Orden superior – Página 12

Biparticiones de un número

PorJosé A. Alonso 9-noviembre-201716-noviembre-2017

Definir la función

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

1	biparticiones :: Integer -> [(Integer,Integer)]

tal que (biparticiones n) es la lista de pares de números formados por las primeras cifras de n y las restantes. Por ejemplo,

   biparticiones  2025  ==  [(202,5),(20,25),(2,25)]
   biparticiones 10000  ==  [(1000,0),(100,0),(10,0),(1,0)]

1 2	biparticiones 2025 == [(202,5),(20,25),(2,25)] biparticiones 10000 == [(1000,0),(100,0),(10,0),(1,0)]

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

biparticiones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones1 x = [(read y, read z) | (y,z) <- biparticionesL1 xs]
  where xs = show x

-- (biparticionesL1 xs) es la lista de los pares formados por los
-- prefijos no vacío de xs y su resto. Por ejemplo,
--    biparticionesL1 "2025" == [("2","025"),("20","25"),("202","5")]
biparticionesL1 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticionesL1 xs = [splitAt k xs | k <- [1..length xs - 1]]

-- 2ª solución
-- ===========

biparticiones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones2 x = [(read y, read z) | (y,z) <- biparticionesL2 xs]
  where xs = show x

-- (biparticionesL2 xs) es la lista de los pares formados por los
-- prefijos no vacío de xs y su resto. Por ejemplo,
--    biparticionesL2 "2025" == [("2","025"),("20","25"),("202","5")]
biparticionesL2 :: [a] -> [([a],[a])]
biparticionesL2 xs =
  takeWhile (not . null . snd) [splitAt n xs | n <- [1..]]

-- 3ª solución
-- ===========

biparticiones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones3 a =
  takeWhile ((>0) . fst) [divMod a (10^n) | n <- [1..]] 

-- 4ª solución
-- ===========

biparticiones4 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones4 n =
  [quotRem n (10^x) | x <- [1..length (show n) -1]]

-- 5ª solución
-- ===========

biparticiones5 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
biparticiones5 n =
  takeWhile (/= (0,n)) [divMod n (10^x) | x <- [1..]]

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

--    λ> numero n = (read (replicate n '2')) :: Integer
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> length (biparticiones1 (numero 10000))
--    9999
--    (0.03 secs, 10,753,192 bytes)
--    λ> length (biparticiones2 (numero 10000))
--    9999
--    (1.89 secs, 6,410,513,136 bytes)
--    λ> length (biparticiones3 (numero 10000))
--    9999
--    (0.54 secs, 152,777,680 bytes)
--    λ> length (biparticiones4 (numero 10000))
--    9999
--    (0.01 secs, 7,382,816 bytes)
--    λ> length (biparticiones5 (numero 10000))
--    9999
--    (2.11 secs, 152,131,136 bytes)
--    
--    λ> length (biparticiones1 (numero (10^7)))
--    9999999
--    (14.23 secs, 10,401,100,848 bytes)
--    λ> length (biparticiones4 (numero (10^7)))
--    9999999
--    (11.43 secs, 7,361,097,856 bytes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

biparticiones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

biparticiones1 x = [(read y, read z) | (y,z) <- biparticionesL1 xs]

where xs = show x

-- (biparticionesL1 xs) es la lista de los pares formados por los

-- prefijos no vacío de xs y su resto. Por ejemplo,

-- biparticionesL1 "2025" == [("2","025"),("20","25"),("202","5")]

biparticionesL1 :: [a] -> [([a],[a])]

biparticionesL1 xs = [splitAt k xs | k <- [1..length xs - 1]]

-- 2ª solución

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

biparticiones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

biparticiones2 x = [(read y, read z) | (y,z) <- biparticionesL2 xs]

where xs = show x

-- (biparticionesL2 xs) es la lista de los pares formados por los

-- prefijos no vacío de xs y su resto. Por ejemplo,

-- biparticionesL2 "2025" == [("2","025"),("20","25"),("202","5")]

biparticionesL2 :: [a] -> [([a],[a])]

biparticionesL2 xs =

takeWhile (not . null . snd) [splitAt n xs | n <- [1..]]

-- 3ª solución

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

biparticiones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

biparticiones3 a =

takeWhile ((>0) . fst) [divMod a (10^n) | n <- [1..]]

-- 4ª solución

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

biparticiones4 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

biparticiones4 n =

[quotRem n (10^x) | x <- [1..length (show n) -1]]

-- 5ª solución

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

biparticiones5 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

biparticiones5 n =

takeWhile (/= (0,n)) [divMod n (10^x) | x <- [1..]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> numero n = (read (replicate n '2')) :: Integer

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> length (biparticiones1 (numero 10000))

-- 9999

-- (0.03 secs, 10,753,192 bytes)

-- λ> length (biparticiones2 (numero 10000))

-- 9999

-- (1.89 secs, 6,410,513,136 bytes)

-- λ> length (biparticiones3 (numero 10000))

-- 9999

-- (0.54 secs, 152,777,680 bytes)

-- λ> length (biparticiones4 (numero 10000))

-- 9999

-- (0.01 secs, 7,382,816 bytes)

-- λ> length (biparticiones5 (numero 10000))

-- 9999

-- (2.11 secs, 152,131,136 bytes)

-- λ> length (biparticiones1 (numero (10^7)))

-- 9999999

-- (14.23 secs, 10,401,100,848 bytes)

-- λ> length (biparticiones4 (numero (10^7)))

-- 9999999

-- (11.43 secs, 7,361,097,856 bytes)

Números completos

PorJosé A. Alonso 6-noviembre-201714-noviembre-2017

Las descomposiciones de un número n son las parejas de números (x,y) tales que x >= y y la suma de las cuatro operaciones básicas (suma, producto, resta (el mayor menos el menor) y cociente (el mayor entre el menor)) es el número n. Por ejemplo, (8,2) es una descomposición de 36 ya que

   (8 + 2) + (8 - 2) + (8 * 2) + (8 / 2) = 36

1	(8 + 2) + (8 - 2) + (8 * 2) + (8 / 2) = 36

Un número es completo si tiene alguna descomposición como las anteriores. Por ejemplo, el 36 es completo pero el 21 no lo es.

Definir las siguientes funciones

   descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   completos        :: [Integer]

1 2	descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)] completos :: [Integer]

tales que

(descomposiciones n) es la lista de las descomposiones de n. Por ejemplo,

     descomposiciones 12   ==  [(3,1)]
     descomposiciones 16   ==  [(3,3),(4,1)]
     descomposiciones 36   ==  [(5,5),(8,2),(9,1)]
     descomposiciones 288  ==  [(22,11),(40,5),(54,3),(64,2),(72,1)]
     descomposiciones 21   ==  []

descomposiciones 12 == [(3,1)]

descomposiciones 16 == [(3,3),(4,1)]

descomposiciones 36 == [(5,5),(8,2),(9,1)]

descomposiciones 288 == [(22,11),(40,5),(54,3),(64,2),(72,1)]

descomposiciones 21 == []

completos es la lista de los números completos. Por ejemplo,

     take 15 completos  ==  [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44]
     completos !! 100   ==  261

1 2	take 15 completos == [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44] completos !! 100 == 261

Soluciones

-- 1ª solución de descomposiciones
descomposiciones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones1 n =
  [(x,y) | x <- [1..n]
         , y <- [1..x]
         , x `rem` y == 0
         , (x + y) + (x - y) + (x * y) + (x `div` y) == n]

-- 2ª solución de descomposiciones
descomposiciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones2 n =
  [(n `div` ((y+1)^2) * y,y)
  | y <- [1..(floor . sqrt . fromIntegral) n]
  , n `mod` ((y+1)^2) == 0]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> length (descomposiciones1 4000)
--    5
--    (3.16 secs, 1,618,693,272 bytes)
--    λ> length (descomposiciones2 4000)
--    5
--    (0.00 secs, 188,208 bytes)

-- Usaremos la 2ª definició de descomposiciones
descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones = descomposiciones2

-- 1ª definición de completos
completos1 :: [Integer]
completos1 = [n | n <- [1..]
                , not (null (descomposiciones n))]

-- 2ª definición de completos
completos2 :: [Integer]
completos2 = filter (not . null . descomposiciones) [1..]

-- Usaremos la 2ª definición de completos
completos :: [Integer]
completos = completos2

-- 1ª solución de descomposiciones

descomposiciones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposiciones1 n =

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

, y <- [1..x]

, x `rem` y == 0

, (x + y) + (x - y) + (x * y) + (x `div` y) == n]

-- 2ª solución de descomposiciones

descomposiciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposiciones2 n =

[(n `div` ((y+1)^2) * y,y)

| y <- [1..(floor . sqrt . fromIntegral) n]

, n `mod` ((y+1)^2) == 0]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> length (descomposiciones1 4000)

-- 5

-- (3.16 secs, 1,618,693,272 bytes)

-- λ> length (descomposiciones2 4000)

-- 5

-- (0.00 secs, 188,208 bytes)

-- Usaremos la 2ª definició de descomposiciones

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

descomposiciones = descomposiciones2

-- 1ª definición de completos

completos1 :: [Integer]

completos1 = [n | n <- [1..]

, not (null (descomposiciones n))]

-- 2ª definición de completos

completos2 :: [Integer]

completos2 = filter (not . null . descomposiciones) [1..]

-- Usaremos la 2ª definición de completos

completos :: [Integer]

completos = completos2

Números libres de cuadrados

PorJosé A. Alonso 3-noviembre-201725-abril-2021

Un número entero positivo es libre de cuadrados si no es divisible el cuadrado de ningún entero mayor que 1. Por ejemplo, 70 es libre de cuadrado porque sólo es divisible por 1, 2, 5, 7 y 70; en cambio, 40 no es libre de cuadrados porque es divisible por 2^2.

Definir la función

   libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

1	libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

tal que (libreDeCuadrados x) se verifica si x es libre de cuadrados. Por ejemplo,

   libreDeCuadrados 70                    ==  True
   libreDeCuadrados 40                    ==  False
   libreDeCuadrados 510510                ==  True
   libreDeCuadrados (((10^10)^10)^10)     ==  False

libreDeCuadrados 70 == True

libreDeCuadrados 40 == False

libreDeCuadrados 510510 == True

libreDeCuadrados (((10^10)^10)^10) == False

Otro ejemplo,

   λ> filter (not . libreDeCuadrados) [1..50]
   [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44,45,48,49,50]

1 2	λ> filter (not . libreDeCuadrados) [1..50] [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44,45,48,49,50]

Soluciones

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

import Data.List (genericLength) -- Para OS

-- 1ª definición:
libreDeCuadrados :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

-- (divisoresPrimos x) es la lista de los divisores primos de x. Por
-- ejemplo,  
--    divisoresPrimos 40  ==  [2,5]
--    divisoresPrimos 70  ==  [2,5,7]
divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]
divisoresPrimos x = [n | n <- divisores x, primo n]

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

-- (primo n) se verifica si n es primo. Por ejemplo,
--    primo 30  == False
--    primo 31  == True  
primo :: Integer -> Bool
primo n = divisores n == [1, n]

-- 2ª definición
libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados2 n = 
    null [x | x <- [2..n], rem n (x^2) == 0]

-- 3ª definición
libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados3 n = 
    null [x | x <- [2..floor (sqrt (fromIntegral n))], 
              rem n (x^2) == 0]

-- 4ª definición
libreDeCuadrados4 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados4 n = 
  xs == nub xs
  where xs = primeFactors n

-- 5ª definición
libreDeCuadrados5 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados5 n = 
  all (\(x,y) -> x /= y) (zip xs (tail xs))
  where xs = primeFactors n

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

prop_equivalencia :: Integer -> Property
prop_equivalencia n =
  n > 0 ==>
  all (== libreDeCuadrados n)
      [f n | f <- [ libreDeCuadrados2
                  , libreDeCuadrados3
                  , libreDeCuadrados4
                  , libreDeCuadrados5
                  ]]

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

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

--    λ> libreDeCuadrados 510510
--    True
--    (0.76 secs, 89,522,360 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados2 510510
--    True
--    (1.78 secs, 371,826,320 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados3 510510
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados4 510510
--    True
--    (0.00 secs, 152,712 bytes)
--
--    λ> filter libreDeCuadrados3 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (2.24 secs, 1,812,139,456 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (0.51 secs, 936,216,664 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (0.38 secs, 806,833,952 bytes)
--
--    λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (10^5)
--    164499
--    (3.28 secs, 7,470,629,888 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (10^5)
--    164499
--    (2.88 secs, 6,390,072,384 bytes)

100

import Data.Numbers.Primes (primeFactors, primes)

import Data.List (nub)

import Test.QuickCheck

import Data.List (genericLength) -- Para OS

-- 1ª definición:

libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

-- (divisoresPrimos x) es la lista de los divisores primos de x. Por

-- ejemplo,

-- divisoresPrimos 40 == [2,5]

-- divisoresPrimos 70 == [2,5,7]

divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]

divisoresPrimos x = [n | n <- divisores x, primo n]

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

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

divisores :: Integer -> [Integer]

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

-- (primo n) se verifica si n es primo. Por ejemplo,

-- primo 30 == False

-- primo 31 == True

primo :: Integer -> Bool

primo n = divisores n == [1, n]

-- 2ª definición

libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados2 n =

null [x | x <- [2..n], rem n (x^2) == 0]

-- 3ª definición

libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados3 n =

null [x | x <- [2..floor (sqrt (fromIntegral n))],

rem n (x^2) == 0]

-- 4ª definición

libreDeCuadrados4 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados4 n =

xs == nub xs

where xs = primeFactors n

-- 5ª definición

libreDeCuadrados5 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados5 n =

all (\(x,y) -> x /= y) (zip xs (tail xs))

where xs = primeFactors n

-- Equivalencia de las definiciones

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

prop_equivalencia :: Integer -> Property

prop_equivalencia n =

n > 0 ==>

all (== libreDeCuadrados n)

[f n | f <- [ libreDeCuadrados2

, libreDeCuadrados3

, libreDeCuadrados4

, libreDeCuadrados5

]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> libreDeCuadrados 510510

-- True

-- (0.76 secs, 89,522,360 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados2 510510

-- True

-- (1.78 secs, 371,826,320 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados3 510510

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados4 510510

-- True

-- (0.00 secs, 152,712 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados3 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (2.24 secs, 1,812,139,456 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (0.51 secs, 936,216,664 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (0.38 secs, 806,833,952 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (10^5)

-- 164499

-- (3.28 secs, 7,470,629,888 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (10^5)

-- 164499

-- (2.88 secs, 6,390,072,384 bytes)

El problema de las celebridades

PorJosé A. Alonso 9-mayo-201725-abril-2021

La celebridad de una reunión es una persona al que todos conocen pero que no conoce a nadie. Por ejemplo, si en la reunión hay tres personas tales que la 1 conoce a la 3 y la 2 conoce a la 1 y a la 3, entonces la celebridad de la reunión es la 3.

