nrows

Producto de Kronecker

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

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

Más explícitamente, tenemos

Por ejemplo,

Definir la función

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

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

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

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

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

┌ ┐

│ 0 3 0 6 │

│ 2 1 4 2 │

│ 0 9 0 3 │

│ 6 3 2 1 │

└ ┘

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

┌ ┐

│ 2 1 4 2 │

│ -1 0 -2 0 │

│ 3 2 6 4 │

│ 6 3 8 4 │

│ -3 0 -4 0 │

│ 9 6 12 8 │

└ ┘

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

┌ ┐

│ 2 4 1 2 │

│ 6 8 3 4 │

│ -1 -2 0 0 │

│ -3 -4 0 0 │

│ 3 6 2 4 │

│ 9 12 6 8 │

└ ┘

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª solución
-- ===========

kronecker :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t
kronecker a b =
  matrix (m*p) (n*q) f
  where m = nrows a
        n = ncols a
        p = nrows b
        q = ncols b
        f (i,j) = a !(k+1,r+1) * b!(l+1,s+1)
          where (k,l) = quotRem (i-1) p
                (r,s) = quotRem (j-1) q

-- 2ª solución
-- ===========

kronecker2 a b = bloqueFila a b (ncols a)
  where
    bloque (i,j) a b = scaleMatrix (a!(i,j)) b
    bloqueFila a b 1 = bloqueColumna 1 a b
    bloqueFila a b n = bloqueFila a b (n-1) <|> bloqueColumna n a b
    bloqueColumna j a b = aux a b (nrows a)
      where aux a b 1 = bloque (1,j) a b
            aux a b n = aux a b (n-1) <-> bloque (n,j) a b

-- 3ª solución
-- ===========

kronecker3 :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t
kronecker3 a b =
  foldl1 (<->) [foldl1 (<|>) [scaleMatrix (a!(i,j)) b
                             | j <- [1..ncols b]]
                             | i <- [1..nrows a]]

import Data.Matrix

-- 1ª solución

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

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

kronecker a b =

matrix (m*p) (n*q) f

where m = nrows a

n = ncols a

p = nrows b

q = ncols b

f (i,j) = a !(k+1,r+1) * b!(l+1,s+1)

where (k,l) = quotRem (i-1) p

(r,s) = quotRem (j-1) q

-- 2ª solución

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

kronecker2 a b = bloqueFila a b (ncols a)

where

bloque (i,j) a b = scaleMatrix (a!(i,j)) b

bloqueFila a b 1 = bloqueColumna 1 a b

bloqueFila a b n = bloqueFila a b (n-1) <|> bloqueColumna n a b

bloqueColumna j a b = aux a b (nrows a)

where aux a b 1 = bloque (1,j) a b

aux a b n = aux a b (n-1) <-> bloque (n,j) a b

-- 3ª solución

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

kronecker3 :: Num t => Matrix t -> Matrix t -> Matrix t

kronecker3 a b =

foldl1 (<->) [foldl1 (<|>) [scaleMatrix (a!(i,j)) b

| j <- [1..ncols b]]

| i <- [1..nrows a]]

Otras soluciones

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

Pensamiento

«La resolución de problemas es una habilidad práctica como, digamos, la natación. Adquirimos cualquier habilidad práctica por imitación y práctica. Tratando de nadar, imitas lo que otras personas hacen con sus manos y pies para mantener sus cabezas sobre el agua, y, finalmente, aprendes a nadar practicando la natación. Al intentar resolver problemas, hay que observar e imitar lo que hacen otras personas al resolver problemas y, finalmente, se aprende a resolver problemas haciéndolos.»

George Pólya.

Matriz girada 180 grados

PorJosé A. Alonso 27-marzo-20193-abril-2019

Definir la función

   matrizGirada180 :: Matrix a -> Matrix a

1	matrizGirada180 :: Matrix a -> Matrix a

tal que (matrizGirada180 p) es la matriz obtenida girando 180 grados la matriz p. Por ejemplo,

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

   λ> matrizGirada180 (fromList 4 3 [1..])
   ( 12 11 10 )
   (  9  8  7 )
   (  6  5  4 )
   (  3  2  1 )

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

   λ> matrizGirada180 (fromList 3 4 [1..])
   ( 12 11 10  9 )
   (  8  7  6  5 )
   (  4  3  2  1 )

λ> fromList 4 3 [1..]

( 1 2 3 )

( 4 5 6 )

( 7 8 9 )

( 10 11 12 )

λ> matrizGirada180 (fromList 4 3 [1..])

( 12 11 10 )

( 9 8 7 )

( 6 5 4 )

( 3 2 1 )

λ> fromList 3 4 [1..]

( 1 2 3 4 )

( 5 6 7 8 )

( 9 10 11 12 )

λ> matrizGirada180 (fromList 3 4 [1..])

