mod – Página 2 – Exercitium

Caminos minimales en un árbol numérico

PorJosé A. Alonso 19-marzo-201930-marzo-2019

En la librería Data.Tree se definen los tipos de árboles y bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u.v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

El árbol de los predecesores y mayores divisores de un número x es el árbol cuya raíz es x y los sucesores de cada nodo y > 1 es el conjunto formado por y-1 junto con los mayores divisores de y. Los nodos con valor 1 no tienen sucesores. Por ejemplo, el árbol de los predecesores y mayores divisores del número 6 es

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que
+ (mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

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

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

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree
import Test.QuickCheck

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

import Test.QuickCheck

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

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

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Pensamiento

Tras el vivir y el soñar,
está lo que más importa:
despertar.

Antonio Machado

Combinaciones divisibles

PorJosé A. Alonso 11-marzo-201925-abril-2021

Definir la función

   tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Int -> Bool

1	tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Int -> Bool

tal que (tieneCombinacionDivisible xs m) se verifica si existe alguna forma de combinar todos los elementos de la lista (con las operaciones suma o resta) de forma que el resultado sea divisible por m. Por ejemplo,

   tieneCombinacionDivisible [1,3,4,6] 4  ==  True
   tieneCombinacionDivisible [1,3,9]   2  ==  False

1 2	tieneCombinacionDivisible [1,3,4,6] 4 == True tieneCombinacionDivisible [1,3,9] 2 == False

En el primer ejemplo, 1 – 2 + 3 + 4 + 6 = 12 es una combinación divisible por 4. En el segundo ejemplo, las combinaciones de [1,3,9] son

   1 + 3 + 9 =  13
  -1 + 3 + 9 =  11
   1 - 3 + 9 =   7
  -1 - 3 + 9 =   5
   1 + 3 - 9 =  -5
  -1 + 3 - 9 =  -7
   1 - 3 - 9 = -11
  -1 - 3 - 9 = -13

1 + 3 + 9 = 13

-1 + 3 + 9 = 11

1 - 3 + 9 = 7

-1 - 3 + 9 = 5

1 + 3 - 9 = -5

-1 + 3 - 9 = -7

1 - 3 - 9 = -11

-1 - 3 - 9 = -13

y ninguna de las 4 es divisible por 2.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Int -> Bool
tieneCombinacionDivisible xs m =
  any esDivisible (valoresCombinaciones xs)
  where esDivisible x = x `mod` m == 0

-- (valoresCombinaciones xs) es la lista de los valores de todas las
-- combinaciones de todos los elementos de la lista con las operaciones
-- suma o resta. Por ejemplo,
--    λ> valoresCombinaciones [1,3,4,6]
--    [14,12,8,6,6,4,0,-2,2,0,-4,-6,-6,-8,-12,-14]
--    λ> valoresCombinaciones [1,3,-4,6]
--    [6,4,0,-2,14,12,8,6,-6,-8,-12,-14,2,0,-4,-6]
valoresCombinaciones :: [Int] -> [Int]
valoresCombinaciones []     = []
valoresCombinaciones [x]    = [x,-x]
valoresCombinaciones (x:xs) = concat [[y + x, y - x] | y <- ys]
  where ys = valoresCombinaciones xs

-- 2ª solución
-- ===========

tieneCombinacionDivisible2 :: [Int] -> Int -> Bool
tieneCombinacionDivisible2 xs m =
  tieneCombinacionCongruente xs m 0

-- (tieneCombinacionCongruente xs m a) se verifica si existe alguna
-- forma de combinar todos los elementos de la lista xs (con las
-- operaciones suma o resta) de forma que el resultado sea congruente
-- con a módulo m. Por ejemplo,
--    tieneCombinacionCongruente [1,3,4,6] 4 0  ==  True
--    tieneCombinacionCongruente [1,3,4,6] 4 1  ==  False
--    tieneCombinacionCongruente [1,3,9] 2 0    ==  False
--    tieneCombinacionCongruente [1,3,9] 2 1    ==  True
tieneCombinacionCongruente :: [Int] -> Int -> Int -> Bool
tieneCombinacionCongruente []  _  _ = False
tieneCombinacionCongruente [x] m  a = (x - a) `mod` m == 0
tieneCombinacionCongruente (x:xs) m a =
  tieneCombinacionCongruente xs m (a-x) ||
  tieneCombinacionCongruente xs m (a+x)

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

-- La propiedad es
prop_tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Positive Int -> Bool
prop_tieneCombinacionDivisible xs (Positive m) =
  tieneCombinacionDivisible xs m == tieneCombinacionDivisible2 xs m

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=25}) prop_tieneCombinacionDivisible
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

--    λ> (n,xs,m) = (200,[-n..n],sum [1..n]) 
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> and [tieneCombinacionDivisible xs a | a <- [1..m]]
--    True
--    (4.74 secs, 6,536,494,976 bytes)
--    λ> and [tieneCombinacionDivisible2 xs a | a <- [1..m]]
--    True
--    (2.97 secs, 3,381,932,664 bytes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Int -> Bool

tieneCombinacionDivisible xs m =

any esDivisible (valoresCombinaciones xs)

where esDivisible x = x `mod` m == 0

-- (valoresCombinaciones xs) es la lista de los valores de todas las

-- combinaciones de todos los elementos de la lista con las operaciones

-- suma o resta. Por ejemplo,

-- λ> valoresCombinaciones [1,3,4,6]

-- [14,12,8,6,6,4,0,-2,2,0,-4,-6,-6,-8,-12,-14]

-- λ> valoresCombinaciones [1,3,-4,6]

-- [6,4,0,-2,14,12,8,6,-6,-8,-12,-14,2,0,-4,-6]

valoresCombinaciones :: [Int] -> [Int]

valoresCombinaciones [] = []

valoresCombinaciones [x] = [x,-x]

valoresCombinaciones (x:xs) = concat [[y + x, y - x] | y <- ys]

where ys = valoresCombinaciones xs

-- 2ª solución

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

tieneCombinacionDivisible2 :: [Int] -> Int -> Bool

tieneCombinacionDivisible2 xs m =

tieneCombinacionCongruente xs m 0

-- (tieneCombinacionCongruente xs m a) se verifica si existe alguna

-- forma de combinar todos los elementos de la lista xs (con las

-- operaciones suma o resta) de forma que el resultado sea congruente

-- con a módulo m. Por ejemplo,

-- tieneCombinacionCongruente [1,3,4,6] 4 0 == True

-- tieneCombinacionCongruente [1,3,4,6] 4 1 == False

-- tieneCombinacionCongruente [1,3,9] 2 0 == False

-- tieneCombinacionCongruente [1,3,9] 2 1 == True

tieneCombinacionCongruente :: [Int] -> Int -> Int -> Bool

tieneCombinacionCongruente [] _ _ = False

tieneCombinacionCongruente [x] m a = (x - a) `mod` m == 0

tieneCombinacionCongruente (x:xs) m a =

tieneCombinacionCongruente xs m (a-x) ||

tieneCombinacionCongruente xs m (a+x)

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_tieneCombinacionDivisible :: [Int] -> Positive Int -> Bool

prop_tieneCombinacionDivisible xs (Positive m) =

tieneCombinacionDivisible xs m == tieneCombinacionDivisible2 xs m

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=25}) prop_tieneCombinacionDivisible

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> (n,xs,m) = (200,[-n..n],sum [1..n])

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> and [tieneCombinacionDivisible xs a | a <- [1..m]]

-- True

-- (4.74 secs, 6,536,494,976 bytes)

-- λ> and [tieneCombinacionDivisible2 xs a | a <- [1..m]]

-- True

-- (2.97 secs, 3,381,932,664 bytes)

Pensamiento

El que espera desespera,
dice la voz popular.
¡Qué verdad tan verdadera!
La verdad es lo que es,
y sigue siendo verdad
aunque se piense al revés.

Antonio Machado

Ternas euclídeas

PorJosé A. Alonso 18-febrero-201925-febrero-2019

Uno de los problemas planteados por Euclides en los Elementos consiste en encontrar tres números tales que cada uno de sus productos, dos a dos, aumentados en la unidad sea un cuadrado perfecto.

Diremos que (x,y,z) es una terna euclídea si es una solución del problema; es decir, si x <= y <= z y xy+1, yz+1 y zx+1 son cuadrados. Por ejemplo, (4,6,20) es una terna euclídea ya que

   4x6+1 = 5^2, 6x20+1 = 11^2 y 20*4+1 = 9^2

1	4x6+1 = 5^2, 6x20+1 = 11^2 y 20*4+1 = 9^2

Definir la funciones

   ternasEuclideas        :: [(Integer,Integer,Integer)]
   esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

1 2	ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)] esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

tales que

ternasEuclideas es la lista de las ternas euclídeas. Por ejemplo,

     λ> take 7 ternasEuclideas
     [(1,3,8),(2,4,12),(1,8,15),(3,5,16),(4,6,20),(3,8,21),(5,7,24)]

1 2	λ> take 7 ternasEuclideas [(1,3,8),(2,4,12),(1,8,15),(3,5,16),(4,6,20),(3,8,21),(5,7,24)]

(esMayorDeTernaEuclidea z) se verifica si existen x, y tales que (x,y,z) es una terna euclídea. Por ejemplo,

     esMayorDeTernaEuclidea 20  ==  True
     esMayorDeTernaEuclidea 22  ==  False

1 2	esMayorDeTernaEuclidea 20 == True esMayorDeTernaEuclidea 22 == False

Comprobar con QuickCheck que z es el mayor de una terna euclídea si, y sólo si, existe un número natural x tal que 1 < x < z – 1 y x^2 es congruente con 1 módulo z.

Soluciones

import Test.QuickCheck

ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)]
ternasEuclideas =
  [(x,y,z) | z <- [1..]
           , y <- [1..z]
           , esCuadrado (y * z + 1)
           , x <- [1..y]
           , esCuadrado (x * y + 1)
           , esCuadrado (z * x + 1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x
  where raizEntera :: Integer -> Integer
        raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool
esMayorDeTernaEuclidea z =
  not (null [(x,y) | y <- [1..z]
                   , esCuadrado (y * z + 1)
                   , x <- [1..y]
                   , esCuadrado (x * y + 1)
                   , esCuadrado (z * x + 1)])


-- La propiedad es
prop_esMayorDeTernaEuclidea :: Positive Integer -> Bool
prop_esMayorDeTernaEuclidea (Positive z) =
  esMayorDeTernaEuclidea z == any (\x -> (x^2) `mod` z == 1) [2..z-2]

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

import Test.QuickCheck

ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)]

ternasEuclideas =

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

, y <- [1..z]

, esCuadrado (y * z + 1)

, x <- [1..y]

, esCuadrado (x * y + 1)

, esCuadrado (z * x + 1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

where raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

esMayorDeTernaEuclidea z =

not (null [(x,y) | y <- [1..z]

, esCuadrado (y * z + 1)

, x <- [1..y]

, esCuadrado (x * y + 1)

, esCuadrado (z * x + 1)])

-- La propiedad es

prop_esMayorDeTernaEuclidea :: Positive Integer -> Bool

prop_esMayorDeTernaEuclidea (Positive z) =

esMayorDeTernaEuclidea z == any (\x -> (x^2) `mod` z == 1) [2..z-2]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_esMayorDeTernaEuclidea

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Todo pasa y todo queda,
pero lo nuestro es pasar,
pasar haciendo caminos,
caminos sobre la mar.

Antonio Machado

Triángulo de Pascal binario

PorJosé A. Alonso 31-enero-20197-febrero-2019

Los triángulos binarios de Pascal se formas a partir de una lista de ceros y unos usando las reglas del triángulo de Pascal, donde cada uno de los números es suma módulo dos de los dos situados en diagonal por encima suyo. Por ejemplo, los triángulos binarios de Pascal correspondientes a [1,0,1,1,1] y [1,0,1,1,0] son

   1 0 1 1 1   1 0 1 1 0     
    1 1 0 0     1 1 0 1  
     0 1 0       0 1 1   
      1 1         1 0    
       0           1

1 0 1 1 1 1 0 1 1 0

1 1 0 0 1 1 0 1

0 1 0 0 1 1

1 1 1 0

0 1

Sus finales, desde el extremo inferior al extremos superior derecho, son [0,1,0,0,1] y [1,0,1,1,0], respectivamente.

Una lista es Pascal capicúa si es igual a los finales de su triángulo binario de Pascal. Por ejemplo, [1,0,1,1,0] es Pascal capicúa.

Definir las funciones

   trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]
   pascalCapicuas         :: Int -> [[Int]]
   nPascalCapicuas        :: Int -> Integer

trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]

pascalCapicuas :: Int -> [[Int]]

nPascalCapicuas :: Int -> Integer

tales que

(trianguloPascalBinario xs) es el triágulo binario de Pascal correspondiente a la lista xs. Por ejemplo,

     λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]
     [[1,0,1,1,1],[1,1,0,0],[0,1,0],[1,1],[0]]
     λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,0]
     [[1,0,1,1,0],[1,1,0,1],[0,1,1],[1,0],[1]]

λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]

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

λ> trianguloPascalBinario [1,0,1,1,0]

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

(pascalCapicuas n) es la lista de listas de Pascal capicúas de n elementos. Por ejemplo,

     λ> pascalCapicuas 2
     [[0,0],[1,0]]
     λ> pascalCapicuas 3
     [[0,0,0],[0,1,0],[1,0,0],[1,1,0]]
     λ> pascalCapicuas 4
     [[0,0,0,0],[0,1,1,0],[1,0,0,0],[1,1,1,0]]

λ> pascalCapicuas 2

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

λ> pascalCapicuas 3

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

λ> pascalCapicuas 4

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

(nPascalCapicuas n) es el número de listas de Pascal capicúas de n elementos. Por ejemplo,

     λ> nPascalCapicuas 2
     2
     λ> nPascalCapicuas 3
     4
     λ> nPascalCapicuas 4
     4
     λ> nPascalCapicuas 400
     1606938044258990275541962092341162602522202993782792835301376
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^5)))
     15052
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^6)))
     150515
     λ> length (show (nPascalCapicuas (10^7)))
     1505150

λ> nPascalCapicuas 2

λ> nPascalCapicuas 3

λ> nPascalCapicuas 4

λ> nPascalCapicuas 400

1606938044258990275541962092341162602522202993782792835301376

λ> length (show (nPascalCapicuas (10^5)))

15052

λ> length (show (nPascalCapicuas (10^6)))

150515

λ> length (show (nPascalCapicuas (10^7)))

1505150

Soluciones

import Data.List (genericLength, unfoldr)

-- Definición de trianguloPascalBinario
-- ====================================

trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]
trianguloPascalBinario xs =
  takeWhile (not . null) (iterate siguiente xs)

-- (siguiente xs) es la línea siguiente a la xs en el triángulo binario
-- de Pascal. Por ejemplo,
--    λ> siguiente [1,0,1,1,1]
--    [1,1,0,0]
--    λ> siguiente it
--    [0,1,0]
--    λ> siguiente it
--    [1,1]
--    λ> siguiente it
--    [0]
--    λ> siguiente it
--    []
--    λ> siguiente it
--    []
siguiente :: [Int] -> [Int]
siguiente xs = [(x + y) `mod` 2 | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- 2ª definición de trianguloPascalBinario
-- =======================================

trianguloPascalBinario2 :: [Int] -> [[Int]]
trianguloPascalBinario2 = unfoldr f 
  where f [] = Nothing
        f xs = Just (xs, siguiente xs)
 
-- Definición de pascalCapicuas
-- ============================

pascalCapicuas :: Int -> [[Int]]
pascalCapicuas n =
  [xs | xs <- inicios n
      , esPascalCapicua xs]

-- (inicios n) es la lista de longitud n formadas por ceros y unos. Por
-- ejemplo, 
--    λ> inicios 0
--    [[]]
--    λ> inicios 1
--    [[0],[1]]
--    λ> inicios 2
--    [[0,0],[0,1],[1,0],[1,1]]
--    λ> inicios 3
--    [[0,0,0],[0,0,1],[0,1,0],[0,1,1],[1,0,0],[1,0,1],[1,1,0],[1,1,1]]
inicios :: Int -> [[Int]]
inicios 0 = [[]]
inicios n = map (0:) xss ++ map (1:) xss
  where xss = inicios (n-1)

-- Otra forma de definir inicios es
inicios2 :: Int -> [[Int]]
inicios2 n = sucInicios !! n
  where sucInicios    = iterate siguiente [[]]
        siguiente xss = map (0:) xss ++ map (1:) xss

-- (esPascalCapicua xs) se verifica si xs es una lista de Pascal
-- capicúa. Por ejemplo, 
--    esPascalCapicua [1,0,1,1,0]  ==  True
--    esPascalCapicua [1,0,1,1,1]  ==  False
esPascalCapicua :: [Int] -> Bool
esPascalCapicua xs =
  xs == finalesTrianguloPascalBinario xs

-- (finalesTrianguloPascalBinario xs) es la inversa de la lista de los
-- finales del triángulo binarios de xs. Por ejemplo,
--    λ> finalesTrianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]
--    [0,1,0,0,1]
finalesTrianguloPascalBinario :: [Int] -> [Int]
finalesTrianguloPascalBinario =
  reverse . map last . trianguloPascalBinario

-- 1ª definición de nPascalCapicuas
-- ================================

nPascalCapicuas :: Int -> Integer
nPascalCapicuas =
  genericLength . pascalCapicuas

-- 2ª definición de nPascalCapicuas
-- ================================

nPascalCapicuas2 :: Int -> Integer
nPascalCapicuas2 n =
  2 ^ ((n + 1) `div` 2)

import Data.List (genericLength, unfoldr)

-- Definición de trianguloPascalBinario

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

trianguloPascalBinario :: [Int] -> [[Int]]

trianguloPascalBinario xs =

takeWhile (not . null) (iterate siguiente xs)

-- (siguiente xs) es la línea siguiente a la xs en el triángulo binario

-- de Pascal. Por ejemplo,

-- λ> siguiente [1,0,1,1,1]

-- [1,1,0,0]

-- λ> siguiente it

-- [0,1,0]

-- λ> siguiente it

-- [1,1]

-- λ> siguiente it

-- [0]

-- λ> siguiente it

-- []

-- λ> siguiente it

-- []

siguiente :: [Int] -> [Int]

siguiente xs = [(x + y) `mod` 2 | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- 2ª definición de trianguloPascalBinario

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

trianguloPascalBinario2 :: [Int] -> [[Int]]

trianguloPascalBinario2 = unfoldr f

where f [] = Nothing

f xs = Just (xs, siguiente xs)

-- Definición de pascalCapicuas

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

pascalCapicuas :: Int -> [[Int]]

pascalCapicuas n =

[xs | xs <- inicios n

, esPascalCapicua xs]

-- (inicios n) es la lista de longitud n formadas por ceros y unos. Por

-- ejemplo,

-- λ> inicios 0

-- [[]]

-- λ> inicios 1

-- [[0],[1]]

-- λ> inicios 2

-- [[0,0],[0,1],[1,0],[1,1]]

-- λ> inicios 3

-- [[0,0,0],[0,0,1],[0,1,0],[0,1,1],[1,0,0],[1,0,1],[1,1,0],[1,1,1]]

inicios :: Int -> [[Int]]

inicios 0 = [[]]

inicios n = map (0:) xss ++ map (1:) xss

where xss = inicios (n-1)

-- Otra forma de definir inicios es

inicios2 :: Int -> [[Int]]

inicios2 n = sucInicios !! n

where sucInicios = iterate siguiente [[]]

siguiente xss = map (0:) xss ++ map (1:) xss

-- (esPascalCapicua xs) se verifica si xs es una lista de Pascal

-- capicúa. Por ejemplo,

-- esPascalCapicua [1,0,1,1,0] == True

-- esPascalCapicua [1,0,1,1,1] == False

esPascalCapicua :: [Int] -> Bool

esPascalCapicua xs =

xs == finalesTrianguloPascalBinario xs

-- (finalesTrianguloPascalBinario xs) es la inversa de la lista de los

-- finales del triángulo binarios de xs. Por ejemplo,

-- λ> finalesTrianguloPascalBinario [1,0,1,1,1]

-- [0,1,0,0,1]

finalesTrianguloPascalBinario :: [Int] -> [Int]

finalesTrianguloPascalBinario =

reverse . map last . trianguloPascalBinario

-- 1ª definición de nPascalCapicuas

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

nPascalCapicuas :: Int -> Integer

nPascalCapicuas =

genericLength . pascalCapicuas

-- 2ª definición de nPascalCapicuas

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

nPascalCapicuas2 :: Int -> Integer

nPascalCapicuas2 n =

2 ^ ((n + 1) `div` 2)

Pensamiento

La envidia de la virtud
hizo a Caín criminal.
¡Gloria a Caín! Hoy el vicio
es lo que se envidia más.

