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Problema de las puertas

PorJosé A. Alonso 13-mayo-201625-abril-2021

Un hotel dispone de n habitaciones y n camareros. Los camareros tienen la costumbre de cambiar de estado las puestas (es decir, abrir las cerradas y cerrar las abiertas). El proceso es el siguiente:

Inicialmente todas las puertas están cerradas.
El primer camarero cambia de estado las puertas de todas las habitaciones.
El segundo cambia de estado de las puertas de las habitaciones pares.
El tercero cambia de estado todas las puertas que son múltiplos de 3.
El cuarto cambia de estado todas las puertas que son múltiplos de 4
Así, hasta que ha pasado el último camarero.

Por ejemplo, para n = 5

   Pase    | Puerta 1 | Puerta 2 | Puerta 3 | Puerta 4 | Puerta 5
   --------+----------+----------+----------+----------+----------
   Inicial | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada
   Pase 1  | Abierta  | Abierta  | Abierta  | Abierta  | Abierta
   Pase 2  | Abierta  | Cerrada  | Abierta  | Cerrada  | Abierta
   Pase 3  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta
   Pase 4  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta  | Abierta
   Pase 5  | Abierta  | Cerrada  | Cerrada  | Abierta  | Cerrada

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

Los estados de las puertas se representan por el siguiente tipo de datos

   data Estado = Abierta | Cerrada 
                 deriving (Eq, Show)

1 2	data Estado = Abierta \| Cerrada deriving (Eq, Show)

Definir la función

   final :: Int -> [Estado]

1	final :: Int -> [Estado]

tal que (final n) es la lista de los estados de las n puertas después
de que hayan pasado los n camareros. Por
ejemplo,

   ghci> final 5
   [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]
   ghci> final 7
   [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

ghci> final 5

[Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]

ghci> final 7

[Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

data Estado = Abierta | Cerrada 
              deriving (Eq, Show)
 
cambia Abierta = Cerrada
cambia Cerrada = Abierta

-- (inicial n) es el estado inicial para el problema de las n
-- habitaciones. Por ejemplo,
--    inicial 5  ==  [Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada]
inicial :: Int -> [Estado]
inicial n = replicate n Cerrada

-- (pase k es) es la lista de los estados de las puertas después de pasar el
-- camarero k que las encuentra en los estados es. Por ejemplo,
--    ghci> pase 1 (inicial 5)
--    [Abierta,Abierta,Abierta,Abierta,Abierta]
--    ghci> pase 2 it
--    [Abierta,Cerrada,Abierta,Cerrada,Abierta]
--    ghci> pase 3 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Abierta]
--    ghci> pase 4 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Abierta]
--    ghci> pase 5 it
--    [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]
pase :: [Estado] -> Int -> [Estado] 
pase es k = zipWith cambiaK  es[1..] 
  where cambiaK e n | n `mod` k == 0 = cambia e
                    | otherwise      = e
               
final :: Int -> [Estado]
final n = aux [1..n] (inicial n) 
    where aux []     es = es  
          aux (k:ks) es = aux ks (pase es k)

-- 2ª solución (con foldl')
-- ========================

final2 :: Int -> [Estado]
final2 n = foldl pase (inicial n) [1..n] 

-- 3ª definición (basada en los cambios de cada posición)
-- ======================================================

final3 :: Int -> [Estado]
final3 n = map f [1..n]
    where f x | even (length (divisores x)) = Cerrada
              | otherwise                   = Abierta

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

-- 4ª definición (basada en posiciones de abiertas)
-- ================================================

-- En primer lugar, vamos a determinar la lista de las posiciones
-- (comenzando a contar en 1) de las puertas que quedan abierta en el
-- problema de las n puertas. 
posicionesAbiertas :: Int -> [Int]
posicionesAbiertas n = 
    [x | (x,y) <- zip [1..] (final n), y == Abierta]

-- Al calcularlas,
--    ghci> posicionesAbiertas 200
--    [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144,169,196]
-- Se observa las que quedan abiertas son las que sus posiciones son
-- cuadrados perfectos. Usando esta observación se construye la
-- siguiente definición

final4 :: Int -> [Estado]
final4 n = aux [1..n] [k*k | k <- [1..]] 
    where aux (x:xs) (y:ys) | x == y  =  Abierta : aux xs ys
          aux (x:xs) ys               =  Cerrada : aux xs ys
          aux []     _                =  []