( 12 11 10 9 )

( 8 7 6 5 )

( 4 3 2 1 )

Soluciones

import Data.Matrix ( Matrix
                   , (!)
                   , fromList
                   , fromLists
                   , matrix
                   , ncols
                   , nrows
                   , toLists
                   )

-- 1ª solución
matrizGirada180 :: Matrix a -> Matrix a
matrizGirada180 p = matrix m n f
  where m       = nrows p
        n       = ncols p
        f (i,j) = p!(m-i+1,n-j+1)

-- 2ª solución
matrizGirada180b :: Matrix a -> Matrix a
matrizGirada180b p =
  fromLists (reverse (map reverse (toLists p)))

-- 3ª solución
matrizGirada180c :: Matrix a -> Matrix a
matrizGirada180c =
  fromLists . reverse . map reverse . toLists

import Data.Matrix ( Matrix

, (!)

, fromList

, fromLists

, matrix

, ncols

, nrows

, toLists

)

-- 1ª solución

matrizGirada180 :: Matrix a -> Matrix a

matrizGirada180 p = matrix m n f

where m = nrows p

n = ncols p

f (i,j) = p!(m-i+1,n-j+1)

-- 2ª solución

matrizGirada180b :: Matrix a -> Matrix a

matrizGirada180b p =

fromLists (reverse (map reverse (toLists p)))

-- 3ª solución

matrizGirada180c :: Matrix a -> Matrix a

matrizGirada180c =

fromLists . reverse . map reverse . toLists

Pensamiento

Bueno es recordar
las palabras viejas
que han de volver a sonar.

Antonio Machado

Matriz de mínimas distancias

PorJosé A. Alonso 22-marzo-201925-abril-2021

Definir las funciones

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

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

tales que

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

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

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

( 1 0 0 )

( 2 1 0 )

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

( 1 1 0 )

( 0 1 1 )

λ> minimasDistancias (identity 5)

( 0 1 2 3 4 )

( 1 0 1 2 3 )

( 2 1 0 1 2 )

( 3 2 1 0 1 )

( 4 3 2 1 0 )

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

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad 5 == 40

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^2) == 333300

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^4) == 333333330000

sumaMinimaDistanciasIdentidad (10^6) == 333333333333000000

Soluciones

import Data.Matrix
import Data.Maybe (isJust, fromJust)
import Test.QuickCheck

-- Definición de minimasDistancias
-- ===============================

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

import Data.Matrix

import Data.Maybe (isJust, fromJust)

import Test.QuickCheck

-- Definición de minimasDistancias

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

minimasDistancias :: Matrix Int -> Matrix Int

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

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

| otherwise = c

where c = propagacion b

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

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

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

-- ( Nothing Nothing Just 0 )

-- ( Just 0 Nothing Nothing )

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

matrizInicial a = matrix m n f

where m = nrows a

n = ncols a

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

| otherwise = Nothing

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

-- de a por el sigiente del mínomo de los valores de sus vecinos. Por

-- ejemplo,

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

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Nothing Just 1 Just 0 )

-- λ> propagacion it

-- ( Just 1 Just 0 Just 0 )

-- ( Just 2 Just 1 Just 0 )

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

propagacion a = matrix m n f

where

m = nrows a

n = ncols a

f (i,j) | isJust x = x

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

where x = a ! (i,j)

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

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

-- λ> a = fromList 3 4 [1..]

-- λ> a

-- ( 1 2 3 4 )

-- ( 5 6 7 8 )

-- ( 9 10 11 12 )

-- λ> valoresVecinos a (1,1)

-- [5,2]

-- λ> valoresVecinos a (2,3)

-- [3,11,6,8]

-- λ> valoresVecinos a (2,4)

-- [4,12,7]

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

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

where m = nrows a

n = ncols a

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

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

-- derecha, arriba o abajo. por ejemplo,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

minimo :: [Maybe Int] -> Maybe Int

minimo = foldr1 minimo2

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

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

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

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

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

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

-- minimo2 Nothing Nothing == Nothing

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

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

minimo2 Nothing (Just y) = Just y

minimo2 (Just x) Nothing = Just x

minimo2 Nothing Nothing = Nothing

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

-- Nothing como el infinito). Por ejemplo,

-- siguiente (Just 3) == Just 4

-- siguiente Nothing == Nothing

siguiente :: Maybe Int -> Maybe Int

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

siguiente Nothing = Nothing

-- 1ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad n =

sum (minimasDistancias (identity n))