Antonio Machado

Números con dígitos 1 y 2

PorJosé A. Alonso 28-enero-201926-marzo-2022

Definir las funciones

   numerosCon1y2               :: Int -> [Int]
   restosNumerosCon1y2         :: Int -> [Int]
   grafica_restosNumerosCon1y2 :: Int -> IO ()

numerosCon1y2 :: Int -> [Int]

restosNumerosCon1y2 :: Int -> [Int]

grafica_restosNumerosCon1y2 :: Int -> IO ()

tales que

(numerosCon1y2 n) es la lista ordenada de números de n dígitos que se pueden formar con los dígitos 1 y 2. Por ejemplo,

     numerosCon1y2 2  ==  [11,12,21,22] 
     numerosCon1y2 3  ==  [111,112,121,122,211,212,221,222]

1 2	numerosCon1y2 2 == [11,12,21,22] numerosCon1y2 3 == [111,112,121,122,211,212,221,222]

(restosNumerosCon1y2 n) es la lista de los restos de dividir los elementos de (restosNumerosCon1y2 n) entre 2^n. Por ejemplo,

     restosNumerosCon1y2 2 == [3,0,1,2]
     restosNumerosCon1y2 3 == [7,0,1,2,3,4,5,6]
     restosNumerosCon1y2 4 == [7,8,1,2,11,12,5,6,15,0,9,10,3,4,13,14]

restosNumerosCon1y2 2 == [3,0,1,2]

restosNumerosCon1y2 3 == [7,0,1,2,3,4,5,6]

restosNumerosCon1y2 4 == [7,8,1,2,11,12,5,6,15,0,9,10,3,4,13,14]

(graficaRestosNumerosCon1y2 n) dibuja la gráfica de los restos de dividir los elementos de (restosNumerosCon1y2 n) entre 2^n. Por ejemplo, (graficaRestosNumerosCon1y2 3) dibuja

(graficaRestosNumerosCon1y2 4) dibuja

y (graficaRestosNumerosCon1y2 5) dibuja

Nota: En la definición usar la función plotListStyle y como su segundo argumento (el PloStyle) usar

     (defaultStyle {plotType = LinesPoints,
                    lineSpec = CustomStyle [PointType 7]})

1 2	(defaultStyle {plotType = LinesPoints, lineSpec = CustomStyle [PointType 7]})

Comprobar con QuickCheck que todos los elementos de (restosNumerosCon1y2 n) son distintos.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de numerosCon1y2
-- ===========================

numerosCon1y2 :: Int -> [Int]
numerosCon1y2 = map digitosAnumero . digitos

-- (dígitos n) es la lista ordenada de de listas de n elementos que
-- se pueden formar con los dígitos 1 y 2. Por ejemplo,
--    λ> digitos 2
--    [[1,1],[1,2],[2,1],[2,2]]
--    λ> digitos 3
--    [[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[2,1,1],[2,1,2],[2,2,1],[2,2,2]]
digitos :: Int -> [[Int]]
digitos 0 = [[]]
digitos n = map (1:) xss ++ map (2:) xss
  where xss = digitos (n-1)

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [2,0,1,9]  ==  2019
digitosAnumero :: [Int] -> Int
digitosAnumero = read . concatMap show

-- Definición de restosNumerosCon1y2
-- =================================

restosNumerosCon1y2 :: Int -> [Int]
restosNumerosCon1y2 n =
  [x `mod` m | x <- numerosCon1y2 n]
  where m = 2^n

-- Definición de graficaRestosNumerosCon1y2
-- =========================================

graficaRestosNumerosCon1y2 :: Int -> IO ()
graficaRestosNumerosCon1y2 n =
  plotListStyle
    [ Key Nothing
    , PNG ("Numeros_con_digitos_1_y_2_" ++ show n ++ ".png")
    ]
    (defaultStyle {plotType = LinesPoints,
                   lineSpec = CustomStyle [PointType 7]})
    (restosNumerosCon1y2 n)

-- Propiedad de restosNumerosCon1y2
-- ================================

-- La propiedad
prop_restosNumerosCon1y2 :: Positive Int -> Bool
prop_restosNumerosCon1y2 (Positive n) =
  todosDistintos (restosNumerosCon1y2 n)
  where todosDistintos xs = xs == nub xs

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=12}) prop_restosNumerosCon1y2
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de numerosCon1y2

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

numerosCon1y2 :: Int -> [Int]

numerosCon1y2 = map digitosAnumero . digitos

-- (dígitos n) es la lista ordenada de de listas de n elementos que

-- se pueden formar con los dígitos 1 y 2. Por ejemplo,

-- λ> digitos 2

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

-- λ> digitos 3

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

digitos :: Int -> [[Int]]

digitos 0 = [[]]

digitos n = map (1:) xss ++ map (2:) xss

where xss = digitos (n-1)

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,

-- digitosAnumero [2,0,1,9] == 2019

digitosAnumero :: [Int] -> Int

digitosAnumero = read . concatMap show

-- Definición de restosNumerosCon1y2

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

restosNumerosCon1y2 :: Int -> [Int]

restosNumerosCon1y2 n =

[x `mod` m | x <- numerosCon1y2 n]

where m = 2^n

-- Definición de graficaRestosNumerosCon1y2

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

graficaRestosNumerosCon1y2 :: Int -> IO ()

graficaRestosNumerosCon1y2 n =

plotListStyle

[ Key Nothing

, PNG ("Numeros_con_digitos_1_y_2_" ++ show n ++ ".png")

]

(defaultStyle {plotType = LinesPoints,

lineSpec = CustomStyle [PointType 7]})

(restosNumerosCon1y2 n)

-- Propiedad de restosNumerosCon1y2

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

-- La propiedad

prop_restosNumerosCon1y2 :: Positive Int -> Bool

prop_restosNumerosCon1y2 (Positive n) =

todosDistintos (restosNumerosCon1y2 n)

where todosDistintos xs = xs == nub xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=12}) prop_restosNumerosCon1y2

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

¿Para qué llamar caminos
a los surcos del azar? …
Todo el que camina anda,
como Jesús, sobre el mar.

Antonio Machado

Números altamente compuestos

PorJosé A. Alonso 16-enero-201923-enero-2019

Un número altamente compuesto es un entero positivo con más divisores que cualquier entero positivo más pequeño. Por ejemplo,

4 es un número altamente compuesto porque es el menor con 3 divisores,
5 no es altamente compuesto porque tiene menos divisores que 4 y
6 es un número altamente compuesto porque es el menor con 4 divisores,

Los primeros números altamente compuestos son

   1, 2, 4, 6, 12, 24, 36, 48, 60, 120, 180, 240, 360, ...

1	1, 2, 4, 6, 12, 24, 36, 48, 60, 120, 180, 240, 360, ...

Definir las funciones

   esAltamenteCompuesto       :: Int -> Bool
   altamenteCompuestos        :: [Int]
   graficaAltamenteCompuestos :: Int -> IO ()

esAltamenteCompuesto :: Int -> Bool

altamenteCompuestos :: [Int]

graficaAltamenteCompuestos :: Int -> IO ()

tales que

(esAltamanteCompuesto x) se verifica si x es altamente compuesto. Por ejemplo,

     esAltamenteCompuesto 4      ==  True
     esAltamenteCompuesto 5      ==  False
     esAltamenteCompuesto 6      ==  True
     esAltamenteCompuesto 1260   ==  True
     esAltamenteCompuesto 2520   ==  True
     esAltamenteCompuesto 27720  ==  True

esAltamenteCompuesto 4 == True

esAltamenteCompuesto 5 == False

esAltamenteCompuesto 6 == True

esAltamenteCompuesto 1260 == True

esAltamenteCompuesto 2520 == True

esAltamenteCompuesto 27720 == True

altamente compuestos es la sucesión de los números altamente compuestos. Por ejemplo,

     λ> take 20 altamenteCompuestos
     [1,2,4,6,12,24,36,48,60,120,180,240,360,720,840,1260,1680,2520,5040,7560]

1 2	λ> take 20 altamenteCompuestos [1,2,4,6,12,24,36,48,60,120,180,240,360,720,840,1260,1680,2520,5040,7560]

(graficaAltamenteCompuestos n) dibuja la gráfica de los n primeros números altamente compuestos. Por ejemplo, (graficaAltamenteCompuestos 25) dibuja

Soluciones

import Data.List (group)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de esAltamenteCompuesto
-- =====================================

esAltamenteCompuesto :: Int -> Bool
esAltamenteCompuesto x =
  and [nDivisores x > nDivisores y | y <- [1..x-1]]

-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores 30  ==  8
nDivisores :: Int -> Int
nDivisores x = length (divisores x)

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores :: Int -> [Int]
divisores x =
  [y | y <- [1..x]
     , x `mod` y == 0]

-- 2ª definición de esAltamenteCompuesto
-- =====================================

esAltamenteCompuesto2 :: Int -> Bool
esAltamenteCompuesto2 x =
  all (nDivisores2 x >) [nDivisores2 y | y <- [1..x-1]]

-- (nDivisores2 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores2 30  ==  8
nDivisores2 :: Int -> Int
nDivisores2 = succ . length . divisoresPropios

-- (divisoresPropios x) es la lista de los divisores de x menores que
-- x. Por ejemplo, 
--    divisoresPropios 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15]
divisoresPropios :: Int -> [Int]
divisoresPropios x =
  [y | y <- [1..x `div` 2]
     , x `mod` y == 0]

-- 3ª definición de esAltamenteCompuesto
-- =====================================

esAltamenteCompuesto3 :: Int -> Bool
esAltamenteCompuesto3 x =
  all (nDivisores3 x >) [nDivisores3 y | y <- [1..x-1]]

-- (nDivisores3 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores3 30  ==  8
nDivisores3 :: Int -> Int
nDivisores3 x =
  product [1 + length xs | xs <- group (primeFactors x)]

-- 4ª definición de esAltamenteCompuesto
-- =====================================

esAltamenteCompuesto4 :: Int -> Bool
esAltamenteCompuesto4 x =
  x `pertenece` altamenteCompuestos2

-- 1ª definición de altamenteCompuestos 
-- ====================================

altamenteCompuestos :: [Int]
altamenteCompuestos =
  filter esAltamenteCompuesto4 [1..]

-- 2ª definición de altamenteCompuestos 
-- ====================================

altamenteCompuestos2 :: [Int]
altamenteCompuestos2 =
  1 : [y | ((x,n),(y,m)) <- zip sucMaxDivisores (tail sucMaxDivisores)
         , m > n]

-- sucMaxDivisores es la sucesión formada por los números enteros
-- positivos y el máximo número de divisores hasta cada número. Por
-- ejemplo,
--    λ> take 12 sucMaxDivisores
--    [(1,1),(2,2),(3,2),(4,3),(5,3),(6,4),(7,4),(8,4),(9,4),(10,4),(11,4),(12,6)]
sucMaxDivisores :: [(Int,Int)]
sucMaxDivisores =
  zip [1..] (scanl1 max (map nDivisores3 [1..]))

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

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

--    λ> esAltamenteCompuesto 1260
--    True
--    (2.99 secs, 499,820,296 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto2 1260
--    True
--    (0.51 secs, 83,902,744 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto3 1260
--    True
--    (0.04 secs, 15,294,192 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto4 1260
--    True
--    (0.04 secs, 15,594,392 bytes)
--    
--    λ> esAltamenteCompuesto2 2520
--    True
--    (2.10 secs, 332,940,168 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto3 2520
--    True
--    (0.09 secs, 37,896,168 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto4 2520
--    True
--    (0.06 secs, 23,087,456 bytes)
--
--    λ> esAltamenteCompuesto3 27720
--    True
--    (1.32 secs, 841,010,624 bytes)
--    λ> esAltamenteCompuesto4 27720
--    True
--    (1.33 secs, 810,870,384 bytes)

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

--    λ> altamenteCompuestos !! 25
--    45360
--    (2.84 secs, 1,612,045,976 bytes)
--    λ> altamenteCompuestos2 !! 25
--    45360
--    (0.01 secs, 102,176 bytes)

-- Definición de graficaAltamenteCompuestos
-- ========================================

graficaAltamenteCompuestos :: Int -> IO ()
graficaAltamenteCompuestos n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numeros_altamente_compuestos.png")
           ]
           (take n altamenteCompuestos2)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

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124

125

126

127

128

129

130

131

132

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135

136

137

138

139

140

141

142

143

import Data.List (group)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de esAltamenteCompuesto

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

esAltamenteCompuesto :: Int -> Bool

esAltamenteCompuesto x =

and [nDivisores x > nDivisores y | y <- [1..x-1]]

-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores 30 == 8

nDivisores :: Int -> Int

nDivisores x = length (divisores x)

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

-- divisores 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores :: Int -> [Int]

divisores x =

[y | y <- [1..x]

, x `mod` y == 0]

-- 2ª definición de esAltamenteCompuesto

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

esAltamenteCompuesto2 :: Int -> Bool

esAltamenteCompuesto2 x =

all (nDivisores2 x >) [nDivisores2 y | y <- [1..x-1]]

-- (nDivisores2 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores2 30 == 8

nDivisores2 :: Int -> Int

nDivisores2 = succ . length . divisoresPropios

-- (divisoresPropios x) es la lista de los divisores de x menores que

-- x. Por ejemplo,

-- divisoresPropios 30 == [1,2,3,5,6,10,15]

divisoresPropios :: Int -> [Int]

divisoresPropios x =

[y | y <- [1..x `div` 2]

, x `mod` y == 0]

-- 3ª definición de esAltamenteCompuesto

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

esAltamenteCompuesto3 :: Int -> Bool

esAltamenteCompuesto3 x =

all (nDivisores3 x >) [nDivisores3 y | y <- [1..x-1]]

-- (nDivisores3 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores3 30 == 8

nDivisores3 :: Int -> Int

nDivisores3 x =

product [1 + length xs | xs <- group (primeFactors x)]

-- 4ª definición de esAltamenteCompuesto

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

esAltamenteCompuesto4 :: Int -> Bool

esAltamenteCompuesto4 x =

x `pertenece` altamenteCompuestos2

-- 1ª definición de altamenteCompuestos

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

altamenteCompuestos :: [Int]

altamenteCompuestos =

filter esAltamenteCompuesto4 [1..]

-- 2ª definición de altamenteCompuestos

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

altamenteCompuestos2 :: [Int]

altamenteCompuestos2 =

1 : [y | ((x,n),(y,m)) <- zip sucMaxDivisores (tail sucMaxDivisores)

, m > n]

-- sucMaxDivisores es la sucesión formada por los números enteros

-- positivos y el máximo número de divisores hasta cada número. Por

-- ejemplo,

-- λ> take 12 sucMaxDivisores

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

sucMaxDivisores :: [(Int,Int)]

sucMaxDivisores =

zip [1..] (scanl1 max (map nDivisores3 [1..]))

pertenece :: Int -> [Int] -> Bool

pertenece x ys =

x == head (dropWhile (<x) ys)

-- Comparación de eficiencia de esAltamenteCompuesto

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

-- λ> esAltamenteCompuesto 1260

-- True

-- (2.99 secs, 499,820,296 bytes)

-- λ> esAltamenteCompuesto2 1260

-- True

-- (0.51 secs, 83,902,744 bytes)

-- λ> esAltamenteCompuesto3 1260

-- True

-- (0.04 secs, 15,294,192 bytes)

-- λ> esAltamenteCompuesto4 1260

-- True

-- (0.04 secs, 15,594,392 bytes)

-- λ> esAltamenteCompuesto2 2520

-- True

-- (2.10 secs, 332,940,168 bytes)

-- λ> esAltamenteCompuesto3 2520

-- True

-- (0.09 secs, 37,896,168 bytes)

-- λ> esAltamenteCompuesto4 2520

-- True

-- (0.06 secs, 23,087,456 bytes)

-- λ> esAltamenteCompuesto3 27720

-- True

-- (1.32 secs, 841,010,624 bytes)

-- λ> esAltamenteCompuesto4 27720

-- True

-- (1.33 secs, 810,870,384 bytes)

-- Comparación de eficiencia de altamenteCompuestos

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

-- λ> altamenteCompuestos !! 25

-- 45360

-- (2.84 secs, 1,612,045,976 bytes)

-- λ> altamenteCompuestos2 !! 25

-- 45360

-- (0.01 secs, 102,176 bytes)

-- Definición de graficaAltamenteCompuestos

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

graficaAltamenteCompuestos :: Int -> IO ()

graficaAltamenteCompuestos n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Numeros_altamente_compuestos.png")

]

(take n altamenteCompuestos2)

Pensamiento

Nuestras horas son minutos
cuando esperamos saber,
y siglos cuando sabemos
lo que se puede aprender.

Antonio Machado

El 2019 es semiprimo

PorJosé A. Alonso 3-enero-201910-enero-2019

Un número semiprimo es un número natural que es producto de dos números primos no necesariamente distintos. Por ejemplo, 26 es semiprimo (porque 26 = 2×13) y 49 también lo es (porque 49 = 7×7).