La relación de conocimiento se puede representar mediante una lista de pares (x,y) indicando que x conoce a y. Por ejemplo, ka reunioń anterior se puede representar por [(1,3),(2,1),(2,3)].

Definir la función

   celebridad :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

1	celebridad :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

tal que (celebridad r) es el justo la celebridad de r, si en r hay una celebridad y Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

   celebridad [(1,3),(2,1),(2,3)]            ==  Just 3
   celebridad [(1,3),(2,1),(3,2)]            ==  Nothing
   celebridad [(1,3),(2,1),(2,3),(3,1)]      ==  Nothing
   celebridad [(x,1) | x <- [2..10^6]]       ==  Just 1
   celebridad [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]  ==  Just 1000000

celebridad [(1,3),(2,1),(2,3)] == Just 3

celebridad [(1,3),(2,1),(3,2)] == Nothing

celebridad [(1,3),(2,1),(2,3),(3,1)] == Nothing

celebridad [(x,1) | x <- [2..10^6]] == Just 1

celebridad [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]] == Just 1000000

Soluciones

[schedule expon=’2017-05-16′ expat=»06:00″]

Las soluciones se pueden escribir en los comentarios hasta el 16 de mayo.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

[/schedule]

[schedule on=’2017-05-16′ at=»06:00″]

import Data.List (delete, nub)
import Data.Maybe (listToMaybe)
import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución
-- ===========

celebridad1 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad1 r =
  listToMaybe [x | x <- personas r, esCelebridad r x]

personas :: Ord a => [(a,a)] -> [a]
personas r =
  nub (map fst r ++ map snd r)

esCelebridad :: Ord a => [(a,a)] -> a -> Bool
esCelebridad r x =
     [y | y <- ys, (y,x) `elem` r] == ys
  && null [y | y <- ys, (x,y) `elem` r]
  where ys = delete x (personas r)

-- 2ª solución
-- ===========

celebridad2 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad2 r =
  listToMaybe [x | x <- personas2 c, esCelebridad2 c x]
  where c = S.fromList r

--    λ> personas2 (S.fromList [(1,3),(2,1),(2,3)])
--    [1,2,3]
personas2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> [a]
personas2 c =
  S.toList (S.map fst c `S.union` S.map snd c)

esCelebridad2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> a -> Bool
esCelebridad2 c x = 
      [y | y <- ys, (y,x) `S.member` c] == ys
   && null [y | y <- ys, (x,y) `S.member` c]
   where ys = delete x (personas2 c)

-- 3ª definición
-- =============

celebridad3 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a
celebridad3 r
  | S.null candidatos = Nothing
  | esCelebridad      = Just candidato
  | otherwise         = Nothing
  where
    conjunto          = S.fromList r
    dominio           = S.map fst conjunto
    rango             = S.map snd conjunto
    total             = dominio `S.union` rango
    candidatos        = rango `S.difference` dominio
    candidato         = S.findMin candidatos
    noCandidatos      = S.delete candidato total
    esCelebridad      =
      S.filter (\x -> (x,candidato) `S.member` conjunto) total == noCandidatos
     
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> celebridad1 [(x,1) | x <- [2..300]]
--    Just 1
--    (2.70 secs, 38,763,888 bytes)
--    λ> celebridad2 [(x,1) | x <- [2..300]]
--    Just 1
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> celebridad2 [(x,1000) | x <- [1..999]]
--    Just 1000
--    (2.23 secs, 483,704,224 bytes)
--    λ> celebridad3 [(x,1000) | x <- [1..999]]
--    Just 1000
--    (0.02 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> celebridad3 [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]
--    Just 1000000
--    (9.56 secs, 1,572,841,088 bytes)
--    λ> celebridad3 [(x,1) | x <- [2..10^6]]
--    Just 1
--    (6.17 secs, 696,513,320 bytes)

import Data.List (delete, nub)

import Data.Maybe (listToMaybe)

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución

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

celebridad1 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad1 r =

listToMaybe [x | x <- personas r, esCelebridad r x]

personas :: Ord a => [(a,a)] -> [a]

personas r =

nub (map fst r ++ map snd r)

esCelebridad :: Ord a => [(a,a)] -> a -> Bool

esCelebridad r x =

[y | y <- ys, (y,x) `elem` r] == ys

&& null [y | y <- ys, (x,y) `elem` r]

where ys = delete x (personas r)

-- 2ª solución

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

celebridad2 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad2 r =

listToMaybe [x | x <- personas2 c, esCelebridad2 c x]

where c = S.fromList r

-- λ> personas2 (S.fromList [(1,3),(2,1),(2,3)])

-- [1,2,3]

personas2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> [a]

personas2 c =

S.toList (S.map fst c `S.union` S.map snd c)

esCelebridad2 :: Ord a => S.Set (a,a) -> a -> Bool

esCelebridad2 c x =

[y | y <- ys, (y,x) `S.member` c] == ys

&& null [y | y <- ys, (x,y) `S.member` c]

where ys = delete x (personas2 c)

-- 3ª definición

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

celebridad3 :: Ord a => [(a,a)] -> Maybe a

celebridad3 r

| S.null candidatos = Nothing

| esCelebridad = Just candidato

| otherwise = Nothing

where

conjunto = S.fromList r

dominio = S.map fst conjunto

rango = S.map snd conjunto

total = dominio `S.union` rango

candidatos = rango `S.difference` dominio

candidato = S.findMin candidatos

noCandidatos = S.delete candidato total

esCelebridad =

S.filter (\x -> (x,candidato) `S.member` conjunto) total == noCandidatos

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> celebridad1 [(x,1) | x <- [2..300]]

-- Just 1

-- (2.70 secs, 38,763,888 bytes)

-- λ> celebridad2 [(x,1) | x <- [2..300]]

-- Just 1

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> celebridad2 [(x,1000) | x <- [1..999]]

-- Just 1000

-- (2.23 secs, 483,704,224 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,1000) | x <- [1..999]]

-- Just 1000

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,10^6) | x <- [1..10^6-1]]

-- Just 1000000

-- (9.56 secs, 1,572,841,088 bytes)

-- λ> celebridad3 [(x,1) | x <- [2..10^6]]

-- Just 1

-- (6.17 secs, 696,513,320 bytes)

[/schedule]

Sucesión de Recamán

PorJosé A. Alonso 24-abril-201726-marzo-2022

La sucesión de Recamán está definida como sigue:

   a(0) = 0
   a(n) = a(n-1) - n, si a(n-1) > n y no figura ya en la sucesión
   a(n) = a(n-1) + n, en caso contrario.

a(0) = 0

a(n) = a(n-1) - n, si a(n-1) > n y no figura ya en la sucesión

a(n) = a(n-1) + n, en caso contrario.

Definir las funciones

   sucRecaman :: [Int]
   invRecaman :: Int -> Int
   graficaSucRecaman :: Int -> IO ()
   graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

sucRecaman :: [Int]

invRecaman :: Int -> Int

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

tales que

sucRecaman es la lista de los términos de la sucesión de Recamám. Por ejemplo,

      λ> take 25 sucRecaman3
      [0,1,3,6,2,7,13,20,12,21,11,22,10,23,9,24,8,25,43,62,42,63,41,18,42]
      λ> sucRecaman !! 1000
      3686
      λ> sucRecaman !! 1000001
      1057163

λ> take 25 sucRecaman3

[0,1,3,6,2,7,13,20,12,21,11,22,10,23,9,24,8,25,43,62,42,63,41,18,42]

λ> sucRecaman !! 1000

3686

λ> sucRecaman !! 1000001

1057163

(invRecaman n) es la primera posición de n en la sucesión de Recamán. Por ejemplo,

      invRecaman 10       ==  12
      invRecaman 3686     ==  1000
      invRecaman 1057163  ==  1000001

invRecaman 10 == 12

invRecaman 3686 == 1000

invRecaman 1057163 == 1000001

(graficaSucRecaman n) dibuja los n primeros términos de la sucesión de Recamán. Por ejemplo, (graficaSucRecaman 300) dibuja
(graficaInvRecaman n) dibuja los valores de (invRecaman k) para k entre 0 y n. Por ejemplo, (graficaInvRecaman 17) dibuja

y (graficaInvRecaman 100) dibuja

Soluciones

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución
-- ===========

sucRecaman1 :: [Int]
sucRecaman1 = map suc1 [0..]

suc1 :: Int -> Int
suc1 0 = 0
suc1 n | y > n && y - n `notElem` ys = y - n
       | otherwise                   = y + n
  where y  = suc1 (n - 1)
        ys = [suc1 k | k <- [0..n - 1]]

-- 2ª solución
-- ===========

sucRecaman2 :: [Int]
sucRecaman2 = 0:zipWith3 f sucRecaman2 [1..] (repeat sucRecaman2)
  where f y n ys | y > n && y - n `notElem` take n ys = y - n
                 | otherwise                          = y + n

-- 3ª solución
-- ===========

sucRecaman3 :: [Int]
sucRecaman3 = 0 : recaman (S.singleton 0) 1 0

recaman :: S.Set Int -> Int -> Int -> [Int]
recaman s n x
  | x > n && (x-n) `S.notMember` s =
    (x-n) : recaman (S.insert (x-n) s) (n+1) (x-n)
  | otherwise =
    (x+n):recaman (S.insert (x+n) s) (n+1) (x+n) 

-- Comparación de eficiencia:
--    λ> sucRecaman1 !! 25
--    17
--    (3.76 secs, 2,394,593,952 bytes)
--    λ> sucRecaman2 !! 25
--    17
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> sucRecaman3 !! 25
--    17
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--
--    λ> sucRecaman2 !! (2*10^4)
--    14358
--    (2.69 secs, 6,927,559,784 bytes)
--    λ> sucRecaman3 !! (2*10^4)
--    14358
--    (0.04 secs, 0 bytes)

-- Definición de invRecaman
invRecaman :: Int -> Int
invRecaman n =
  length (takeWhile (/=n) sucRecaman3)

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()
graficaSucRecaman n =
  plotList [Key Nothing]
           (take n sucRecaman3)

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()
graficaInvRecaman n =
  plotList [Key Nothing]
           [invRecaman k | k <- [0..n]]

import qualified Data.Set as S

-- 1ª solución

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

sucRecaman1 :: [Int]

sucRecaman1 = map suc1 [0..]

suc1 :: Int -> Int

suc1 0 = 0

suc1 n | y > n && y - n `notElem` ys = y - n

| otherwise = y + n

where y = suc1 (n - 1)

ys = [suc1 k | k <- [0..n - 1]]

-- 2ª solución

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

sucRecaman2 :: [Int]

sucRecaman2 = 0:zipWith3 f sucRecaman2 [1..] (repeat sucRecaman2)

where f y n ys | y > n && y - n `notElem` take n ys = y - n

| otherwise = y + n

-- 3ª solución

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

sucRecaman3 :: [Int]

sucRecaman3 = 0 : recaman (S.singleton 0) 1 0

recaman :: S.Set Int -> Int -> Int -> [Int]

recaman s n x

| x > n && (x-n) `S.notMember` s =

(x-n) : recaman (S.insert (x-n) s) (n+1) (x-n)

| otherwise =

(x+n):recaman (S.insert (x+n) s) (n+1) (x+n)

-- Comparación de eficiencia:

-- λ> sucRecaman1 !! 25

-- 17

-- (3.76 secs, 2,394,593,952 bytes)

-- λ> sucRecaman2 !! 25

-- 17

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> sucRecaman3 !! 25

-- 17

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> sucRecaman2 !! (2*10^4)

-- 14358

-- (2.69 secs, 6,927,559,784 bytes)

-- λ> sucRecaman3 !! (2*10^4)

-- 14358

-- (0.04 secs, 0 bytes)

-- Definición de invRecaman

invRecaman :: Int -> Int

invRecaman n =

length (takeWhile (/=n) sucRecaman3)

graficaSucRecaman :: Int -> IO ()

graficaSucRecaman n =

plotList [Key Nothing]

(take n sucRecaman3)

graficaInvRecaman :: Int -> IO ()

graficaInvRecaman n =

plotList [Key Nothing]

[invRecaman k | k <- [0..n]]

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 21-abril-201725-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

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

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

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

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

Operaciones con polinomios como diccionarios

PorJosé A. Alonso 20-abril-201725-abril-2021

Los polinomios se pueden representar mediante diccionarios con los exponentes como claves y los coeficientes como valores.

El tipo de los polinomios con coeficientes de tipo a se define por

   type Polinomio a = M.Map Int a

1	type Polinomio a = M.Map Int a

Dos ejemplos de polinomios (que usaremos en los ejemplos) son

   3 + 7x - 5x^3
   4 + 5x^3 + x^5

1 2	3 + 7x - 5x^3 4 + 5x^3 + x^5

se definen por

  ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int
  ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]
  ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int

ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]

ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

Definir las funciones

   sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
   multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a
   multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a

multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

tales que

(sumaPol p q) es la suma de los polinomios p y q. Por ejemplo,

     ghci> sumaPol ejPol1 ejPol2
     fromList [(0,7),(1,7),(5,1)]
     ghci> sumaPol ejPol1 ejPol1
     fromList [(0,6),(1,14),(3,-10)]

ghci> sumaPol ejPol1 ejPol2

fromList [(0,7),(1,7),(5,1)]

ghci> sumaPol ejPol1 ejPol1

fromList [(0,6),(1,14),(3,-10)]

(multPorTerm (n,a) p) es el producto del término ax^n por p. Por ejemplo,

     ghci> multPorTerm (2,3) (M.fromList [(0,4),(2,1)])
     fromList [(2,12),(4,3)]

1 2	ghci> multPorTerm (2,3) (M.fromList [(0,4),(2,1)]) fromList [(2,12),(4,3)]

(multPol p q) es el producto de los polinomios p y q. Por ejemplo,

     ghci> multPol ejPol1 ejPol2
     fromList [(0,12),(1,28),(3,-5),(4,35),(5,3),(6,-18),(8,-5)]
     ghci> multPol ejPol1 ejPol1
     fromList [(0,9),(1,42),(2,49),(3,-30),(4,-70),(6,25)]
     ghci> multPol ejPol2 ejPol2
     fromList [(0,16),(3,40),(5,8),(6,25),(8,10),(10,1)]

ghci> multPol ejPol1 ejPol2

fromList [(0,12),(1,28),(3,-5),(4,35),(5,3),(6,-18),(8,-5)]

ghci> multPol ejPol1 ejPol1

fromList [(0,9),(1,42),(2,49),(3,-30),(4,-70),(6,25)]

ghci> multPol ejPol2 ejPol2

fromList [(0,16),(3,40),(5,8),(6,25),(8,10),(10,1)]

Soluciones

import qualified Data.Map as M

type Polinomio a = M.Map Int a 

ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int
ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]
ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
sumaPol p q = 
    M.filter (/=0) (M.unionWith (+) p q)

multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a
multPorTerm (n,a) p =
    M.map (*a) (M.mapKeys (+n) p)

multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a
multPol p q
    | M.null p  = M.empty
    | otherwise = sumaPol (multPorTerm t q) (multPol r q)
    where (t,r) = M.deleteFindMin p

import qualified Data.Map as M

type Polinomio a = M.Map Int a

ejPol1, ejPol2 :: Polinomio Int

ejPol1 = M.fromList [(0,3),(1,7),(3,-5)]

ejPol2 = M.fromList [(0,4),(3,5),(5,1)]

sumaPol :: (Num a, Eq a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

sumaPol p q =

M.filter (/=0) (M.unionWith (+) p q)

multPorTerm :: Num a => (Int,a) -> Polinomio a -> Polinomio a

multPorTerm (n,a) p =

M.map (*a) (M.mapKeys (+n) p)

multPol :: (Eq a, Num a) => Polinomio a -> Polinomio a -> Polinomio a

multPol p q

| M.null p = M.empty

| otherwise = sumaPol (multPorTerm t q) (multPol r q)

where (t,r) = M.deleteFindMin p

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 19-abril-201725-abril-2021

El número 311 se puede escribir de 5 formas distintas como suma de 1 o más primos consecutivos

   311 =  11 +  13 +  17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43 + 47
   311 =  31 +  37 +  41 + 43 + 47 + 53 + 59
   311 =  53 +  59 +  61 + 67 + 71
   311 = 101 + 103 + 107
   311 = 311

311 = 11 + 13 + 17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43 + 47

311 = 31 + 37 + 41 + 43 + 47 + 53 + 59

311 = 53 + 59 + 61 + 67 + 71

311 = 101 + 103 + 107

311 = 311

el número 41 se puede escribir de 4 formas

   41 =  2 +  3 +  5 + 7 + 11 + 13
   41 = 11 + 13 + 17
   41 = 41

41 = 2 + 3 + 5 + 7 + 11 + 13

41 = 11 + 13 + 17

41 = 41

y el número 14 no se puede escribir como suma de primos consecutivos.

