not

Tren de potencias

PorJosé A. Alonso 23-julio-201824-julio-2018

Si n es el número natural cuya expansión decimal es abc… , el tren de potencias de n es a^bc^d… donde el último exponente es 1, si n tiene un número impar de dígitos. Por ejemplo

   trenDePotencias 2453  = 2^4*5^3     = 2000
   trenDePotencias 24536 = 2^4*5^3*6^1 = 12000

1 2	trenDePotencias 2453 = 2^45^3 = 2000 trenDePotencias 24536 = 2^45^3*6^1 = 12000

Definir las funciones

   trenDePotencias            :: Integer -> Integer
   esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool
   puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]
   tablaTrenDePotencias       :: Integer -> Integer -> IO ()

trenDePotencias :: Integer -> Integer

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

(trenDePotencias n) es el tren de potencia de n. Por ejemplo.

     trenDePotencias 20   ==  1
     trenDePotencias 21   ==  2
     trenDePotencias 24   ==  16
     trenDePotencias 39   ==  19683
     trenDePotencias 623  ==  108

trenDePotencias 20 == 1

trenDePotencias 21 == 2

trenDePotencias 24 == 16

trenDePotencias 39 == 19683

trenDePotencias 623 == 108

(esPuntoFijoTrenDePotencias n) se verifica si n es un punto fijo de trenDePotencias; es decir, (trenDePotencias n) es igual a n. Por ejemplo,

     esPuntoFijoTrenDePotencias 2592                        ==  True
     esPuntoFijoTrenDePotencias 24547284284866560000000000  ==  True

1 2	esPuntoFijoTrenDePotencias 2592 == True esPuntoFijoTrenDePotencias 24547284284866560000000000 == True

puntosFijosTrenDePotencias es la lista de los puntso fijos de trenDePotencias. Por ejemplo,

     take 10 puntosFijosTrenDePotencias  ==  [1,2,3,4,5,6,7,8,9,2592]

1	take 10 puntosFijosTrenDePotencias == [1,2,3,4,5,6,7,8,9,2592]

(tablaTrenDePotencias a b) es la tabla de los trenes de potencias de los números entre a y b. Por ejemplo,

     λ> tablaTrenDePotencias 20 39
     | 20 |     1 |
     | 21 |     2 |
     | 22 |     4 |
     | 23 |     8 |
     | 24 |    16 |
     | 25 |    32 |
     | 26 |    64 |
     | 27 |   128 |
     | 28 |   256 |
     | 29 |   512 |
     | 30 |     1 |
     | 31 |     3 |
     | 32 |     9 |
     | 33 |    27 |
     | 34 |    81 |
     | 35 |   243 |
     | 36 |   729 |
     | 37 |  2187 |
     | 38 |  6561 |
     | 39 | 19683 |
     λ> tablaTrenDePotencias 2340 2359
     | 2340 |        8 |
     | 2341 |       32 |
     | 2342 |      128 |
     | 2343 |      512 |
     | 2344 |     2048 |
     | 2345 |     8192 |
     | 2346 |    32768 |
     | 2347 |   131072 |
     | 2348 |   524288 |
     | 2349 |  2097152 |
     | 2350 |        8 |
     | 2351 |       40 |
     | 2352 |      200 |
     | 2353 |     1000 |
     | 2354 |     5000 |
     | 2355 |    25000 |
     | 2356 |   125000 |
     | 2357 |   625000 |
     | 2358 |  3125000 |
     | 2359 | 15625000 |

λ> tablaTrenDePotencias 20 39

| 20 | 1 |

| 21 | 2 |

| 22 | 4 |

| 23 | 8 |

| 24 | 16 |

| 25 | 32 |

| 26 | 64 |

| 27 | 128 |

| 28 | 256 |

| 29 | 512 |

| 30 | 1 |

| 31 | 3 |

| 32 | 9 |

| 33 | 27 |

| 34 | 81 |

| 35 | 243 |

| 36 | 729 |

| 37 | 2187 |

| 38 | 6561 |

| 39 | 19683 |

λ> tablaTrenDePotencias 2340 2359

| 2340 | 8 |

| 2341 | 32 |

| 2342 | 128 |

| 2343 | 512 |

| 2344 | 2048 |

| 2345 | 8192 |

| 2346 | 32768 |

| 2347 | 131072 |

| 2348 | 524288 |

| 2349 | 2097152 |

| 2350 | 8 |

| 2351 | 40 |

| 2352 | 200 |

| 2353 | 1000 |

| 2354 | 5000 |

| 2355 | 25000 |

| 2356 | 125000 |

| 2357 | 625000 |

| 2358 | 3125000 |

| 2359 | 15625000 |

Comprobar con QuickCheck que entre 2593 y 24547284284866559999999999 la función trenDePotencias no tiene puntos fijos.