Definir las funciones

   esSemiprimo :: Integer -> Bool
   semiprimos  :: [Integer]

1 2	esSemiprimo :: Integer -> Bool semiprimos :: [Integer]

tales que

(esSemiprimo n) se verifica si n es semiprimo. Por ejemplo,

     esSemiprimo 26          ==  True
     esSemiprimo 49          ==  True
     esSemiprimo 8           ==  False
     esSemiprimo 2019        ==  True
     esSemiprimo (21+10^14)  ==  True

esSemiprimo 26 == True

esSemiprimo 49 == True

esSemiprimo 8 == False

esSemiprimo 2019 == True

esSemiprimo (21+10^14) == True

semiprimos es la sucesión de números semiprimos. Por ejemplo,

     take 10 semiprimos   ==  [4,6,9,10,14,15,21,22,25,26]
     semiprimos !! 579    ==  2019
     semiprimos !! 10000  ==  40886

take 10 semiprimos == [4,6,9,10,14,15,21,22,25,26]

semiprimos !! 579 == 2019

semiprimos !! 10000 == 40886

Soluciones

import Data.Numbers.Primes 
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de esSemiprimo
-- ============================

esSemiprimo :: Integer -> Bool
esSemiprimo n =
  not (null [x | x <- [n,n-1..2], 
                 primo x,
                 n `mod` x == 0,
                 primo (n `div` x)])

primo :: Integer -> Bool
primo n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0] == [1,n] 

-- 2ª definición de esSemiprimo
-- ============================

esSemiprimo2 :: Integer -> Bool
esSemiprimo2 n =
  not (null [x | x <- [n-1,n-2..2], 
                 isPrime x,
                 n `mod` x == 0,
                 isPrime (n `div` x)])

-- 3ª definición de esSemiprimo
-- ============================

esSemiprimo3 :: Integer -> Bool
esSemiprimo3 n =
  not (null [x | x <- reverse (takeWhile (<n) primes),
                 n `mod` x == 0,
                 isPrime (n `div` x)])

-- 4ª definición de esSemiprimo
-- ============================

esSemiprimo4 :: Integer -> Bool
esSemiprimo4 n =
  length (primeFactors n) == 2

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

-- La propiedad es
prop_esSemiprimo :: Positive Integer -> Bool
prop_esSemiprimo (Positive n) =
  all (== esSemiprimo n) [f n | f <- [ esSemiprimo2
                                     , esSemiprimo3
                                     , esSemiprimo4
                                     ]]

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

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

--    λ> esSemiprimo 5001
--    True
--    (1.90 secs, 274,450,648 bytes)
--    λ> esSemiprimo2 5001
--    True
--    (0.07 secs, 29,377,016 bytes)
--    λ> esSemiprimo3 5001
--    True
--    (0.01 secs, 1,706,840 bytes)
--    λ> esSemiprimo4 5001
--    True
--    (0.01 secs, 142,840 bytes)
--    
--    λ> esSemiprimo2 100001
--    True
--    (2.74 secs, 1,473,519,064 bytes)
--    λ> esSemiprimo3 100001
--    True
--    (0.09 secs, 30,650,352 bytes)
--    λ> esSemiprimo4 100001
--    True
--    (0.01 secs, 155,200 bytes)
--    
--    λ> esSemiprimo3 10000001
--    True
--    (8.73 secs, 4,357,875,016 bytes)
--    λ> esSemiprimo4 10000001
--    True
--    (0.01 secs, 456,328 bytes)

-- Definición de semiprimos
-- ========================

semiprimos :: [Integer]
semiprimos = filter esSemiprimo4 [4..]

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de esSemiprimo

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

esSemiprimo :: Integer -> Bool

esSemiprimo n =

not (null [x | x <- [n,n-1..2],

primo x,

n `mod` x == 0,

primo (n `div` x)])

primo :: Integer -> Bool

primo n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0] == [1,n]

-- 2ª definición de esSemiprimo

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

esSemiprimo2 :: Integer -> Bool

esSemiprimo2 n =

not (null [x | x <- [n-1,n-2..2],

isPrime x,

n `mod` x == 0,

isPrime (n `div` x)])

-- 3ª definición de esSemiprimo

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

esSemiprimo3 :: Integer -> Bool

esSemiprimo3 n =

not (null [x | x <- reverse (takeWhile (<n) primes),

n `mod` x == 0,

isPrime (n `div` x)])

-- 4ª definición de esSemiprimo

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

esSemiprimo4 :: Integer -> Bool

esSemiprimo4 n =

length (primeFactors n) == 2

-- Equivalencia de las definiciones de esSemiprimo

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

-- La propiedad es

prop_esSemiprimo :: Positive Integer -> Bool

prop_esSemiprimo (Positive n) =

all (== esSemiprimo n) [f n | f <- [ esSemiprimo2

, esSemiprimo3

, esSemiprimo4

]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_esSemiprimo

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> esSemiprimo 5001

-- True

-- (1.90 secs, 274,450,648 bytes)

-- λ> esSemiprimo2 5001

-- True

-- (0.07 secs, 29,377,016 bytes)

-- λ> esSemiprimo3 5001

-- True

-- (0.01 secs, 1,706,840 bytes)

-- λ> esSemiprimo4 5001

-- True

-- (0.01 secs, 142,840 bytes)

-- λ> esSemiprimo2 100001

-- True

-- (2.74 secs, 1,473,519,064 bytes)

-- λ> esSemiprimo3 100001

-- True

-- (0.09 secs, 30,650,352 bytes)

-- λ> esSemiprimo4 100001

-- True

-- (0.01 secs, 155,200 bytes)

-- λ> esSemiprimo3 10000001

-- True

-- (8.73 secs, 4,357,875,016 bytes)

-- λ> esSemiprimo4 10000001

-- True

-- (0.01 secs, 456,328 bytes)

-- Definición de semiprimos

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

semiprimos :: [Integer]

semiprimos = filter esSemiprimo4 [4..]

Pensamiento

Porque toda visión requiere distancia, no hay manera de ver las cosas sin salirse de ellas.

Antonio Machado

El 2019 es malvado

PorJosé A. Alonso 2-enero-20199-enero-2019

Un número malvado es un número natural cuya expresión en base 2 contiene un número par de unos. Por ejemplo, 6 es malvado porque su expresión en base 2 es 110 que tiene dos unos.

Definir las funciones

   esMalvado       :: Integer -> Bool
   malvados        :: [Integer]
   posicionMalvada :: Integer -> Maybe Int

esMalvado :: Integer -> Bool

malvados :: [Integer]

posicionMalvada :: Integer -> Maybe Int

tales que

(esMalvado n) se verifica si n es un número malvado. Por ejemplo,

     esMalvado 6              ==  True
     esMalvado 7              ==  False
     esMalvado 2019           ==  True
     esMalvado (10^70000)     ==  True
     esMalvado (10^(3*10^7))  ==  True

esMalvado 6 == True

esMalvado 7 == False

esMalvado 2019 == True

esMalvado (10^70000) == True

esMalvado (10^(3*10^7)) == True

malvados es la sucesión de los números malvados. Por ejemplo,

     λ> take 20 malvados
     [0,3,5,6,9,10,12,15,17,18,20,23,24,27,29,30,33,34,36,39]
     malvados !! 1009    ==  2019
     malvados !! 10      ==  20
     malvados !! (10^2)  ==  201
     malvados !! (10^3)  ==  2000
     malvados !! (10^4)  ==  20001
     malvados !! (10^5)  ==  200000
     malvados !! (10^6)  ==  2000001

λ> take 20 malvados

[0,3,5,6,9,10,12,15,17,18,20,23,24,27,29,30,33,34,36,39]

malvados !! 1009 == 2019

malvados !! 10 == 20

malvados !! (10^2) == 201

malvados !! (10^3) == 2000

malvados !! (10^4) == 20001

malvados !! (10^5) == 200000

malvados !! (10^6) == 2000001

(posicionMalvada n) es justo la posición de n en la sucesión de números malvados, si n es malvado o Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

     posicionMalvada 6        ==  Just 3
     posicionMalvada 2019     ==  Just 1009
     posicionMalvada 2018     ==  Nothing
     posicionMalvada 2000001  ==  Just 1000000
     posicionMalvada (10^7)   ==  Just 5000000

posicionMalvada 6 == Just 3

posicionMalvada 2019 == Just 1009

posicionMalvada 2018 == Nothing

posicionMalvada 2000001 == Just 1000000

posicionMalvada (10^7) == Just 5000000

Soluciones

import Data.List (genericLength, elemIndex)
import Data.Bits (popCount)

-- 1ª definición de esMalvado
-- ==========================

esMalvado :: Integer -> Bool
esMalvado n = even (numeroUnosBin n)

-- Sin argumentos
esMalvado' :: Integer -> Bool
esMalvado' = even . numeroUnosBin

-- (numeroUnosBin n) es el número de unos de la representación binaria
-- del número decimal n. Por ejemplo,
--   numeroUnosBin 11  ==  3
--   numeroUnosBin 12  ==  2
numeroUnosBin :: Integer -> Integer
numeroUnosBin n  = genericLength (filter (== 1) (binario n))

-- Sin argumentos
numeroUnosBin' :: Integer -> Integer
numeroUnosBin' = genericLength . filter (== 1) . binario

-- (binario n) es el número binario correspondiente al número decimal n.
-- Por ejemplo, 
--   binario 11  ==  [1,1,0,1]
--   binario 12  ==  [0,0,1,1]
binario :: Integer -> [Integer]
binario n | n < 2     = [n]
          | otherwise = n `mod` 2 : binario (n `div` 2)

-- 2ª definición de esMalvado
-- ==========================

esMalvado2 :: Integer -> Bool
esMalvado2 n = even (numeroUnosBin n)

-- (numeroIntBin n) es el número de unos que contiene la representación
-- binaria del número decimal n. Por ejemplo,
--   numeroIntBin 11  ==  3
--   numeroIntBin 12  ==  2
numeroIntBin :: Integer -> Integer
numeroIntBin n | n < 2     = n
               | otherwise = n `mod` 2 + numeroIntBin (n `div` 2)

-- 3ª definición de esMalvado
-- ==========================

esMalvado3 :: Integer -> Bool
esMalvado3 n = even (popCount n)

-- Sin argumentos
esMalvado3' :: Integer -> Bool
esMalvado3' = even . popCount 

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

--    λ> esMalvado (10^30000)
--    True
--    (1.79 secs, 664,627,936 bytes)
--    λ> esMalvado2 (10^30000)
--    True
--    (1.79 secs, 664,626,992 bytes)
--    λ> esMalvado3 (10^30000)
--    True
--    (0.03 secs, 141,432 bytes)
--    
--    λ> esMalvado (10^40000)
--    False
--    (2.95 secs, 1,162,091,464 bytes)
--    λ> esMalvado2 (10^40000)
--    False
--    (2.96 secs, 1,162,091,096 bytes)
--    λ> esMalvado3 (10^40000)
--    False
--    (0.04 secs, 155,248 bytes)

-- 1ª definición de malvados
-- =========================

malvados :: [Integer]
malvados = [n | n <- [0..], esMalvado3 n]

-- 2ª definición de malvados
-- =========================

malvados2 :: [Integer]
malvados2 = filter esMalvado3 [0..]

-- 1ª definición de posicionMalvada
-- ================================

posicionMalvada :: Integer -> Maybe Int
posicionMalvada n
  | y == n    = Just (length xs)
  | otherwise = Nothing
  where (xs,(y:_)) = span (<n) malvados

-- 2ª definición de posicionMalvada
posicionMalvada2 :: Integer -> Maybe Int
posicionMalvada2 n
  | esMalvado n = elemIndex n malvados
  | otherwise        = Nothing

100

101

102

103

104

105

import Data.List (genericLength, elemIndex)

import Data.Bits (popCount)

-- 1ª definición de esMalvado

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

esMalvado :: Integer -> Bool

esMalvado n = even (numeroUnosBin n)

-- Sin argumentos

esMalvado' :: Integer -> Bool

esMalvado' = even . numeroUnosBin

-- (numeroUnosBin n) es el número de unos de la representación binaria

-- del número decimal n. Por ejemplo,

-- numeroUnosBin 11 == 3

-- numeroUnosBin 12 == 2

numeroUnosBin :: Integer -> Integer

numeroUnosBin n = genericLength (filter (== 1) (binario n))

-- Sin argumentos

numeroUnosBin' :: Integer -> Integer

numeroUnosBin' = genericLength . filter (== 1) . binario

-- (binario n) es el número binario correspondiente al número decimal n.

-- Por ejemplo,

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

-- binario 12 == [0,0,1,1]

binario :: Integer -> [Integer]

binario n | n < 2 = [n]

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

-- 2ª definición de esMalvado

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

esMalvado2 :: Integer -> Bool

esMalvado2 n = even (numeroUnosBin n)

-- (numeroIntBin n) es el número de unos que contiene la representación

-- binaria del número decimal n. Por ejemplo,

-- numeroIntBin 11 == 3

-- numeroIntBin 12 == 2

numeroIntBin :: Integer -> Integer

numeroIntBin n | n < 2 = n

| otherwise = n `mod` 2 + numeroIntBin (n `div` 2)

-- 3ª definición de esMalvado

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

esMalvado3 :: Integer -> Bool

esMalvado3 n = even (popCount n)

-- Sin argumentos

esMalvado3' :: Integer -> Bool

esMalvado3' = even . popCount

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> esMalvado (10^30000)

-- True

-- (1.79 secs, 664,627,936 bytes)

-- λ> esMalvado2 (10^30000)

-- True

-- (1.79 secs, 664,626,992 bytes)

-- λ> esMalvado3 (10^30000)

-- True

-- (0.03 secs, 141,432 bytes)

-- λ> esMalvado (10^40000)

-- False

-- (2.95 secs, 1,162,091,464 bytes)

-- λ> esMalvado2 (10^40000)

-- False

-- (2.96 secs, 1,162,091,096 bytes)

-- λ> esMalvado3 (10^40000)

-- False

-- (0.04 secs, 155,248 bytes)

-- 1ª definición de malvados

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

malvados :: [Integer]

malvados = [n | n <- [0..], esMalvado3 n]

-- 2ª definición de malvados

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

malvados2 :: [Integer]

malvados2 = filter esMalvado3 [0..]

-- 1ª definición de posicionMalvada

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

posicionMalvada :: Integer -> Maybe Int

posicionMalvada n

| y == n = Just (length xs)

| otherwise = Nothing

where (xs,(y:_)) = span (<n) malvados

-- 2ª definición de posicionMalvada

posicionMalvada2 :: Integer -> Maybe Int

posicionMalvada2 n

| esMalvado n = elemIndex n malvados

| otherwise = Nothing

Pensamiento

… Yo os enseño, o pretendo enseñaros a que dudéis de todo: de lo
humano y de lo divino, sin excluir vuestra propia existencia.

Antonio Machado

El teorema de Navidad de Fermat

PorJosé A. Alonso 31-diciembre-201825-abril-2021

El 25 de diciembre de 1640, en una carta a Mersenne, Fermat demostró la conjetura de Girard: todo primo de la forma 4n+1 puede expresarse de manera única como suma de dos cuadrados. Por eso es conocido como el teorema de Navidad de Fermat.

Definir las funciones

   representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
   primos4nM1 :: [Integer]

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primos4nM1 :: [Integer]

tales que

(representaciones n) es la lista de pares de números naturales (x,y) tales que n = x^2 + y^2 con x <= y. Por ejemplo.

     representaciones  20           ==  [(2,4)]
     representaciones  25           ==  [(0,5),(3,4)]
     representaciones 325           ==  [(1,18),(6,17),(10,15)]
     representaciones 100000147984  ==  [(0,316228)]
     length (representaciones (10^10))    ==  6
     length (representaciones (4*10^12))  ==  7

representaciones 20 == [(2,4)]

representaciones 25 == [(0,5),(3,4)]

representaciones 325 == [(1,18),(6,17),(10,15)]

representaciones 100000147984 == [(0,316228)]

length (representaciones (10^10)) == 6

length (representaciones (4*10^12)) == 7

primosImparesConRepresentacionUnica es la lista de los números primos impares que se pueden escribir exactamente de una manera como suma de cuadrados de pares de números naturales (x,y) con x <= y. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

primos4nM1 es la lista de los números primos que se pueden escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que son congruentes con 1 módulo 4). Por ejemplo,

     λ> take 20 primos4nM1
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primos4nM1 [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

Comprobar con QuickCheck el torema de Navidad de Fermat; es decir, que para todo número n, los n-ésimos elementos de primosImparesConRepresentacionUnica y de primos4nM1 son iguales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones n =
  [(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones2 n =
  [(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)] 
              , let z = n - x*x
              , esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer 
raiz 0 = 0
raiz 1 = 1
raiz x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = a
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^2

-- 3ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones3 n =
  [(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)] 
               , let z = n - x*x
               , esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado3 25  ==  True
--    esCuadrado3 26  ==  False
esCuadrado3 :: Integer -> Bool
esCuadrado3 x = x == y * y
  where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz3 25  ==  5
--    raiz3 24  ==  4
--    raiz3 26  ==  5
raiz3 :: Integer -> Integer
raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))
          
-- 4ª definición de representaciones
-- =================================
 
representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))
  where aux x y
          | x > y     = [] 
          | otherwise = case compare (x*x + y*y) n of
                          LT -> aux (x + 1) y
                          EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)
                          GT -> aux x (y - 1)

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

-- La propiedad es
prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_representaciones_equiv (Positive n) =
  representaciones  n == representaciones2 n &&
  representaciones2 n == representaciones3 n &&
  representaciones3 n == representaciones4 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones
-- =================================================================

--    λ> representaciones 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)
--    λ> representaciones2 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 867,944 bytes)
--    λ> representaciones3 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 173,512 bytes)
--    λ> representaciones4 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 423,424 bytes)
--    
--    λ> length (representaciones2 (10^10))
--    6
--    (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)
--    λ> length (representaciones3 (10^10))
--    6
--    (0.10 secs, 62,349,048 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (10^10))
--    6
--    (0.11 secs, 48,052,360 bytes)
--
--    λ> length (representaciones3 (4*10^12))
--    7
--    (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (4*10^12))
--    7
--    (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica
-- =================================================

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
primosImparesConRepresentacionUnica =
  [x | x <- tail primes
     , length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1
-- ========================

primos4nM1 :: [Integer]
primos4nM1 = [x | x <- primes
                , x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat
-- ============================

-- La propiedad es
prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool
prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =
  primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n
             
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat
--    +++ OK, passed 100 tests.

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import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones

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

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

representaciones n =

[(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones

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

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones2 n =

[(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz 0 = 0

raiz 1 = 1

raiz x = aux (0,x)

where aux (a,b) | d == x = c

| c == a = a

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

where c = (a+b) `div` 2

d = c^2

-- 3ª definición de representaciones

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

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones3 n =

[(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado3 25 == True

-- esCuadrado3 26 == False

esCuadrado3 :: Integer -> Bool

esCuadrado3 x = x == y * y

where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz3 25 == 5

-- raiz3 24 == 4

-- raiz3 26 == 5

raiz3 :: Integer -> Integer

raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 4ª definición de representaciones

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

representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))

where aux x y

| x > y = []

| otherwise = case compare (x*x + y*y) n of

LT -> aux (x + 1) y

EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)

GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones

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

-- La propiedad es

prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_representaciones_equiv (Positive n) =

representaciones n == representaciones2 n &&

representaciones2 n == representaciones3 n &&

representaciones3 n == representaciones4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_representaciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones

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

-- λ> representaciones 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)

-- λ> representaciones2 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 867,944 bytes)

-- λ> representaciones3 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 173,512 bytes)

-- λ> representaciones4 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 423,424 bytes)

-- λ> length (representaciones2 (10^10))

-- 6

-- (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (10^10))

-- 6

-- (0.10 secs, 62,349,048 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (10^10))

-- 6

-- (0.11 secs, 48,052,360 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (4*10^12))

-- 7

-- (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (4*10^12))

-- 7

-- (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primosImparesConRepresentacionUnica =

[x | x <- tail primes

, length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1

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

primos4nM1 :: [Integer]

primos4nM1 = [x | x <- primes

, x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat

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

-- La propiedad es

prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool

prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =

primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

– ¡Cuándo llegará otro día!
– Hoy es siempre todavía.

Antonio Machado

Árbol de subconjuntos

PorJosé A. Alonso 28-diciembre-20184-enero-2019

Se dice que A es un subconjunto maximal de B si A ⊂ B y no existe ningún C tal que A ⊂ C y C ⊂ B. Por ejemplo, {2,5} es un subconjunto maximal de {2,3,5], pero {3] no lo es.