Definir la función

   sumas :: Integer -> [[Integer]]

1	sumas :: Integer -> [[Integer]]

tal que (sumas x) es la lista de las formas de escribir x como suma de uno o más números primos consecutivos. Por ejemplo,

   λ> sumas 311
   [[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],
    [53,59,61,67,71],[101,103,107],[311]]
   λ> sumas 41
   [[2,3,5,7,11,13],[11,13,17],[41]]
   λ> sumas 14
   []
   λ> [length (sumas n) | n <- [0..20]]
   [0,0,1,1,0,2,0,1,1,0,1,1,1,1,0,1,0,2,1,1,0]
   λ> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]
   5

λ> sumas 311

[[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],

[53,59,61,67,71],[101,103,107],[311]]

λ> sumas 41

[[2,3,5,7,11,13],[11,13,17],[41]]

λ> sumas 14

[]

λ> [length (sumas n) | n <- [0..20]]

[0,0,1,1,0,2,0,1,1,0,1,1,1,1,0,1,0,2,1,1,0]

λ> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Data.List (span)

sumas :: Integer -> [[Integer]]
sumas x = [ys | n <- takeWhile (<= x) primes, 
                let ys = sumaDesde x n,
                not (null ys)]

-- (sumaDesde x n) es la lista de al menos dos números primos
-- consecutivos a partir del número primo n cuya suma es x, si existen y
-- la lista vacía en caso contrario. Por ejemplo,
--    sumaDesde 15 3  ==  [3,5,7]
--    sumaDesde  7 3  ==  []
sumaDesde :: Integer -> Integer -> [Integer]
sumaDesde x n | x == y    = take (1 + length us) ys
              | otherwise = []
    where ys       = dropWhile (<n) primes
          (us,y:_) = span (<x) (scanl1 (+) ys)

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Data.List (span)

sumas :: Integer -> [[Integer]]

sumas x = [ys | n <- takeWhile (<= x) primes,

let ys = sumaDesde x n,

not (null ys)]

-- (sumaDesde x n) es la lista de al menos dos números primos

-- consecutivos a partir del número primo n cuya suma es x, si existen y

-- la lista vacía en caso contrario. Por ejemplo,

-- sumaDesde 15 3 == [3,5,7]

-- sumaDesde 7 3 == []

sumaDesde :: Integer -> Integer -> [Integer]

sumaDesde x n | x == y = take (1 + length us) ys

| otherwise = []

where ys = dropWhile (<n) primes

(us,y:_) = span (<x) (scanl1 (+) ys)

Subnúmeros pares

PorJosé A. Alonso 18-abril-201725-abril-2017

Los subnúmeros de un número x son los números que se pueden formar con dígitos de x en posiciones consecutivas. Por ejemplo, el número 254 tiene 6 subnúmeros: 2, 5, 4, 25, 54 y 254.

Definir las funciones

   subnumeros       :: Integer -> [Integer]
   nSubnumerosPares :: Integer -> Integer

1 2	subnumeros :: Integer -> [Integer] nSubnumerosPares :: Integer -> Integer

tales que

(subnumerosPares x) es la lista de los subnúmeros pares de x. Por ejemplo,

     subnumerosPares 254   ==  [2,254,54,4]
     subnumerosPares 154   ==  [154,54,4]
     subnumerosPares 15    ==  []

subnumerosPares 254 == [2,254,54,4]

subnumerosPares 154 == [154,54,4]

subnumerosPares 15 == []

(nSubnumerosPares x) es la cantidad de subnúmeros pares de x. Por ejemplo,

     nSubnumerosPares 254   ==  4
     nSubnumerosPares2 (4^(10^6))  ==  90625258498

1 2	nSubnumerosPares 254 == 4 nSubnumerosPares2 (4^(10^6)) == 90625258498

Soluciones

import Data.List ( genericLength
                 , inits
                 , tails
                 )

subnumerosPares :: Integer -> [Integer]
subnumerosPares n =
  filter even (subnumeros n)

-- (subnumeros n) es la lista de los subnúmeros de n. Por ejemplo,
--    subnumeros 254  ==  [2,25,5,254,54,4]
subnumeros :: Integer -> [Integer]
subnumeros n =
  [read x | x <- sublistas (show n)]

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

-- 1ª definición
-- =============

nSubnumerosPares :: Integer -> Integer
nSubnumerosPares =
  genericLength . subnumerosPares

-- 2ª definición
-- =============

nSubnumerosPares2 :: Integer -> Integer
nSubnumerosPares2 =
  sum . posicionesDigitosPares 

-- (posicionesDigitosPares x) es la lista de las posiciones de los
-- dígitos pares de x. Por ejemplo,
--    posicionesDigitosPares 254  ==  [1,3]
posicionesDigitosPares :: Integer -> [Integer]
posicionesDigitosPares x =
  [n | (n,y) <- zip [1..] (show x)
     , y `elem` "02468"]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nSubnumerosPares (2^(10^3))
--    22934
--    (2.83 secs, 3,413,414,872 bytes)
--    λ> nSubnumerosPares2 (2^(10^3))
--    22934
--    (0.01 secs, 0 bytes)

import Data.List ( genericLength

, inits

, tails

)

subnumerosPares :: Integer -> [Integer]

subnumerosPares n =

filter even (subnumeros n)

-- (subnumeros n) es la lista de los subnúmeros de n. Por ejemplo,

-- subnumeros 254 == [2,25,5,254,54,4]

subnumeros :: Integer -> [Integer]

subnumeros n =

[read x | x <- sublistas (show n)]

-- (sublistas xs) es la lista de las sublistas de xs. Por ejemplo,

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

sublistas :: [a] -> [[a]]

sublistas xs =

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

-- 1ª definición

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

nSubnumerosPares :: Integer -> Integer

nSubnumerosPares =

genericLength . subnumerosPares

-- 2ª definición

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

nSubnumerosPares2 :: Integer -> Integer

nSubnumerosPares2 =

sum . posicionesDigitosPares

-- (posicionesDigitosPares x) es la lista de las posiciones de los

-- dígitos pares de x. Por ejemplo,

-- posicionesDigitosPares 254 == [1,3]

posicionesDigitosPares :: Integer -> [Integer]

posicionesDigitosPares x =

[n | (n,y) <- zip [1..] (show x)

, y `elem` "02468"]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nSubnumerosPares (2^(10^3))

-- 22934

-- (2.83 secs, 3,413,414,872 bytes)

-- λ> nSubnumerosPares2 (2^(10^3))

-- 22934

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Elementos con su doble en el conjunto

PorJosé A. Alonso 17-abril-201724-abril-2017

Definir la función

   conDoble :: [Int] -> [Int]

1	conDoble :: [Int] -> [Int]

tal que (conDoble xs) es la lista de los elementos del conjunto xs (representado como una lista sin elementos repetidos) cuyo doble pertenece a xs. Por ejemplo,

   conDoble [1, 4, 3, 2, 9, 7, 18, 22]  ==  [1,2,9]
   conDoble [2, 4, 8, 10]               ==  [2,4]
   conDoble [7, 5, 11, 13, 1, 3]        ==  []
   length (conDoble4 [1..10^6])         ==  500000

conDoble [1, 4, 3, 2, 9, 7, 18, 22] == [1,2,9]

conDoble [2, 4, 8, 10] == [2,4]

conDoble [7, 5, 11, 13, 1, 3] == []

length (conDoble4 [1..10^6]) == 500000

Referencia: Basado en el problema Doubles de POJ (Peking University Online Judge System).

Soluciones

import Data.List (intersect, sort)
import qualified Data.Set as S

-- 1ª Definición
conDoble :: [Int] -> [Int]
conDoble xs =
  [x | x <- xs, 2 * x `elem` xs]

-- 2ª Definición
conDoble2 :: [Int] -> [Int]
conDoble2 xs = aux (sort xs)
  where aux [] = []
        aux (y:ys) | 2 * y `elem` xs = y : aux ys
                   | otherwise       = aux ys

-- 3ª definición
conDoble3 :: [Int] -> [Int]
conDoble3 xs =
  sort (map (`div` 2) (xs `intersect` (map (*2) xs)))

-- 4ª definición
conDoble4 :: [Int] -> [Int]
conDoble4 xs =
  S.toList (S.map (`div` 2) (ys `S.intersection` (S.map (*2) ys)))
  where ys = S.fromList xs

-- Comparación de eficiencia
--    λ> length (conDoble [1..10^4])
--    5000
--    (3.27 secs, 0 bytes)
--    λ> length (conDoble2 [1..10^4])
--    5000
--    (3.42 secs, 0 bytes)
--    λ> length (conDoble3 [1..10^4])
--    5000
--    (4.78 secs, 0 bytes)
--    λ> length (conDoble4 [1..10^4])
--    5000
--    (0.02 secs, 0 bytes)

import Data.List (intersect, sort)

import qualified Data.Set as S

-- 1ª Definición

conDoble :: [Int] -> [Int]

conDoble xs =

[x | x <- xs, 2 * x `elem` xs]

-- 2ª Definición

conDoble2 :: [Int] -> [Int]

conDoble2 xs = aux (sort xs)

where aux [] = []

aux (y:ys) | 2 * y `elem` xs = y : aux ys

| otherwise = aux ys

-- 3ª definición

conDoble3 :: [Int] -> [Int]

conDoble3 xs =

sort (map (`div` 2) (xs `intersect` (map (*2) xs)))

-- 4ª definición

conDoble4 :: [Int] -> [Int]

conDoble4 xs =

S.toList (S.map (`div` 2) (ys `S.intersection` (S.map (*2) ys)))

where ys = S.fromList xs

-- Comparación de eficiencia

-- λ> length (conDoble [1..10^4])

-- 5000

-- (3.27 secs, 0 bytes)

-- λ> length (conDoble2 [1..10^4])

-- 5000

-- (3.42 secs, 0 bytes)

-- λ> length (conDoble3 [1..10^4])

-- 5000

-- (4.78 secs, 0 bytes)

-- λ> length (conDoble4 [1..10^4])

-- 5000

-- (0.02 secs, 0 bytes)

Clases de equivalencia

PorJosé A. Alonso 13-abril-201725-abril-2021

Definir la función

   clasesEquivalencia :: Ord a => 
                         Set a -> (a -> a -> Bool) -> Set (Set a)

1 2	clasesEquivalencia :: Ord a => Set a -> (a -> a -> Bool) -> Set (Set a)

tal que (clasesEquivalencia xs r) es el conjunto de las clases de equivalencia de xs respecto de la relación de equivalencia r. Por ejemplo,

   ghci> let c = fromList [-3..3]
   ghci> clasesEquivalencia c (\x y -> x `mod` 3 == y `mod` 3)
   fromList [fromList [-3,0,3],fromList [-2,1],fromList [-1,2]]
   ghci> clasesEquivalencia c (\x y -> (x - y) `mod` 2 == 0)
   fromList [fromList [-3,-1,1,3],fromList [-2,0,2]]

ghci> let c = fromList [-3..3]

ghci> clasesEquivalencia c (\x y -> x `mod` 3 == y `mod` 3)

fromList [fromList [-3,0,3],fromList [-2,1],fromList [-1,2]]

ghci> clasesEquivalencia c (\x y -> (x - y) `mod` 2 == 0)

fromList [fromList [-3,-1,1,3],fromList [-2,0,2]]

Soluciones

import Data.Set as S

clasesEquivalencia :: Ord a => 
                      Set a -> (a -> a -> Bool) -> Set (Set a)
clasesEquivalencia xs r 
    | S.null xs =  empty
    | otherwise =  us `insert` clasesEquivalencia vs r
    where (y,ys)  = deleteFindMin xs
          (us,vs) = partition (r y) xs

import Data.Set as S

clasesEquivalencia :: Ord a =>

Set a -> (a -> a -> Bool) -> Set (Set a)

clasesEquivalencia xs r

| S.null xs = empty

| otherwise = us `insert` clasesEquivalencia vs r

where (y,ys) = deleteFindMin xs

(us,vs) = partition (r y) xs

Problema de las jarras

PorJosé A. Alonso 11-abril-201725-abril-2021

En el problema de las jarras (A,B,C) se tienen dos jarras sin marcas de medición, una de A litros de capacidad y otra de B. También se dispone de una bomba que permite llenar las jarras de agua.

El problema de las jarras (A,B,C) consiste en determinar cómo se puede lograr tener exactamente C litros de agua en alguna de las dos jarras.