Soluciones

Puedes escribir tus soluciones en los comentarios o ver las soluciones propuestas pulsando [expand title=»aquí»]

import Test.QuickCheck
import Text.Printf

-- 1ª definición de trenDePotencias
-- ================================

trenDePotencias :: Integer -> Integer
trenDePotencias = trenDePotenciasLN . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos del número n. Por ejemplo,
--    digitos 2018  ==   [2,0,1,8]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [c] | c <- show n]

-- (trenDePotenciasLN xs) es el tren de potencias de la lista de números
-- xs. Por ejemplo,
--    trenDePotenciasLN [2,4,5,3]    ==   2000
--    trenDePotenciasLN [2,4,5,3,6]  ==   12000
trenDePotenciasLN :: [Integer] -> Integer
trenDePotenciasLN []       = 1
trenDePotenciasLN [x]      = x
trenDePotenciasLN (u:v:ws) = u ^ v * (trenDePotenciasLN ws) 

-- 2ª definición de trenDePotencias
-- ================================

trenDePotencias2 :: Integer -> Integer
trenDePotencias2 = trenDePotenciasLN2 . digitos

-- (trenDePotenciasLN2 xs) es el tren de potencias de la lista de números
-- xs. Por ejemplo,
--    trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3]    ==   2000
--    trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3,6]  ==   12000
trenDePotenciasLN2 :: [Integer] -> Integer
trenDePotenciasLN2 xs =
  product [x^y | (x,y) <- pares xs]

-- (pares xs) es la lista de los pares de elementos en la posiciones
-- pares y sus siguientes; si la longitud de xs es impar, la segunda
-- componente del último par es 1. Por ejemplo,
--    pares [2,4,5,3]    ==   [(2,4),(5,3)]
--    pares [2,4,5,3,6]  ==   [(2,4),(5,3),(6,1)]
pares :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
pares []       = []
pares [x]      = [(x,1)]
pares (x:y:zs) = (x,y) : pares zs

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

-- La propiedad es
prop_equivalencia :: (Positive Integer) -> Bool
prop_equivalencia (Positive n) =
  trenDePotencias n == trenDePotencias2 n

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

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

--    λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias (read (replicate n '2')) == 2^n
--    True
--    (2.11 secs, 2,224,301,136 bytes)
--    λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias2 (read (replicate n '2')) == 2^n
--    True
--    (2.08 secs, 2,237,749,216 bytes)

-- Definición de esPuntoFijoTrenDePotencias
-- ========================================

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool
esPuntoFijoTrenDePotencias n =
  trenDePotencias n == n

-- Definición de puntosFijosTrenDePotencias
-- ========================================

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]
puntosFijosTrenDePotencias =
  filter esPuntoFijoTrenDePotencias [1..]

-- Definición de tablaTrenDePotencias
-- ==================================

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()
tablaTrenDePotencias a b =
  sequence_ [printf cabecera x y | (x,y) <- trenes]
  where trenes  = [(n,trenDePotencias n) | n <- [a..b]]
        m1      = show (1 + length (show b))
        m2      = show (length (show (maximum (map snd trenes))))
        cabecera = concat ["|% ",m1,"d | %", m2,"d |\n"]

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_puntosFijos :: Positive Integer -> Property
prop_puntosFijos (Positive n) =
  x < 24547284284866560000000000 ==> not (esPuntoFijoTrenDePotencias x)
  where x = 2593 + n 

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

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import Test.QuickCheck

import Text.Printf

-- 1ª definición de trenDePotencias

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

trenDePotencias :: Integer -> Integer

trenDePotencias = trenDePotenciasLN . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos del número n. Por ejemplo,

-- digitos 2018 == [2,0,1,8]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n =

[read [c] | c <- show n]

-- (trenDePotenciasLN xs) es el tren de potencias de la lista de números

-- xs. Por ejemplo,

-- trenDePotenciasLN [2,4,5,3] == 2000

-- trenDePotenciasLN [2,4,5,3,6] == 12000

trenDePotenciasLN :: [Integer] -> Integer

trenDePotenciasLN [] = 1

trenDePotenciasLN [x] = x

trenDePotenciasLN (u:v:ws) = u ^ v * (trenDePotenciasLN ws)

-- 2ª definición de trenDePotencias

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

trenDePotencias2 :: Integer -> Integer

trenDePotencias2 = trenDePotenciasLN2 . digitos

-- (trenDePotenciasLN2 xs) es el tren de potencias de la lista de números

-- xs. Por ejemplo,

-- trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3] == 2000

-- trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3,6] == 12000

trenDePotenciasLN2 :: [Integer] -> Integer

trenDePotenciasLN2 xs =

product [x^y | (x,y) <- pares xs]

-- (pares xs) es la lista de los pares de elementos en la posiciones

-- pares y sus siguientes; si la longitud de xs es impar, la segunda

-- componente del último par es 1. Por ejemplo,

-- pares [2,4,5,3] == [(2,4),(5,3)]

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

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

pares [] = []

pares [x] = [(x,1)]

pares (x:y:zs) = (x,y) : pares zs

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_equivalencia :: (Positive Integer) -> Bool

prop_equivalencia (Positive n) =

trenDePotencias n == trenDePotencias2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias (read (replicate n '2')) == 2^n

-- True

-- (2.11 secs, 2,224,301,136 bytes)

-- λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias2 (read (replicate n '2')) == 2^n

-- True

-- (2.08 secs, 2,237,749,216 bytes)

-- Definición de esPuntoFijoTrenDePotencias

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

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool

esPuntoFijoTrenDePotencias n =

trenDePotencias n == n

-- Definición de puntosFijosTrenDePotencias

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

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]

puntosFijosTrenDePotencias =

filter esPuntoFijoTrenDePotencias [1..]