El árbol de los subconjuntos de un conjunto A es el árbol que tiene como raíz el conjunto A y cada nodo tiene como hijos sus subconjuntos maximales. Por ejemplo, el árbol de subconjuntos de [2,3,5] es

          [2, 3, 5]
          /   |  \
         /    |   \  
        /     |    \   
       /      |     \
      /       |      \
    [5,3]   [2,3]   [2,5]  
    /  \    /  \    /  \  
   [3] [5] [3] [2] [5] [2]
    |   |   |   |   |   | 
   [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

[2, 3, 5]

/ | \

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

/ \ / \ / \

[3] [5] [3] [2] [5] [2]

| | | | | |

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

Usando el tipo de dato

   data Arbol = N [Integer] [Arbol]
     deriving (Eq, Show)

1 2	data Arbol = N [Integer] [Arbol] deriving (Eq, Show)

el árbol anterior se representa por

   N [2,5,3]
     [N [5,3]
        [N [3]
           [N [] []],
         N [5]
           [N [] []]],
      N [2,3]
        [N [3]
           [N [] []],
         N [2]
           [N [] []]],
      N [2,5]
        [N [5]
           [N [] []],
         N [2]
           [N [] []]]]

N [2,5,3]

[N [5,3]

[N [3]

[N [] []],

N [5]

[N [] []]],

N [2,3]

[N [3]

[N [] []],

N [2]

[N [] []]],

N [2,5]

[N [5]

[N [] []],

N [2]

[N [] []]]]

Definir las funciones

   arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol 
   nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

1 2	arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

tales que

(arbolSubconjuntos x) es el árbol de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,

     λ> arbolSubconjuntos [2,5,3]
     N [2,5,3] [N [5,3] [N [3] [N [] []],N [5] [N [] []]],
                N [2,3] [N [3] [N [] []],N [2] [N [] []]],
                N [2,5] [N [5] [N [] []],N [2] [N [] []]]]

λ> arbolSubconjuntos [2,5,3]

N [2,5,3] [N [5,3] [N [3] [N [] []],N [5] [N [] []]],

N [2,3] [N [3] [N [] []],N [2] [N [] []]],

N [2,5] [N [5] [N [] []],N [2] [N [] []]]]

(nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys) es el número de veces que aparece el conjunto xs en el árbol de los subconjuntos de ys. Por ejemplo,

     nOcurrenciasArbolSubconjuntos []      [2,5,3]  ==  6
     nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3]     [2,5,3]  ==  2
     nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5]   [2,5,3]  ==  1
     nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5,2] [2,5,3]  ==  1

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [] [2,5,3] == 6

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3] [2,5,3] == 2

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5] [2,5,3] == 1

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5,2] [2,5,3] == 1

Comprobar con QuickChek que, para todo entero positivo n, el número de ocurrencia de un subconjunto xs de [1..n] en el árbol de los subconjuntos de [1..n] es el factorial de n-k (donde k es el número de elementos de xs).

Soluciones

import Data.List (delete, nub, sort, subsequences)
import Test.QuickCheck

data Arbol = N [Int] [Arbol]
  deriving (Eq, Show)

arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol 
arbolSubconjuntos xs =
  N xs (map arbolSubconjuntos (subconjuntosMaximales xs))

-- (subconjuntosMaximales xs) es la lista de los subconjuntos maximales
-- de xs. Por ejemplo,
--    subconjuntosMaximales [2,5,3]  ==  [[5,3],[2,3],[2,5]]
subconjuntosMaximales :: [Int] -> [[Int]]
subconjuntosMaximales xs =
  [delete x xs | x <- xs]

-- Definición de nOcurrenciasArbolSubconjuntos
-- ===========================================

nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int
nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys =
  nOcurrencias xs (arbolSubconjuntos ys)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aparece x en el árbol
-- a. Por ejemplo,
--    nOcurrencias 3 (arbolSubconjuntos 30)  ==  2
nOcurrencias :: [Int] -> Arbol -> Int
nOcurrencias xs (N ys [])
  | conjunto xs == conjunto ys  = 1
  | otherwise                   = 0
nOcurrencias xs (N ys zs)
  | conjunto xs == conjunto ys = 1 + sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]
  | otherwise                  = sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

-- (conjunto xs) es el conjunto ordenado correspondiente a xs. Por
-- ejemplo, 
--    conjunto [3,2,5,2,3,7,2]  ==  [2,3,5,7]
conjunto :: [Int] -> [Int]
conjunto = nub . sort

-- La propiedad es
prop_nOcurrencias :: (Positive Int) -> [Int] -> Bool
prop_nOcurrencias (Positive n) xs =
  nOcurrenciasArbolSubconjuntos ys [1..n] == factorial (n-k)
  where ys = nub [1 + x `mod` n | x <- xs]
        k  = length ys
        factorial m = product [1..m]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=9}) prop_nOcurrencias
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (delete, nub, sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

data Arbol = N [Int] [Arbol]

deriving (Eq, Show)

arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol

arbolSubconjuntos xs =

N xs (map arbolSubconjuntos (subconjuntosMaximales xs))

-- (subconjuntosMaximales xs) es la lista de los subconjuntos maximales

-- de xs. Por ejemplo,

-- subconjuntosMaximales [2,5,3] == [[5,3],[2,3],[2,5]]

subconjuntosMaximales :: [Int] -> [[Int]]

subconjuntosMaximales xs =

[delete x xs | x <- xs]

-- Definición de nOcurrenciasArbolSubconjuntos

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

nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys =

nOcurrencias xs (arbolSubconjuntos ys)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aparece x en el árbol

-- a. Por ejemplo,

-- nOcurrencias 3 (arbolSubconjuntos 30) == 2

nOcurrencias :: [Int] -> Arbol -> Int

nOcurrencias xs (N ys [])

| conjunto xs == conjunto ys = 1

| otherwise = 0

nOcurrencias xs (N ys zs)

| conjunto xs == conjunto ys = 1 + sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

| otherwise = sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

-- (conjunto xs) es el conjunto ordenado correspondiente a xs. Por

-- ejemplo,

-- conjunto [3,2,5,2,3,7,2] == [2,3,5,7]

conjunto :: [Int] -> [Int]

conjunto = nub . sort

-- La propiedad es

prop_nOcurrencias :: (Positive Int) -> [Int] -> Bool

prop_nOcurrencias (Positive n) xs =

nOcurrenciasArbolSubconjuntos ys [1..n] == factorial (n-k)

where ys = nub [1 + x `mod` n | x <- xs]

k = length ys

factorial m = product [1..m]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=9}) prop_nOcurrencias

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

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

Antonio Machado

Tablas de operaciones binarias

PorJosé A. Alonso 26-diciembre-20182-enero-2019

Para representar las operaciones binarias en un conjunto finito A con n elementos se pueden numerar sus elementos desde el 0 al n-1. Entonces cada operación binaria en A se puede ver como una lista de listas xss tal que el valor de aplicar la operación a los elementos i y j es el j-ésimo elemento del i-ésimo elemento de xss. Por ejemplo, si A = {0,1,2} entonces las tabla de la suma y de la resta módulo 3 en A son

   0 1 2    0 2 1
   1 2 0    1 0 2
   2 0 1    2 1 0
   Suma     Resta

0 1 2 0 2 1

1 2 0 1 0 2

2 0 1 2 1 0

Suma Resta

Definir las funciones

   tablaOperacion :: (Int -> Int -> Int) -> Int -> [[Int]]
   tablaSuma      :: Int -> [[Int]]
   tablaResta     :: Int -> [[Int]]
   tablaProducto  :: Int -> [[Int]]

tablaOperacion :: (Int -> Int -> Int) -> Int -> [[Int]]

tablaSuma :: Int -> [[Int]]

tablaResta :: Int -> [[Int]]

tablaProducto :: Int -> [[Int]]

tales que

(tablaOperacion f n) es la tabla de la operación f módulo n en [0..n-1]. Por ejemplo,

     tablaOperacion (+) 3  ==  [[0,1,2],[1,2,0],[2,0,1]]
     tablaOperacion (-) 3  ==  [[0,2,1],[1,0,2],[2,1,0]]
     tablaOperacion (-) 4  ==  [[0,3,2,1],[1,0,3,2],[2,1,0,3],[3,2,1,0]]
     tablaOperacion (\x y -> abs (x-y)) 3  ==  [[0,1,2],[1,0,1],[2,1,0]]

tablaOperacion (+) 3 == [[0,1,2],[1,2,0],[2,0,1]]

tablaOperacion (-) 3 == [[0,2,1],[1,0,2],[2,1,0]]

tablaOperacion (-) 4 == [[0,3,2,1],[1,0,3,2],[2,1,0,3],[3,2,1,0]]

tablaOperacion (\x y -> abs (x-y)) 3 == [[0,1,2],[1,0,1],[2,1,0]]

(tablaSuma n) es la tabla de la suma módulo n en [0..n-1]. Por ejemplo,

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

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

(tablaResta n) es la tabla de la resta módulo n en [0..n-1]. Por ejemplo,

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

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

(tablaProducto n) es la tabla del producto módulo n en [0..n-1]. Por ejemplo,

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

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

Comprobar con QuickCheck, si parato entero positivo n de verificar las siguientes propiedades:

La suma, módulo n, de todos los números de (tablaSuma n) es 0.
La suma, módulo n, de todos los números de (tablaResta n) es 0.
La suma, módulo n, de todos los números de (tablaProducto n) es n/2 si n es el doble de un número impar y es 0, en caso contrario.

Soluciones

import Test.QuickCheck

tablaOperacion :: (Int -> Int -> Int) -> Int -> [[Int]]
tablaOperacion f n =
  [[f i j `mod` n | j <- [0..n-1]] | i <- [0..n-1]]

tablaSuma :: Int -> [[Int]]
tablaSuma = tablaOperacion (+)

tablaResta :: Int -> [[Int]]
tablaResta = tablaOperacion (-)

tablaProducto :: Int -> [[Int]]
tablaProducto = tablaOperacion (*)

-- (sumaTabla xss) es la suma, módulo n, de los elementos de la tabla de
-- operación xss (donde n es el número de elementos de xss). Por
-- ejemplo, 
--    sumaTabla [[0,2,1],[1,1,2],[2,1,0]]  ==  1
sumaTabla :: [[Int]] -> Int
sumaTabla = sum . concat

-- La propiedad de la tabla de la suma es
prop_tablaSuma :: (Positive Int) -> Bool
prop_tablaSuma (Positive n) =
  sumaTabla (tablaSuma n) == 0

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

-- La propiedad de la tabla de la resta es
prop_tablaResta :: (Positive Int) -> Bool
prop_tablaResta (Positive n) =
  sumaTabla (tablaResta n) == 0

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_tablaResta
--    +++ OK, passed 100 tests.
  
-- La propiedad de la tabla del producto es
prop_tablaProducto :: (Positive Int) -> Bool
prop_tablaProducto (Positive n)
  | even n && odd (n `div` 2) = suma == n `div` 2
  | otherwise                 = suma == 0
  where suma = sumaTabla (tablaProducto n)

import Test.QuickCheck

tablaOperacion :: (Int -> Int -> Int) -> Int -> [[Int]]

tablaOperacion f n =

[[f i j `mod` n | j <- [0..n-1]] | i <- [0..n-1]]

tablaSuma :: Int -> [[Int]]

tablaSuma = tablaOperacion (+)

tablaResta :: Int -> [[Int]]

tablaResta = tablaOperacion (-)

tablaProducto :: Int -> [[Int]]

tablaProducto = tablaOperacion (*)

-- (sumaTabla xss) es la suma, módulo n, de los elementos de la tabla de

-- operación xss (donde n es el número de elementos de xss). Por

-- ejemplo,

-- sumaTabla [[0,2,1],[1,1,2],[2,1,0]] == 1

sumaTabla :: [[Int]] -> Int

sumaTabla = sum . concat

-- La propiedad de la tabla de la suma es

prop_tablaSuma :: (Positive Int) -> Bool

prop_tablaSuma (Positive n) =

sumaTabla (tablaSuma n) == 0

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_tablaSuma

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La propiedad de la tabla de la resta es

prop_tablaResta :: (Positive Int) -> Bool

prop_tablaResta (Positive n) =

sumaTabla (tablaResta n) == 0

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_tablaResta

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La propiedad de la tabla del producto es

prop_tablaProducto :: (Positive Int) -> Bool

prop_tablaProducto (Positive n)

| even n && odd (n `div` 2) = suma == n `div` 2

| otherwise = suma == 0

where suma = sumaTabla (tablaProducto n)

Pensamiento

¿Tu verdad? No, la Verdad,
y ven conmigo a buscarla.
La tuya guárdatela.

Antonio Machado

Divisores compuestos

PorJosé A. Alonso 24-diciembre-201831-diciembre-2018

Definir la función

   divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

1	divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

tal que (divisoresCompuestos x) es la lista de los divisores de x que son números compuestos (es decir, números mayores que 1 que no son primos). Por ejemplo,

   divisoresCompuestos 30  ==  [6,10,15,30]
   length (divisoresCompuestos (product [1..11]))  ==  534
   length (divisoresCompuestos (product [1..14]))  ==  2585
   length (divisoresCompuestos (product [1..16]))  ==  5369
   length (divisoresCompuestos (product [1..25]))  ==  340022

divisoresCompuestos 30 == [6,10,15,30]

length (divisoresCompuestos (product [1..11])) == 534

length (divisoresCompuestos (product [1..14])) == 2585

length (divisoresCompuestos (product [1..16])) == 5369

length (divisoresCompuestos (product [1..25])) == 340022

Soluciones

import Data.List (group, inits, nub, sort, subsequences)
import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos x =
  [y | y <- divisores x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores x =
  [y | y <- [1..x]
     , x `mod` y == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos2 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos2 x =
  [y | y <- divisores2 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores2 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores2 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores2 :: Integer -> [Integer]
divisores2 x =
  [y | y <- [1..x `div` 2], x `mod` y == 0] ++ [x] 

-- 2ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos3 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos3 x =
  [y | y <- divisores2 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores3 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores2 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores3 :: Integer -> [Integer]
divisores3 x =
  nub (sort (ys ++ [x `div` y | y <- ys]))
  where ys = [y | y <- [1..floor (sqrt (fromIntegral x))]
                , x `mod` y == 0]
             
-- 4ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos4 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos4 x =
  [y | y <- divisores4 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores4 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores4 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores4 :: Integer -> [Integer]
divisores4 =
  nub . sort . map product . subsequences . primeFactors

-- 5ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos5 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos5 x =
  [y | y <- divisores5 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores5 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores5 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores5 :: Integer -> [Integer]
divisores5 =
  sort
  . map (product . concat)
  . productoCartesiano
  . map inits
  . group
  . primeFactors

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

divisoresCompuestos6 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos6 =
  sort
  . map product
  . compuestos
  . map concat
  . productoCartesiano
  . map inits
  . group
  . primeFactors
  where compuestos xss = [xs | xs <- xss, length xs > 1]  

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

-- La propiedad es
prop_divisoresCompuestos :: (Positive Integer) -> Bool
prop_divisoresCompuestos (Positive x) =
  all (== divisoresCompuestos x) [f x | f <- [ divisoresCompuestos2
                                             , divisoresCompuestos3
                                             , divisoresCompuestos4
                                             , divisoresCompuestos5
                                             , divisoresCompuestos6 ]]

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

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

--    λ> length (divisoresCompuestos (product [1..11]))
--    534
--    (14.59 secs, 7,985,108,976 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..11]))
--    534
--    (7.36 secs, 3,993,461,168 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos3 (product [1..11]))
--    534
--    (7.35 secs, 3,993,461,336 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..11]))
--    534
--    (0.07 secs, 110,126,392 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..11]))
--    534
--    (0.01 secs, 3,332,224 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..11]))
--    534
--    (0.01 secs, 1,869,776 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..14]))
--    2585
--    (9.11 secs, 9,461,570,720 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..14]))
--    2585
--    (0.04 secs, 17,139,872 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..14]))
--    2585
--    (0.02 secs, 10,140,744 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..16]))
--    5369
--    (1.97 secs, 932,433,176 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..16]))
--    5369
--    (0.03 secs, 37,452,088 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..16]))
--    5369
--    (0.03 secs, 23,017,480 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..25]))
--    340022
--    (2.43 secs, 3,055,140,056 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..25]))
--    340022
--    (1.94 secs, 2,145,440,904 bytes)

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175

import Data.List (group, inits, nub, sort, subsequences)

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos x =

[y | y <- divisores x

, y > 1

, not (isPrime y)]

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

-- divisores 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores x =

[y | y <- [1..x]

, x `mod` y == 0]

-- 2ª solución

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

divisoresCompuestos2 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos2 x =

[y | y <- divisores2 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores2 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores2 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores2 :: Integer -> [Integer]

divisores2 x =

[y | y <- [1..x `div` 2], x `mod` y == 0] ++ [x]

-- 2ª solución

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

divisoresCompuestos3 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos3 x =

[y | y <- divisores2 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores3 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores2 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores3 :: Integer -> [Integer]

divisores3 x =

nub (sort (ys ++ [x `div` y | y <- ys]))

where ys = [y | y <- [1..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` y == 0]

-- 4ª solución

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

divisoresCompuestos4 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos4 x =

[y | y <- divisores4 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores4 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores4 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores4 :: Integer -> [Integer]

divisores4 =

nub . sort . map product . subsequences . primeFactors

-- 5ª solución

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

divisoresCompuestos5 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos5 x =

[y | y <- divisores5 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores5 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores5 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores5 :: Integer -> [Integer]

divisores5 =

sort

. map (product . concat)

. productoCartesiano

. map inits

. group

. primeFactors

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

-- xss. Por ejemplo,

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

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

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

productoCartesiano [] = [[]]

productoCartesiano (xs:xss) =

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

-- 6ª solución

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

divisoresCompuestos6 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos6 =

sort

. map product

. compuestos

. map concat

. productoCartesiano

. map inits

. group

. primeFactors

where compuestos xss = [xs | xs <- xss, length xs > 1]

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- La propiedad es

prop_divisoresCompuestos :: (Positive Integer) -> Bool

prop_divisoresCompuestos (Positive x) =

all (== divisoresCompuestos x) [f x | f <- [ divisoresCompuestos2

, divisoresCompuestos3

, divisoresCompuestos4

, divisoresCompuestos5

, divisoresCompuestos6 ]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_divisoresCompuestos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (divisoresCompuestos (product [1..11]))

-- 534

-- (14.59 secs, 7,985,108,976 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..11]))

-- 534

-- (7.36 secs, 3,993,461,168 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos3 (product [1..11]))

-- 534

-- (7.35 secs, 3,993,461,336 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.07 secs, 110,126,392 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.01 secs, 3,332,224 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.01 secs, 1,869,776 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..14]))

-- 2585

-- (9.11 secs, 9,461,570,720 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..14]))

-- 2585

-- (0.04 secs, 17,139,872 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..14]))

-- 2585

-- (0.02 secs, 10,140,744 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..16]))

-- 5369

-- (1.97 secs, 932,433,176 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..16]))

-- 5369

-- (0.03 secs, 37,452,088 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..16]))

-- 5369

-- (0.03 secs, 23,017,480 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..25]))

-- 340022

-- (2.43 secs, 3,055,140,056 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..25]))

-- 340022

-- (1.94 secs, 2,145,440,904 bytes)

Pensamiento

«La verdad del hombre empieza donde acaba su propia tontería, pero la
tontería del hombre es inagotable.»