Definir la función

   jarras :: (Int,Int,Int) -> Maybe [(Int,Int)]

1	jarras :: (Int,Int,Int) -> Maybe [(Int,Int)]

tal (jarras (a,b,c)) es una solución del problema de las jarras (a,b,c) con el mínimo número de movimientos, si el problema tiene solución y Nothing, en caso contrario. Por ejemplo,

   λ> jarras (5,3,4)
   Just [(0,0),(5,0),(2,3),(2,0),(0,2),(5,2),(4,3)]

1 2	λ> jarras (5,3,4) Just [(0,0),(5,0),(2,3),(2,0),(0,2),(5,2),(4,3)]

La interpretación de la solución anterior es

   (0,0) se inicia con las dos jarras vacías,
   (5,0) se llena la jarra de 5 con el grifo,
   (2,3) se llena la de 3 con la de 5,
   (2,0) se vacía la de 3,
   (0,2) se pasa el contenido de la primera a la segunda,
   (5,2) se llena la primera con el grifo,
   (4,3) se llena la segunda con la primera.

(0,0) se inicia con las dos jarras vacías,

(5,0) se llena la jarra de 5 con el grifo,

(2,3) se llena la de 3 con la de 5,

(2,0) se vacía la de 3,

(0,2) se pasa el contenido de la primera a la segunda,

(5,2) se llena la primera con el grifo,

(4,3) se llena la segunda con la primera.

Otros ejemplos:

   λ> jarras (3,5,4)
   Just [(0,0),(0,5),(3,2),(0,2),(2,0),(2,5),(3,4)]
   λ> jarras (15,10,5)
   Just [(0,0),(15,0),(5,10)]
   λ> jarras (15,10,4)
   Nothing
   λ> length <$> jarras (181,179,100)
   Just 199

λ> jarras (3,5,4)

Just [(0,0),(0,5),(3,2),(0,2),(2,0),(2,5),(3,4)]

λ> jarras (15,10,5)

Just [(0,0),(15,0),(5,10)]

λ> jarras (15,10,4)

Nothing

λ> length <$> jarras (181,179,100)

Just 199

Soluciones

import Data.Maybe (listToMaybe, isJust)

-- Para simplificar la notación se definen los tipos Problema y Estado
-- como sigue.

-- Un problema es una terna de números. El primero es la capacidad de la
-- primera jarra, el segundo el de la segunda y el tercero es el número
-- de litros que hay que obtener.
type Problema = (Int,Int,Int)

-- Un estado es un par de números. El primero es el contenido de la
-- jarra de A litros y el segundo el de la de B litros.  
type Estado = (Int,Int)

jarras :: Problema -> Maybe [Estado]
jarras p | null ns   = Nothing
         | otherwise = Just (head ns)
  where ns = soluciones p

-- (soluciones p) es la lista de soluciones del problema p. Por ejemplo, 
--    λ> take 2 (soluciones (15,10,5))
--    [[(0,0),(15,0),(5,10)],[(0,0),(0,10),(15,10),(15,0),(5,10)]]
--    λ> length (soluciones (15,10,5))
--    6
--    λ> soluciones (15,10,4)
--    []
soluciones :: Problema -> [[Estado]]
soluciones p = busca [[inicial]]
  where
    busca []        = []
    busca ((e:es):ns)  
      | esFinal p e = (reverse (e:es)) : busca ns
      | otherwise   = busca (ns ++ [e1:e:es | e1 <- sucesores p e
                                            , e1 `notElem` es])

-- inicial es el estado inicial
inicial :: Estado
inicial = (0,0)

-- (esFinal p e) es verifica si e es un estado final del problema de las
-- jarras p. Por ejemplo,
--    esFinal (5,4,3) (3,2)  ==  True
--    esFinal (5,4,3) (2,3)  ==  True
--    esFinal (5,4,1) (2,3)  ==  False
esFinal :: Problema -> Estado -> Bool
esFinal (_,_,c) (x,y) = x == c || y == c

-- (sucesores p e) es la lista de los sucesores del estado e. Por
-- ejemplo, 
--    λ> sucesores (7,4,3) (1,2)
--    [(7,2),(1,4),(0,2),(1,0),(3,0),(0,3)]
--    λ> sucesores (7,4,3) (6,3)
--    [(7,3),(6,4),(0,3),(6,0),(7,2),(5,4)]
sucesores :: Problema -> Estado -> [Estado]
sucesores (a,b,_) (x,y) =
    [(a,y) | x < a] ++
    [(x,b) | y < b] ++
    [(0,y) | x > 0] ++
    [(x,0) | y > 0] ++
    [(a,y-(a-x)) | x < a, y > a - x] ++
    [(x-(b-y),b) | y < b, x > b - y] ++
    [(x+y,0) | y > 0, x + y <= a] ++ 
    [(0,x+y) | x > 0, x + y <= b]

-- La definición de jarras se puede simplificar usando listToMaybe
jarras2 :: Problema -> Maybe [Estado]
jarras2 p = listToMaybe (soluciones p)

import Data.Maybe (listToMaybe, isJust)

-- Para simplificar la notación se definen los tipos Problema y Estado

-- como sigue.

-- Un problema es una terna de números. El primero es la capacidad de la

-- primera jarra, el segundo el de la segunda y el tercero es el número

-- de litros que hay que obtener.

type Problema = (Int,Int,Int)

-- Un estado es un par de números. El primero es el contenido de la

-- jarra de A litros y el segundo el de la de B litros.

type Estado = (Int,Int)

jarras :: Problema -> Maybe [Estado]

jarras p | null ns = Nothing

| otherwise = Just (head ns)

where ns = soluciones p

-- (soluciones p) es la lista de soluciones del problema p. Por ejemplo,

-- λ> take 2 (soluciones (15,10,5))

-- [[(0,0),(15,0),(5,10)],[(0,0),(0,10),(15,10),(15,0),(5,10)]]

-- λ> length (soluciones (15,10,5))

-- 6

-- λ> soluciones (15,10,4)

-- []

soluciones :: Problema -> [[Estado]]

soluciones p = busca [[inicial]]

where

busca [] = []

busca ((e:es):ns)

| esFinal p e = (reverse (e:es)) : busca ns

| otherwise = busca (ns ++ [e1:e:es | e1 <- sucesores p e

, e1 `notElem` es])

-- inicial es el estado inicial

inicial :: Estado

inicial = (0,0)

-- (esFinal p e) es verifica si e es un estado final del problema de las

-- jarras p. Por ejemplo,

-- esFinal (5,4,3) (3,2) == True

-- esFinal (5,4,3) (2,3) == True

-- esFinal (5,4,1) (2,3) == False

esFinal :: Problema -> Estado -> Bool

esFinal (_,_,c) (x,y) = x == c || y == c

-- (sucesores p e) es la lista de los sucesores del estado e. Por

-- ejemplo,

-- λ> sucesores (7,4,3) (1,2)

-- [(7,2),(1,4),(0,2),(1,0),(3,0),(0,3)]

-- λ> sucesores (7,4,3) (6,3)

-- [(7,3),(6,4),(0,3),(6,0),(7,2),(5,4)]

sucesores :: Problema -> Estado -> [Estado]

sucesores (a,b,_) (x,y) =

[(a,y) | x < a] ++

[(x,b) | y < b] ++

[(0,y) | x > 0] ++

[(x,0) | y > 0] ++

[(a,y-(a-x)) | x < a, y > a - x] ++

[(x-(b-y),b) | y < b, x > b - y] ++

[(x+y,0) | y > 0, x + y <= a] ++

[(0,x+y) | x > 0, x + y <= b]

-- La definición de jarras se puede simplificar usando listToMaybe

jarras2 :: Problema -> Maybe [Estado]

jarras2 p = listToMaybe (soluciones p)

Agrupamiento según valores

PorJosé A. Alonso 5-abril-201712-abril-2017

Definir la función

   agrupa :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]

1	agrupa :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]

tal que (agrupa f xs) es el diccionario obtenido agrupando los elementos de xs según sus valores mediante la función f. Por ejemplo,

   ghci> agrupa length ["hoy", "ayer", "ana", "cosa"]
   fromList [(3,["hoy","ana"]),(4,["ayer","cosa"])]
   ghci> agrupa head ["claro", "ayer", "ana", "cosa"]
   fromList [('a',["ayer","ana"]),('c',["claro","cosa"])]

ghci> agrupa length ["hoy", "ayer", "ana", "cosa"]

fromList [(3,["hoy","ana"]),(4,["ayer","cosa"])]

ghci> agrupa head ["claro", "ayer", "ana", "cosa"]

fromList [('a',["ayer","ana"]),('c',["claro","cosa"])]

Soluciones

import qualified Data.List as L
import Data.Map

-- 1ª definición (por recursión)
agrupa1 :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]
agrupa1 _ []     = empty
agrupa1 f (x:xs) = insertWith (++) (f x) [x] (agrupa1 f xs)

-- 2ª definición (por plegado)
agrupa2 :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]
agrupa2 f = L.foldr (\x -> insertWith (++) (f x) [x]) empty

import qualified Data.List as L

import Data.Map

-- 1ª definición (por recursión)

agrupa1 :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]

agrupa1 _ [] = empty

agrupa1 f (x:xs) = insertWith (++) (f x) [x] (agrupa1 f xs)

-- 2ª definición (por plegado)

agrupa2 :: Ord c => (a -> c) -> [a] -> Map c [a]

agrupa2 f = L.foldr (\x -> insertWith (++) (f x) [x]) empty

Distancias entre primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 4-abril-201711-abril-2017

Los 15 primeros números primos son

   2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47

1	2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47

Las distancias entre los elementos consecutivos son

   1, 2, 2, 4, 2,  4,  2,  4,  6,  2,  6,  4,  2,  4

1	1, 2, 2, 4, 2, 4, 2, 4, 6, 2, 6, 4, 2, 4

La distribución de las distancias es

   (1,1), (2,6), (4,5), (6,2)

1	(1,1), (2,6), (4,5), (6,2)

(es decir, el 1 aparece una vez, el 2 aparece 6 veces, etc.) La frecuencia de las distancias es

   (1,7.142857), (2,42.857143), (4,35.714287), (6,14.285714)

1	(1,7.142857), (2,42.857143), (4,35.714287), (6,14.285714)

(es decir, el 1 aparece el 7.142857%, el 2 el 42.857143% etc.)

Definir las funciones

  cuentaDistancias        :: Int -> [(Int,Int)]
  frecuenciasDistancias   :: Int -> [(Int,Float)]
  graficas                :: [Int] -> IO ()
  distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]

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

frecuenciasDistancias :: Int -> [(Int,Float)]

graficas :: [Int] -> IO ()

distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]

tales que

(cuentaDistancias n) es la distribución de distancias entre los n primeros primos consecutivos. Por ejemplo,

     λ> cuentaDistancias 15
     [(1,1),(2,6),(4,5),(6,2)]
     λ> cuentaDistancias 100
     [(1,1),(2,25),(4,26),(6,25),(8,7),(10,7),(12,4),(14,3),(18,1)]

λ> cuentaDistancias 15

[(1,1),(2,6),(4,5),(6,2)]

λ> cuentaDistancias 100

[(1,1),(2,25),(4,26),(6,25),(8,7),(10,7),(12,4),(14,3),(18,1)]

(frecuenciasDistancias n) es la frecuencia de distancias entre los n primeros primos consecutivos. Por ejemplo,

     λ> frecuenciasDistancias 15
     [(1,7.142857),(2,42.857143),(4,35.714287),(6,14.285714)]
     λ> frecuenciasDistancias 30
     [(1,3.4482758),(2,34.482758),(4,34.482758),(6,24.137932),(8,3.4482758)]

λ> frecuenciasDistancias 15

[(1,7.142857),(2,42.857143),(4,35.714287),(6,14.285714)]

λ> frecuenciasDistancias 30

[(1,3.4482758),(2,34.482758),(4,34.482758),(6,24.137932),(8,3.4482758)]

(graficas ns) dibuja las gráficas de (frecuenciasDistancias k) para k en ns. Por ejemplo, (graficas [10,20,30]) dibuja

(graficas [1000,2000,3000]) dibuja

y (graficas [100000,200000,300000]) dibuja
(distanciasMasFrecuentes n) es la lista de las distancias más frecuentes entre los elementos consecutivos de la lista de los n primeros primos. Por ejemplo,

     distanciasMasFrecuentes 15     ==  [2]
     distanciasMasFrecuentes 26     ==  [2,4]
     distanciasMasFrecuentes 32     ==  [4]
     distanciasMasFrecuentes 41     ==  [2,4,6]
     distanciasMasFrecuentes 77     ==  [6]
     distanciasMasFrecuentes 160    ==  [4,6]
     distanciasMasFrecuentes (10^6) == [6]

distanciasMasFrecuentes 15 == [2]

distanciasMasFrecuentes 26 == [2,4]

distanciasMasFrecuentes 32 == [4]

distanciasMasFrecuentes 41 == [2,4,6]

distanciasMasFrecuentes 77 == [6]

distanciasMasFrecuentes 160 == [4,6]

distanciasMasFrecuentes (10^6) == [6]

Comprobar con QuickCheck si para todo n > 160 se verifica que (distanciasMasFrecuentes n) es [6].

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import qualified Data.Map as M 
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck

cuentaDistancias :: Int -> [(Int,Int)]
cuentaDistancias = M.toList . dicDistancias

dicDistancias :: Int -> M.Map Int Int
dicDistancias n =
  M.fromListWith (+) (zip (distancias n) (repeat 1))

distancias :: Int -> [Int]
distancias n =
  zipWith (-) (tail xs) xs
  where xs = take n primes

frecuenciasDistancias :: Int -> [(Int,Float)]
frecuenciasDistancias n =
  [(k,(100 * fromIntegral x) / n1) | (k,x) <- cuentaDistancias n]
  where n1 = fromIntegral (n-1)

graficas :: [Int] -> IO ()
graficas ns =
  plotLists [Key Nothing]
            (map frecuenciasDistancias ns)

distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]
distanciasMasFrecuentes n =
  M.keys (M.filter (==m) d)
  where d = dicDistancias n
        m = maximum (M.elems d)

-- La propiedad es
prop_distanciasMasFrecuentes :: Int -> Bool
prop_distanciasMasFrecuentes n =
  distanciasMasFrecuentes (161 + abs n) == [6]

import Data.Numbers.Primes

import qualified Data.Map as M

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

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

cuentaDistancias = M.toList . dicDistancias

dicDistancias :: Int -> M.Map Int Int

dicDistancias n =

M.fromListWith (+) (zip (distancias n) (repeat 1))

distancias :: Int -> [Int]

distancias n =

zipWith (-) (tail xs) xs

where xs = take n primes

frecuenciasDistancias :: Int -> [(Int,Float)]

frecuenciasDistancias n =

[(k,(100 * fromIntegral x) / n1) | (k,x) <- cuentaDistancias n]

where n1 = fromIntegral (n-1)

graficas :: [Int] -> IO ()

graficas ns =

plotLists [Key Nothing]

(map frecuenciasDistancias ns)

distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]

distanciasMasFrecuentes n =

M.keys (M.filter (==m) d)

where d = dicDistancias n

m = maximum (M.elems d)

-- La propiedad es

prop_distanciasMasFrecuentes :: Int -> Bool

prop_distanciasMasFrecuentes n =

distanciasMasFrecuentes (161 + abs n) == [6]

Rotaciones divisibles por 4

PorJosé A. Alonso 3-abril-201710-abril-2017

Las rotaciones de 928160 son 928160, 281609, 816092, 160928, 609281 y 92816. De las cuales, las divisibles por 4 son 928160, 816092, 160928 y 92816.