-- Definición de tablaTrenDePotencias

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

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()

tablaTrenDePotencias a b =

sequence_ [printf cabecera x y | (x,y) <- trenes]

where trenes = [(n,trenDePotencias n) | n <- [a..b]]

m1 = show (1 + length (show b))

m2 = show (length (show (maximum (map snd trenes))))

cabecera = concat ["|% ",m1,"d | %", m2,"d |\n"]

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_puntosFijos :: Positive Integer -> Property

prop_puntosFijos (Positive n) =

x < 24547284284866560000000000 ==> not (esPuntoFijoTrenDePotencias x)

where x = 2593 + n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_puntosFijos

-- +++ OK, passed 100 tests.

[/expand]

Valores de polinomios y de expresiones

PorJosé A. Alonso 4-junio-201811-junio-2018

Las expresiones aritméticas construidas con una variables, los números enteros y las operaciones de sumar y multiplicar se pueden representar mediante el tipo de datos Exp definido por

   data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp  Exp
              deriving Show

1 2	data Exp = Var \| Const Int \| Sum Exp Exp \| Mul Exp Exp deriving Show

Por ejemplo, la expresión 3+5x^2 se puede representar por

   exp1 :: Exp
   exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

1 2	exp1 :: Exp exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

Por su parte, los polinomios se pueden representar por la lista de sus
coeficientes. Por ejemplo, el polinomio 3+5x^2 se puede representar por [3,0,5].

Definir las funciones

   valorE :: Exp -> Int -> Int
   expresion :: [Int] -> Exp
   valorP :: [Int] -> Int -> Int

valorE :: Exp -> Int -> Int

expresion :: [Int] -> Exp

valorP :: [Int] -> Int -> Int

tales que

(valorE e n) es el valor de la expresión e cuando se sustituye su variable por n. Por ejemplo,

     λ> valorE (Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))) 2
     23

1 2	λ> valorE (Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))) 2 23

(expresion p) es una expresión aritmética equivalente al polinomio p. Por ejemplo,

     λ> expresion [3,0,5]
     Sum (Const 3) (Mul Var (Sum (Const 0) (Mul Var (Const 5))))

1 2	λ> expresion [3,0,5] Sum (Const 3) (Mul Var (Sum (Const 0) (Mul Var (Const 5))))

(valorP p n) es el valor del polinomio p cuando se sustituye su variable por n. Por ejemplo,

     λ> valorP [3,0,5] 2
     23

1 2	λ> valorP [3,0,5] 2 23

Comprobar con QuickCheck que, para todo polinomio p y todo entero n,

   valorP p n == valorE (expresion p) n

1	valorP p n == valorE (expresion p) n

Soluciones

import Test.QuickCheck

data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp  Exp
           deriving Show
 
exp1 :: Exp
exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))
 
valorE :: Exp -> Int -> Int
valorE Var         n = n
valorE (Const a)   n = a
valorE (Sum e1 e2) n = valorE e1 n + valorE e2 n
valorE (Mul e1 e2) n = valorE e1 n * valorE e2 n
 
expresion :: [Int] -> Exp
expresion [a]   = Const a
expresion (a:p) = Sum (Const a) (Mul Var (expresion p))
 
valorP :: [Int] -> Int -> Int
valorP [a] _ = a
valorP (a:p) n = a + n * valorP p n
 
-- La propiedad es
prop_valor :: [Int] -> Int -> Property
prop_valor p n =
    not (null p) ==> 
    valorP p n == valorE (expresion p) n
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_valor
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp Exp

deriving Show

exp1 :: Exp

exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

valorE :: Exp -> Int -> Int

valorE Var n = n

valorE (Const a) n = a

valorE (Sum e1 e2) n = valorE e1 n + valorE e2 n

valorE (Mul e1 e2) n = valorE e1 n * valorE e2 n

expresion :: [Int] -> Exp

expresion [a] = Const a

expresion (a:p) = Sum (Const a) (Mul Var (expresion p))

valorP :: [Int] -> Int -> Int

valorP [a] _ = a

valorP (a:p) n = a + n * valorP p n

-- La propiedad es

prop_valor :: [Int] -> Int -> Property

prop_valor p n =

not (null p) ==>

valorP p n == valorE (expresion p) n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_valor

-- +++ OK, passed 100 tests.

Las sucesiones de Loomis

PorJosé A. Alonso 30-abril-201825-abril-2021

La sucesión de Loomis generada por un número entero positivo x es la sucesión cuyos términos se definen por

f(0) es x
f(n) es la suma de f(n-1) y el producto de los dígitos no nulos de f(n-1)

Los primeros términos de las primeras sucesiones de Loomis son

Generada por 1: 1, 2, 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, …
Generada por 2: 2, 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, …
Generada por 3: 3, 6, 12, 14, 18, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, …
Generada por 4: 4, 8, 16, 22, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, 126, 138, …
Generada por 5: 5, 10, 11, 12, 14, 18, 26, 38, 62, 74, 102, 104, 108, 116, 122, …

Se observa que a partir de un término todas coinciden con la generada por 1. Dicho término se llama el punto de convergencia. Por ejemplo,

la generada por 2 converge a 2
la generada por 3 converge a 26
la generada por 4 converge a 4
la generada por 5 converge a 26