Antonio Machado

Divisores propios maximales

PorJosé A. Alonso 20-diciembre-201827-diciembre-2018

Se dice que a es un divisor propio maximal de un número b si a es un divisor de b distinto de b y no existe ningún número c tal que a < c < b, a es un divisor de c y c es un divisor de b. Por ejemplo, 15 es un divisor propio maximal de 30, pero 5 no lo es.

Definir las funciones

   divisoresPropiosMaximales  :: Integer -> [Integer]
   nDivisoresPropiosMaximales :: Integer -> Integer

1 2	divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer] nDivisoresPropiosMaximales :: Integer -> Integer

tales que

(divisoresPropiosMaximales x) es la lista de los divisores propios maximales de x. Por ejemplo,

     divisoresPropiosMaximales 30   ==  [6,10,15]
     divisoresPropiosMaximales 420  ==  [60,84,140,210]
     divisoresPropiosMaximales 7    ==  [1]
     length (divisoresPropiosMaximales (product [1..3*10^4])) == 3245

divisoresPropiosMaximales 30 == [6,10,15]

divisoresPropiosMaximales 420 == [60,84,140,210]

divisoresPropiosMaximales 7 == [1]

length (divisoresPropiosMaximales (product [1..3*10^4])) == 3245

(nDivisoresPropiosMaximales x) es el número de divisores propios maximales de x. Por ejemplo,

     nDivisoresPropiosMaximales 30   ==  3
     nDivisoresPropiosMaximales 420  ==  4
     nDivisoresPropiosMaximales 7    ==  1
     nDivisoresPropiosMaximales (product [1..3*10^4])  ==  3245

nDivisoresPropiosMaximales 30 == 3

nDivisoresPropiosMaximales 420 == 4

nDivisoresPropiosMaximales 7 == 1

nDivisoresPropiosMaximales (product [1..3*10^4]) == 3245

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Data.List (genericLength, group, nub)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de divisoresPropiosMaximales
-- ==========================================

divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer]
divisoresPropiosMaximales x =
  [y | y <- divisoresPropios x
     , null [z | z <- divisoresPropios x
               , y < z 
               , z `mod` y == 0]]

-- (divisoresPropios x) es la lista de los divisores propios de x; es
-- decir, de los divisores de x distintos de x. Por ejemplo,
--    divisoresPropios 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15]
divisoresPropios :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios x =
  [y | y <- [1..x-1]
     , x `mod` y == 0]

-- 2ª definición de divisoresPropiosMaximales
-- ==========================================

divisoresPropiosMaximales2 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropiosMaximales2 x =
  reverse [x `div` y | y <- nub (primeFactors x)]

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

-- La propiedad es
prop_divisoresPropiosMaximales_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_divisoresPropiosMaximales_equiv (Positive x) =
  divisoresPropiosMaximales x == divisoresPropiosMaximales2 x

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

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

--    λ> length (divisoresPropiosMaximales (product [1..10]))
--    4
--    (13.33 secs, 7,037,241,776 bytes)
--    λ> length (divisoresPropiosMaximales2 (product [1..10]))
--    4
--    (0.00 secs, 135,848 bytes)

-- 1ª definición de nDivisoresPropiosMaximales
-- ===========================================

nDivisoresPropiosMaximales :: Integer -> Integer
nDivisoresPropiosMaximales =
  genericLength . divisoresPropiosMaximales
  
-- 2ª definición de nDivisoresPropiosMaximales
-- ===========================================

nDivisoresPropiosMaximales2 :: Integer -> Integer
nDivisoresPropiosMaximales2 =
  genericLength . divisoresPropiosMaximales2
  
-- 3ª definición de nDivisoresPropiosMaximales
-- ===========================================

nDivisoresPropiosMaximales3 :: Integer -> Integer
nDivisoresPropiosMaximales3 =
  genericLength . group . primeFactors

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

-- La propiedad es
prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv (Positive x) =
  nDivisoresPropiosMaximales  x == nDivisoresPropiosMaximales3 x &&
  nDivisoresPropiosMaximales2 x == nDivisoresPropiosMaximales3 x 

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

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

--    λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..10])
--    4
--    (13.33 secs, 7,037,242,536 bytes)
--    λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..10])
--    4
--    (0.00 secs, 135,640 bytes)
--    λ> nDivisoresPropiosMaximales3 (product [1..10])
--    4
--    (0.00 secs, 135,232 bytes)
--    
--    λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..3*10^4])
--    3245
--    (3.12 secs, 4,636,274,040 bytes)
--    λ> nDivisoresPropiosMaximales3 (product [1..3*10^4])
--    3245
--    (3.06 secs, 4,649,295,056 bytes)

100

101

102

103

104

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Data.List (genericLength, group, nub)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de divisoresPropiosMaximales

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

divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer]

divisoresPropiosMaximales x =

[y | y <- divisoresPropios x

, null [z | z <- divisoresPropios x

, y < z

, z `mod` y == 0]]

-- (divisoresPropios x) es la lista de los divisores propios de x; es

-- decir, de los divisores de x distintos de x. Por ejemplo,

-- divisoresPropios 30 == [1,2,3,5,6,10,15]

divisoresPropios :: Integer -> [Integer]

divisoresPropios x =

[y | y <- [1..x-1]

, x `mod` y == 0]

-- 2ª definición de divisoresPropiosMaximales

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

divisoresPropiosMaximales2 :: Integer -> [Integer]

divisoresPropiosMaximales2 x =

reverse [x `div` y | y <- nub (primeFactors x)]

-- Equivalencia de las definiciones de divisoresPropiosMaximales

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

-- La propiedad es

prop_divisoresPropiosMaximales_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_divisoresPropiosMaximales_equiv (Positive x) =

divisoresPropiosMaximales x == divisoresPropiosMaximales2 x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_divisoresPropiosMaximales_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de divisoresPropiosMaximales

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

-- λ> length (divisoresPropiosMaximales (product [1..10]))

-- 4

-- (13.33 secs, 7,037,241,776 bytes)

-- λ> length (divisoresPropiosMaximales2 (product [1..10]))

-- 4

-- (0.00 secs, 135,848 bytes)

-- 1ª definición de nDivisoresPropiosMaximales

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

nDivisoresPropiosMaximales :: Integer -> Integer

nDivisoresPropiosMaximales =

genericLength . divisoresPropiosMaximales

-- 2ª definición de nDivisoresPropiosMaximales

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

nDivisoresPropiosMaximales2 :: Integer -> Integer

nDivisoresPropiosMaximales2 =

genericLength . divisoresPropiosMaximales2

-- 3ª definición de nDivisoresPropiosMaximales

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

nDivisoresPropiosMaximales3 :: Integer -> Integer

nDivisoresPropiosMaximales3 =

genericLength . group . primeFactors

-- Equivalencia de las definiciones de nDivisoresPropiosMaximales

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

-- La propiedad es

prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv (Positive x) =

nDivisoresPropiosMaximales x == nDivisoresPropiosMaximales3 x &&

nDivisoresPropiosMaximales2 x == nDivisoresPropiosMaximales3 x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de nDivisoresPropiosMaximales

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

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..10])

-- 4

-- (13.33 secs, 7,037,242,536 bytes)

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..10])

-- 4

-- (0.00 secs, 135,640 bytes)

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales3 (product [1..10])

-- 4

-- (0.00 secs, 135,232 bytes)

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..3*10^4])

-- 3245

-- (3.12 secs, 4,636,274,040 bytes)

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales3 (product [1..3*10^4])

-- 3245

-- (3.06 secs, 4,649,295,056 bytes)

Pensamiento

«Moneda que está en la mano
quizá se deba guardar;
la monedita del alma
se pierde si no se da.»

Antonio Machado

Entre dos conjuntos

PorJosé A. Alonso 12-diciembre-201817-enero-2019

Se dice que un x número se encuentra entre dos conjuntos xs e ys si x es divisible por todos los elementos de xs y todos los elementos de zs son divisibles por x. Por ejemplo, 12 se encuentra entre los conjuntos {2, 6} y {24, 36}.

Definir la función

   entreDosConjuntos :: [Int] -> [Int] -> [Int]

1	entreDosConjuntos :: [Int] -> [Int] -> [Int]

tal que (entreDosConjuntos xs ys) es la lista de elementos entre xs e ys (se supone que xs e ys son listas no vacías de números enteros positivos). Por ejemplo,

   entreDosConjuntos [2,6] [24,36]     ==  [6,12]
   entreDosConjuntos [2,4] [32,16,96]  ==  [4,8,16]

1 2	entreDosConjuntos [2,6] [24,36] == [6,12] entreDosConjuntos [2,4] [32,16,96] == [4,8,16]

Otros ejemplos

   λ> (xs,a) = ([1..15],product xs) 
   λ> length (entreDosConjuntos5 xs [a,2*a..10*a])
   270
   λ> (xs,a) = ([1..16],product xs) 
   λ> length (entreDosConjuntos5 xs [a,2*a..10*a])
   360

λ> (xs,a) = ([1..15],product xs)

λ> length (entreDosConjuntos5 xs [a,2*a..10*a])

270

λ> (xs,a) = ([1..16],product xs)

λ> length (entreDosConjuntos5 xs [a,2*a..10*a])

360

Soluciones

import Test.QuickCheck 

-- 1ª solución
-- ===========

entreDosConjuntos :: [Int] -> [Int] -> [Int]
entreDosConjuntos xs ys =
  [z | z <- [a..b]
     , and [z `mod` x == 0 | x <- xs]
     , and [y `mod` z == 0 | y <- ys]]
  where a = maximum xs
        b = minimum ys

-- 2ª solución
-- ===========

entreDosConjuntos2 :: [Int] -> [Int] -> [Int]
entreDosConjuntos2 xs ys =
  [z | z <- [a..b]
     , all (`divideA` z) xs
     , all (z `divideA`) ys]
  where a = mcmL xs
        b = mcdL ys

--    mcmL [2,3,18]  ==  18
--    mcmL [2,3,15]  ==  30
mcdL :: [Int] -> Int
mcdL [x]    = x
mcdL (x:xs) = gcd x (mcdL xs)

--    mcmL [12,30,18]  ==  6
--    mcmL [12,30,14]  ==  2
mcmL :: [Int] -> Int
mcmL [x]    = x
mcmL (x:xs) = lcm x (mcmL xs)

divideA :: Int -> Int -> Bool
divideA x y = y `mod` x == 0

-- 3ª solución
-- ===========

entreDosConjuntos3 :: [Int] -> [Int] -> [Int]
entreDosConjuntos3 xs ys =
  [z | z <- [a..b]
     , all (`divideA` z) xs
     , all (z `divideA`) ys]
  where a = mcmL2 xs
        b = mcdL2 ys

-- Definición equivalente
mcdL2 :: [Int] -> Int
mcdL2 = foldl1 gcd

-- Definición equivalente
mcmL2 :: [Int] -> Int
mcmL2 = foldl1 lcm

-- 4ª solución
-- ===========

entreDosConjuntos4 :: [Int] -> [Int] -> [Int]
entreDosConjuntos4 xs ys =
  [z | z <- [a,a+a..b]
     , z `divideA` b] 
  where a = mcmL2 xs
        b = mcdL2 ys

-- 5ª solución
-- ===========

entreDosConjuntos5 :: [Int] -> [Int] -> [Int]
entreDosConjuntos5 xs ys =
  filter (`divideA` b) [a,a+a..b]
  where a = mcmL2 xs
        b = mcdL2 ys

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

-- Para comprobar la equivalencia se define el tipo de listas no vacías
-- de números enteros positivos:
newtype ListaNoVaciaDePositivos = L [Int]
  deriving Show

-- genListaNoVaciaDePositivos es un generador de listas no vacióas de
-- enteros positivos. Por ejemplo,
--    λ> sample genListaNoVaciaDePositivos
--    L [1]
--    L [1,2,2]
--    L [4,3,4]
--    L [1,6,5,2,4]
--    L [2,8]
--    L [11]
--    L [13,2,3]
--    L [7,3,9,15,11,12,13,3,9,6,13,3]
--    L [16,2,11,10,6,5,16,4,1,15,9,11,8,15,2,15,7]
--    L [5,4,9,13,5,6,7]
--    L [7,4,6,12,2,11,6,14,14,13,14,11,6,2,18,8,16,2,13,9]
genListaNoVaciaDePositivos :: Gen ListaNoVaciaDePositivos
genListaNoVaciaDePositivos = do
  x  <- arbitrary
  xs <- arbitrary
  return (L (map ((+1) . abs) (x:xs)))

-- Generación arbitraria de listas no vacías de enteros positivos.
instance Arbitrary ListaNoVaciaDePositivos where
  arbitrary = genListaNoVaciaDePositivos

-- La propiedad es
prop_entreDosConjuntos_equiv ::
     ListaNoVaciaDePositivos
  -> ListaNoVaciaDePositivos
  -> Bool
prop_entreDosConjuntos_equiv (L xs) (L ys) =
  entreDosConjuntos xs ys == entreDosConjuntos2 xs ys &&
  entreDosConjuntos xs ys == entreDosConjuntos3 xs ys &&
  entreDosConjuntos xs ys == entreDosConjuntos4 xs ys &&
  entreDosConjuntos xs ys == entreDosConjuntos5 xs ys 

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

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

--    λ> (xs,a) = ([1..10],product xs) 
--    λ> length (entreDosConjuntos xs [a,2*a..10*a])
--    36
--    (5.08 secs, 4,035,689,200 bytes)
--    λ> length (entreDosConjuntos2 xs [a,2*a..10*a])
--    36
--    (3.75 secs, 2,471,534,072 bytes)
--    λ> length (entreDosConjuntos3 xs [a,2*a..10*a])
--    36
--    (3.73 secs, 2,471,528,664 bytes)
--    λ> length (entreDosConjuntos4 xs [a,2*a..10*a])
--    36
--    (0.01 secs, 442,152 bytes)
--    λ> length (entreDosConjuntos5 xs [a,2*a..10*a])
--    36
--    (0.00 secs, 374,824 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

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127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

entreDosConjuntos :: [Int] -> [Int] -> [Int]

entreDosConjuntos xs ys =

[z | z <- [a..b]

, and [z `mod` x == 0 | x <- xs]

, and [y `mod` z == 0 | y <- ys]]

where a = maximum xs

b = minimum ys

-- 2ª solución

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

entreDosConjuntos2 :: [Int] -> [Int] -> [Int]

entreDosConjuntos2 xs ys =

[z | z <- [a..b]

, all (`divideA` z) xs

, all (z `divideA`) ys]

where a = mcmL xs

b = mcdL ys

-- mcmL [2,3,18] == 18

-- mcmL [2,3,15] == 30

mcdL :: [Int] -> Int

mcdL [x] = x

mcdL (x:xs) = gcd x (mcdL xs)

-- mcmL [12,30,18] == 6

-- mcmL [12,30,14] == 2

mcmL :: [Int] -> Int

mcmL [x] = x

mcmL (x:xs) = lcm x (mcmL xs)

divideA :: Int -> Int -> Bool

divideA x y = y `mod` x == 0

-- 3ª solución

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

entreDosConjuntos3 :: [Int] -> [Int] -> [Int]

entreDosConjuntos3 xs ys =

[z | z <- [a..b]

, all (`divideA` z) xs

, all (z `divideA`) ys]

where a = mcmL2 xs

b = mcdL2 ys

-- Definición equivalente

mcdL2 :: [Int] -> Int

mcdL2 = foldl1 gcd

-- Definición equivalente

mcmL2 :: [Int] -> Int

mcmL2 = foldl1 lcm

-- 4ª solución

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

entreDosConjuntos4 :: [Int] -> [Int] -> [Int]

entreDosConjuntos4 xs ys =

[z | z <- [a,a+a..b]

, z `divideA` b]

where a = mcmL2 xs

b = mcdL2 ys

-- 5ª solución

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

entreDosConjuntos5 :: [Int] -> [Int] -> [Int]

entreDosConjuntos5 xs ys =

filter (`divideA` b) [a,a+a..b]

where a = mcmL2 xs

b = mcdL2 ys

-- Equivalencia

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

-- Para comprobar la equivalencia se define el tipo de listas no vacías

-- de números enteros positivos:

newtype ListaNoVaciaDePositivos = L [Int]

deriving Show

-- genListaNoVaciaDePositivos es un generador de listas no vacióas de

-- enteros positivos. Por ejemplo,

-- λ> sample genListaNoVaciaDePositivos

-- L [1]

-- L [1,2,2]

-- L [4,3,4]

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

-- L [2,8]

-- L [11]

-- L [13,2,3]

-- L [7,3,9,15,11,12,13,3,9,6,13,3]

-- L [16,2,11,10,6,5,16,4,1,15,9,11,8,15,2,15,7]

-- L [5,4,9,13,5,6,7]

-- L [7,4,6,12,2,11,6,14,14,13,14,11,6,2,18,8,16,2,13,9]

genListaNoVaciaDePositivos :: Gen ListaNoVaciaDePositivos

genListaNoVaciaDePositivos = do

x <- arbitrary

xs <- arbitrary

return (L (map ((+1) . abs) (x:xs)))

-- Generación arbitraria de listas no vacías de enteros positivos.

instance Arbitrary ListaNoVaciaDePositivos where

arbitrary = genListaNoVaciaDePositivos

-- La propiedad es

prop_entreDosConjuntos_equiv ::

ListaNoVaciaDePositivos

-> ListaNoVaciaDePositivos

-> Bool

prop_entreDosConjuntos_equiv (L xs) (L ys) =

entreDosConjuntos xs ys == entreDosConjuntos2 xs ys &&

entreDosConjuntos xs ys == entreDosConjuntos3 xs ys &&

entreDosConjuntos xs ys == entreDosConjuntos4 xs ys &&

entreDosConjuntos xs ys == entreDosConjuntos5 xs ys

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_entreDosConjuntos_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> (xs,a) = ([1..10],product xs)

-- λ> length (entreDosConjuntos xs [a,2*a..10*a])

-- 36

-- (5.08 secs, 4,035,689,200 bytes)

-- λ> length (entreDosConjuntos2 xs [a,2*a..10*a])

-- 36

-- (3.75 secs, 2,471,534,072 bytes)

-- λ> length (entreDosConjuntos3 xs [a,2*a..10*a])

-- 36

-- (3.73 secs, 2,471,528,664 bytes)

-- λ> length (entreDosConjuntos4 xs [a,2*a..10*a])

-- 36

-- (0.01 secs, 442,152 bytes)

-- λ> length (entreDosConjuntos5 xs [a,2*a..10*a])

-- 36

-- (0.00 secs, 374,824 bytes)

Referencia

Este ejercicio está basado en el problema Between two sets de HackerRank.

Pensamiento

Las razones no se transmiten, se engendran, por cooperación, en el diálogo.

Antonio Machado

Grafo de divisibilidad

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

El grafo de divisibilidad de orden n es el grafo cuyos nodos son los números naturales entre 1 y n, cuyas aristas son los pares (x,y) tales que x divide a y o y divide a x. El coste de cada arista es el cociente entre su mayor y menor elemento.

