

-- b. Por ejemplo,

-- pandigitalBase 4 75 == True

-- pandigitalBase 4 76 == False

pandigitalBase :: Integer -> Integer -> Bool

pandigitalBase b n = [0..b-1] `esSubconjunto` enBase b n

-- (enBase b n) es la lista de los dígitos de n en base b. Por ejemplo,

-- enBase 4 75 == [3,2,0,1]

-- enBase 4 76 == [0,3,0,1]

enBase :: Integer -> Integer -> [Integer]

enBase b n | n < b = [n]

| otherwise = n `mod` b : enBase b (n `div` b)

-- (esSubconjunto xs ys) se verifica si xs es un subconjunto de ys. Por

-- ejemplo,

-- esSubconjunto [1,5] [5,2,1] == True

-- esSubconjunto [1,5] [5,2,3] == False

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

esSubconjunto xs ys = all (`elem` ys) xs

Día de la semana

PorJosé A. Alonso 21-diciembre-201628-diciembre-2016

Definir la función

   dia :: Int -> Int -> Int -> String

1	dia :: Int -> Int -> Int -> String

tal que (dia d m a) es el día de la semana correspondiente al día d del mes m del año a. Por ejemplo,

   dia 21 12 2016  ==  "Miercoles"
   dia 14  4 1936  ==  "Martes"

1 2	dia 21 12 2016 == "Miercoles" dia 14 4 1936 == "Martes"

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Miguel Ibáñez.

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

-- Comentario: usar que el 1-1-2007 cayó en lunes

dSem :: [(String,Int)]
dSem = [("Lunes",0),("Martes",1),("Miercoles",2),("Jueves",3),
        ("Viernes",4),("Sabado",5),("Domingo",6)]

dMes :: [(Int,Int)]
dMes = [(1,31),(2,28),(3,31),( 4,30),( 5,31),( 6,30),
        (7,31),(8,31),(9,30),(10,31),(11,30),(12,31)]

busca :: a -> [(a1,a2)] -> (a -> a1 -> Bool) -> [(a1,a2)]
busca x xs p  =  [(x',y) | (x',y) <- xs, p x x']

diaAno :: (Int,Int,Int) -> Int
diaAno (d,m,a)  =  d + sum [y | (x,y) <- busca m dMes (>)]

dia :: Int -> Int -> Int -> String
dia d m a = head [fst (x,y') | (x,y') <- dSem, n == y']
  where  n = mod ((diaAno (d,m,a) + (a - 2007)*365) + x) 7
         x | d <= 29 && m <= 2  =  div (a - 2007) 4 - 1
           | otherwise          =  div (a - 2007) 4


-- 2ª solución
-- ===========

-- Usando la congruencia de Zeller http://bit.ly/2gYxHym

dia2 :: Int -> Int -> Int -> String
dia2 d m a = diasSemana !! h
  where m1 = if   (m < 3)
             then m + 12
             else m

        a1 = if   (m1 > 12)
             then a - 1
             else a

        k  = a1 `mod` 100
        j  = a1 `div` 100

        h  = ( d
             + ((13 * (m1 + 1)) `div` 5)
             + k
             + (k `div` 4)
             + (j `div` 4)
             - (2 * j)
             ) `mod` 7

diasSemana :: [String]
diasSemana = [ "Sabado" 
             , "Domingo"
             , "Lunes" 
             , "Martes"
             , "Miercoles"
             , "Jueves"
             , "Viernes"]

-- 1ª solución

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

-- Comentario: usar que el 1-1-2007 cayó en lunes

dSem :: [(String,Int)]

dSem = [("Lunes",0),("Martes",1),("Miercoles",2),("Jueves",3),

("Viernes",4),("Sabado",5),("Domingo",6)]

dMes :: [(Int,Int)]

dMes = [(1,31),(2,28),(3,31),( 4,30),( 5,31),( 6,30),

(7,31),(8,31),(9,30),(10,31),(11,30),(12,31)]

busca :: a -> [(a1,a2)] -> (a -> a1 -> Bool) -> [(a1,a2)]

busca x xs p = [(x',y) | (x',y) <- xs, p x x']

diaAno :: (Int,Int,Int) -> Int

diaAno (d,m,a) = d + sum [y | (x,y) <- busca m dMes (>)]

dia :: Int -> Int -> Int -> String

dia d m a = head [fst (x,y') | (x,y') <- dSem, n == y']

where n = mod ((diaAno (d,m,a) + (a - 2007)*365) + x) 7

x | d <= 29 && m <= 2 = div (a - 2007) 4 - 1

| otherwise = div (a - 2007) 4

-- 2ª solución

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

-- Usando la congruencia de Zeller http://bit.ly/2gYxHym

dia2 :: Int -> Int -> Int -> String

dia2 d m a = diasSemana !! h

where m1 = if (m < 3)

then m + 12

else m

a1 = if (m1 > 12)

then a - 1

else a

k = a1 `mod` 100

j = a1 `div` 100

h = ( d

+ ((13 * (m1 + 1)) `div` 5)