Definir las siguientes funciones

   sucLoomis           :: Integer -> [Integer]
   convergencia        :: Integer -> Integer
   graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

sucLoomis :: Integer -> [Integer]

convergencia :: Integer -> Integer

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

tales que

(sucLoomis x) es la sucesión de Loomis generada por x. Por ejemplo,

     λ> take 15 (sucLoomis 1)
     [1,2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122]
     λ> take 15 (sucLoomis 2)
     [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]
     λ> take 15 (sucLoomis 3)
     [3,6,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]
     λ> take 15 (sucLoomis 4)
     [4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138]
     λ> take 15 (sucLoomis 5)
     [5,10,11,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122]
     λ> take 15 (sucLoomis 20)
     [20,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138,162,174]
     λ> take 15 (sucLoomis 100)
     [100,101,102,104,108,116,122,126,138,162,174,202,206,218,234]
     λ> sucLoomis 1 !! (2*10^5)
     235180736652

λ> take 15 (sucLoomis 1)

[1,2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122]

λ> take 15 (sucLoomis 2)

[2,4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]

λ> take 15 (sucLoomis 3)

[3,6,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126]

λ> take 15 (sucLoomis 4)

[4,8,16,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138]

λ> take 15 (sucLoomis 5)

[5,10,11,12,14,18,26,38,62,74,102,104,108,116,122]

λ> take 15 (sucLoomis 20)

[20,22,26,38,62,74,102,104,108,116,122,126,138,162,174]

λ> take 15 (sucLoomis 100)

[100,101,102,104,108,116,122,126,138,162,174,202,206,218,234]

λ> sucLoomis 1 !! (2*10^5)

235180736652

(convergencia x) es el término de convergencia de la sucesioń de Loomis generada por x xon la geerada por 1. Por ejemplo,

     convergencia  2      ==  2
     convergencia  3      ==  26
     convergencia  4      ==  4
     convergencia 17      ==  38
     convergencia 19      ==  102
     convergencia 43      ==  162
     convergencia 27      ==  202
     convergencia 58      ==  474
     convergencia 63      ==  150056
     convergencia 81      ==  150056
     convergencia 89      ==  150056
     convergencia (10^12) ==  1000101125092

convergencia 2 == 2

convergencia 3 == 26

convergencia 4 == 4

convergencia 17 == 38

convergencia 19 == 102

convergencia 43 == 162

convergencia 27 == 202

convergencia 58 == 474

convergencia 63 == 150056

convergencia 81 == 150056

convergencia 89 == 150056

convergencia (10^12) == 1000101125092

(graficaConvergencia xs) dibuja la gráfica de los términos de convergencia de las sucesiones de Loomis generadas por los elementos de xs. Por ejemplo, (graficaConvergencia ([1..50]) dibuja

y graficaConvergencia ([1..148] \ [63,81,89,137]) dibuja

Soluciones

import Data.List               ((\\))
import Data.Char               (digitToInt)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, Title, XRange, PNG))

-- 1ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis :: Integer -> [Integer]
sucLoomis x = map (loomis x) [0..]

loomis :: Integer -> Integer -> Integer
loomis x 0 = x
loomis x n = y + productoDigitosNoNulos y
  where y = loomis x (n-1)

productoDigitosNoNulos :: Integer -> Integer
productoDigitosNoNulos = product . digitosNoNulos

digitosNoNulos :: Integer -> [Integer]
digitosNoNulos x =
  [read [c] | c <- show x, c /= '0']

-- 2ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis2 :: Integer -> [Integer]
sucLoomis2 = iterate siguienteLoomis 

siguienteLoomis :: Integer -> Integer
siguienteLoomis y = y + productoDigitosNoNulos y

-- 3ª definición de sucLoomis
-- ==========================

sucLoomis3 :: Integer -> [Integer]
sucLoomis3 =
  iterate ((+) <*> product .
           map (toInteger . digitToInt) .
           filter (/= '0') . show)


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

--    λ> sucLoomis 1 !! 30000
--    6571272766
--    (2.45 secs, 987,955,944 bytes)
--    λ> sucLoomis2 1 !! 30000
--    6571272766
--    (2.26 secs, 979,543,328 bytes)
--    λ> sucLoomis3 1 !! 30000
--    6571272766
--    (0.31 secs, 88,323,832 bytes)

-- 1ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia1 :: Integer -> Integer
convergencia1 x =
  head (dropWhile noEnSucLoomisDe1 (sucLoomis x))

noEnSucLoomisDe1 :: Integer -> Bool
noEnSucLoomisDe1 x = not (pertenece x sucLoomisDe1)

sucLoomisDe1 :: [Integer]
sucLoomisDe1 = sucLoomis 1

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

-- 2ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia2 :: Integer -> Integer
convergencia2 = aux (sucLoomis3 1) . sucLoomis3
 where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) | x == y    = x
                               | x < y     = aux xs bs
                               | otherwise = aux as ys

-- 3ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia3 :: Integer -> Integer
convergencia3 = head . interseccion (sucLoomis3 1) . sucLoomis3
 
-- (interseccion xs ys) es la intersección entre las listas ordenadas xs
-- e ys. Por ejemplo,
--    λ> take 10 (interseccion (sucLoomis3 1) (sucLoomis3 2))
--    [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102]
interseccion :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
interseccion = aux
  where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) = case compare x y of
                                    LT ->     aux xs bs
                                    EQ -> x : aux xs ys
                                    GT ->     aux as ys
        aux _         _         = []                           