Definir la función

   nRotacionesDivisibles :: Integer -> Int

1	nRotacionesDivisibles :: Integer -> Int

tal que (nRotacionesDivisibles n) es el número de rotaciones del número n divisibles por 4. Por ejemplo,

   nRotacionesDivisibles 928160          ==  4
   nRotacionesDivisibles 44              ==  2
   nRotacionesDivisibles (1234^50000)    ==  38684
   nRotacionesDivisibles (1234^300000)   ==  231853

nRotacionesDivisibles 928160 == 4

nRotacionesDivisibles 44 == 2

nRotacionesDivisibles (1234^50000) == 38684

nRotacionesDivisibles (1234^300000) == 231853

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª definición
-- =============

nRotacionesDivisibles :: Integer -> Int
nRotacionesDivisibles n =
  length [x | x <- rotacionesNumero n, x `mod` 4 == 0]


-- (rotacionesNumero) es la lista de la rotaciones del número n. Por
-- ejemplo,
--    rotacionesNumero 235  ==  [235,352,523]
rotacionesNumero :: Integer -> [Integer]
rotacionesNumero = map read . rotaciones . show

-- (rotaciones xs) es la lista de las rotaciones obtenidas desplazando
-- el primer elemento xs al final. Por ejemplo,
--    rotaciones [2,3,5]  ==  [[2,3,5],[3,5,2],[5,2,3]]
rotaciones :: [a] -> [[a]]
rotaciones xs = take (length xs) (iterate rota xs)

-- (rota xs) es la lista añadiendo el primer elemento de xs al
-- final. Por ejemplo, 
--    rota [3,2,5,7]  ==  [2,5,7,3]
rota :: [a] -> [a]
rota (x:xs) = xs ++ [x]

-- 2ª definición
-- =============

nRotacionesDivisibles2 :: Integer -> Int
nRotacionesDivisibles2 n = 
  length [x | x <- pares n, x `mod` 4 == 0]

-- (pares n) es la lista de pares de elementos consecutivos, incluyendo
-- el último con el primero. Por ejemplo,
--    pares 928160  ==  [9,92,28,81,16,60]
pares :: Integer -> [Int]
pares n =
  read [last ns,head ns] : [read [a,b] | (a,b) <- zip ns (tail ns)]
  where ns = show n

-- 3ª definición
-- =============

nRotacionesDivisibles3 :: Integer -> Int
nRotacionesDivisibles3 n =
  ( length
  . filter (0 ==)
  . map (`mod` 4)
  . zipWith (\x y -> 2*x + y) d
  . tail
  . (++[i])) d
  where
    d@(i:dn) = (map digitToInt . show) n

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

--    λ> nRotacionesDivisibles (123^1500)
--    803
--    (8.15 secs, 7,109,852,800 bytes)
--    λ> nRotacionesDivisibles2 (123^1500)
--    803
--    (0.05 secs, 0 bytes)
--    λ> nRotacionesDivisibles3 (123^1500)
--    803
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--
--    λ> nRotacionesDivisibles2 (1234^50000)
--    38684
--    (2.24 secs, 1,160,467,472 bytes)
--    λ> nRotacionesDivisibles3 (1234^50000)
--    38684
--    (0.31 secs, 68,252,040 bytes)

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª definición

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

nRotacionesDivisibles :: Integer -> Int

nRotacionesDivisibles n =

length [x | x <- rotacionesNumero n, x `mod` 4 == 0]

-- (rotacionesNumero) es la lista de la rotaciones del número n. Por

-- ejemplo,

-- rotacionesNumero 235 == [235,352,523]

rotacionesNumero :: Integer -> [Integer]

rotacionesNumero = map read . rotaciones . show

-- (rotaciones xs) es la lista de las rotaciones obtenidas desplazando

-- el primer elemento xs al final. Por ejemplo,

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

rotaciones :: [a] -> [[a]]

rotaciones xs = take (length xs) (iterate rota xs)

-- (rota xs) es la lista añadiendo el primer elemento de xs al

-- final. Por ejemplo,

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

rota :: [a] -> [a]

rota (x:xs) = xs ++ [x]

-- 2ª definición

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

nRotacionesDivisibles2 :: Integer -> Int

nRotacionesDivisibles2 n =

length [x | x <- pares n, x `mod` 4 == 0]

-- (pares n) es la lista de pares de elementos consecutivos, incluyendo

-- el último con el primero. Por ejemplo,

-- pares 928160 == [9,92,28,81,16,60]

pares :: Integer -> [Int]

pares n =

read [last ns,head ns] : [read [a,b] | (a,b) <- zip ns (tail ns)]

where ns = show n

-- 3ª definición

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

nRotacionesDivisibles3 :: Integer -> Int

nRotacionesDivisibles3 n =

( length

. filter (0 ==)

. map (`mod` 4)

. zipWith (\x y -> 2*x + y) d

. tail

. (++[i])) d

where

d@(i:dn) = (map digitToInt . show) n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nRotacionesDivisibles (123^1500)

-- 803

-- (8.15 secs, 7,109,852,800 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisibles2 (123^1500)

-- 803

-- (0.05 secs, 0 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisibles3 (123^1500)

-- 803

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisibles2 (1234^50000)

-- 38684

-- (2.24 secs, 1,160,467,472 bytes)

-- λ> nRotacionesDivisibles3 (1234^50000)

-- 38684

-- (0.31 secs, 68,252,040 bytes)

Sumas con sumandos distintos o con sumandos impares

PorJosé A. Alonso 30-marzo-20176-abril-2017

El número 6 se puede descomponer de 4 formas distintas como suma con sumandos distintos:

   6 = 1 + 2 + 3
   6 = 1 + 5
   6 = 2 + 4
   6 = 6

6 = 1 + 2 + 3

6 = 1 + 5

6 = 2 + 4

6 = 6

y también se puede descomponer de 4 formas distintas como suma con sumandos impares:

   6 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1
   6 = 1 + 1 + 1 + 3
   6 = 1 + 5
   6 = 3 + 3

6 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1

6 = 1 + 1 + 1 + 3

6 = 1 + 5

6 = 3 + 3

Definir las siguientes funciones

   sumasSumandosDistintos  :: Integer -> [[Integer]]
   nSumasSumandosDistintos :: Integer -> Int
   sumasSumandosImpares    :: Integer -> [[Integer]]
   nSumasSumandosImpares   :: Integer -> Int
   igualdadDeSumas         :: Integer -> Bool

sumasSumandosDistintos :: Integer -> [[Integer]]

nSumasSumandosDistintos :: Integer -> Int

sumasSumandosImpares :: Integer -> [[Integer]]

nSumasSumandosImpares :: Integer -> Int

igualdadDeSumas :: Integer -> Bool

tales que

(sumasSumandosDistintos n) es la lista de las descomposiciones de n como sumas con sumandos distintos. Por ejemplo,

     sumasSumandosDistintos 5  ==  [[1,4],[2,3],[5]]
     sumasSumandosDistintos 6  ==  [[1,2,3],[1,5],[2,4],[6]]

1 2	sumasSumandosDistintos 5 == [[1,4],[2,3],[5]] sumasSumandosDistintos 6 == [[1,2,3],[1,5],[2,4],[6]]

(nSumasSumandosDistintos n) es el número de descomposiciones de n como sumas con sumandos distintos. Por ejemplo,

     nSumasSumandosDistintos 6  ==  4
     nSumasSumandosDistintos 7  ==  5

1 2	nSumasSumandosDistintos 6 == 4 nSumasSumandosDistintos 7 == 5

(sumasSumandosImpares n) es la lista de las descomposiones de n como sumas con sumandos impares. Por ejemplo,

     sumasSumandosImpares 5  ==  [[1,1,1,1,1],[1,1,3],[5]]
     sumasSumandosImpares 6  ==  [[1,1,1,1,1,1],[1,1,1,3],[1,5],[3,3]]

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

(nSumasSumandosImpares n) es el número de descomposiciones de n como sumas con sumandos impares. Por ejemplo,

     nSumasSumandosImpares 6  ==  4
     nSumasSumandosImpares 7  ==  5

1 2	nSumasSumandosImpares 6 == 4 nSumasSumandosImpares 7 == 5

(igualdadDeSumas n) se verifica si, para todo k entre 1 y n, las funciones nSumasSumandosDistintos y nSumasSumandosImpares son iguales. Por ejemplo,

     igualdadDeSumas 40  ==  True

1	igualdadDeSumas 40 == True

Soluciones

import Data.List (delete, nub)

-- Definiciones de sumasSumandosDistintos
-- ======================================

-- 1ª definición sumasSumandosDistintos
sumasSumandosDistintos :: Integer -> [[Integer]]
sumasSumandosDistintos n = aux n [1..n]
  where aux 0 _ = [[]]
        aux _ [] = []
        aux x ys@(y:_)
          | x < y     = []
          | x == y    = [[x]]
          | otherwise = [z : zs | z <- ys
                                , zs <- aux (x - z) (dropWhile (<=z) ys)]

-- 2ª definición de sumasSumandosDistintos
sumasSumandosDistintos2 :: Integer ->[[Integer]]
sumasSumandosDistintos2 = aux 0
  where aux i z
          | z < 0  = []
          | z == 0 = [[]]
          | z > 0  = concat [map (j:) (aux j (z-j)) | j <- [i+1..z]]

-- Definición de nSumasSumandosDistintos
-- =====================================

nSumasSumandosDistintos :: Integer -> Int
nSumasSumandosDistintos =
  length . sumasSumandosDistintos

-- Definiciones de sumasSumandosImpares
-- ====================================

-- 1ª definición de sumasSumandosImpares
sumasSumandosImpares :: Integer -> [[Integer]]
sumasSumandosImpares n = aux n [1,3..n]
  where aux n _ | n < 0 = []
        aux 0 _  = [[]]
        aux _ [] = []
        aux x zs@(y:ys) = [y:zs | zs <- aux (x-y) zs] ++ aux x ys 

-- 2ª definición de sumasSumandosImpares
sumasSumandosImpares2 :: Integer ->[[Integer]]
sumasSumandosImpares2 = aux 1
  where aux i z
          | z < 0  = []
          | z == 0 = [[]]
          | z > 0  = concat [map (j:) (aux j (z-j)) | j <-[i,i+2..z]]

-- Definición de nSumasSumandosImpares
-- ===================================

nSumasSumandosImpares :: Integer -> Int
nSumasSumandosImpares =
  length . sumasSumandosImpares

-- Definición conjunta (de josejuan)
-- =================================

-- podemos definir una gran familia de generadores de la siguiente forma
sumas :: Integer ->Integer ->Integer ->Integer ->Integer ->[[Integer]]
sumas u a b k n = s u n where
  s i z | z < 0 = []
        | z == 0 = [[]]
        | z > 0 = concat [map (j:) (s j (z - j)) | j <-[k*i+a,k*i+b..z]]
 
-- así, si queremos los distintos
sumasSumandosDistintos3 :: Integer ->[[Integer]]
sumasSumandosDistintos3 = sumas 0 1 2 1
 
-- o queremos los impares repetidos
sumasSumandosImpares3 :: Integer ->[[Integer]]
sumasSumandosImpares3 = sumas 1 0 2 1

-- Igualdad de las sumas
-- =====================

igualdadDeSumas :: Integer -> Bool
igualdadDeSumas n =
  and [nSumasSumandosDistintos k == nSumasSumandosImpares k | k <- [1..n]]

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

--    λ> length (sumasSumandosDistintos2 70)
--    29927
--    (0.57 secs, 374,604,848 bytes)
--    λ> length (sumasSumandosDistintos3 70)
--    29927
--    (0.57 secs, 352,658,200 bytes)
--    λ> length (sumasSumandosImpares 70)
--    29927
--    (8.87 secs, 5,221,638,688 bytes)
--    λ> length (sumasSumandosImpares2 70)
--    29927
--    (0.61 secs, 422,132,696 bytes)
--    λ> length (sumasSumandosImpares3 70)
--    29927
--    (0.56 secs, 412,289,336 bytes)

100

import Data.List (delete, nub)

-- Definiciones de sumasSumandosDistintos

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

-- 1ª definición sumasSumandosDistintos

sumasSumandosDistintos :: Integer -> [[Integer]]

sumasSumandosDistintos n = aux n [1..n]

where aux 0 _ = [[]]

aux _ [] = []

aux x ys@(y:_)

| x < y = []

| x == y = [[x]]

| otherwise = [z : zs | z <- ys

, zs <- aux (x - z) (dropWhile (<=z) ys)]

-- 2ª definición de sumasSumandosDistintos

sumasSumandosDistintos2 :: Integer ->[[Integer]]

sumasSumandosDistintos2 = aux 0

where aux i z

| z < 0 = []

| z == 0 = [[]]

| z > 0 = concat [map (j:) (aux j (z-j)) | j <- [i+1..z]]

-- Definición de nSumasSumandosDistintos

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

nSumasSumandosDistintos :: Integer -> Int

nSumasSumandosDistintos =

length . sumasSumandosDistintos

-- Definiciones de sumasSumandosImpares

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

-- 1ª definición de sumasSumandosImpares

sumasSumandosImpares :: Integer -> [[Integer]]

sumasSumandosImpares n = aux n [1,3..n]

where aux n _ | n < 0 = []

aux 0 _ = [[]]

aux _ [] = []

aux x zs@(y:ys) = [y:zs | zs <- aux (x-y) zs] ++ aux x ys

-- 2ª definición de sumasSumandosImpares

sumasSumandosImpares2 :: Integer ->[[Integer]]

sumasSumandosImpares2 = aux 1

where aux i z

| z < 0 = []

| z == 0 = [[]]

| z > 0 = concat [map (j:) (aux j (z-j)) | j <-[i,i+2..z]]

-- Definición de nSumasSumandosImpares

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

nSumasSumandosImpares :: Integer -> Int

nSumasSumandosImpares =

length . sumasSumandosImpares

-- Definición conjunta (de josejuan)

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

-- podemos definir una gran familia de generadores de la siguiente forma

sumas :: Integer ->Integer ->Integer ->Integer ->Integer ->[[Integer]]

sumas u a b k n = s u n where

s i z | z < 0 = []

| z == 0 = [[]]

| z > 0 = concat [map (j:) (s j (z - j)) | j <-[k*i+a,k*i+b..z]]