Definir las siguientes funciones:

   grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int
   coste              :: Int -> Int

1 2	grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int coste :: Int -> Int

tales que

(grafoDivisibilidad n) es el grafo de divisibilidad de orden n. Por ejemplo,

      λ> grafoDivisibilidad 12
      G ND (array (1,12)
                  [(1,[(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(6,6),(7,7),
                       (8,8),(9,9),(10,10),(11,11),(12,12)]),
                   (2,[(1,2),(4,2),(6,3),(8,4),(10,5),(12,6)]),
                   (3,[(1,3),(6,2),(9,3),(12,4)]),
                   (4,[(1,4),(2,2),(8,2),(12,3)]),
                   (5,[(1,5),(10,2)]),
                   (6,[(1,6),(2,3),(3,2),(12,2)]),
                   (7,[(1,7)]),
                   (8,[(1,8),(2,4),(4,2)]),
                   (9,[(1,9),(3,3)]),
                   (10,[(1,10),(2,5),(5,2)]),
                   (11,[(1,11)]),
                   (12,[(1,12),(2,6),(3,4),(4,3),(6,2)])])

λ> grafoDivisibilidad 12

G ND (array (1,12)

[(1,[(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(6,6),(7,7),

(8,8),(9,9),(10,10),(11,11),(12,12)]),

(2,[(1,2),(4,2),(6,3),(8,4),(10,5),(12,6)]),

(3,[(1,3),(6,2),(9,3),(12,4)]),

(4,[(1,4),(2,2),(8,2),(12,3)]),

(5,[(1,5),(10,2)]),

(6,[(1,6),(2,3),(3,2),(12,2)]),

(7,[(1,7)]),

(8,[(1,8),(2,4),(4,2)]),

(9,[(1,9),(3,3)]),

(10,[(1,10),(2,5),(5,2)]),

(11,[(1,11)]),

(12,[(1,12),(2,6),(3,4),(4,3),(6,2)])])

(coste n) es el coste del árbol de expansión mínimo del grafo de divisibilidad de orden n. Por ejemplo,

      coste 12        ==  41
      coste 3000      ==  605305
      coste (2*10^5)  ==  1711798835

coste 12 == 41

coste 3000 == 605305

coste (2*10^5) == 1711798835

Soluciones

import Data.Ix
import Data.List (delete, sort)
import qualified Data.Set as S
import I1M.Grafo
import I1M.Tabla
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int
grafoDivisibilidad n =
  creaGrafo ND (1,n) [(x,y,y `div` x) | y <- [1..n]
                                      , x <- [1..y-1]
                                      , y `mod` x == 0]

-- 1ª solución (con el algoritmo de Kruskal)
-- =========================================

coste1 :: Int -> Int
coste1 n = sum [p | (p,x,y) <- kruskal (grafoDivisibilidad n)]

-- (kruskal g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Kruskal. Por ejemplo,
--    λ> kruskal (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(5,1,5),(3,3,9),(3,1,3),(2,6,12),(2,5,10),
--     (2,4,8),(2,3,6),(2,2,4),(2,1,2)]
kruskal :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
kruskal g = kruskal' cola                           -- Cola ordenada
                     (tabla [(x,x) | x <- nodos g]) -- Tabla de raices
                     []                             -- Árbol de expansión
                     (length (nodos g) - 1)         -- Aristas por
                                                    -- colocar
    where cola = sort [(p,x,y) | (x,y,p) <- aristas g]

kruskal' ((p,x,y):as) t ae n 
  | n == 0      = ae
  | actualizado = kruskal' as t' ((p,x,y):ae) (n-1)
  | otherwise   = kruskal' as t  ae           n
  where (actualizado,t') = buscaActualiza (x,y) t

-- (raiz t n) es la raíz de n en la tabla t. Por ejemplo,
--    raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 5  == 1
--    raiz (crea [(1,1),(3,1),(4,3),(5,4),(2,6),(6,6)]) 2  == 6
raiz:: Eq n => Tabla n n -> n -> n
raiz t x | v == x    = v
         | otherwise = raiz t v
         where v = valor t x

-- (buscaActualiza a t) es el par formado por False y la tabla t, si los
-- dos vértices de la arista a tienen la misma raíz en t y el par
-- formado por True y la tabla obtenida añadiéndole a t la arista
-- formada por el vértice de a de mayor raíz y la raíz del vértice de
-- a de menor raíz. Por ejemplo,
--    ghci> let t = crea [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)]
--    ghci> buscaActualiza (2,3) t
--    (True,Tbl [(1,1),(2,1),(3,1),(4,1)])
--    ghci> buscaActualiza (3,4) t
--    (False,Tbl [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)])
buscaActualiza :: (Eq n, Ord n) => (n,n) -> Tabla n n -> (Bool,Tabla n n)
buscaActualiza (x,y) t 
  | x' == y'  = (False, t) 
  | y' <  x'  = (True, modifica (x,y') t)
  | otherwise = (True, modifica (y,x') t)
  where x' = raiz t x 
        y' = raiz t y

-- 2ª solución (con el algoritmo de Prim)
-- ======================================

coste2 :: Int -> Int
coste2 n = sum [p | (p,x,y) <- prim (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,
--    λ> prim (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),
--     (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]
prim :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
prim g = prim' [n]              -- Nodos colocados
               ns               -- Nodos por colocar 
               []               -- Árbol de expansión
               (aristas g)      -- Aristas del grafo
         where (n:ns) = nodos g

prim' t [] ae as = ae
prim' t r  ae as = prim' (v':t) (delete v' r) (e:ae) as
  where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,
                                         u `elem` t, 
                                         v `elem` r]

-- 3ª solución (con el algoritmo de Prim con conjuntos)
-- ====================================================

coste3 :: Int -> Int
coste3 n = sum [p | (p,x,y) <- prim2 (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim2 g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado
-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,
--    λ> prim2 (grafoDivisibilidad 12)
--    [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),
--     (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]
prim2 :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]
prim2 g = prim2' (S.singleton n)  -- Nodos colocados
                 (S.fromList ns)  -- Nodos por colocar 
                 []               -- Árbol de expansión
                 (aristas g)      -- Aristas del grafo
  where (n:ns) = nodos g

prim2' t r ae as
  | S.null r  = ae
  | otherwise = prim2' (S.insert v' t)
                       (S.delete v' r)
                       (e:ae)
                       as
  where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,
                                         S.member u t, 
                                         S.member v r]

-- 4ª solución
-- ===========

coste4 :: Int -> Int
coste4 n = sum [head (primeFactors x) | x <- [2..n]]

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

--    λ> coste1 400
--    14923
--    (0.08 secs, 31,336,440 bytes)
--    λ> coste2 400
--    14923
--    (4.54 secs, 220,745,608 bytes)
--    λ> coste3 400
--    14923
--    (0.69 secs, 217,031,144 bytes)
--    λ> coste4 400
--    14923
--    (0.01 secs, 2,192,336 bytes)
--    
--    λ> coste1 2000
--    284105
--    (2.09 secs, 842,601,904 bytes)
--    λ> coste4 2000
--    284105
--    (0.02 secs, 14,586,888 bytes)

100

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144

import Data.Ix

import Data.List (delete, sort)

import qualified Data.Set as S

import I1M.Grafo

import I1M.Tabla

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

grafoDivisibilidad :: Int -> Grafo Int Int

grafoDivisibilidad n =

creaGrafo ND (1,n) [(x,y,y `div` x) | y <- [1..n]

, x <- [1..y-1]

, y `mod` x == 0]

-- 1ª solución (con el algoritmo de Kruskal)

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

coste1 :: Int -> Int

coste1 n = sum [p | (p,x,y) <- kruskal (grafoDivisibilidad n)]

-- (kruskal g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Kruskal. Por ejemplo,

-- λ> kruskal (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(5,1,5),(3,3,9),(3,1,3),(2,6,12),(2,5,10),

-- (2,4,8),(2,3,6),(2,2,4),(2,1,2)]

kruskal :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

kruskal g = kruskal' cola -- Cola ordenada

(tabla [(x,x) | x <- nodos g]) -- Tabla de raices

[] -- Árbol de expansión

(length (nodos g) - 1) -- Aristas por

-- colocar

where cola = sort [(p,x,y) | (x,y,p) <- aristas g]

kruskal' ((p,x,y):as) t ae n

| n == 0 = ae

| actualizado = kruskal' as t' ((p,x,y):ae) (n-1)

| otherwise = kruskal' as t ae n

where (actualizado,t') = buscaActualiza (x,y) t

-- (raiz t n) es la raíz de n en la tabla t. Por ejemplo,

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

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

raiz:: Eq n => Tabla n n -> n -> n

raiz t x | v == x = v

| otherwise = raiz t v

where v = valor t x

-- (buscaActualiza a t) es el par formado por False y la tabla t, si los

-- dos vértices de la arista a tienen la misma raíz en t y el par

-- formado por True y la tabla obtenida añadiéndole a t la arista

-- formada por el vértice de a de mayor raíz y la raíz del vértice de

-- a de menor raíz. Por ejemplo,

-- ghci> let t = crea [(1,1),(2,2),(3,1),(4,1)]

-- ghci> buscaActualiza (2,3) t

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

-- ghci> buscaActualiza (3,4) t

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

buscaActualiza :: (Eq n, Ord n) => (n,n) -> Tabla n n -> (Bool,Tabla n n)

buscaActualiza (x,y) t

| x' == y' = (False, t)

| y' < x' = (True, modifica (x,y') t)

| otherwise = (True, modifica (y,x') t)

where x' = raiz t x

y' = raiz t y

-- 2ª solución (con el algoritmo de Prim)

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

coste2 :: Int -> Int

coste2 n = sum [p | (p,x,y) <- prim (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,

-- λ> prim (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),

-- (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]

prim :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

prim g = prim' [n] -- Nodos colocados

ns -- Nodos por colocar

[] -- Árbol de expansión

(aristas g) -- Aristas del grafo

where (n:ns) = nodos g

prim' t [] ae as = ae

prim' t r ae as = prim' (v':t) (delete v' r) (e:ae) as

where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,

u `elem` t,

v `elem` r]

-- 3ª solución (con el algoritmo de Prim con conjuntos)

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

coste3 :: Int -> Int

coste3 n = sum [p | (p,x,y) <- prim2 (grafoDivisibilidad n)]

-- (prim2 g) es el árbol de expansión mínimo del grafo g calculado

-- mediante el algoritmo de Prim. Por ejemplo,

-- λ> prim2 (grafoDivisibilidad 12)

-- [(11,1,11),(7,1,7),(2,5,10),(5,1,5),(3,3,9),(2,6,12),(2,3,6),

-- (3,1,3),(2,4,8),(2,2,4),(2,1,2)]

prim2 :: (Ix v, Num p, Ord p) => Grafo v p -> [(p,v,v)]

prim2 g = prim2' (S.singleton n) -- Nodos colocados

(S.fromList ns) -- Nodos por colocar

[] -- Árbol de expansión

(aristas g) -- Aristas del grafo

where (n:ns) = nodos g

prim2' t r ae as

| S.null r = ae

| otherwise = prim2' (S.insert v' t)

(S.delete v' r)

(e:ae)

where e@(c,u', v') = minimum [(c,u,v)| (u,v,c) <- as,

S.member u t,

S.member v r]

-- 4ª solución

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

coste4 :: Int -> Int

coste4 n = sum [head (primeFactors x) | x <- [2..n]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> coste1 400

-- 14923

-- (0.08 secs, 31,336,440 bytes)

-- λ> coste2 400

-- 14923

-- (4.54 secs, 220,745,608 bytes)

-- λ> coste3 400

-- 14923

-- (0.69 secs, 217,031,144 bytes)

-- λ> coste4 400

-- 14923

-- (0.01 secs, 2,192,336 bytes)

-- λ> coste1 2000

-- 284105

-- (2.09 secs, 842,601,904 bytes)

-- λ> coste4 2000

-- 284105

-- (0.02 secs, 14,586,888 bytes)

Múltiplos repitunos

PorJosé A. Alonso 26-marzo-201825-marzo-2022

El ejercicio 4 de la Olimpiada Matemáticas de 1993 es el siguiente:

Demostrar que para todo número primo p distinto de 2 y de 5, existen infinitos múltiplos de p de la forma 1111……1 (escrito sólo con unos).

Definir la función

   multiplosRepitunos :: Integer -> Integer -> [Integer]

1	multiplosRepitunos :: Integer -> Integer -> [Integer]

tal que (multiplosRepitunos p n) es la lista de los múltiplos repitunos de p (es decir, de la forma 1111…1 escrito sólo con unos), donde p es un número primo distinto de 2 y 5. Por ejemplo,

   head (multiplosRepitunos  7 10)       == 111111
   head (multiplosRepitunos  7 (10^10))  == 111111111111
   head (multiplosRepitunos  7 (10^20))  == 111111111111111111111111
   head (multiplosRepitunos 19 (10^10))  == 111111111111111111

head (multiplosRepitunos 7 10) == 111111

head (multiplosRepitunos 7 (10^10)) == 111111111111

head (multiplosRepitunos 7 (10^20)) == 111111111111111111111111

head (multiplosRepitunos 19 (10^10)) == 111111111111111111

Comprobar con QuickCheck que para todo primo p mayor que 5 y todo número entero positivo n, existe un mútiplo repituno de p mayor que n.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

multiplosRepitunos :: Integer -> Integer -> [Integer]
multiplosRepitunos p n =
  [x | x <- dropWhile (<= n) repitunos
     , mod x p == 0]

-- repitunos es la lista de los números de la forma 111...1 (escrito sólo con
-- unos). Por ejemplo,
--    take 5 repitunos  ==  [1,11,111,1111,11111]
repitunos :: [Integer]
repitunos = 1 : [10*x+1 | x <- repitunos]

-- 2ª solución
-- ===========

multiplosRepitunos2 :: Integer -> Integer -> [Integer]
multiplosRepitunos2 p n =
  [x | x <- dropWhile (<= n) repitunos2
     , mod x p == 0]

repitunos2 :: [Integer]
repitunos2 = [div (10^n-1) 9 | n <- [1..]]

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_multiplosRepitunos :: Int -> Integer -> Property
prop_multiplosRepitunos k n =
  k > 2 && n > 0 ==>
  not (null (multiplosRepitunos (primes !! k) n))

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

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

multiplosRepitunos :: Integer -> Integer -> [Integer]

multiplosRepitunos p n =

[x | x <- dropWhile (<= n) repitunos

, mod x p == 0]

-- repitunos es la lista de los números de la forma 111...1 (escrito sólo con

-- unos). Por ejemplo,

-- take 5 repitunos == [1,11,111,1111,11111]

repitunos :: [Integer]

repitunos = 1 : [10*x+1 | x <- repitunos]

-- 2ª solución

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

multiplosRepitunos2 :: Integer -> Integer -> [Integer]

multiplosRepitunos2 p n =

[x | x <- dropWhile (<= n) repitunos2

, mod x p == 0]

repitunos2 :: [Integer]

repitunos2 = [div (10^n-1) 9 | n <- [1..]]

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_multiplosRepitunos :: Int -> Integer -> Property

prop_multiplosRepitunos k n =

k > 2 && n > 0 ==>

not (null (multiplosRepitunos (primes !! k) n))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_multiplosRepitunos

-- +++ OK, passed 100 tests.

La sucesión de Sylvester

PorJosé A. Alonso 19-marzo-201825-abril-2021

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

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

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)

-- 4ª solución
-- ===========

sylvester5 :: Integer -> Integer
sylvester5 0 = 2
sylvester5 n = 1 + (productosSylvester `genericIndex` (n-1))

sucSylvester5 :: [Integer]
sucSylvester5 = map sylvester5 [0..]

productosSylvester :: [Integer]
productosSylvester = scanl1 (*) sucSylvester5

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

--    λ> length (show (sylvester1 20))
--    213441
--    (3.40 secs, 519,249,840 bytes)
--    λ> length (show (sylvester2 20))
--    213441
--    (0.10 secs, 13,716,024 bytes)
--    λ> length (show (sylvester3 20))
--    213441
--    (0.16 secs, 13,646,472 bytes)
--    λ> length (show (sylvester4 20))
--    213441
--    (0.18 secs, 13,654,064 bytes)
--    λ> length (show (sylvester5 20))
--    213441
--    (0.12 secs, 13,497,192 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

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

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)

-- 4ª solución

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

sylvester5 :: Integer -> Integer

sylvester5 0 = 2

sylvester5 n = 1 + (productosSylvester `genericIndex` (n-1))

sucSylvester5 :: [Integer]

sucSylvester5 = map sylvester5 [0..]

productosSylvester :: [Integer]

productosSylvester = scanl1 (*) sucSylvester5

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (show (sylvester1 20))

-- 213441

-- (3.40 secs, 519,249,840 bytes)

-- λ> length (show (sylvester2 20))

-- 213441

-- (0.10 secs, 13,716,024 bytes)

-- λ> length (show (sylvester3 20))

-- 213441

-- (0.16 secs, 13,646,472 bytes)

-- λ> length (show (sylvester4 20))

-- 213441

-- (0.18 secs, 13,654,064 bytes)

-- λ> length (show (sylvester5 20))

-- 213441

-- (0.12 secs, 13,497,192 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]]

Suma de las sumas de los cuadrados de los divisores

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

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

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

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

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

= 113

Definir la función

   sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

1	sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

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

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

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

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución
-- ===========

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

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

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

-- 2ª solución
-- ===========

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

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

-- 3ª solución
-- ===========

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

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

-- 4ª solución
-- ===========

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

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

-- 5ª solución
-- ===========

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

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

-- 6ª solución
-- ===========

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

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

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

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

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores n =

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

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

-- divisores de n. Por ejemplo,

-- sumaCuadradosDivisores 6 == 50

sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

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

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

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

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores 1 = [1]

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

-- 2ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores2 n =

sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

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

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

-- ejemplo,

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

sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2

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

where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores3 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

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

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

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

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

sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]

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

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

-- 4ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores4 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

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

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

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

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

sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]

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

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

-- 5ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores5 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

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

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

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

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

sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]

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

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

-- 6ª solución

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

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

-- parte entera de n/k; luego,

-- sumaSumasCuadradosDivisores n =

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

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer

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

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

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

-- Comparación de eficiencia:

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

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

-- 10825397502

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

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

-- 10825397502

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

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

-- 10825397502

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

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

-- 10825397502

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

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

-- 10825397502

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

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

-- 10825397502

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

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

-- 50085873311988831

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

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

-- 50085873311988831

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

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

-- 50085873311988831

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

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

-- 50085873311988831

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

Suma de los dígitos de las repeticiones de un número

PorJosé A. Alonso 6-marzo-201814-marzo-2018

Dados dos números naturales n y x, su suma reducida se obtiene a partir del número obtenido repitiendo n veces el x sumando sus dígitos hasta obtener un número con sólo un dígito. Por ejemplo, si n es 3 y x es 24 las transformaciones son

   242424 ==> 18 ==> 9

1	242424 ==> 18 ==> 9

Análogamente, si n es 4 y x es 7988 las transformaciones son

   7988798879887988 ==> 128 ==> 11 ==> 2

1	7988798879887988 ==> 128 ==> 11 ==> 2

Definir las funciones

   sumaReducidaDigitosRepeticiones :: Integer -> Integer -> Integer
   grafica                         :: Integer -> IO ()

1 2	sumaReducidaDigitosRepeticiones :: Integer -> Integer -> Integer grafica :: Integer -> IO ()

tales que

(sumaReducidaDigitosRepeticiones n x) es la suma reducida de n repeticiones de x. Por ejemplo

     sumaReducidaDigitosRepeticiones 3 24                    ==  9
     sumaReducidaDigitosRepeticiones 4 7988                  == 2
     sumaReducidaDigitosRepeticiones (12^(10^7)) (12^(10^7)) == 9

sumaReducidaDigitosRepeticiones 3 24 == 9

sumaReducidaDigitosRepeticiones 4 7988 == 2

sumaReducidaDigitosRepeticiones (12^(10^7)) (12^(10^7)) == 9

(grafica n) dibuja la gráfica de los n primeros elementos de la sucesión cuyo elementos k-ésimo es (sumaReducidaDigitosRepeticiones k k). Por ejemplo, (grafica 50) dibuja