-- 4ª definición de convergencia
-- =============================

convergencia4 :: Integer -> Integer
convergencia4 x = perteneceA (sucLoomis3 x) 1
  where perteneceA (y:ys) n | y == c    = y
                            | otherwise = perteneceA ys c
          where c = head $ dropWhile (< y) $ sucLoomis3 n

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

--    λ> convergencia1 (10^4)
--    150056
--    (2.94 secs, 1,260,809,808 bytes)
--    λ> convergencia2 (10^4)
--    150056
--    (0.03 secs, 700,240 bytes)
--    λ> convergencia3 (10^4)
--    150056
--    (0.03 secs, 1,165,496 bytes)
--    λ> convergencia4 (10^4)
--    150056
--    (0.02 secs, 1,119,648 bytes)
--    
--    λ> convergencia2 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.81 secs, 714,901,080 bytes)
--    λ> convergencia3 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.92 secs, 744,932,184 bytes)
--    λ> convergencia4 (10^12)
--    1000101125092
--    (1.82 secs, 941,053,328 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia
-- ==================================

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()
graficaConvergencia xs =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Convergencia de sucesiones de Loomis"
           , XRange (fromIntegral (minimum xs),fromIntegral (maximum xs))
           , PNG "Las_sucesiones_de_Loomis_2.png"
           ]
           [(x,convergencia2 x) | x <- xs]

100

101

102

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129

130

131

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133

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138

139

140

141

142

143

144

import Data.List ((\\))

import Data.Char (digitToInt)

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

-- 1ª definición de sucLoomis

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

sucLoomis :: Integer -> [Integer]

sucLoomis x = map (loomis x) [0..]

loomis :: Integer -> Integer -> Integer

loomis x 0 = x

loomis x n = y + productoDigitosNoNulos y

where y = loomis x (n-1)

productoDigitosNoNulos :: Integer -> Integer

productoDigitosNoNulos = product . digitosNoNulos

digitosNoNulos :: Integer -> [Integer]

digitosNoNulos x =

[read [c] | c <- show x, c /= '0']

-- 2ª definición de sucLoomis

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

sucLoomis2 :: Integer -> [Integer]

sucLoomis2 = iterate siguienteLoomis

siguienteLoomis :: Integer -> Integer

siguienteLoomis y = y + productoDigitosNoNulos y

-- 3ª definición de sucLoomis

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

sucLoomis3 :: Integer -> [Integer]

sucLoomis3 =

iterate ((+) <*> product .

map (toInteger . digitToInt) .

filter (/= '0') . show)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sucLoomis 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (2.45 secs, 987,955,944 bytes)

-- λ> sucLoomis2 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (2.26 secs, 979,543,328 bytes)

-- λ> sucLoomis3 1 !! 30000

-- 6571272766

-- (0.31 secs, 88,323,832 bytes)

-- 1ª definición de convergencia

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

convergencia1 :: Integer -> Integer

convergencia1 x =

head (dropWhile noEnSucLoomisDe1 (sucLoomis x))

noEnSucLoomisDe1 :: Integer -> Bool

noEnSucLoomisDe1 x = not (pertenece x sucLoomisDe1)

sucLoomisDe1 :: [Integer]

sucLoomisDe1 = sucLoomis 1

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool

pertenece x ys =

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

-- 2ª definición de convergencia

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

convergencia2 :: Integer -> Integer

convergencia2 = aux (sucLoomis3 1) . sucLoomis3

where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) | x == y = x

| x < y = aux xs bs

| otherwise = aux as ys

-- 3ª definición de convergencia

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

convergencia3 :: Integer -> Integer

convergencia3 = head . interseccion (sucLoomis3 1) . sucLoomis3

-- (interseccion xs ys) es la intersección entre las listas ordenadas xs

-- e ys. Por ejemplo,

-- λ> take 10 (interseccion (sucLoomis3 1) (sucLoomis3 2))

-- [2,4,8,16,22,26,38,62,74,102]

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

interseccion = aux

where aux as@(x:xs) bs@(y:ys) = case compare x y of

LT -> aux xs bs

EQ -> x : aux xs ys

GT -> aux as ys

aux _ _ = []

-- 4ª definición de convergencia

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

convergencia4 :: Integer -> Integer

convergencia4 x = perteneceA (sucLoomis3 x) 1

where perteneceA (y:ys) n | y == c = y

| otherwise = perteneceA ys c

where c = head $ dropWhile (< y) $ sucLoomis3 n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> convergencia1 (10^4)

-- 150056

-- (2.94 secs, 1,260,809,808 bytes)

-- λ> convergencia2 (10^4)

-- 150056

-- (0.03 secs, 700,240 bytes)

-- λ> convergencia3 (10^4)

-- 150056

-- (0.03 secs, 1,165,496 bytes)

-- λ> convergencia4 (10^4)

-- 150056

-- (0.02 secs, 1,119,648 bytes)

-- λ> convergencia2 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.81 secs, 714,901,080 bytes)

-- λ> convergencia3 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.92 secs, 744,932,184 bytes)

-- λ> convergencia4 (10^12)

-- 1000101125092

-- (1.82 secs, 941,053,328 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia

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

graficaConvergencia :: [Integer] -> IO ()

graficaConvergencia xs =

plotList [ Key Nothing

, Title "Convergencia de sucesiones de Loomis"

, XRange (fromIntegral (minimum xs),fromIntegral (maximum xs))

, PNG "Las_sucesiones_de_Loomis_2.png"

]

[(x,convergencia2 x) | x <- xs]

Decidir si existe un subconjunto con suma dada

PorJosé A. Alonso 16-abril-201826-abril-2018

Sea S un conjunto finito de números naturales y m un número natural. El problema consiste en determinar si existe un subconjunto de S cuya suma es m. Por ejemplo, si S = [3,34,4,12,5,2] y m = 9, existe un subconjunto de S, [4,5], cuya suma es 9. En cambio, no hay ningún subconjunto de S que sume 13.