-- 1ª solución

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

data Estado = Abierta | Cerrada

deriving (Eq, Show)

cambia Abierta = Cerrada

cambia Cerrada = Abierta

-- (inicial n) es el estado inicial para el problema de las n

-- habitaciones. Por ejemplo,

-- inicial 5 == [Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Cerrada]

inicial :: Int -> [Estado]

inicial n = replicate n Cerrada

-- (pase k es) es la lista de los estados de las puertas después de pasar el

-- camarero k que las encuentra en los estados es. Por ejemplo,

-- ghci> pase 1 (inicial 5)

-- [Abierta,Abierta,Abierta,Abierta,Abierta]

-- ghci> pase 2 it

-- [Abierta,Cerrada,Abierta,Cerrada,Abierta]

-- ghci> pase 3 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Cerrada,Abierta]

-- ghci> pase 4 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Abierta]

-- ghci> pase 5 it

-- [Abierta,Cerrada,Cerrada,Abierta,Cerrada]

pase :: [Estado] -> Int -> [Estado]

pase es k = zipWith cambiaK es[1..]

where cambiaK e n | n `mod` k == 0 = cambia e

| otherwise = e

final :: Int -> [Estado]

final n = aux [1..n] (inicial n)

where aux [] es = es

aux (k:ks) es = aux ks (pase es k)

-- 2ª solución (con foldl')

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

final2 :: Int -> [Estado]

final2 n = foldl pase (inicial n) [1..n]

-- 3ª definición (basada en los cambios de cada posición)

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

final3 :: Int -> [Estado]

final3 n = map f [1..n]

where f x | even (length (divisores x)) = Cerrada

| otherwise = Abierta

divisores :: Int -> [Int]

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

-- 4ª definición (basada en posiciones de abiertas)

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

-- En primer lugar, vamos a determinar la lista de las posiciones

-- (comenzando a contar en 1) de las puertas que quedan abierta en el

-- problema de las n puertas.

posicionesAbiertas :: Int -> [Int]

posicionesAbiertas n =

[x | (x,y) <- zip [1..] (final n), y == Abierta]

-- Al calcularlas,

-- ghci> posicionesAbiertas 200

-- [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144,169,196]

-- Se observa las que quedan abiertas son las que sus posiciones son

-- cuadrados perfectos. Usando esta observación se construye la

-- siguiente definición

final4 :: Int -> [Estado]

final4 n = aux [1..n] [k*k | k <- [1..]]

where aux (x:xs) (y:ys) | x == y = Abierta : aux xs ys

aux (x:xs) ys = Cerrada : aux xs ys

aux [] _ = []

Densidad de números no monótonos

PorJosé A. Alonso 11-mayo-201618-mayo-2016

Un número entero positivo se dice que es

creciente si cada uno de sus dígitos es menor o igual que el que está a su derecha; por ejemplo, 134479.
decreciente si cada uno de sus dígitos es menor o igual que el que está a su derecha; por ejemplo, 664210.
no monótono si no es creciente ni decreciente; por ejemplo, 155369.

Para cada entero positivo n, la densidad números no monótonos hasta n es el cociente entre la cantidad de n números no monótonos entre menores o iguales que n y el número n. Por ejemplo, hasta 150 hay 19 números no monótonos (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 120, 121, 130, 131, 132, 140, 141, 142, 143 y 150); por tanto, la densidad hasta 150 es 19/150 = 0.12666667

Definir las siguientes funciones

   densidad              :: Integer -> Float
   menorConDensidadMayor :: Float -> Integer

1 2	densidad :: Integer -> Float menorConDensidadMayor :: Float -> Integer

tales que

(densidad n) es la densidad de números no monótonos hasta n. Por ejemplo,

     densidad 100  ==  0.0
     densidad 200  ==  0.265
     densidad 400  ==  0.4375
     densidad 800  ==  0.53375

densidad 100 == 0.0

densidad 200 == 0.265

densidad 400 == 0.4375

densidad 800 == 0.53375

(menorConDensidadMayor x) es el menor número n tal que la densidad de números no monótonos hasta n es mayor o igual que x. Por ejemplo,

     menorConDensidadMayor 0.5   ==  538
     densidad 537                ==  0.49906892
     densidad 538                ==  0.5
     menorConDensidadMayor 0.9   ==  21780
     densidad 21779              ==  0.8999954
     densidad 21780              ==  0.9
     menorConDensidadMayor 0.99  ==  1586996

menorConDensidadMayor 0.5 == 538

densidad 537 == 0.49906892

densidad 538 == 0.5

menorConDensidadMayor 0.9 == 21780

densidad 21779 == 0.8999954

densidad 21780 == 0.9

menorConDensidadMayor 0.99 == 1586996

Soluciones

import Data.List (genericLength, sort)