-- así, si queremos los distintos

sumasSumandosDistintos3 :: Integer ->[[Integer]]

sumasSumandosDistintos3 = sumas 0 1 2 1

-- o queremos los impares repetidos

sumasSumandosImpares3 :: Integer ->[[Integer]]

sumasSumandosImpares3 = sumas 1 0 2 1

-- Igualdad de las sumas

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

igualdadDeSumas :: Integer -> Bool

igualdadDeSumas n =

and [nSumasSumandosDistintos k == nSumasSumandosImpares k | k <- [1..n]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (sumasSumandosDistintos2 70)

-- 29927

-- (0.57 secs, 374,604,848 bytes)

-- λ> length (sumasSumandosDistintos3 70)

-- 29927

-- (0.57 secs, 352,658,200 bytes)

-- λ> length (sumasSumandosImpares 70)

-- 29927

-- (8.87 secs, 5,221,638,688 bytes)

-- λ> length (sumasSumandosImpares2 70)

-- 29927

-- (0.61 secs, 422,132,696 bytes)

-- λ> length (sumasSumandosImpares3 70)

-- 29927

-- (0.56 secs, 412,289,336 bytes)

Número de dígitos del factorial

PorJosé A. Alonso 23-marzo-201731-marzo-2017

Definir las funciones

   nDigitosFact :: Integer -> Integer
   graficas     :: [Integer] -> IO ()

1 2	nDigitosFact :: Integer -> Integer graficas :: [Integer] -> IO ()

tales que

(nDigitosFact n) es el número de dígitos de n!. Por ejemplo,

     nDigitosFact 0        ==  1
     nDigitosFact 4        ==  2
     nDigitosFact 5        ==  3
     nDigitosFact 10       ==  7
     nDigitosFact 100      ==  158
     nDigitosFact 1000     ==  2568
     nDigitosFact 10000    ==  35660
     nDigitosFact 100000   ==  456574
     nDigitosFact 1000000  ==  5565709

nDigitosFact 0 == 1

nDigitosFact 4 == 2

nDigitosFact 5 == 3

nDigitosFact 10 == 7

nDigitosFact 100 == 158

nDigitosFact 1000 == 2568

nDigitosFact 10000 == 35660

nDigitosFact 100000 == 456574

nDigitosFact 1000000 == 5565709

(graficas xs) dibuja las gráficas de los números de dígitos del factorial de k (para k en xs) y de la recta y = 5.5 x. Por ejemplo, (graficas [0,500..10^6]) dibuja

Nota: Este ejercicio está basado en el problema How many digits? de Kattis en donde se impone la restricción de calcular, en menos de 1 segundo, el número de dígitos de los factoriales de 10.000 números del rango [0,1.000.000].

Se puede simular como sigue

   λ> import System.Random 
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> maximum (map nDigitosFact xs)
   5561492
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> maximum (map nDigitosFact xs)
   5563303

λ> import System.Random

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5561492

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5563303

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericIndex)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
nDigitosFact1 :: Integer -> Integer
nDigitosFact1 n =
  genericLength (show (product [1..n]))

-- 2ª definición (usando logaritmos)
-- =================================

-- Basado en
--    nDigitos (n!) = 1 + floor (log (n!))
--                  = 1 + floor (log (1*2*3*...*n))
--                  = 1 + floor (log(1) + log(2) + log(3) +...+ log(n))

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer
nDigitosFact2 n =
  1 + floor (sum [logBase 10 (fromIntegral k) | k <- [1..n]])

-- 3ª definición (usando logaritmos y programación dinámica)
-- =========================================================

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer
nDigitosFact3 0 = 1
nDigitosFact3 n = 1 + floor ((sumLogs `genericIndex` (n-1)) / log 10)

logs :: [Double]
logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]
sumLogs = scanl1 (+) logs

-- 4ª definición (Usando la fórmula de Kamenetsky)
-- ===============================================

-- La fórmula se encuentra en https://oeis.org/A034886

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer
nDigitosFact4 0 = 1
nDigitosFact4 1 = 1
nDigitosFact4 n =
  1 + floor (m * logBase 10 (m/e) + logBase 10 (2*pi*m)/2)
  where m = fromIntegral n
        e = exp 1

--    λ> nDigitosFact1 (4*10^4)
--    166714
--    (5.61 secs, 1,649,912,864 bytes)
--    λ> nDigitosFact2 (4*10^4)
--    166714
--    (0.10 secs, 13,741,360 bytes)
--
--    λ> nDigitosFact2 (7*10^5)
--    3787566
--    (1.86 secs, 187,666,328 bytes)
--    λ> nDigitosFact3 (7*10^5)
--    3787566
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> nDigitosFact3 (7*10^5)
--    3787566
--    (1.01 secs, 238,682,064 bytes)
--    λ> nDigitosFact4 (7*10^5)
--    3787566
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> import System.Random 
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^2]]
--    λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)
--    5565097
--    (11.19 secs, 7,336,595,440 bytes)
--    λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)
--    5565097
--    (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
              [p1, p2]
    where p1, p2 :: [(Float, Float)]
          p1 = [(fi k, fi (nDigitosFact4 k)) | k <- xs]
          p2 = [(k',5.5*k') | k <- xs, let k' = fi k]
          fi = fromIntegral

import Data.List (genericLength, genericIndex)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

nDigitosFact1 :: Integer -> Integer

nDigitosFact1 n =

genericLength (show (product [1..n]))

-- 2ª definición (usando logaritmos)

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

-- Basado en

-- nDigitos (n!) = 1 + floor (log (n!))

-- = 1 + floor (log (1*2*3*...*n))

-- = 1 + floor (log(1) + log(2) + log(3) +...+ log(n))

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer

nDigitosFact2 n =

1 + floor (sum [logBase 10 (fromIntegral k) | k <- [1..n]])

-- 3ª definición (usando logaritmos y programación dinámica)

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

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer

nDigitosFact3 0 = 1

nDigitosFact3 n = 1 + floor ((sumLogs `genericIndex` (n-1)) / log 10)

logs :: [Double]

logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]

sumLogs = scanl1 (+) logs

-- 4ª definición (Usando la fórmula de Kamenetsky)

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

-- La fórmula se encuentra en https://oeis.org/A034886

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer

nDigitosFact4 0 = 1

nDigitosFact4 1 = 1

nDigitosFact4 n =

1 + floor (m * logBase 10 (m/e) + logBase 10 (2*pi*m)/2)

where m = fromIntegral n

e = exp 1

-- λ> nDigitosFact1 (4*10^4)

-- 166714

-- (5.61 secs, 1,649,912,864 bytes)

-- λ> nDigitosFact2 (4*10^4)

-- 166714

-- (0.10 secs, 13,741,360 bytes)

-- λ> nDigitosFact2 (7*10^5)

-- 3787566

-- (1.86 secs, 187,666,328 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (1.01 secs, 238,682,064 bytes)

-- λ> nDigitosFact4 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> import System.Random

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^2]]

-- λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)

-- 5565097

-- (11.19 secs, 7,336,595,440 bytes)

-- λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)

-- 5565097

-- (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()

graficas xs =

plotLists [Key Nothing]

[p1, p2]

where p1, p2 :: [(Float, Float)]

p1 = [(fi k, fi (nDigitosFact4 k)) | k <- xs]

p2 = [(k',5.5*k') | k <- xs, let k' = fi k]

fi = fromIntegral

Representación de conjuntos mediante intervalos

PorJosé A. Alonso 22-marzo-201725-abril-2021

Un conjunto de números enteros se pueden representar mediante una lista ordenada de intervalos tales que la diferencia entre el menor elemento de un intervalo y el mayor elemento de su intervalo anterior es mayor que uno.

Por ejemplo, el conjunto {2, 7, 4, 3, 9, 6} se puede representar mediante la lista de intervalos [(2,4),(6,7),(9,9)] de forma que en el primer intervalo se agrupan los números 2, 3 y 4; en el segundo, los números 6 y 7 y el tercero, el número 9.

Definir la función

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

1	intervalos :: [Int] -> [(Int,Int)]

tal que (intervalos xs) es lista ordenada de intervalos que representa al conjunto xs. Por ejemplo,

   intervalos [2,7,4,3,9,6]  ==  [(2,4),(6,7),(9,9)]

1	intervalos [2,7,4,3,9,6] == [(2,4),(6,7),(9,9)]

Nota: Este ejercicio está basado en el problema Bus numbers de Kattis

Soluciones

import Data.List (sort)

intervalos :: [Int] -> [(Int,Int)]
intervalos = map intervalo . segmentos

-- (segmentos xs) es la lista de segmentos formados por elementos
-- consecutivos de xs. Por ejemplo,
--    segmentos [2,7,4,3,9,6]  ==  [[2,3,4],[6,7],[9]]
segmentos :: [Int] -> [[Int]]
segmentos xs = aux as [[a]]
  where aux [] zs = zs
        aux (y:ys) ((a:as):zs) | y == a-1  = aux ys ((y:a:as):zs)
                               | otherwise = aux ys ([y]:(a:as):zs)
        (a:as) = reverse (sort xs)

-- (intervalo xs) es el intervalo correspondiente al segmento xs. Por
-- ejemplo, 
--    intervalo [2,3,4]  ==  (2,4)
--    intervalo [6,7]    ==  (6,7)
--    intervalo [9]      ==  (9,9)
intervalo :: [Int] -> (Int,Int)
intervalo xs = (head xs, last xs)

import Data.List (sort)

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

intervalos = map intervalo . segmentos

-- (segmentos xs) es la lista de segmentos formados por elementos

-- consecutivos de xs. Por ejemplo,

-- segmentos [2,7,4,3,9,6] == [[2,3,4],[6,7],[9]]

segmentos :: [Int] -> [[Int]]

segmentos xs = aux as [[a]]

where aux [] zs = zs

aux (y:ys) ((a:as):zs) | y == a-1 = aux ys ((y:a:as):zs)

| otherwise = aux ys ([y]:(a:as):zs)

(a:as) = reverse (sort xs)

-- (intervalo xs) es el intervalo correspondiente al segmento xs. Por

-- ejemplo,

-- intervalo [2,3,4] == (2,4)

-- intervalo [6,7] == (6,7)

-- intervalo [9] == (9,9)

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

intervalo xs = (head xs, last xs)

Codificación matricial

PorJosé A. Alonso 21-marzo-201729-marzo-2017

El procedimiento de codificación matricial se puede entender siguiendo la codificación del mensaje "todoparanada" como se muestra a continuación:

Se calcula la longitud L del mensaje. En el ejemplo es L es 12.
Se calcula el menor entero positivo N cuyo cuadrado es mayor o igual que L. En el ejemplo N es 4.
Se extiende el mensaje con N²-L asteriscos. En el ejemplo, el mensaje extendido es "todoparanada****"
Con el mensaje extendido se forma una matriz cuadrada NxN. En el ejemplo la matriz es

     | t o d o |
     | p a r a |
     | n a d a |
     | * * * * |

| t o d o |

| p a r a |

| n a d a |

| * * * * |

Se rota 90º la matriz del mensaje extendido. En el ejemplo, la matriz rotada es

     | * n p t |
     | * a a o |
     | * d r d |
     | * a a o |

| * n p t |

| * a a o |

| * d r d |

| * a a o |

Se calculan los elementos de la matriz rotada. En el ejemplo, los elementos son "*npt*aap*drd*aao"
El mensaje codificado se obtiene eliminando los asteriscos de los elementos de la matriz rotada. En el ejemplo, "nptaapdrdaao".

Definir la función

   codificado :: String -> String

1	codificado :: String -> String

tal que (codificado cs) es el mensaje obtenido aplicando la codificación matricial al mensaje cs. Por ejemplo,

   codificado "todoparanada"    ==  "nptaaodrdaao"
   codificado "nptaaodrdaao"    ==  "danaopadtora"
   codificado "danaopadtora"    ==  "todoparanada"
   codificado "entodolamedida"  ==  "dmdeaeondltiao"

codificado "todoparanada" == "nptaaodrdaao"

codificado "nptaaodrdaao" == "danaopadtora"

codificado "danaopadtora" == "todoparanada"

codificado "entodolamedida" == "dmdeaeondltiao"

Nota: Este ejercicio está basado en el problema Secret Message de Kattis.

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Data.Array

codificado :: String -> String
codificado cs =
  filter (/='*') (elems (rota p))
  where n = ceiling (sqrt (genericLength cs))
        p = listArray ((1,1),(n,n)) (cs ++ repeat '*')

rota :: Array (Int,Int) Char -> Array (Int,Int) Char
rota p = array d [((i,j),p!(n+1-j,i)) | (i,j) <- indices p]
  where d = bounds p
        n = fst (snd d)

import Data.List (genericLength)

import Data.Array

codificado :: String -> String

codificado cs =

filter (/='*') (elems (rota p))

where n = ceiling (sqrt (genericLength cs))

p = listArray ((1,1),(n,n)) (cs ++ repeat '*')

rota :: Array (Int,Int) Char -> Array (Int,Int) Char

rota p = array d [((i,j),p!(n+1-j,i)) | (i,j) <- indices p]

where d = bounds p

n = fst (snd d)

Reducción de repeticiones consecutivas

PorJosé A. Alonso 20-marzo-201727-marzo-2017

Definir la función

   reducida :: Eq a => [a] -> [a]

1	reducida :: Eq a => [a] -> [a]

tal que (reducida xs) es la lista obtenida a partir de xs de forma que si hay dos o más elementos idénticos consecutivos, borra las repeticiones y deja sólo el primer elemento. Por ejemplo,

   ghci> reducida "eesssooo essss   toodddooo"
   "eso es todo"

1 2	ghci> reducida "eesssooo essss toodddooo" "eso es todo"

Nota: Basado en el ejercicio Apaxiaaaaaaaaaaaans! de Kattis.

Soluciones

import Data.List (group)

-- 1ª solución (por recursión):
reducida1 :: Eq a => [a] -> [a]
reducida1 []     = []
reducida1 (x:xs) = x : reducida1 (dropWhile (==x) xs)

-- 2ª solución (por comprensión):
reducida2 :: Eq a => [a] -> [a]
reducida2 xs = [x | (x:_) <- group xs]

-- 3ª solución (sin argumentos):
reducida3 :: Eq a => [a] -> [a]
reducida3 = map head . group

import Data.List (group)

-- 1ª solución (por recursión):

reducida1 :: Eq a => [a] -> [a]

reducida1 [] = []

reducida1 (x:xs) = x : reducida1 (dropWhile (==x) xs)

-- 2ª solución (por comprensión):

reducida2 :: Eq a => [a] -> [a]

reducida2 xs = [x | (x:_) <- group xs]

-- 3ª solución (sin argumentos):

reducida3 :: Eq a => [a] -> [a]

reducida3 = map head . group

Suma de subconjuntos

PorJosé A. Alonso 17-marzo-201724-marzo-2017

Los subconjuntos de [1, 4, 2] son

   [], [1], [4], [1, 4], [2], [1, 2], [4, 2], [1, 4, 2]

1	[], [1], [4], [1, 4], [2], [1, 2], [4, 2], [1, 4, 2]

Las sumas de sus elementos son

   0, 1, 4, 5, 2, 3, 6, 7

1	0, 1, 4, 5, 2, 3, 6, 7

Y la suma de las sumas es 28.