Definir la función

    existeSubSuma :: [Int] -> Int -> Bool

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

tal que (existeSubSuma xs m) se verifica si existe algún subconjunto de xs que sume m. Por ejemplo,

    existeSubSuma [3,34,4,12,5,2] 9                == True
    existeSubSuma [3,34,4,12,5,2] 13               == False
    existeSubSuma ([3,34,4,12,5,2]++[20..400]) 13  == False
    existeSubSuma ([3,34,4,12,5,2]++[20..400]) 654 == True
    existeSubSuma [1..200] (sum [1..200])          == True

existeSubSuma [3,34,4,12,5,2] 9 == True

existeSubSuma [3,34,4,12,5,2] 13 == False

existeSubSuma ([3,34,4,12,5,2]++[20..400]) 13 == False

existeSubSuma ([3,34,4,12,5,2]++[20..400]) 654 == True

existeSubSuma [1..200] (sum [1..200]) == True

Soluciones

import Data.List  (subsequences, sort)
import Data.Array (Array, array, listArray, (!))
 
-- 1ª definición (Calculando todos los subconjuntos)
-- =================================================
 
existeSubSuma1 :: [Int] -> Int -> Bool
existeSubSuma1 xs n =
  any (\ys -> sum ys == n) (subsequences xs)
 
-- 2ª definición (por recursión)
-- =============================
 
existeSubSuma2 :: [Int] -> Int -> Bool
existeSubSuma2 _  0 = True
existeSubSuma2 [] _ = False
existeSubSuma2 (x:xs) n
  | n < x     = existeSubSuma2 xs n
  | otherwise = existeSubSuma2 xs (n-x) || existeSubSuma2 xs n 
  
-- 3ª definición (por programación dinámica)
-- =========================================
 
existeSubSuma3 :: [Int] -> Int -> Bool
existeSubSuma3 xs n =
  matrizExisteSubSuma3 xs n ! (length xs,n) 
 
-- (matrizExisteSubSuma3 xs m) es la matriz q tal que q(i,j) se verifica
-- si existe algún subconjunto de (take i xs) que sume j. Por ejemplo,
--    λ> elems (matrizExisteSubSuma3 [1,3,5] 9)
--    [True,False,False,False,False,False,False,False,False,False,
--     True,True, False,False,False,False,False,False,False,False,
--     True,True, False,True, True, False,False,False,False,False,
--     True,True, False,True, True, True, True, False,True, True]
-- Con las cabeceras,
--            0     1     2     3     4     5     6     7     8     9
--    []     [True,False,False,False,False,False,False,False,False,False,
--    [1]     True,True, False,False,False,False,False,False,False,False,
--    [1,3]   True,True, False,True, True, False,False,False,False,False,
--    [1,3,5] True,True, False,True, True, True, True, False,True, True]
matrizExisteSubSuma3 :: [Int] -> Int -> Array (Int,Int) Bool
matrizExisteSubSuma3 xs n = q
  where m = length xs
        v = listArray (1,m) xs
        q = array ((0,0),(m,n)) [((i,j), f i j) | i <- [0..m],
                                                  j <- [0..n]]
        f _ 0 = True
        f 0 _ = False
        f i j | j < v ! i = q ! (i-1,j)
              | otherwise = q ! (i-1,j-v!i) || q ! (i-1,j)
 
-- 4ª definición (ordenando y por recursión)
-- =========================================
 
existeSubSuma4 :: [Int] -> Int -> Bool
existeSubSuma4 xs = aux (sort xs)
  where aux _  0 = True
        aux [] _ = False
        aux (y:ys) n
          | y <= n    = aux ys (n-y) || aux ys n
          | otherwise = False
 
-- 5ª definición (ordenando y dinámica)
-- ====================================
 
existeSubSuma5 :: [Int] -> Int -> Bool
existeSubSuma5 xs n =
  matrizExisteSubSuma5 (reverse (sort xs)) n ! (length xs,n) 
 
matrizExisteSubSuma5 :: [Int] -> Int -> Array (Int,Int) Bool
matrizExisteSubSuma5 xs n = q
  where m = length xs
        v = listArray (1,m) xs
        q = array ((0,0),(m,n)) [((i,j), f i j) | i <- [0..m],
                                                  j <- [0..n]]
        f _ 0 = True
        f 0 _ = False
        f i j | v ! i <= j = q ! (i-1,j-v!i) || q ! (i-1,j) 
              | otherwise  = False
 
-- Equivalencia
-- ============
 
prop_existeSubSuma :: [Int] -> Int -> Bool
prop_existeSubSuma xs n =
  all (== existeSubSuma2 ys m) [ existeSubSuma3 ys m
                               , existeSubSuma4 ys m
                               , existeSubSuma5 ys m ]
  where ys = map abs xs
        m  = abs n
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_existeSubSuma
--    +++ OK, passed 100 tests.
 