-- 2ª definición de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 :: Int -> Int

sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n =

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

-- Equivalencia de las definiciones de sumaMinimaDistanciasIdentidad

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

-- La propiedad es

prop_MinimaDistanciasIdentidad :: Positive Int -> Bool

prop_MinimaDistanciasIdentidad (Positive n) =

sumaMinimaDistanciasIdentidad n == sumaMinimaDistanciasIdentidad2 n

-- La comprobación es

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

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 50

-- 41650

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

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 100

-- 333300

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

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad 200

-- 2666600

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

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 50

-- 41650

-- (0.00 secs, 126,944 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 100

-- 333300

-- (0.00 secs, 126,872 bytes)

-- λ> sumaMinimaDistanciasIdentidad2 200

-- 2666600

-- (0.00 secs, 131,240 bytes)

-- Resumidamente, el tiempo es

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

-- | n | 1ª def. | 2ª def |

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

-- | 50 | 0.24 | 0.00 |

-- | 100 | 1.98 | 0.00 |

-- | 200 | 17.96 | 0.00 |

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

Pensamiento

La primavera ha venido.
Nadie sabe como ha sido.

Antonio Machado

Diagonales invertidas

PorJosé A. Alonso 13-marzo-201925-abril-2021

Definir la función

   diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

1	diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

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

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

λ> fromList 5 5 [1..]

┌ ┐

│ 1 2 3 4 5 │

│ 6 7 8 9 10 │

│ 11 12 13 14 15 │

│ 16 17 18 19 20 │

│ 21 22 23 24 25 │

└ ┘

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

┌ ┐

│ 25 2 3 4 21 │

│ 6 19 8 17 10 │

│ 11 12 13 14 15 │

│ 16 9 18 7 20 │

│ 5 22 23 24 1 │

└ ┘

λ> fromList 3 3 ['a','b'..]

┌ ┐

│ 'a' 'b' 'c' │

│ 'd' 'e' 'f' │

│ 'g' 'h' 'i' │

└ ┘

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

┌ ┐

│ 'i' 'b' 'g' │

│ 'd' 'e' 'f' │

│ 'c' 'h' 'a' │

└ ┘

Soluciones

import Data.Matrix

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

import Data.Matrix

diagonalesInvertidas :: Matrix a -> Matrix a

diagonalesInvertidas q = matrix n n f

where n = nrows q

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

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

| otherwise = q ! (i,j)

Pensamiento

Despertad, cantores:
acaben los ecos,
empiecen las voces.

Antonio Machado

Camino de máxima suma en una matriz

PorJosé A. Alonso 8-marzo-201925-abril-2021

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

   (  1  6 11  2 )
   (  7 12  3  8 )
   (  3  8  4  9 )

( 1 6 11 2 )

( 7 12 3 8 )

( 3 8 4 9 )

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

   1, 7,  3, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 8, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 4, 9
   1, 7, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 12, 8, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 4, 9
   1, 6, 12, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 3, 4, 9
   1, 6, 11, 3, 8, 9
   1, 6, 11, 2, 8, 9

1, 7, 3, 8, 4, 9

1, 7, 12, 8, 4, 9

1, 7, 12, 3, 4, 9

1, 7, 12, 3, 8, 9

1, 6, 12, 8, 4, 9

1, 6, 12, 3, 4, 9

1, 6, 12, 3, 8, 9

1, 6, 11, 3, 4, 9

1, 6, 11, 3, 8, 9

1, 6, 11, 2, 8, 9

Las sumas de los caminos son 32, 41, 36, 40, 40, 35, 39, 34, 38 y 37, respectivamente. El camino de máxima suma es el segundo (1, 7, 12, 8, 4, 9) que tiene una suma de 41.

Definir la función

   caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

1	caminoMaxSuma :: Matrix Int -> [Int]

tal que (caminoMaxSuma m) es un camino de máxima suma en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

   λ> caminoMaxSuma (fromLists [[1,6,11,2],[7,12,3,8],[3,8,4,9]])
   [1,7,12,8,4,9]
   λ> sum (caminoMaxSuma (fromList 800 800 [1..]))
   766721999

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

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

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

766721999

Soluciones

import Data.Matrix
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

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

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos1 m =
  map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))
  where nf = nrows m
        nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p
-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,
caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]
caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]
caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]
caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]
caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs
                      | xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++
                              caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición
-- =============

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

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]
caminos2 m =
  map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]
matrizCaminos m = q
  where
    q = matrix (nrows m) (ncols m) f
    f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]
    f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]
    f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]  

-- 3ª definición (con programación dinámica)
-- =========================================

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

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

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

-- El generador es
instance Arbitrary a => Arbitrary (Matrix a) where
  arbitrary =  do
    m <- choose (1,7)
    n <- choose (1,7)
    xs <- Test.QuickCheck.vector (n*m)
    return (fromList m n xs)


-- Por ejemplo,
--    λ> sample' (arbitrary :: Gen (Matrix Int))
--    [( 0 )
--     ( 0 )
--     ( 0 )
--     ( 0 )
--    ,(  1  2 )
--     ( -1  1 )
--     ( -1 -2 )
--     (  1 -1 )
--     (  1  0 )
--     (  2  0 )
--     (  2 -2 )
--    ,( -4  4 -2 )
--     ( -2  0 -2 )
--     (  0 -1 -2 )
--     ( -4 -1  2 )
--    ,( -2  7 -3  1 -5 -3  5 )
--     (  0  2  7 -1 -5  7 -6 )
--     (  1  7 -8  1  6 -7  5 )
--     ( -4  7 -2 -7 -5  5 -8 )
--    ...