Definir la función

   sumaSubconjuntos :: [Integer] -> Integer

1	sumaSubconjuntos :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaSubconjuntos xs) es la suma de las sumas de los
subconjuntos de xs. Por ejemplo,

   sumaSubconjuntos [1,2]                     == 6
   sumaSubconjuntos [1,4,2]                   == 28
   length (show (sumaSubconjuntos [1..10^6])) == 301042

sumaSubconjuntos [1,2] == 6

sumaSubconjuntos [1,4,2] == 28

length (show (sumaSubconjuntos [1..10^6])) == 301042

Soluciones

import Data.List (subsequences)

-- 1ª definición
sumaSubconjuntos :: [Integer] -> Integer
sumaSubconjuntos xs =
  sum [sum ys | ys <- subsequences xs]

-- 2ª definición
sumaSubconjuntos2 :: [Integer] -> Integer
sumaSubconjuntos2 =
  sum . map sum . subsequences

-- 3ª definición
sumaSubconjuntos3 :: [Integer] -> Integer
sumaSubconjuntos3 xs =
  2^(n-1) * sum xs
  where n = length xs

import Data.List (subsequences)

-- 1ª definición

sumaSubconjuntos :: [Integer] -> Integer

sumaSubconjuntos xs =

sum [sum ys | ys <- subsequences xs]

-- 2ª definición

sumaSubconjuntos2 :: [Integer] -> Integer

sumaSubconjuntos2 =

sum . map sum . subsequences

-- 3ª definición

sumaSubconjuntos3 :: [Integer] -> Integer

sumaSubconjuntos3 xs =

2^(n-1) * sum xs

where n = length xs

Por 3 o más 5

PorJosé A. Alonso 16-marzo-201720-enero-2019

El enunciado del problema Por 3 o más 5 de ¡Acepta el reto! es el siguiente

Cuenta la leyenda que un famoso matemático, tras aprender a sumar y multiplicar a la tierna edad de 3 años en apenas 5 días, se dio cuenta de que, empezando por 1, podía generar un montón de números sin más que multiplicar por 3 o sumar 5 a alguno de los que ya hubiera generado antes.

Por ejemplo, el 23 (edad a la que se casaría) lo obtuvo así: ((1 + 5) × 3) + 5
Por su parte el 77 (edad a la que tendría su primer bisnieto) lo consiguió: (((1 × 3 + 5) × 3) × 3) + 5

Por mucho que lo intentó, algunos números, sin embargo, resultaron ser imposibles de obtener, como por ejemplo el 5, el 7 o el 15.

Se dice que un número es generable si se puede escribir como una sucesión (quizá vacía) de multiplicaciones por 3 y sumas de 5 al número 1.

Definir las siguientes funciones

   generables     :: [Integer]
   generable      :: Integer -> Bool
   arbolGenerable :: Integer -> Tree Integer

generables :: [Integer]

generable :: Integer -> Bool

arbolGenerable :: Integer -> Tree Integer

tales que

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

     λ> take 20 generables
     [1,3,6,8,9,11,13,14,16,18,19,21,23,24,26,27,28,29,31,32]
     λ> generables !! (10^6)
     1250008

λ> take 20 generables

[1,3,6,8,9,11,13,14,16,18,19,21,23,24,26,27,28,29,31,32]

λ> generables !! (10^6)

1250008

(generable x) se verifica si x es generable. Por ejemplo,

     generable 23       ==  True
     generable 77       ==  True
     generable 15       ==  False
     generable 1250008  ==  True
     generable 1250010  ==  False

generable 23 == True

generable 77 == True

generable 15 == False

generable 1250008 == True

generable 1250010 == False

(arbolGenerable x) es el árbol de los números generables menores o iguales a x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolGenerable 11)))
     1
     |
     +- 3
     |  |
     |  +- 9
     |  |
     |  `- 8
     |
     `- 6
        |
        `- 11

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbolGenerable 11)))

+- 3

| |

| +- 9

| |

| `- 8

`- 6

`- 11

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

generables :: [Integer]
generables = 1 : mezcla [3 * x | x <- generables]
                        [5 + x | x <- generables]

-- (mezcla xs ys) es la lista ordenada obtenida mezclando las dos listas
-- ordenadas xs e ys, suponiendo que ambas son infinitas. Por ejemplo,
--    take 10 (mezcla [2,12..] [5,15..])  ==  [2,5,12,15,22,25,32,35,42,45]
--    take 10 (mezcla [2,22..] [5,15..])  ==  [2,5,15,22,25,35,42,45,55,62]
mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
mezcla us@(x:xs) vs@(y:ys)
  | x < y     = x : mezcla xs vs
  | x == y    = x : mezcla xs ys
  | otherwise = y : mezcla us ys

generable :: Integer -> Bool
generable x =
  x == head (dropWhile (<x) generables)

-- 2ª definición
generable2 :: Integer -> Bool
generable2 1 = True
generable2 x =    (x `mod` 3 == 0 && generable2 (x `div` 3))
               || (x > 5 && generable2 (x - 5))

generables2 :: [Integer] 
generables2 = filter generable2 [1..]

arbolGenerable :: Integer -> Tree Integer
arbolGenerable n = aux 1
  where aux x
          | 3*x <= n && 5+x <= n = Node x [aux (3*x), aux (5+x)] 
          | 3*x <= n             = Node x [aux (3*x)]
          | 5+x <= n             = Node x [aux (5+x)]
          | otherwise            = Node x [] 

-- 3ª definición
generable3 :: Integer -> Bool
generable3 x =
  x `elem` arbolGenerable x

import Graphics.Gnuplot.Simple

generables :: [Integer]

generables = 1 : mezcla [3 * x | x <- generables]

[5 + x | x <- generables]

-- (mezcla xs ys) es la lista ordenada obtenida mezclando las dos listas

-- ordenadas xs e ys, suponiendo que ambas son infinitas. Por ejemplo,

-- take 10 (mezcla [2,12..] [5,15..]) == [2,5,12,15,22,25,32,35,42,45]

-- take 10 (mezcla [2,22..] [5,15..]) == [2,5,15,22,25,35,42,45,55,62]

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

mezcla us@(x:xs) vs@(y:ys)

| x < y = x : mezcla xs vs

| x == y = x : mezcla xs ys

| otherwise = y : mezcla us ys

generable :: Integer -> Bool

generable x =

x == head (dropWhile (<x) generables)

-- 2ª definición

generable2 :: Integer -> Bool

generable2 1 = True

generable2 x = (x `mod` 3 == 0 && generable2 (x `div` 3))

|| (x > 5 && generable2 (x - 5))

generables2 :: [Integer]

generables2 = filter generable2 [1..]

arbolGenerable :: Integer -> Tree Integer

arbolGenerable n = aux 1

where aux x

| 3*x <= n && 5+x <= n = Node x [aux (3*x), aux (5+x)]

| 3*x <= n = Node x [aux (3*x)]

| 5+x <= n = Node x [aux (5+x)]

| otherwise = Node x []

-- 3ª definición

generable3 :: Integer -> Bool

generable3 x =

x `elem` arbolGenerable x

Números cubifinitos

PorJosé A. Alonso 15-marzo-201721-enero-2020

El enunciado del problema Números cubifinitos de ¡Acepta el reto! es el siguiente

Se dice que un número es cubifinito cuando al elevar todos sus dígitos al cubo y sumarlos el resultado o bien es 1 o bien es un número cubifinito.

Por ejemplo, el número 1243 es cubifinito, pues al elevar todos sus dígitos al cubo obtenemos 100 que es cubifinito.

Por su parte, el 513 no es cubifinito, pues al elevar al cubo sus dígitos conseguimos el 153 que nunca podrá ser cubifinito, pues la suma de los cubos de sus dígitos vuelve a dar 153.

Definir las funciones

   esCubifinito :: Int -> Bool
   grafica :: Int -> IO ()

1 2	esCubifinito :: Int -> Bool grafica :: Int -> IO ()

tales que

(esCubifinito n) se verifica si n es un número cubifinito. Por ejemplo,

     esCubifinito 1      ==  True
     esCubifinito 10     ==  True
     esCubifinito 1243   ==  True
     esCubifinito 87418  ==  True
     esCubifinito 513    ==  False

esCubifinito 1 == True

esCubifinito 10 == True

esCubifinito 1243 == True

esCubifinito 87418 == True

esCubifinito 513 == False

(grafica n) dibuja la gráfica de la sucesión de los primeros n números cubifinitos. Por ejemplo, al evaluar (grafica 50) se dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª solución
-- ===========

esCubifinito :: Int -> Bool
esCubifinito n = aux [n]
  where aux (n:ns) | n == 1      = True
                   | n `elem` ns = False
                   | otherwise   = aux (sumaCubosDigitos n : n : ns)

-- (sumaCubosDigitos b) es la suma de los cubos de los dígitos de n. Por
-- ejemplo, 
--    sumaCubosDigitos 513  ==  153
sumaCubosDigitos :: Int -> Int
sumaCubosDigitos = sum . map (^3) . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 513  ==  [5,1,3]
digitos :: Int -> [Int]
digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- 2ª solución
-- ===========

esCubifinito2 :: Int -> Bool
esCubifinito2 n = primerRepetido (orbita n) == 1

-- (orbita n) es la lista cuyo primer elemento es n y los siguientes se
-- obtienen sumando los cubos de los digitos del elemento anterior. Por
-- ejemplo,  
--    take 9 (orbita 2)  ==  [2,8,512,134,92,737,713,371,371]
orbita :: Int -> [Int]
orbita n = iterate sumaCubosDigitos n

-- (primerRepetido xs) es el primer elemento repetido de la lista
--  xs. Por ejemplo, 
--    primerRepetido [3,7,5,7,2]  ==  7
primerRepetido :: Eq a => [a] -> a
primerRepetido xs = aux xs []
  where
    aux (x:xs') ys | x `elem` ys = x
                   | otherwise   = aux xs' (x:ys) 

grafica :: Int -> IO ()
grafica n = 
    plotList [Key Nothing, PNG "Numeros_cubifinitos.png"]
             (zip [1..n] [x | x <- [1..], esCubifinito x])

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª solución

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

esCubifinito :: Int -> Bool

esCubifinito n = aux [n]

where aux (n:ns) | n == 1 = True

| n `elem` ns = False

| otherwise = aux (sumaCubosDigitos n : n : ns)

-- (sumaCubosDigitos b) es la suma de los cubos de los dígitos de n. Por

-- ejemplo,

-- sumaCubosDigitos 513 == 153

sumaCubosDigitos :: Int -> Int

sumaCubosDigitos = sum . map (^3) . digitos

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

-- digitos 513 == [5,1,3]

digitos :: Int -> [Int]

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

-- 2ª solución

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

esCubifinito2 :: Int -> Bool

esCubifinito2 n = primerRepetido (orbita n) == 1

-- (orbita n) es la lista cuyo primer elemento es n y los siguientes se

-- obtienen sumando los cubos de los digitos del elemento anterior. Por

-- ejemplo,

-- take 9 (orbita 2) == [2,8,512,134,92,737,713,371,371]

orbita :: Int -> [Int]

orbita n = iterate sumaCubosDigitos n

-- (primerRepetido xs) es el primer elemento repetido de la lista

-- xs. Por ejemplo,

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

primerRepetido :: Eq a => [a] -> a

primerRepetido xs = aux xs []

where

aux (x:xs') ys | x `elem` ys = x

| otherwise = aux xs' (x:ys)

grafica :: Int -> IO ()

grafica n =

plotList [Key Nothing, PNG "Numeros_cubifinitos.png"]

(zip [1..n] [x | x <- [1..], esCubifinito x])

Distribución de diferencias de dígitos consecutivos de pi

PorJosé A. Alonso 14-marzo-201725-abril-2021

La distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los 18 primeros dígitos de pi se calcula como sigue: los primeros 18 dígitos de pi son

   3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5, 8, 9, 7, 9, 3, 2, 3

1	3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5, 8, 9, 7, 9, 3, 2, 3

Las diferencias de sus elementos consecutivos es

   2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

1	2, -3, 3, -4, -4, 7, -4, 1, 2, -2, -3, -1, 2, -2, 6, 1, -1

y la distribución de sus frecuencias en el intervalo [-9,9] es

   0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

1	0, 0, 0, 0, 0, 3, 2, 2, 2, 0, 2, 3, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0

es decir, el desde el -9 a -5 no aparecen, el -4 aparece 3 veces, el -2 aparece 2 veces y así sucesivamente.

Definir las funciones

   distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
   graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

1 2	distribucionDDCpi :: Int -> [Int] graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

tales que

(distribucionDDCpi n) es la distribución de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi. Por ejemplo,

   λ> distribucionDDCpi 18
   [0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]
   λ> distribucionDDCpi 100
   [1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]
   λ> distribucionDDCpi 200
   [3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]
   λ> distribucionDDCpi 1000
   [16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]
   λ> distribucionDDCpi 5000
   [67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

λ> distribucionDDCpi 18

[0,0,0,0,0,3,2,2,2,0,2,3,1,0,0,1,1,0,0]

λ> distribucionDDCpi 100

[1,2,1,7,7,7,6,5,8,6,7,14,4,9,3,6,4,1,0]

λ> distribucionDDCpi 200

[3,6,2,13,14,12,11,12,15,17,15,19,11,17,8,13,9,2,0]

λ> distribucionDDCpi 1000

[16,25,23,44,57,61,55,75,92,98,80,88,64,65,42,54,39,14,8]

λ> distribucionDDCpi 5000

[67,99,130,196,245,314,361,391,453,468,447,407,377,304,242,221,134,97,47]

(graficas ns f) dibuja en el fichero f las gráficas de las distribuciones de las diferencias de los dígitos consecutivos para los primeros n dígitos de pi, para n en ns. Por ejemplo, al evaluar (graficas [100,250..4000] «distribucionDDCpi.png» se escribe en el fichero «distribucionDDCpi.png» la siguiente gráfica

Nota: Se puede usar la librería Data.Number.CReal.