-- Comparación de eficiencia:
-- ==========================

--    λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma1 xs (sum xs)
--    True
--    (7.76 secs, 3,892,403,928 bytes)
--    λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma2 xs (sum xs)
--    True
--    (0.02 secs, 95,968 bytes)
--    λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma3 xs (sum xs)
--    True
--    (0.03 secs, 6,055,200 bytes)
--    λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma4 xs (sum xs)
--    True
--    (0.01 secs, 98,880 bytes)
--    λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma5 xs (sum xs)
--    True
--    (0.02 secs, 2,827,560 bytes)
  
--    λ> let xs = [1..200] in existeSubSuma2 xs (sum xs)
--    True
--    (0.01 secs, 182,280 bytes)
--    λ> let xs = [1..200] in existeSubSuma3 xs (sum xs)
--    True
--    (8.89 secs, 1,875,071,968 bytes)
--    λ> let xs = [1..200] in existeSubSuma4 xs (sum xs)
--    True
--    (0.02 secs, 217,128 bytes)
--    λ> let xs = [1..200] in existeSubSuma5 xs (sum xs)
--    True
--    (8.66 secs, 1,875,087,976 bytes)
--
--    λ> and [existeSubSuma2 [1..20] n | n <- [1..sum [1..20]]]
--    True
--    (2.82 secs, 323,372,512 bytes)
--    λ> and [existeSubSuma3 [1..20] n | n <- [1..sum [1..20]]]
--    True
--    (0.65 secs, 221,806,376 bytes)
--    λ> and [existeSubSuma4 [1..20] n | n <- [1..sum [1..20]]]
--    True
--    (4.12 secs, 535,153,152 bytes)
--    λ> and [existeSubSuma5 [1..20] n | n <- [1..sum [1..20]]]
--    True
--    (0.73 secs, 238,579,696 bytes)

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139

import Data.List (subsequences, sort)

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

-- 1ª definición (Calculando todos los subconjuntos)

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

existeSubSuma1 :: [Int] -> Int -> Bool

existeSubSuma1 xs n =

any (\ys -> sum ys == n) (subsequences xs)

-- 2ª definición (por recursión)

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

existeSubSuma2 :: [Int] -> Int -> Bool

existeSubSuma2 _ 0 = True

existeSubSuma2 [] _ = False

existeSubSuma2 (x:xs) n

| n < x = existeSubSuma2 xs n

| otherwise = existeSubSuma2 xs (n-x) || existeSubSuma2 xs n

-- 3ª definición (por programación dinámica)

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

existeSubSuma3 :: [Int] -> Int -> Bool

existeSubSuma3 xs n =

matrizExisteSubSuma3 xs n ! (length xs,n)

-- (matrizExisteSubSuma3 xs m) es la matriz q tal que q(i,j) se verifica

-- si existe algún subconjunto de (take i xs) que sume j. Por ejemplo,

-- λ> elems (matrizExisteSubSuma3 [1,3,5] 9)

-- [True,False,False,False,False,False,False,False,False,False,

-- True,True, False,False,False,False,False,False,False,False,

-- True,True, False,True, True, False,False,False,False,False,

-- True,True, False,True, True, True, True, False,True, True]

-- Con las cabeceras,

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

-- [] [True,False,False,False,False,False,False,False,False,False,

-- [1] True,True, False,False,False,False,False,False,False,False,

-- [1,3] True,True, False,True, True, False,False,False,False,False,

-- [1,3,5] True,True, False,True, True, True, True, False,True, True]

matrizExisteSubSuma3 :: [Int] -> Int -> Array (Int,Int) Bool

matrizExisteSubSuma3 xs n = q

where m = length xs

v = listArray (1,m) xs

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

j <- [0..n]]

f _ 0 = True

f 0 _ = False

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

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

-- 4ª definición (ordenando y por recursión)

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

existeSubSuma4 :: [Int] -> Int -> Bool

existeSubSuma4 xs = aux (sort xs)

where aux _ 0 = True

aux [] _ = False

aux (y:ys) n

| y <= n = aux ys (n-y) || aux ys n

| otherwise = False

-- 5ª definición (ordenando y dinámica)

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

existeSubSuma5 :: [Int] -> Int -> Bool

existeSubSuma5 xs n =

matrizExisteSubSuma5 (reverse (sort xs)) n ! (length xs,n)

matrizExisteSubSuma5 :: [Int] -> Int -> Array (Int,Int) Bool

matrizExisteSubSuma5 xs n = q

where m = length xs

v = listArray (1,m) xs

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

j <- [0..n]]

f _ 0 = True

f 0 _ = False

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

| otherwise = False

-- Equivalencia

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

prop_existeSubSuma :: [Int] -> Int -> Bool

prop_existeSubSuma xs n =

all (== existeSubSuma2 ys m) [ existeSubSuma3 ys m

, existeSubSuma4 ys m

, existeSubSuma5 ys m ]

where ys = map abs xs

m = abs n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_existeSubSuma

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia:

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

-- λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma1 xs (sum xs)

-- True

-- (7.76 secs, 3,892,403,928 bytes)

-- λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma2 xs (sum xs)

-- True

-- (0.02 secs, 95,968 bytes)

-- λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma3 xs (sum xs)

-- True

-- (0.03 secs, 6,055,200 bytes)

-- λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma4 xs (sum xs)

-- True

-- (0.01 secs, 98,880 bytes)