Soluciones

import Data.List (genericReplicate)
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

sumaReducidaDigitosRepeticiones :: Integer -> Integer -> Integer
sumaReducidaDigitosRepeticiones n x =
  sumaReducidaDigitos (repeticiones n x) 

-- (repeticiones n x) es el número obtenido repitiendo n veces el x. Por
-- ejemplo, 
--    repeticiones 3 24   ==  242424
--    repeticiones 4 325  ==  325325325325
repeticiones :: Integer -> Integer -> Integer
repeticiones n x = read (concat (genericReplicate n (show x)))

-- (sumaDigitos x) es la suma de los dígitos de x. Por ejemplo,
--    sumaDigitos 325  ==  10
sumaDigitos :: Integer -> Integer
sumaDigitos x | x < 10    = x
              | otherwise = b + sumaDigitos a
  where (a,b) = divMod x 10

-- (sumaReducidaDigitos x) es el número obtenido a partir de x
-- reiterando la suma de los dígitos hasta obtener un número con sólo un
-- dígito. Por ejemplo,
--    sumaReducidaDigitos 24   ==  6
--    sumaReducidaDigitos 325  ==  1
sumaReducidaDigitos :: Integer -> Integer
sumaReducidaDigitos x | x < 10    = x
                      | otherwise = sumaReducidaDigitos (sumaDigitos x)

-- 2ª solución
-- ===========

sumaReducidaDigitosRepeticiones2 :: Integer -> Integer -> Integer
sumaReducidaDigitosRepeticiones2 n x =
  sumaReducidaDigitos2 (n * sumaReducidaDigitos2 x) 

sumaReducidaDigitos2 :: Integer -> Integer
sumaReducidaDigitos2 0 = 0
sumaReducidaDigitos2 x | y == 0    = 9
                       | otherwise = y
  where y = x `mod` 9

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

-- La propiedad es
prop_equiv :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool
prop_equiv (Positive n) (Positive x) =
  sumaReducidaDigitosRepeticiones n x == sumaReducidaDigitosRepeticiones2 n x 

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

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

--    λ> sumaReducidaDigitosRepeticiones (10^4) (10^4)
--    1
--    (2.00 secs, 574,667,384 bytes)
--    λ> sumaReducidaDigitosRepeticiones2 (10^4) (10^4)
--    1
--    (0.03 secs, 141,120 bytes)
  
-- Gráfica
-- =======
                      
grafica :: Integer -> IO ()
grafica n =
  plotList [Key Nothing]
           [sumaReducidaDigitosRepeticiones2 k k | k <- [1..n]]

import Data.List (genericReplicate)

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

sumaReducidaDigitosRepeticiones :: Integer -> Integer -> Integer

sumaReducidaDigitosRepeticiones n x =

sumaReducidaDigitos (repeticiones n x)

-- (repeticiones n x) es el número obtenido repitiendo n veces el x. Por

-- ejemplo,

-- repeticiones 3 24 == 242424

-- repeticiones 4 325 == 325325325325

repeticiones :: Integer -> Integer -> Integer

repeticiones n x = read (concat (genericReplicate n (show x)))

-- (sumaDigitos x) es la suma de los dígitos de x. Por ejemplo,

-- sumaDigitos 325 == 10

sumaDigitos :: Integer -> Integer

sumaDigitos x | x < 10 = x

| otherwise = b + sumaDigitos a

where (a,b) = divMod x 10

-- (sumaReducidaDigitos x) es el número obtenido a partir de x

-- reiterando la suma de los dígitos hasta obtener un número con sólo un

-- dígito. Por ejemplo,

-- sumaReducidaDigitos 24 == 6

-- sumaReducidaDigitos 325 == 1

sumaReducidaDigitos :: Integer -> Integer

sumaReducidaDigitos x | x < 10 = x

| otherwise = sumaReducidaDigitos (sumaDigitos x)

-- 2ª solución

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

sumaReducidaDigitosRepeticiones2 :: Integer -> Integer -> Integer

sumaReducidaDigitosRepeticiones2 n x =

sumaReducidaDigitos2 (n * sumaReducidaDigitos2 x)

sumaReducidaDigitos2 :: Integer -> Integer

sumaReducidaDigitos2 0 = 0

sumaReducidaDigitos2 x | y == 0 = 9

| otherwise = y

where y = x `mod` 9

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- La propiedad es

prop_equiv :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool

prop_equiv (Positive n) (Positive x) =

sumaReducidaDigitosRepeticiones n x == sumaReducidaDigitosRepeticiones2 n x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sumaReducidaDigitosRepeticiones (10^4) (10^4)

-- 1

-- (2.00 secs, 574,667,384 bytes)

-- λ> sumaReducidaDigitosRepeticiones2 (10^4) (10^4)

-- 1

-- (0.03 secs, 141,120 bytes)

-- Gráfica

-- =======

grafica :: Integer -> IO ()

grafica n =

plotList [Key Nothing]

[sumaReducidaDigitosRepeticiones2 k k | k <- [1..n]]

Números cuyos factoriales son divisibles por x pero no por y

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20187-marzo-2018

Hay 3 números (el 2, 3 y 4) cuyos factoriales son divisibles por 2 pero no por 5. Análogamente, hay números 5 (el 5, 6, 7, 8, 9) cuyos factoriales son divisibles por 15 pero no por 25.

Definir la función

   nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

1	nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (nNumerosConFactorialesDivisibles x y) es la cantidad de números cuyo factorial es divisible por x pero no por y. Por ejemplo,

  nNumerosConFactorialesDivisibles 2   5     ==  3
  nNumerosConFactorialesDivisibles 15  25    ==  5
  nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000  ==  5

nNumerosConFactorialesDivisibles 2 5 == 3

nNumerosConFactorialesDivisibles 15 25 == 5

nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000 == 5

Soluciones

import Data.List (genericLength)

-- 1ª solución
-- ===========

nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer
nNumerosConFactorialesDivisibles x y =
  genericLength (numerosConFactorialesDivisibles x y)

-- (numerosConFactorialesDivisibles x y) es la lista de números
-- divisibles por el factorial de x pero no divisibles por el 
-- factorial de y. Por ejemplo,
--   numerosConFactorialesDivisibles 2  5   ==  [2,3,4]
--   numerosConFactorialesDivisibles 15 25  ==  [5,6,7,8,9]
numerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> [Integer]
numerosConFactorialesDivisibles x y =
  [z | z <- [0..y-1]
     , factorial z `mod` x == 0
     , factorial z `mod` y /= 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo, 
--   factorial 4  ==  24
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 2ª solución (usando la función de Smarandache)
-- ==============================================

nNumerosConFactorialesDivisibles2 :: Integer -> Integer -> Integer
nNumerosConFactorialesDivisibles2 x y =
  max 0 (smarandache y - smarandache x)

--(smarandache n) es el menor número cuyo factorial es divisible por
-- n. Por ejemplo,   
--    smarandache 8   ==  4
--    smarandache 10  ==  5
--    smarandache 16  ==  6
smarandache :: Integer -> Integer
smarandache x =
  head [n | (n,y) <- zip [0..] factoriales
          , y `mod` x == 0]

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

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000
--    5
--    (2.70 secs, 3,933,938,648 bytes)
--    λ> nNumerosConFactorialesDivisibles2 100 2000
--    5
--    (0.01 secs, 148,200 bytes)

import Data.List (genericLength)

-- 1ª solución

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

nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

nNumerosConFactorialesDivisibles x y =

genericLength (numerosConFactorialesDivisibles x y)

-- (numerosConFactorialesDivisibles x y) es la lista de números

-- divisibles por el factorial de x pero no divisibles por el

-- factorial de y. Por ejemplo,

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

-- numerosConFactorialesDivisibles 15 25 == [5,6,7,8,9]

numerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> [Integer]

numerosConFactorialesDivisibles x y =

[z | z <- [0..y-1]

, factorial z `mod` x == 0

, factorial z `mod` y /= 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,

-- factorial 4 == 24

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 2ª solución (usando la función de Smarandache)

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

nNumerosConFactorialesDivisibles2 :: Integer -> Integer -> Integer

nNumerosConFactorialesDivisibles2 x y =

max 0 (smarandache y - smarandache x)

--(smarandache n) es el menor número cuyo factorial es divisible por

-- n. Por ejemplo,

-- smarandache 8 == 4

-- smarandache 10 == 5

-- smarandache 16 == 6

smarandache :: Integer -> Integer

smarandache x =

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

, y `mod` x == 0]

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

-- λ> take 12 factoriales

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

factoriales :: [Integer]

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

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000

-- 5

-- (2.70 secs, 3,933,938,648 bytes)

-- λ> nNumerosConFactorialesDivisibles2 100 2000

-- 5

-- (0.01 secs, 148,200 bytes)

La función de Smarandache

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

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

Definir las funciones

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

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

tales que

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

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

smarandache 8 == 4

smarandache 10 == 5

smarandache 16 == 6

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

(graficaSmarandache 500) dibuja

Soluciones

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

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

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

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

import Data.List (genericLength)

import Graphics.Gnuplot.Simple

smarandache :: Integer -> Integer

smarandache x =

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

, y `mod` x == 0]

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

-- λ> take 12 factoriales

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

factoriales :: [Integer]

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

graficaSmarandache :: Integer -> IO ()

graficaSmarandache n =

plotList [Key Nothing

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

]

(map smarandache [1..n])

Períodos de Fibonacci

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

Los primeros términos de la sucesión de Fibonacci son

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

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

Al calcular sus restos módulo 3 se obtiene

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

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

Se observa que es periódica y su período es

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

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

Definir las funciones

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

fibsMod :: Integer -> [Integer]

periodoFibMod :: Integer -> [Integer]

longPeriodosFibMod :: [Int]

graficaLongPeriodosFibMod :: Int -> IO ()

tales que

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

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

λ> take 24 (fibsMod 3)

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

λ> take 24 (fibsMod 4)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

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

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

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

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

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

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

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

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

import Graphics.Gnuplot.Simple

fibsMod :: Integer -> [Integer]

fibsMod n = map (`mod` n) fibs

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

-- λ> take 20 fibs

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

fibs :: [Integer]

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

periodoFibMod :: Integer -> [Integer]

periodoFibMod 1 = [0]

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

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

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

longPeriodosFibMod :: [Int]

longPeriodosFibMod =

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

-- 2ª definición de longPeriodosFibMod

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

longPeriodosFibMod2 :: [Int]

longPeriodosFibMod2 = map longPeriodoFibMod [1..]

longPeriodoFibMod :: Integer -> Int

longPeriodoFibMod 1 = 1

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

where aux 0 (1 : xs) k = k

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

graficaLongPeriodosFibMod :: Int -> IO ()

graficaLongPeriodosFibMod n =

plotList [ Key Nothing

, Title ("graficaLongPeriodosFibMod " ++ show n)

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

(take n longPeriodosFibMod)

Celdas interiores de una retícula

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

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

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

1, 2, 3, 4

5, 6, 7, 8

9,10,11,12

13,14,15,16

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

Definir la función

   interiores :: Int -> [Int]

1	interiores :: Int -> [Int]

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

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

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

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

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

interiores 2 == []

length (interiores 2018) == 4064256

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

Soluciones

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

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

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

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

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

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

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

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

import Test.QuickCheck

import Data.List.Split (divvy)

-- 1ª solución

interiores :: Int -> [Int]

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

-- 2ª solución

interiores2 :: Int -> [Int]

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

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

aux [] = []

-- 3ª solución

interiores3 :: Int -> [Int]

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

-- 4ª solución

interiores4 :: Int -> [Int]

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

-- 5ª solución

interiores5 :: Int -> [Int]

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

-- La propiedad es

prop_interiores :: Int -> Property

prop_interiores n =

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

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_interiores

-- +++ OK, passed 100 tests.

Fractal hexagonal

PorJosé A. Alonso 16-enero-201819-febrero-2018

Escribir, usando CodeWorld, un programa para dibujar el fractal hexagonal que se muestra en la siguiente animación

Las 4 primeras fases de la animación son

Fase 0:
Fase 1:
Fase 2:
Fase 3:

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Agustín Martín Aguera.

Soluciones

import CodeWorld

main :: IO()
main = animationOf (hexagono . s)

hexagono :: Int -> Picture
hexagono 0 =
  colored red $ solidPolygon [(9,0),(4.5,c),(-4.5,c),(-9,0),(-4.5,-c),(4.5,-c)]
  where c = 9 * sin (pi / 3)
hexagono n =
  pictures (hex : take 6 (iterate (rotated (pi / 3)) (translated 6 0 hex)))
  where hex = scaled (1/3) (1/3) $ hexagono (n-1)

s :: Double -> Int
s t = mod (floor t) 5

import CodeWorld

main :: IO()

main = animationOf (hexagono . s)

hexagono :: Int -> Picture

hexagono 0 =

colored red $ solidPolygon [(9,0),(4.5,c),(-4.5,c),(-9,0),(-4.5,-c),(4.5,-c)]

where c = 9 * sin (pi / 3)

hexagono n =

pictures (hex : take 6 (iterate (rotated (pi / 3)) (translated 6 0 hex)))

where hex = scaled (1/3) (1/3) $ hexagono (n-1)

s :: Double -> Int

s t = mod (floor t) 5

Números malvados y odiosos

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

Un número malvado es un número natural cuya expresión en base 2 (binaria) contiene un número par de unos.

Un número odioso es un número natural cuya expresión en base 2 (binaria) contiene un número impar de unos.

Podemos representar los números malvados y odiosos mediante el siguiente tipo de dato

  data MalvadoOdioso = Malvado | Odioso deriving Show

1	data MalvadoOdioso = Malvado \| Odioso deriving Show

Definir la función

  malvadoOdioso :: Integer -> MalvadoOdioso

1	malvadoOdioso :: Integer -> MalvadoOdioso

tal que (malvadoOdioso n) devuelve el tipo de número que es n. Por ejemplo,

   λ> malvadoOdioso 11
   Odioso
   λ> malvadoOdioso 12
   Malvado
   λ> malvadoOdioso3 (10^20000000)
   Odioso
   λ> malvadoOdioso3 (1+10^20000000)
   Malvado

λ> malvadoOdioso 11

Odioso

λ> malvadoOdioso 12

Malvado

λ> malvadoOdioso3 (10^20000000)

Odioso

λ> malvadoOdioso3 (1+10^20000000)

Malvado

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Ángel Ruiz Campos.

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Data.Bits (popCount)

data MalvadoOdioso = Malvado | Odioso
  deriving (Eq, Show)

-- 1ª solución
-- ===========

malvadoOdioso :: Integer -> MalvadoOdioso
malvadoOdioso n | (even . numeroUnosBin) n = Malvado
                | otherwise                = Odioso

-- (numeroUnosBin n) es el número de unos de la representación binaria
-- del número decimal n. Por ejemplo,
--   numeroUnosBin 11  ==  3
--   numeroUnosBin 12  ==  2
numeroUnosBin :: Integer -> Integer
numeroUnosBin = genericLength . filter (/= 0) . intBin

-- (intBin n) es el número binario correspondiente al número decimal n.
-- Por ejemplo, 
--   intBin 11  ==  [1,1,0,1]
--   intBin 12  ==  [0,0,1,1]
intBin :: Integer -> [Integer]
intBin n | n < 2     = [n]
         | otherwise = n `mod` 2 : intBin (n `div` 2)

-- 2ª solución
-- ===========

malvadoOdioso2 :: Integer -> MalvadoOdioso
malvadoOdioso2 n | (even . numeroIntBin) n = Malvado
                 | otherwise               = Odioso

-- (numeroIntBin n) es el número de unos que contiene la representación
-- binaria del número decimal n. Por ejemplo,
--   numeroIntBin 11  ==  3
--   numeroIntBin 12  ==  2
numeroIntBin :: Integer -> Integer
numeroIntBin n | n < 2     = n
               | otherwise = n `mod` 2 + numeroIntBin (n `div` 2)

-- 3ª solución
-- ===========

malvadoOdioso3 :: Integer -> MalvadoOdioso
malvadoOdioso3 n | (even . popCount) n = Malvado
                 | otherwise           = Odioso

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

--   λ> malvadoOdioso (10^40000)
--   Odioso
--   (3.25 secs, 1,167,416,968 bytes)
--   λ> malvadoOdioso2 (10^40000)
--   Odioso
--   (4.03 secs, 1,164,863,744 bytes)
--   λ> malvadoOdioso3 (10^40000)
--   Odioso
--   (0.00 secs, 165,312 bytes)

import Data.List (genericLength)

import Data.Bits (popCount)

data MalvadoOdioso = Malvado | Odioso

deriving (Eq, Show)

-- 1ª solución

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

malvadoOdioso :: Integer -> MalvadoOdioso

malvadoOdioso n | (even . numeroUnosBin) n = Malvado

| otherwise = Odioso

-- (numeroUnosBin n) es el número de unos de la representación binaria

-- del número decimal n. Por ejemplo,

-- numeroUnosBin 11 == 3

-- numeroUnosBin 12 == 2

numeroUnosBin :: Integer -> Integer

numeroUnosBin = genericLength . filter (/= 0) . intBin

-- (intBin n) es el número binario correspondiente al número decimal n.

-- Por ejemplo,

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

-- intBin 12 == [0,0,1,1]

intBin :: Integer -> [Integer]

intBin n | n < 2 = [n]

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

-- 2ª solución

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

malvadoOdioso2 :: Integer -> MalvadoOdioso

malvadoOdioso2 n | (even . numeroIntBin) n = Malvado

| otherwise = Odioso

-- (numeroIntBin n) es el número de unos que contiene la representación

-- binaria del número decimal n. Por ejemplo,

-- numeroIntBin 11 == 3

-- numeroIntBin 12 == 2

numeroIntBin :: Integer -> Integer

numeroIntBin n | n < 2 = n

| otherwise = n `mod` 2 + numeroIntBin (n `div` 2)

-- 3ª solución

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

malvadoOdioso3 :: Integer -> MalvadoOdioso

malvadoOdioso3 n | (even . popCount) n = Malvado

| otherwise = Odioso

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> malvadoOdioso (10^40000)

-- Odioso

-- (3.25 secs, 1,167,416,968 bytes)

-- λ> malvadoOdioso2 (10^40000)

-- Odioso

-- (4.03 secs, 1,164,863,744 bytes)

-- λ> malvadoOdioso3 (10^40000)

-- Odioso

-- (0.00 secs, 165,312 bytes)

Factorial módulo

PorJosé A. Alonso 28-diciembre-201719-febrero-2018

Definir la función

   factorialMod :: Integer -> Integer -> Integer

1	factorialMod :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (factorialMod n x) es el factorial de x módulo n. Por ejemplo,

   factorialMod (7+10^9) 100       ==  437918130
   factorialMod (7+10^9) (5*10^6)  ==  974067448

1 2	factorialMod (7+10^9) 100 == 437918130 factorialMod (7+10^9) (5*10^6) == 974067448

Soluciones

import Data.List (foldl')

-- 1ª definición
-- =============

factorialMod :: Integer -> Integer -> Integer
factorialMod n x =
  factorial x `mod` n

-- (factorial x) es el factorial de x. Por ejemplo,
--    factorial 3  ==  6
factorial :: Integer -> Integer
factorial x = product [1..x]

-- 2ª definición
-- =============

factorialMod2 :: Integer -> Integer -> Integer
factorialMod2 n x =
  foldl' (prodMod n) 1 [1..x]

-- (prodMod n x y) es el producto de x e y módulo n. Por ejemplo,
--    prodMod 3 4 7  ==  1
--    prodMod 5 4 7  ==  -- 3
prodMod :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer
prodMod n x y =
  ((x `mod` n) * (y `mod` n)) `mod` n
  
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> factorialMod (7+10^9) (5*10^4)
--    737935835
--    (2.62 secs, 2,601,358,640 bytes)
--    λ> factorialMod2 (7+10^9) (5*10^4)
--    737935835
--    (0.07 secs, 23,471,880 bytes)

import Data.List (foldl')

-- 1ª definición

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

factorialMod :: Integer -> Integer -> Integer

factorialMod n x =

factorial x `mod` n

-- (factorial x) es el factorial de x. Por ejemplo,

-- factorial 3 == 6

factorial :: Integer -> Integer

factorial x = product [1..x]

-- 2ª definición

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

factorialMod2 :: Integer -> Integer -> Integer

factorialMod2 n x =

foldl' (prodMod n) 1 [1..x]

-- (prodMod n x y) es el producto de x e y módulo n. Por ejemplo,

-- prodMod 3 4 7 == 1

-- prodMod 5 4 7 == -- 3

prodMod :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

prodMod n x y =

((x `mod` n) * (y `mod` n)) `mod` n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> factorialMod (7+10^9) (5*10^4)

-- 737935835

-- (2.62 secs, 2,601,358,640 bytes)

-- λ> factorialMod2 (7+10^9) (5*10^4)

-- 737935835

-- (0.07 secs, 23,471,880 bytes)

Rotaciones divisibles por 8

PorJosé A. Alonso 22-diciembre-201719-febrero-2018

Las rotaciones de 928160 son 928160, 281609, 816092, 160928, 609281 y 92816 de las que 3 son divisibles por 8 (928160, 160928 y 92816).