-- 1ª definición
-- =============

densidad :: Integer -> Float
densidad n = 
    genericLength [x | x <- [1..n], esNoMonotono x] / fromIntegral n

esNoMonotono :: Integer -> Bool
esNoMonotono x = not (esCreciente x) && not (esDecreciente x)

esCreciente :: Integer -> Bool
esCreciente x = show x == sort (show x)

esDecreciente :: Integer -> Bool
esDecreciente x = reverse (show x) == sort (show x)

menorConDensidadMayor :: Float -> Integer 
menorConDensidadMayor x  = 
    buscaProporcion x (filter esNoMonotono [1..])
    where buscaProporcion x = 
              snd . head . filter condicion . zip [1..]
              where condicion (a,b) = a >= x * fromIntegral b

import Data.List (genericLength, sort)

-- 1ª definición

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

densidad :: Integer -> Float

densidad n =

genericLength [x | x <- [1..n], esNoMonotono x] / fromIntegral n

esNoMonotono :: Integer -> Bool

esNoMonotono x = not (esCreciente x) && not (esDecreciente x)

esCreciente :: Integer -> Bool

esCreciente x = show x == sort (show x)

esDecreciente :: Integer -> Bool

esDecreciente x = reverse (show x) == sort (show x)

menorConDensidadMayor :: Float -> Integer

menorConDensidadMayor x =

buscaProporcion x (filter esNoMonotono [1..])

where buscaProporcion x =

snd . head . filter condicion . zip [1..]

where condicion (a,b) = a >= x * fromIntegral b

Sucesión fractal

PorJosé A. Alonso 10-mayo-201625-abril-2021

La sucesión fractal

   0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 
   10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

1 2	0, 0, 1, 0, 2, 1, 3, 0, 4, 2, 5, 1, 6, 3, 7, 0, 8, 4, 9, 2, 10, 5, 11, 1, 12, 6, 13, 3, 14, 7, 15, ...

está construida de la siguiente forma:

los términos pares forman la sucesión de los números naturales

     0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

1	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

los términos impares forman la misma sucesión original

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

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

Definir las funciones

   sucFractal     :: [Integer]
   sumaSucFractal :: Integer -> Integer

1 2	sucFractal :: [Integer] sumaSucFractal :: Integer -> Integer

tales que

sucFractal es la lista de los términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     take 20 sucFractal   == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]
     sucFractal !! 30     == 15
     sucFractal !! (10^7) == 5000000

take 20 sucFractal == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5,1,6,3,7,0,8,4,9,2]

sucFractal !! 30 == 15

sucFractal !! (10^7) == 5000000

(sumaSucFractal n) es la suma de los n primeros términos de la sucesión fractal. Por ejemplo,

     sumaSucFractal 10      ==  13
     sumaSucFractal (10^5)  == 1666617368
     sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669
     sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954
     sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198
     length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000
     sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9)    == 455972157

sumaSucFractal 10 == 13

sumaSucFractal (10^5) == 1666617368

sumaSucFractal (10^10) == 16666666661668691669

sumaSucFractal (10^15) == 166666666666666166673722792954

sumaSucFractal (10^20) == 1666666666666666666616666684103392376198

length (show (sumaSucFractal (10^15000))) == 30000

sumaSucFractal (10^15000) `mod` (10^9) == 455972157

Soluciones

-- 1ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal1 :: [Integer]
sucFractal1 = 
    map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,
--   termino 0            ==  0
--   termino 1            ==  0
--   map termino [0..10]  ==  [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]
termino :: Integer -> Integer
termino 0 = 0
termino n 
    | even n    = n `div` 2
    | otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal
-- ===========================

sucFractal2 :: [Integer]
sucFractal2 =
    0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas
-- xs e ys. Por ejemplo,
--    take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..])  ==  [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]
mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
mezcla (x:xs) (y:ys) =
    x:y:mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal
-- =======================================================

--    λ> sum (take (10^6) sucFractal1)
--    166666169612
--    (5.56 secs, 842,863,264 bytes)
--    λ> sum (take (10^6) sucFractal2)
--    166666169612
--    (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición
sucFractal :: [Integer]
sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal1 n =
    sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal2 n =
    sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal
-- ===============================

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer
sumaSucFractal3 0 = 0
sumaSucFractal3 1 = 0
sumaSucFractal3 n
    | even n    = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
    | otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)
    where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal
-- ===========================================================

--    λ> sumaSucFractal1 (10^6)
--    166666169612
--    (5.25 secs, 810,622,504 bytes)
--    λ> sumaSucFractal2 (10^6)
--    166666169612
--    (1.72 secs, 286,444,048 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^6)
--    166666169612
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> sumaSucFractal2 (10^7)
--    16666661685034
--    (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)
--    λ> sumaSucFractal3 (10^7)
--    16666661685034
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición de sucFractal

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

sucFractal1 :: [Integer]

sucFractal1 =

map termino [0..]