-- La propiedad es
prop_caminoMaxSuma :: Matrix Int -> Bool
prop_caminoMaxSuma m =
  x1 == x2 && x2 == x3
  where x1 = sum (caminoMaxSuma1 m)
        x2 = sum (caminoMaxSuma2 m)
        x3 = sum (caminoMaxSuma1 m)

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


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

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

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

import Data.Matrix

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

caminoMaxSuma1 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma1 m =

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

where cs = caminos1 m

k = maximum (map sum cs)

caminos1 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos1 m =

map reverse (caminos1Aux m (nf,nc))

where nf = nrows m

nc = ncols m

-- (caminos1Aux p x) es la lista de los caminos invertidos en la matriz p

-- desde la posición (1,1) hasta la posición x. Por ejemplo,

caminos1Aux :: Matrix Int -> (Int,Int) -> [[Int]]

caminos1Aux m (1,1) = [[m!(1,1)]]

caminos1Aux m (1,j) = [[m!(1,k) | k <- [j,j-1..1]]]

caminos1Aux m (i,1) = [[m!(k,1) | k <- [i,i-1..1]]]

caminos1Aux m (i,j) = [m!(i,j) : xs

| xs <- caminos1Aux m (i,j-1) ++

caminos1Aux m (i-1,j)]

-- 2ª definición

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

caminoMaxSuma2 :: Matrix Int -> [Int]

caminoMaxSuma2 m =

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

where cs = caminos2 m

k = maximum (map sum cs)

caminos2 :: Matrix Int -> [[Int]]

caminos2 m =

map reverse (matrizCaminos m ! (nrows m, ncols m))

matrizCaminos :: Matrix Int -> Matrix [[Int]]

matrizCaminos m = q

where

q = matrix (nrows m) (ncols m) f

f (1,y) = [[m!(1,z) | z <- [y,y-1..1]]]

f (x,1) = [[m!(z,1) | z <- [x,x-1..1]]]

f (x,y) = [m!(x,y) : cs | cs <- q!(x-1,y) ++ q!(x,y-1)]

-- 3ª definición (con programación dinámica)

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

caminoMaxSuma3 :: Matrix Int -> [Int]

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

where nf = nrows m

nc = ncols m

q = caminoMaxSumaAux m

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

caminoMaxSumaAux m = q

where

nf = nrows m

nc = ncols m

q = matrix nf nc f

where

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

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

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

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

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

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

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

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

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

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- El generador es

instance Arbitrary a => Arbitrary (Matrix a) where

arbitrary = do

m <- choose (1,7)

n <- choose (1,7)

xs <- Test.QuickCheck.vector (n*m)

return (fromList m n xs)

-- Por ejemplo,

-- λ> sample' (arbitrary :: Gen (Matrix Int))

-- [( 0 )

-- ( 0 )

-- ,( 1 2 )

-- ( -1 1 )

-- ( -1 -2 )

-- ( 1 -1 )

-- ( 1 0 )

-- ( 2 0 )

-- ( 2 -2 )

-- ,( -4 4 -2 )

-- ( -2 0 -2 )

-- ( 0 -1 -2 )

-- ( -4 -1 2 )

-- ,( -2 7 -3 1 -5 -3 5 )

-- ( 0 2 7 -1 -5 7 -6 )

-- ( 1 7 -8 1 6 -7 5 )

-- ( -4 7 -2 -7 -5 5 -8 )

-- ...

-- La propiedad es

prop_caminoMaxSuma :: Matrix Int -> Bool

prop_caminoMaxSuma m =

x1 == x2 && x2 == x3

where x1 = sum (caminoMaxSuma1 m)

x2 = sum (caminoMaxSuma2 m)

x3 = sum (caminoMaxSuma1 m)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_caminoMaxSuma

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

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

-- 21

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

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

-- 21

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

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

-- 21

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Pensamiento

Caminante, no hay camino,
sino estelas en la mar.

Antonio Machado

Producto de Kronecker

Soluciones

Otras soluciones

Pensamiento

Matriz girada 180 grados

Soluciones

Pensamiento

Matriz de mínimas distancias

Soluciones

Pensamiento

Diagonales invertidas

Soluciones

Pensamiento

Camino de máxima suma en una matriz

Soluciones

Pensamiento

Entradas recientes

Buscar

Correo electrónico