Definir la función

   nRotacionesDivisiblesPor8 :: Integer -> Int

1	nRotacionesDivisiblesPor8 :: Integer -> Int

tal que (nRotacionesDivisiblesPor8 x) es el número de rotaciones de x divisibles por 8. Por ejemplo,

   nRotacionesDivisiblesPor8 928160       ==  3
   nRotacionesDivisiblesPor8 43262488612  ==  4
   nRotacionesDivisiblesPor8 (read (take (10^4) (cycle "248")))  ==  6666

nRotacionesDivisiblesPor8 928160 == 3

nRotacionesDivisiblesPor8 43262488612 == 4

nRotacionesDivisiblesPor8 (read (take (10^4) (cycle "248"))) == 6666

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

nRotacionesDivisiblesPor8 :: Integer -> Int
nRotacionesDivisiblesPor8 x =
  length [y | y <- rotaciones x
            , y `mod` 8 == 0]

--    rotaciones 1234  ==  [1234,2341,3412,4123]
rotaciones :: Integer -> [Integer]
rotaciones x = [read ys | ys <- rotacionesLista xs]
  where xs = show x

--    rotacionesLista "abcd"  ==  ["abcd","bcda","cdab","dabc"]
rotacionesLista :: [a] -> [[a]]
rotacionesLista xs =
  [zs ++ ys | k <- [0 .. length xs - 1]
            , let (ys,zs) = splitAt k xs] 

-- 2ª definición
-- =============

nRotacionesDivisiblesPor8b :: Integer -> Int
nRotacionesDivisiblesPor8b x =
  length [y | y <- tresDigitosConsecutivos x
            , y `mod` 8 == 0]

--    tresDigitosConsecutivos 1234  ==  [123,234,341,412]
tresDigitosConsecutivos :: Integer -> [Integer]
tresDigitosConsecutivos x =
  [read (take 3 ys) | ys <- rotacionesLista (show x)]

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

--    λ> nRotacionesDivisiblesPor8 (read (take (3*10^3) (cycle "248")))
--    2000
--    (3.59 secs, 4,449,162,144 bytes)
--    λ> nRotacionesDivisiblesPor8b (read (take (3*10^3) (cycle "248")))
--    2000
--    (0.48 secs, 593,670,656 bytes)

-- 1ª definición

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

nRotacionesDivisiblesPor8 :: Integer -> Int

nRotacionesDivisiblesPor8 x =

length [y | y <- rotaciones x

, y `mod` 8 == 0]

-- rotaciones 1234 == [1234,2341,3412,4123]

rotaciones :: Integer -> [Integer]

rotaciones x = [read ys | ys <- rotacionesLista xs]

where xs = show x

-- rotacionesLista "abcd" == ["abcd","bcda","cdab","dabc"]

rotacionesLista :: [a] -> [[a]]

rotacionesLista xs =

[zs ++ ys | k <- [0 .. length xs - 1]

, let (ys,zs) = splitAt k xs]

-- 2ª definición

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

nRotacionesDivisiblesPor8b :: Integer -> Int

nRotacionesDivisiblesPor8b x =

length [y | y <- tresDigitosConsecutivos x

, y `mod` 8 == 0]

-- tresDigitosConsecutivos 1234 == [123,234,341,412]

tresDigitosConsecutivos :: Integer -> [Integer]

tresDigitosConsecutivos x =

[read (take 3 ys) | ys <- rotacionesLista (show x)]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nRotacionesDivisiblesPor8 (read (take (3*10^3) (cycle "248")))

-- 2000

-- (3.59 secs, 4,449,162,144 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisiblesPor8b (read (take (3*10^3) (cycle "248")))

-- 2000

-- (0.48 secs, 593,670,656 bytes)

Menor con suma de dígitos dada

PorJosé A. Alonso 15-diciembre-201722-diciembre-2017

Definir la función

   minSumDig :: Integer -> Integer

1	minSumDig :: Integer -> Integer

tal que (minSumDig n) es el menor número x tal que la suma de los dígitos de x es n. Por ejemplo,

  minSumDig 1   ==  1
  minSumDig 12  ==  39
  minSumDig 21  ==  399
  (length . show . minSumDig) (3*10^5)  ==  33334
  (length . show . minSumDig) (3*10^6)  ==  333334
  (length . show . minSumDig) (3*10^7)  ==  3333334
  (length . show . minSumDig) (4*10^7)  ==  4444445
  (length . show . minSumDig) (5*10^7)  ==  5555556

minSumDig 1 == 1

minSumDig 12 == 39

minSumDig 21 == 399

(length . show . minSumDig) (3*10^5) == 33334

(length . show . minSumDig) (3*10^6) == 333334

(length . show . minSumDig) (3*10^7) == 3333334

(length . show . minSumDig) (4*10^7) == 4444445

(length . show . minSumDig) (5*10^7) == 5555556

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición
-- =============

minSumDig1 :: Integer -> Integer
minSumDig1 n = head [x | x <- [0..], sumaDigitos x == n]

sumaDigitos :: Integer -> Integer
sumaDigitos n | n < 10    = n
              | otherwise = y + sumaDigitos x
  where (x, y) = divMod n 10

-- 2ª definición
minSumDig2 :: Integer -> Integer
minSumDig2 n | n < 10    = n
             | otherwise = 9 + 10 * minSumDig2 (n - 9) 

-- 3ª definición
minSumDig3 :: Integer -> Integer
minSumDig3 n = (r + 1) * 10^d - 1
  where (d,r) = divMod n 9

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

--    λ> minSumDig1 46
--    199999
--    (3.21 secs, 542,721,696 bytes)
--    λ> minSumDig2 46
--    199999
--    (0.01 secs, 142,056 bytes)
--    λ> minSumDig3 46
--    199999
--    (0.01 secs, 155,984 bytes)
--    
--    λ> (length . show . minSumDig2) (3*10^5)
--    33334
--    (1.79 secs, 492,200,376 bytes)
--    λ> (length . show . minSumDig3) (3*10^5)
--    33334
--    (0.11 secs, 50,119,840 bytes)

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición

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

minSumDig1 :: Integer -> Integer

minSumDig1 n = head [x | x <- [0..], sumaDigitos x == n]

sumaDigitos :: Integer -> Integer

sumaDigitos n | n < 10 = n

| otherwise = y + sumaDigitos x

where (x, y) = divMod n 10

-- 2ª definición

minSumDig2 :: Integer -> Integer

minSumDig2 n | n < 10 = n

| otherwise = 9 + 10 * minSumDig2 (n - 9)

-- 3ª definición

minSumDig3 :: Integer -> Integer

minSumDig3 n = (r + 1) * 10^d - 1

where (d,r) = divMod n 9

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> minSumDig1 46

-- 199999

-- (3.21 secs, 542,721,696 bytes)

-- λ> minSumDig2 46

-- 199999

-- (0.01 secs, 142,056 bytes)

-- λ> minSumDig3 46

-- 199999

-- (0.01 secs, 155,984 bytes)

-- λ> (length . show . minSumDig2) (3*10^5)

-- 33334

-- (1.79 secs, 492,200,376 bytes)

-- λ> (length . show . minSumDig3) (3*10^5)

-- 33334

-- (0.11 secs, 50,119,840 bytes)

Caminos minimales en un árbol numérico

PorJosé A. Alonso 7-diciembre-201725-abril-2021

En la librería Data.Tree se definen los árboles y los bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u*v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

El árbol de los predecesores y mayores divisores de un número x es el árbol cuya raíz es x y los sucesores de cada nodo y > 1 es el conjunto formado por y-1 junto con los mayores divisores de y. Los nodos con valor 1 no tienen sucesores. Por ejemplo, el árbol de los predecesores y mayores divisores del número 6 es

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que

(mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

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

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

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

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

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Pares definidos por su MCD y su MCM

PorJosé A. Alonso 10-noviembre-201725-abril-2021

Definir las siguientes funciones

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

1 2	pares :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)] nPares :: Integer -> Integer -> Integer

tales que

(pares a b) es la lista de los pares de números enteros positivos tales que su máximo común divisor es a y su mínimo común múltiplo es b. Por ejemplo,

     pares 3 3  == [(3,3)]
     pares 4 12 == [(4,12),(12,4)]
     pares 2 12 == [(2,12),(4,6),(6,4),(12,2)]
     pares 2 60 == [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]
     pares 2 7  == []
     pares 12 3 == []
     length (pares 3 (product [3,5..91]))  ==  8388608

pares 3 3 == [(3,3)]

pares 4 12 == [(4,12),(12,4)]

pares 2 12 == [(2,12),(4,6),(6,4),(12,2)]

pares 2 60 == [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]

pares 2 7 == []

pares 12 3 == []

length (pares 3 (product [3,5..91])) == 8388608

(nPares a b) es el número de pares de enteros positivos tales que su máximo común divisor es a y su mínimo común múltiplo es b. Por ejemplo,

     nPares 3 3   ==  1
     nPares 4 12  ==  2
     nPares 2 12  ==  4
     nPares 2 60  ==  8
     nPares 2 7   ==  0
     nPares 12 3  ==  0
     nPares 3 (product [3..3*10^4]) `mod` (10^12)  ==  477999992832
     length (show (nPares 3 (product [3..3*10^4])))  ==  977

nPares 3 3 == 1

nPares 4 12 == 2

nPares 2 12 == 4

nPares 2 60 == 8

nPares 2 7 == 0

nPares 12 3 == 0

nPares 3 (product [3..3*10^4]) `mod` (10^12) == 477999992832

length (show (nPares 3 (product [3..3*10^4]))) == 977

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Data.List (genericLength, group, nub, sort, subsequences)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de pares
-- ======================

pares1 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares1 a b = [(x,y) | x <- [1..b]
                    , y <- [1..b]
                    , gcd x y == a
                    , lcm x y == b]

-- 2ª definición de pares
-- ======================

pares2 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares2 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]
                    , y <- [a,a+a..b]
                    , gcd x y == a
                    , lcm x y == b]

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares1 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (95.12 secs, 86,534,165,528 bytes)
--    λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- 3ª definición de pares
-- ======================

pares3 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares3 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]
                    , c `rem` x == 0
                    , let y = c `div` x
                    , gcd x y == a
                    ]
  where c = a * b

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)
--    λ> length (pares3 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (0.01 secs, 878,104 bytes)

-- 4ª definición de pares
-- ======================

-- Para la cuarta definición de pares se observa la relación con los
-- factores primos
--    λ> [(primeFactors x, primeFactors y) | (x,y) <- pares1 2 12]
--    [([2],[2,2,3]),([2,2],[2,3]),([2,3],[2,2]),([2,2,3],[2])]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 12]
--    [[2],[2,2],[2,3],[2,2,3]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 60]
--    [[2],[2,2],[2,3],[2,5],[2,2,3],[2,2,5],[2,3,5],[2,2,3,5]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 6 60]
--    [[2,3],[2,2,3],[2,3,5],[2,2,3,5]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 24]
--    [[2],[2,3],[2,2,2],[2,2,2,3]]
-- Se observa que cada pare se obtiene de uno de los subconjuntos de los
-- divisores primos de b/a. Por ejemplo,
--    λ> (a,b) = (2,24)
--    λ> b `div` a
--    12
--    λ> primeFactors it
--    [2,2,3]
--    λ> group it
--    [[2,2],[3]]
--    λ> subsequences it
--    [[],[[2,2]],[[3]],[[2,2],[3]]]
--    λ> map concat it
--    [[],[2,2],[3],[2,2,3]]
--    λ> map product it
--    [1,4,3,12]
--    λ> [(a * x, b `div` x) | x <- it]
--    [(2,24),(8,6),(6,8),(24,2)]
-- A partir de la observación se construye la siguiente definición

pares4 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares4 a b
  | b `mod` a /= 0 = []
  | otherwise =
    [(a * x, b `div` x)
    | x <- map (product . concat)
               ((subsequences . group . primeFactors) (b `div` a))]

-- Nota. La función pares4 calcula el mismo conjunto que las anteriores,
-- pero no necesariamente en el mismo orde. Por ejemplo,
--    λ> pares3 2 60 
--    [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]
--    λ> pares4 2 60 
--    [(2,60),(4,30),(6,20),(12,10),(10,12),(20,6),(30,4),(60,2)]
--    λ> pares3 2 60 == sort (pares4 2 60)
--    True

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares3 3 (product [3,5..17]))
--    64
--    (4.44 secs, 2,389,486,440 bytes)
--    λ> length (pares4 3 (product [3,5..17]))
--    64
--    (0.00 secs, 177,704 bytes)
  
-- Propiedades de equivalencia de pares
-- ====================================

prop_pares :: Integer -> Integer -> Property
prop_pares a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  all (== pares1 a b)
      [sort (f a b) | f <- [ pares2
                           , pares3
                           , pares4
                           ]]
  
prop_pares2 :: Integer -> Integer -> Property
prop_pares2 a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  all (== pares1 a (a * b))
      [sort (f a (a * b)) | f <- [ pares2
                                 , pares3
                                 , pares4
                                 ]]
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares2
--    +++ OK, passed 100 tests.
             
-- 1ª definición de nPares
-- =======================

nPares1 :: Integer -> Integer -> Integer
nPares1 a b = genericLength (pares4 a b)

-- 2ª definición de nPares
-- =======================

nPares2 :: Integer -> Integer -> Integer
nPares2 a b = 2^(length (nub (primeFactors (b `div` a))))

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nPares1 3 (product [3,5..91])
--    8388608
--    (4.68 secs, 4,178,295,920 bytes)
--    λ> nPares2 3 (product [3,5..91])
--    8388608
--    (0.00 secs, 234,688 bytes)

-- Propiedad de equivalencia de nPares
-- ===================================

prop_nPares :: Integer -> Integer -> Property
prop_nPares a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  nPares1 a (a * b) == nPares2 a (a * b)
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_nPares
--    +++ OK, passed 100 tests.

100

101

102

103

104

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107

108

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165

166

167

168

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Data.List (genericLength, group, nub, sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de pares

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

pares1 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares1 a b = [(x,y) | x <- [1..b]

, y <- [1..b]

, gcd x y == a

, lcm x y == b]

-- 2ª definición de pares

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

pares2 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares2 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]

, y <- [a,a+a..b]

, gcd x y == a

, lcm x y == b]

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares1 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (95.12 secs, 86,534,165,528 bytes)

-- λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- 3ª definición de pares

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

pares3 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares3 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]

, c `rem` x == 0

, let y = c `div` x

, gcd x y == a

]

where c = a * b

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- λ> length (pares3 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (0.01 secs, 878,104 bytes)

-- 4ª definición de pares

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

-- Para la cuarta definición de pares se observa la relación con los

-- factores primos

-- λ> [(primeFactors x, primeFactors y) | (x,y) <- pares1 2 12]

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

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 12]

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

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 60]

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

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 6 60]

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

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 24]

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

-- Se observa que cada pare se obtiene de uno de los subconjuntos de los

-- divisores primos de b/a. Por ejemplo,

-- λ> (a,b) = (2,24)

-- λ> b `div` a

-- 12

-- λ> primeFactors it

-- [2,2,3]

-- λ> group it

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

-- λ> subsequences it

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

-- λ> map concat it

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

-- λ> map product it

-- [1,4,3,12]

-- λ> [(a * x, b `div` x) | x <- it]

-- [(2,24),(8,6),(6,8),(24,2)]

-- A partir de la observación se construye la siguiente definición

pares4 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares4 a b

| b `mod` a /= 0 = []

| otherwise =

[(a * x, b `div` x)

| x <- map (product . concat)

((subsequences . group . primeFactors) (b `div` a))]

-- Nota. La función pares4 calcula el mismo conjunto que las anteriores,

-- pero no necesariamente en el mismo orde. Por ejemplo,

-- λ> pares3 2 60

-- [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]

-- λ> pares4 2 60

-- [(2,60),(4,30),(6,20),(12,10),(10,12),(20,6),(30,4),(60,2)]

-- λ> pares3 2 60 == sort (pares4 2 60)

-- True

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares3 3 (product [3,5..17]))

-- 64

-- (4.44 secs, 2,389,486,440 bytes)

-- λ> length (pares4 3 (product [3,5..17]))

-- 64

-- (0.00 secs, 177,704 bytes)

-- Propiedades de equivalencia de pares

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

prop_pares :: Integer -> Integer -> Property

prop_pares a b =

a > 0 && b > 0 ==>

all (== pares1 a b)

[sort (f a b) | f <- [ pares2

, pares3

, pares4

]]

prop_pares2 :: Integer -> Integer -> Property

prop_pares2 a b =

a > 0 && b > 0 ==>

all (== pares1 a (a * b))

[sort (f a (a * b)) | f <- [ pares2

, pares3

, pares4

]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- 1ª definición de nPares

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

nPares1 :: Integer -> Integer -> Integer

nPares1 a b = genericLength (pares4 a b)

-- 2ª definición de nPares

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

nPares2 :: Integer -> Integer -> Integer

nPares2 a b = 2^(length (nub (primeFactors (b `div` a))))

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nPares1 3 (product [3,5..91])

-- 8388608

-- (4.68 secs, 4,178,295,920 bytes)

-- λ> nPares2 3 (product [3,5..91])

-- 8388608

-- (0.00 secs, 234,688 bytes)

-- Propiedad de equivalencia de nPares

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

prop_nPares :: Integer -> Integer -> Property

prop_nPares a b =

a > 0 && b > 0 ==>

nPares1 a (a * b) == nPares2 a (a * b)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_nPares

-- +++ OK, passed 100 tests.

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