-- (termino n) es el término n de la secuencia anterior. Por ejemplo,

-- termino 0 == 0

-- termino 1 == 0

-- map termino [0..10] == [0,0,1,0,2,1,3,0,4,2,5]

termino :: Integer -> Integer

termino 0 = 0

termino n

| even n = n `div` 2

| otherwise = termino (n `div` 2)

-- 2ª definición de sucFractal

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

sucFractal2 :: [Integer]

sucFractal2 =

0 : 0 : mezcla [1..] (tail sucFractal2)

-- (mezcla xs ys) es la lista obtenida intercalando las listas infinitas

-- xs e ys. Por ejemplo,

-- take 10 (mezcla [0,2..] [0,-2..]) == [0,0,2,-2,4,-4,6,-6,8,-8]

mezcla :: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

mezcla (x:xs) (y:ys) =

x:y:mezcla xs ys

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sucFractal

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

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal1)

-- 166666169612

-- (5.56 secs, 842,863,264 bytes)

-- λ> sum (take (10^6) sucFractal2)

-- 166666169612

-- (1.81 secs, 306,262,616 bytes)

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición

sucFractal :: [Integer]

sucFractal = sucFractal2

-- 1ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal1 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal1 n =

sum (map termino [0..n-1])

-- 2ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal2 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal2 n =

sum (take (fromIntegral n) sucFractal)

-- 3ª definición de sumaSucFractal

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

sumaSucFractal3 :: Integer -> Integer

sumaSucFractal3 0 = 0

sumaSucFractal3 1 = 0

sumaSucFractal3 n

| even n = sumaN (n `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

| otherwise = sumaN ((n+1) `div` 2) + sumaSucFractal3 (n `div` 2)

where sumaN n = (n*(n-1)) `div` 2

-- Comparación de eficiencia de definiciones de sumaSucFractal

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

-- λ> sumaSucFractal1 (10^6)

-- 166666169612

-- (5.25 secs, 810,622,504 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^6)

-- 166666169612

-- (1.72 secs, 286,444,048 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^6)

-- 166666169612

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> sumaSucFractal2 (10^7)

-- 16666661685034

-- (17.49 secs, 3,021,580,920 bytes)

-- λ> sumaSucFractal3 (10^7)

-- 16666661685034

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Referencia

Fractal sequences and restricted Nim por Lionel Levine.

Conjuntos de primos emparejables

PorJosé A. Alonso 9-mayo-201625-abril-2021

Un conjunto de primos emparejables es un conjunto S de números primos tales que al concatenar cualquier par de elementos de S se obtiene un número primo. Por ejemplo, {3, 7, 109, 673} es un conjunto de primos emparejables ya que sus elementos son primos y las concatenaciones de sus parejas son 37, 3109, 3673, 73, 7109, 7673, 1093, 1097, 109673, 6733, 6737 y 673109 son primos.

Definir la función

   emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

1	emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

tal que (emparejables n m) es el conjunto de los conjuntos emparejables de n elementos menores que n. Por ejemplo,

   take 5 (emparejables 2   10)  ==  [[3,7]]
   take 5 (emparejables 3   10)  ==  []
   take 5 (emparejables 2  100)  ==  [[3,7],[3,11],[3,17],[3,31],[3,37]]
   take 5 (emparejables 3  100)  ==  [[3,37,67],[7,19,97]]
   take 5 (emparejables 4  100)  ==  []
   take 5 (emparejables 4 1000)  ==  [[3,7,109,673],[23,311,677,827]]

take 5 (emparejables 2 10) == [[3,7]]

take 5 (emparejables 3 10) == []

take 5 (emparejables 2 100) == [[3,7],[3,11],[3,17],[3,31],[3,37]]

take 5 (emparejables 3 100) == [[3,37,67],[7,19,97]]

take 5 (emparejables 4 100) == []

take 5 (emparejables 4 1000) == [[3,7,109,673],[23,311,677,827]]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)
import Data.List (nub, sort)
import qualified Data.Set as S