+ k

+ (k `div` 4)

+ (j `div` 4)

- (2 * j)

) `mod` 7

diasSemana :: [String]

diasSemana = [ "Sabado"

, "Domingo"

, "Lunes"

, "Martes"

, "Miercoles"

, "Jueves"

, "Viernes"]

Representación binaria de los números de Carol

PorJosé A. Alonso 28-noviembre-20165-diciembre-2016

Un número de Carol es un número entero de la forma $4^n-2^{n+1}-1$ o, equivalentemente, $(2^n-1)^2-2$ . Los primeros números de Carol son -1, 7, 47, 223, 959, 3967, 16127, 65023, 261119, 1046527.

Definir las funciones

   carol        :: Integer -> Integer
   carolBinario :: Integer -> Integer

1 2	carol :: Integer -> Integer carolBinario :: Integer -> Integer

tales que

(carol n) es el n-ésimo número de Carol. Por ejemplo,

     carol  3  ==  47
     carol  4  ==  223
     carol 25  ==  1125899839733759

carol 3 == 47

carol 4 == 223

carol 25 == 1125899839733759

(carolBinario n) es la representación binaria del n-ésimo número de Carol. Por ejemplo,

     carolBinario 3  ==  101111
     carolBinario 4  ==  11011111
     carolBinario 5  ==  1110111111

carolBinario 3 == 101111

carolBinario 4 == 11011111

carolBinario 5 == 1110111111

Comprobar con QuickCheck que, para n > 2, la representación binaria del n-ésimo número de Carol es el número formado por n-2 veces el dígito 1, seguido por un 0 y a continuación n+1 veces el dígito 1.

Soluciones

import Test.QuickCheck

carol :: Integer -> Integer
carol n = x^2 - 2
  where x = 2^n - 1

carolBinario :: Integer -> Integer
carolBinario = binario . carol

-- (binario x) es el número binario correspondiente al número decimal
-- x. Por ejemplo, 
--    binario 223  ==  11011111
binario :: Integer -> Integer 
binario = digitosAnumero . reverse . int2bin

-- (int2bin x) es el número binario (representado como la lista
-- invertida de sus dígitos) correspondiente al número decimal
-- x. Por ejemplo, 
--    int2bin 223  ==  [1,1,1,1,1,0,1,1]
int2bin :: Integer -> [Integer]
int2bin n | n < 2     = [n]
          | otherwise = n `mod` 2 : int2bin (n `div` 2)

-- (digitosAnumero xs) es el número cuya lista de dígitos es xs. Por
-- ejemplo,  
--    digitosAnumero [3,2,5]  ==  325
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero xs =
  read (concatMap show xs)

-- En la definición anterior se pueden eliminar el argumento
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 = read . (concatMap show)

-- La propiedad es
prop_carol :: Integer -> Property
prop_carol n =
  n > 2 ==> carolBinario n == carolBinario2 n
  where
    carolBinario2 n =
      digitosAnumero ((replicate (m-2) 1) ++ [0] ++ (replicate (m+1) 1))
      where m = fromIntegral n

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

import Test.QuickCheck

carol :: Integer -> Integer

carol n = x^2 - 2

where x = 2^n - 1

carolBinario :: Integer -> Integer

carolBinario = binario . carol

-- (binario x) es el número binario correspondiente al número decimal

-- x. Por ejemplo,

-- binario 223 == 11011111

binario :: Integer -> Integer

binario = digitosAnumero . reverse . int2bin

-- (int2bin x) es el número binario (representado como la lista

-- invertida de sus dígitos) correspondiente al número decimal

-- x. Por ejemplo,

-- int2bin 223 == [1,1,1,1,1,0,1,1]

int2bin :: Integer -> [Integer]

int2bin n | n < 2 = [n]

| otherwise = n `mod` 2 : int2bin (n `div` 2)

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

-- ejemplo,

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

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero xs =

read (concatMap show xs)

-- En la definición anterior se pueden eliminar el argumento

digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero2 = read . (concatMap show)

-- La propiedad es

prop_carol :: Integer -> Property

prop_carol n =

n > 2 ==> carolBinario n == carolBinario2 n

where

carolBinario2 n =

digitosAnumero ((replicate (m-2) 1) ++ [0] ++ (replicate (m+1) 1))

where m = fromIntegral n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_carol

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencias

Carol number por Shashank Mishra en GeeksforGeeks.
Carol number en la Wikipedia.

Inversa del factorial

Soluciones

Números de Perrin

Soluciones

Números super pandigitales

Soluciones

Día de la semana

Soluciones

Representación binaria de los números de Carol

Soluciones

Referencias

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