-- λ> let xs = [1..22] in existeSubSuma5 xs (sum xs)

-- True

-- (0.02 secs, 2,827,560 bytes)

-- λ> let xs = [1..200] in existeSubSuma2 xs (sum xs)

-- True

-- (0.01 secs, 182,280 bytes)

-- λ> let xs = [1..200] in existeSubSuma3 xs (sum xs)

-- True

-- (8.89 secs, 1,875,071,968 bytes)

-- λ> let xs = [1..200] in existeSubSuma4 xs (sum xs)

-- True

-- (0.02 secs, 217,128 bytes)

-- λ> let xs = [1..200] in existeSubSuma5 xs (sum xs)

-- True

-- (8.66 secs, 1,875,087,976 bytes)

-- λ> and [existeSubSuma2 [1..20] n | n <- [1..sum [1..20]]]

-- True

-- (2.82 secs, 323,372,512 bytes)

-- λ> and [existeSubSuma3 [1..20] n | n <- [1..sum [1..20]]]

-- True

-- (0.65 secs, 221,806,376 bytes)

-- λ> and [existeSubSuma4 [1..20] n | n <- [1..sum [1..20]]]

-- True

-- (4.12 secs, 535,153,152 bytes)

-- λ> and [existeSubSuma5 [1..20] n | n <- [1..sum [1..20]]]

-- True

-- (0.73 secs, 238,579,696 bytes)

La conjetura de Levy

PorJosé A. Alonso 12-marzo-201825-abril-2021

Hyman Levy observó que

    7 = 3 + 2 x 2
    9 = 3 + 2 x 3 =  5 + 2 x 2
   11 = 5 + 2 x 3 =  7 + 2 x 2
   13 = 3 + 2 x 5 =  7 + 2 x 3
   15 = 3 + 2 x 5 = 11 + 2 x 2
   17 = 3 + 2 x 7 =  7 + 2 x 5 = 11 + 2 x 3 = 13 + 2 x 2
   19 = 5 + 2 x 7 = 13 + 2 x 3

7 = 3 + 2 x 2

9 = 3 + 2 x 3 = 5 + 2 x 2

11 = 5 + 2 x 3 = 7 + 2 x 2

13 = 3 + 2 x 5 = 7 + 2 x 3

15 = 3 + 2 x 5 = 11 + 2 x 2

17 = 3 + 2 x 7 = 7 + 2 x 5 = 11 + 2 x 3 = 13 + 2 x 2

19 = 5 + 2 x 7 = 13 + 2 x 3

y conjeturó que todos los número impares mayores o iguales que 7 se pueden escribir como la suma de un primo y el doble de un primo. El objetivo de los siguientes ejercicios es comprobar la conjetura de Levy.

Definir las siguientes funciones

   descomposicionesLevy :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   graficaLevy          :: Integer -> IO ()

1 2	descomposicionesLevy :: Integer -> [(Integer,Integer)] graficaLevy :: Integer -> IO ()

tales que

(descomposicionesLevy x) es la lista de pares de primos (p,q) tales que x = p + 2q. Por ejemplo,

     descomposicionesLevy  7  ==  [(3,2)]
     descomposicionesLevy  9  ==  [(3,3),(5,2)]
     descomposicionesLevy 17  ==  [(3,7),(7,5),(11,3),(13,2)]

descomposicionesLevy 7 == [(3,2)]

descomposicionesLevy 9 == [(3,3),(5,2)]

descomposicionesLevy 17 == [(3,7),(7,5),(11,3),(13,2)]

(graficaLevy n) dibuja los puntos (x,y) tales que x pertenece a [7,9..7+2x(n-1)] e y es el número de descomposiciones de Levy de x. Por ejemplo, (graficaLevy 200) dibuja

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Levy.

Soluciones

[schedule on=’2018-03-19′ at=»06:00″]

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

descomposicionesLevy :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposicionesLevy x =
  [(p,q) | p <- takeWhile (< x) (tail primes)
         , let q = (x - p) `div` 2
         , isPrime q]

-- graficaLevy 300
graficaLevy :: Integer -> IO ()
graficaLevy n =
  plotList [ Key Nothing
           , XRange (7,fromIntegral (7+2*(n-1)))
           , PNG ("La_conjetura_de_Levy-" ++ show n ++ ".png")
           ]
           [(x, length (descomposicionesLevy x)) | x <- [7,9..7+2*(n-1)]] 

-- La propiedad es
prop_Levy :: Integer -> Bool
prop_Levy x =
  not (null (descomposicionesLevy (7 + 2 * abs x)))

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

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

import Graphics.Gnuplot.Simple

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

descomposicionesLevy x =

[(p,q) | p <- takeWhile (< x) (tail primes)

, let q = (x - p) `div` 2

, isPrime q]

-- graficaLevy 300

graficaLevy :: Integer -> IO ()

graficaLevy n =

plotList [ Key Nothing

, XRange (7,fromIntegral (7+2*(n-1)))

, PNG ("La_conjetura_de_Levy-" ++ show n ++ ".png")

]

[(x, length (descomposicionesLevy x)) | x <- [7,9..7+2*(n-1)]]

-- La propiedad es

prop_Levy :: Integer -> Bool

prop_Levy x =

not (null (descomposicionesLevy (7 + 2 * abs x)))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_Levy

-- +++ OK, passed 100 tests.

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