Soluciones

import Data.Number.CReal
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Data.Array

--    λ> digitosPi 18
--    [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]
digitosPi :: Int -> [Int]
digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]
  where (x:_:xs) = showCReal n pi

--    λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)
--    [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]
diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]
diferenciasConsecutivos xs =
  zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]
distribucionDDCpi =
  distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi
  where distribucion xs =
          elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()
graficas ns f = 
  plotLists [Key Nothing, PNG f]
            [puntos n | n <- ns]
  where puntos :: Int -> [(Int,Int)]
        puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

import Data.Number.CReal

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Data.Array

-- λ> digitosPi 18

-- [3,1,4,1,5,9,2,6,5,3,5,8,9,7,9,3,2,3]

digitosPi :: Int -> [Int]

digitosPi n = init [read [c] | c <- (x:xs)]

where (x:_:xs) = showCReal n pi

-- λ> diferenciasConsecutivos (digitosPi 18)

-- [2,-3,3,-4,-4,7,-4,1,2,-2,-3,-1,2,-2,6,1,-1]

diferenciasConsecutivos :: Num a => [a] -> [a]

diferenciasConsecutivos xs =

zipWith (-) xs (tail xs)

distribucionDDCpi :: Int -> [Int]

distribucionDDCpi =

distribucion . diferenciasConsecutivos . digitosPi

where distribucion xs =

elems (accumArray (+) 0 (-9,9) (zip xs (repeat 1)))

graficas :: [Int] -> FilePath -> IO ()

graficas ns f =

plotLists [Key Nothing, PNG f]

[puntos n | n <- ns]

where puntos :: Int -> [(Int,Int)]

puntos n = zip [-9..9] (distribucionDDCpi n)

Números de Catalan

PorJosé A. Alonso 13-marzo-201726-marzo-2022

Los números de Catalan forman la sucesión cuyo término general es

Los primeros números de Catalan son

   1, 1, 2, 5, 14, 42, 132, 429, 1430, 4862, 16796, 58786

1	1, 1, 2, 5, 14, 42, 132, 429, 1430, 4862, 16796, 58786

Los números de Catalan satisfacen la siguiente relación de recurrencia:

Asintóticamente, los números de Catalan crecen como:

considerando que el cociente entre el n-ésimo número de Catalan y la expresión de la derecha tiende hacia 1 cuando n tiende a infinito.

Definir las funciones

   catalan :: [Integer]
   grafica :: Int -> Int -> IO ()

1 2	catalan :: [Integer] grafica :: Int -> Int -> IO ()

tales que

catalan es la lista de términos de la sucesión de Catalan. Por ejemplo,

     λ> take 12 catalan
     [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786]
     λ> length (show (catalan !! 50000))
     30096

λ> take 12 catalan

[1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786]

λ> length (show (catalan !! 50000))

30096

(grafica a b) dibuja los n-ésimos términos de la sucesión de Catalan, para n entre a y b, junto con los de la expresión de la derecha de

Por ejemplo, (grafica 5 10) dibuja

y (grafica 55 60) dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

catalan :: [Integer]
catalan = scanl (\c n -> c*2*(2*n-1) `div` (n+1)) 1 [1..]

grafica :: Int -> Int -> IO ()
grafica a b = 
  plotLists [Key Nothing]
            [[(fromIntegral n, fromIntegral (catalan !! n)) | n <- [a..b]]
            ,[(n,4**n/(n**(3/2)*(sqrt pi))) | n <- [c..d]]]
  where c, d :: Double
        c = fromIntegral a
        d = fromIntegral b

import Graphics.Gnuplot.Simple

catalan :: [Integer]

catalan = scanl (\c n -> c*2*(2*n-1) `div` (n+1)) 1 [1..]

grafica :: Int -> Int -> IO ()

grafica a b =

plotLists [Key Nothing]

[[(fromIntegral n, fromIntegral (catalan !! n)) | n <- [a..b]]

,[(n,4**n/(n**(3/2)*(sqrt pi))) | n <- [c..d]]]

where c, d :: Double

c = fromIntegral a

d = fromIntegral b

Caminos minimales en un arbol numérico

PorJosé A. Alonso 10-marzo-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)

Generadores de números de Gabonacci

PorJosé A. Alonso 9-marzo-201720-marzo-2017

Los números de Gabonacci generados por (a,b) son los elementos de la sucesión de Gabonacci definida por

   G(0) = a
   G(1) = b
   G(n) = G(n-2) + G(n-1), si n > 1

G(0) = a

G(1) = b

G(n) = G(n-2) + G(n-1), si n > 1

Por ejemplo, la sucesión de Gabonacci generada por (2,5) es 2, 5, 7, 12, 19, 31, 50, 81, 131, 212, …

Un número pertenece a distintas sucesiones de Gabonacci. Por ejemplo, el 9 pertenece a las sucesiones de Gabonacci generados por (3,3), (1,4) y (4,5).

El menor generador de Gabonacci de un número x es el par (a,b), con 1 ≤ a ≤ b, tal que (a,b) es un generador de Gabonacci de x y no existe ningún generador de Gabonacci de x (a’,b’) tal que b’ < b ó b’ = b y a’ < a. Por ejemplo, el menor generador de Gabonacci de 9 es (3,3).

Definir la función

   menorGenerador :: Integer -> (Integer,Integer)

1	menorGenerador :: Integer -> (Integer,Integer)

tal que (menorGenerador x) es el menor generador de Gabonacci de x. Por ejemplo,

   menorGenerador 9          ==  (3,3)
   menorGenerador 7          ==  (1,3)
   menorGenerador 5          ==  (1,1)
   menorGenerador 27         ==  (3,7)
   menorGenerador 57         ==  (4,9)
   menorGenerador 218        ==  (10,21)
   menorGenerador 1121       ==  (20,41)
   menorGenerador 89         ==  (1,1)
   menorGenerador 123        ==  (1,3)
   menorGenerador 1000       ==  (2,10)
   menorGenerador 842831057  ==  (2,7)
   menorGenerador 1573655    ==  (985,1971)

menorGenerador 9 == (3,3)

menorGenerador 7 == (1,3)

menorGenerador 5 == (1,1)

menorGenerador 27 == (3,7)

menorGenerador 57 == (4,9)

menorGenerador 218 == (10,21)

menorGenerador 1121 == (20,41)

menorGenerador 89 == (1,1)

menorGenerador 123 == (1,3)

menorGenerador 1000 == (2,10)

menorGenerador 842831057 == (2,7)

menorGenerador 1573655 == (985,1971)

Soluciones

menorGenerador :: Integer -> (Integer,Integer)
menorGenerador = head . generadores

generadores :: Integer -> [(Integer,Integer)]
generadores x = [(a,b) | b <- [1..x]
                       , a <- [1..b]
                       , pertenece x (gabonacci a b)]

gabonacci :: Integer -> Integer -> [Integer]
gabonacci a b = aux
  where aux = a : scanl (+) b aux

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

menorGenerador :: Integer -> (Integer,Integer)

menorGenerador = head . generadores

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

generadores x = [(a,b) | b <- [1..x]

, a <- [1..b]

, pertenece x (gabonacci a b)]

gabonacci :: Integer -> Integer -> [Integer]

gabonacci a b = aux

where aux = a : scanl (+) b aux

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

pertenece x ys =

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

Números binarios invertidos

PorJosé A. Alonso 6-marzo-201713-marzo-2017

La representación binaria de 13 es 1101, que al invertirlo da 1011 cuya representación decimal es el número 11.

Definir la función

   transformado :: Integer -> Integer

1	transformado :: Integer -> Integer

tal que (transformado x) es la representación decimal del número obtenido invirtiendo la representación binaria de x. Por ejemplo,

   transformado 13  ==  11
   transformado 47  ==  61

1 2	transformado 13 == 11 transformado 47 == 61

Nota: El ejercicio está basado en el problema Reversed Binary Numbers de Kattis.

Soluciones

transformado :: Integer -> Integer 
transformado = bin2int . reverse . int2bin

-- (int2bin x) es la representación binaria de x. Por ejemplo,
--    int2bin 13  ==  [1,0,1,1]
int2bin :: Integer -> [Integer]
int2bin n | n < 2     = [n]
          | otherwise = n `mod` 2 : int2bin (n `div` 2)

-- (bin2int x) es la representación decimal del número binario x. Por
-- ejemplo, 
--    bin2int [1,0,1,1]           ==  13
--    bin2int (reverse [1,0,1,1]) ==  11
bin2int :: [Integer] -> Integer
bin2int =  foldr (\x y -> x + 2*y) 0

transformado :: Integer -> Integer

transformado = bin2int . reverse . int2bin

-- (int2bin x) es la representación binaria de x. Por ejemplo,

-- int2bin 13 == [1,0,1,1]

int2bin :: Integer -> [Integer]

int2bin n | n < 2 = [n]

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

-- (bin2int x) es la representación decimal del número binario x. Por

-- ejemplo,

-- bin2int [1,0,1,1] == 13

-- bin2int (reverse [1,0,1,1]) == 11

bin2int :: [Integer] -> Integer

bin2int = foldr (\x y -> x + 2*y) 0

Números construibles como sumas de dos dados

PorJosé A. Alonso 3-marzo-201725-marzo-2022

Un número x es construible a partir de de los números enteros positivos a y b si se puede escribir como una suma cuyos sumandos son a o b. Por ejemplo, 7 y 9 son construibles a partir de 2 y 3 ya que 7 = 2+2+3 y 9 = 3+3+3.

Definir las funciones

   construibles  :: Integer -> Integer -> [Integer]
   esConstruible :: Integer -> Integer -> Integer -> Bool

1 2	construibles :: Integer -> Integer -> [Integer] esConstruible :: Integer -> Integer -> Integer -> Bool

tales que

(construibles a b) es la lista de los números construibles a partir de a y b. Por ejemplo,

     take 5 (construibles 2 9)  ==  [2,4,6,8,9]
     take 5 (construibles 6 4)  ==  [4,6,8,10,12]
     take 5 (construibles 9 7)  ==  [7,9,14,16,18]

take 5 (construibles 2 9) == [2,4,6,8,9]

take 5 (construibles 6 4) == [4,6,8,10,12]

take 5 (construibles 9 7) == [7,9,14,16,18]

(esConstruible a b x) se verifica si x es construible a partir de a y b. Por ejemplo,

     esConstruible 2 3 7   ==  True
     esConstruible 9 7 15  ==  False

1 2	esConstruible 2 3 7 == True esConstruible 9 7 15 == False

Soluciones

import Data.List (nub)

construibles :: Integer -> Integer -> [Integer]
construibles a b = tail aux
  where aux = 0 : mezcla [a + x | x <- aux]
                         [b + x | x <- aux]

mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
mezcla p@(x:xs) q@(y:ys) | x < y     = x : mezcla xs q
                         | x > y     = y : mezcla p  ys  
                         | otherwise = x : mezcla xs ys
mezcla []       ys                   = ys
mezcla xs       []                   = xs
              
esConstruible :: Integer -> Integer -> Integer -> Bool
esConstruible a b x = x == y
  where (y:_) = dropWhile (<x) (construibles a b)

import Data.List (nub)

construibles :: Integer -> Integer -> [Integer]

construibles a b = tail aux

where aux = 0 : mezcla [a + x | x <- aux]

[b + x | x <- aux]

mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

mezcla p@(x:xs) q@(y:ys) | x < y = x : mezcla xs q

| x > y = y : mezcla p ys

| otherwise = x : mezcla xs ys

mezcla [] ys = ys

mezcla xs [] = xs

esConstruible :: Integer -> Integer -> Integer -> Bool

esConstruible a b x = x == y

where (y:_) = dropWhile (<x) (construibles a b)

Contando en la arena

PorJosé A. Alonso 2-marzo-20179-marzo-2017

El problema de ayer de ¡Acepta el reto! fue Contando en la arena cuyo enunciado es el siguiente:

Es ampliamente conocido que escribimos los números utilizando base 10, en la que expresamos las cantidades utilizando 10 dígitos distintos (0…9). El valor de cada uno de ellos depende de la posición que ocupe dentro del número, pues cada dígito se multiplica por una potencia de 10 distinta según cuál sea esa posición.

La descomposición, por ejemplo, del número 1.234 es: 1.234 = 1×10^3 + 2×10^2 + 3×10^1 + 4×10^0

Otra base muy conocida es la base 2 al ser la utilizada por los dispositivos electrónicos. En ella sólo hay dos dígitos distintos (0 y 1), que se ven multiplicados por potencias de 2.

Mucho antes de que llegaran la base 2, la base 10 e incluso los números romanos, los primeros seres humanos contaban haciendo surcos en la arena, muescas en un trozo de madera o colocando palos en línea. Estaban, sin saberlo, usando base 1. En ella sólo hay un símbolo y cada dígito es multiplicado por una potencia de 1. Dado que 1^n = 1 el resultado es que todos los dígitos tienen el mismo peso.

Definir la función

   transformaAbase1 :: FilePath -> FilePath -> IO ()

1	transformaAbase1 :: FilePath -> FilePath -> IO ()

tal que al evaluar (transformaAbase1 f1 f2) lee el contenido del fichero f1 (que estará compuesto por distintos números mayores que 0, cada uno en una línea) y escribe en el fichero f2 una línea con la representación en base 1 de cada uno de los números de f1 excepto el 0 final. Por ejemplo, si el contenido de «Entrada.txt» es

al evaluar (transformaAbase1 «Entrada.txt» «Salida.txt») el contenido de «Salida.txt» debe de ser

1
1111
111111

1111

111111

Soluciones

transformaAbase1 :: FilePath -> FilePath -> IO ()
transformaAbase1 f1 f2 = do
  cs <- readFile f1
  writeFile f2 (transformaAbase1Aux cs)

-- (transformaAbase1Aux cs) es la cadena obtenida transformando a base 1
-- cada uno de los números de cs. Por ejemplo,
--    λ> transformaAbase1Aux "1\n4\n6\n0\n" 
--    "1\n1111\n111111\n"
transformaAbase1Aux :: String -> String
transformaAbase1Aux cs =
  unlines (map (show . enBase1) (numeros cs))

-- (numeros cs) es la lista de los números de cs, excepto el último. Por
-- ejemplo, 
--    numeros "1\n4\n6\n0\n"  ==  [1,4,6]
numeros :: String -> [Integer]
numeros cs  =
  init (map read (lines cs))

-- (enBsase1 x) es la representación de x en base 1. Por ejemplo,
--    enBase1 4  ==  1111
enBase1 :: Integer -> Integer
enBase1 x = (10^x - 1) `div` 9

transformaAbase1 :: FilePath -> FilePath -> IO ()

transformaAbase1 f1 f2 = do

cs <- readFile f1

writeFile f2 (transformaAbase1Aux cs)

-- (transformaAbase1Aux cs) es la cadena obtenida transformando a base 1

-- cada uno de los números de cs. Por ejemplo,

-- λ> transformaAbase1Aux "1\n4\n6\n0\n"

-- "1\n1111\n111111\n"

transformaAbase1Aux :: String -> String

transformaAbase1Aux cs =

unlines (map (show . enBase1) (numeros cs))

-- (numeros cs) es la lista de los números de cs, excepto el último. Por

-- ejemplo,

-- numeros "1\n4\n6\n0\n" == [1,4,6]

numeros :: String -> [Integer]

numeros cs =

init (map read (lines cs))

-- (enBsase1 x) es la representación de x en base 1. Por ejemplo,

-- enBase1 4 == 1111

enBase1 :: Integer -> Integer

enBase1 x = (10^x - 1) `div` 9

Soluciones

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