-- 1ª definición
-- =============

emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables 0 _ = [[]]
emparejables n m = 
    nub [sort (x:xs) | x <- takeWhile (<=m) primes,
                       xs <- xss,
                       all (x `emparejable`) xs]
    where xss = emparejables (n-1) m

emparejable :: Integer -> Integer -> Bool
emparejable x y =
    isPrime (concatenacion x y) &&
    isPrime (concatenacion y x)

concatenacion :: Integer -> Integer -> Integer
concatenacion x y =
    read (show x ++ show y)

-- 2ª definición
-- =============

emparejables2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables2 n m = map reverse (aux n m)
    where aux 1 m = [[x] | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = 
              [p:ys | ys@(x:xs) <- xss,
                      p <- dropWhile (<x) ps,
                      all (p `emparejable`) ys]
              where ps  = takeWhile (<=m) primes
                    xss = aux (n-1) m

-- 3ª definición
-- =============

emparejables3 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables3 n m = map S.toList (aux n m)
    where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = [S.insert x xs | x <- takeWhile (<=m) primes,
                                     xs <- xss,
                                     all (x `emparejable`) xs]
              where xss = aux (n-1) m

-- 2ª definición
-- =============

emparejables4 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables4 n m = map S.toList (aux n m)
    where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = 
              [S.insert p ys | ys <- xss,
                               let (x,xs) = S.deleteFindMax ys,
                               p <- dropWhile (<x) ps,
                               all (p `emparejable`) ys]
              where ps  = takeWhile (<=m) primes
                    xss = aux (n-1) m

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

--    λ> head (emparejables 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (20.36 secs, 11,781,891,120 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables2 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables3 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (38.04 secs, 21,542,334,024 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables4 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (0.03 secs, 0 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

import Data.List (nub, sort)

import qualified Data.Set as S

-- 1ª definición

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

emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables 0 _ = [[]]

emparejables n m =

nub [sort (x:xs) | x <- takeWhile (<=m) primes,

xs <- xss,

all (x `emparejable`) xs]

where xss = emparejables (n-1) m

emparejable :: Integer -> Integer -> Bool

emparejable x y =

isPrime (concatenacion x y) &&

isPrime (concatenacion y x)

concatenacion :: Integer -> Integer -> Integer

concatenacion x y =

read (show x ++ show y)

-- 2ª definición

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

emparejables2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables2 n m = map reverse (aux n m)

where aux 1 m = [[x] | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m =

[p:ys | ys@(x:xs) <- xss,

p <- dropWhile (<x) ps,

all (p `emparejable`) ys]

where ps = takeWhile (<=m) primes

xss = aux (n-1) m

-- 3ª definición

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

emparejables3 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables3 n m = map S.toList (aux n m)

where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m = [S.insert x xs | x <- takeWhile (<=m) primes,

xs <- xss,

all (x `emparejable`) xs]

where xss = aux (n-1) m

-- 2ª definición

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

emparejables4 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables4 n m = map S.toList (aux n m)

where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m =

[S.insert p ys | ys <- xss,

let (x,xs) = S.deleteFindMax ys,

p <- dropWhile (<x) ps,

all (p `emparejable`) ys]

where ps = takeWhile (<=m) primes

xss = aux (n-1) m

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> head (emparejables 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (20.36 secs, 11,781,891,120 bytes)

-- λ> head (emparejables2 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> head (emparejables3 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (38.04 secs, 21,542,334,024 bytes)

-- λ> head (emparejables4 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (0.03 secs, 0 bytes)

Cadenas de divisores

PorJosé A. Alonso 6-mayo-201625-abril-2021

Una cadena de divisores de un número n es una lista donde cada elemento es un divisor de su siguiente elemento en la lista. Por ejemplo, las cadenas de divisores de 12 son [2,4,12], [2,6,12], [2,12], [3,6,12], [3,12], [4,12], [6,12] y [12].

Definir la función

   cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

1	cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

tal que (cadenasDivisores n) es la lista de las cadenas de divisores de n. Por ejemplo,

   λ> cadenasDivisores 12
   [[2,4,12],[2,6,12],[2,12],[3,6,12],[3,12],[4,12],[6,12],[12]]
   λ> length (cadenaDivisores 48)
   48
   λ> length (cadenaDivisores 120)
   132

λ> cadenasDivisores 12

[[2,4,12],[2,6,12],[2,12],[3,6,12],[3,12],[4,12],[6,12],[12]]

λ> length (cadenaDivisores 48)

λ> length (cadenaDivisores 120)

132

Soluciones

import Data.List (sort)
import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición
-- =============

cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores n = sort (extiendeLista [[n]])
    where extiendeLista []           = []
          extiendeLista ((1:xs):yss) = xs : extiendeLista yss
          extiendeLista ((x:xs):yss) =
              extiendeLista ([y:x:xs | y <- divisores x] ++ yss)

-- (divisores x) es la lista decreciente de los divisores de x distintos
-- de x. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [6,4,3,2,1]
divisores :: Int -> [Int]
divisores x = 
    [y | y <- [a,a-1..1], x `mod` y == 0]
    where a = x `div` 2

-- 2ª definición
-- =============

cadenasDivisores2 :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores2 = sort . aux
    where aux 1 = [[]]
          aux n = [xs ++ [n] | xs <- concatMap aux (divisores n)]

-- 3ª definición
-- =============

cadenasDivisores3 :: Int -> [[Int]]
cadenasDivisores3 = sort . map reverse . aux
    where aux 1 = [[]]
          aux n = map (n:) (concatMap aux (divisores3 n))

-- (divisores3 x) es la lista creciente de los divisores de x distintos
-- de x. Por ejemplo,
--    divisores3 12  ==  [1,2,3,4,6]
divisores3 :: Int -> [Int]
divisores3 x = 
    [y | y <- [1..a], x `mod` y == 0]
    where a = x `div` 2

-- 1ª definición de nCadenasDivisores
-- ==================================

nCadenasDivisores1 :: Int -> Int
nCadenasDivisores1 = length . cadenasDivisores

-- 2ª definición de nCadenasDivisores
-- ==================================

nCadenasDivisores2 :: Int -> Int
nCadenasDivisores2 1 = 1
nCadenasDivisores2 n = 
    sum [nCadenasDivisores2 x | x <- divisores n]

import Data.List (sort)

import Data.Numbers.Primes (isPrime)

-- 1ª definición

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

cadenasDivisores :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores n = sort (extiendeLista [[n]])

where extiendeLista [] = []

extiendeLista ((1:xs):yss) = xs : extiendeLista yss

extiendeLista ((x:xs):yss) =

extiendeLista ([y:x:xs | y <- divisores x] ++ yss)

-- (divisores x) es la lista decreciente de los divisores de x distintos

-- de x. Por ejemplo,

-- divisores 12 == [6,4,3,2,1]

divisores :: Int -> [Int]

divisores x =

[y | y <- [a,a-1..1], x `mod` y == 0]

where a = x `div` 2

-- 2ª definición

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

cadenasDivisores2 :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores2 = sort . aux

where aux 1 = [[]]

aux n = [xs ++ [n] | xs <- concatMap aux (divisores n)]

-- 3ª definición

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

cadenasDivisores3 :: Int -> [[Int]]

cadenasDivisores3 = sort . map reverse . aux

where aux 1 = [[]]

aux n = map (n:) (concatMap aux (divisores3 n))

-- (divisores3 x) es la lista creciente de los divisores de x distintos

-- de x. Por ejemplo,

-- divisores3 12 == [1,2,3,4,6]

divisores3 :: Int -> [Int]

divisores3 x =

[y | y <- [1..a], x `mod` y == 0]

where a = x `div` 2

-- 1ª definición de nCadenasDivisores

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

nCadenasDivisores1 :: Int -> Int

nCadenasDivisores1 = length . cadenasDivisores

-- 2ª definición de nCadenasDivisores

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

nCadenasDivisores2 :: Int -> Int

nCadenasDivisores2 1 = 1

nCadenasDivisores2 n =

sum [nCadenasDivisores2 x | x <- divisores n]

Referencias

Sucesión A163272 de OEIS.
Ordered and unordered factorizations of integers por A. Knopfmacher y M. Mays

Mezcla de infinitas listas infinitas

PorJosé A. Alonso 3-mayo-201610-mayo-2016

Definir la función

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

1	mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]

tal que (mezclaTodas xss) es la mezcla ordenada de xss, donde tanto xss como sus elementos son listas infinitas ordenadas. Por ejemplo,

   ghci> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2..]])
   [2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]
   ghci> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2,9..]])
   [2,4,6,8,9,10,12,14,16,18]

ghci> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2..]])

[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]

ghci> take 10 (mezclaTodas [[n,2*n..] | n <- [2,9..]])

[2,4,6,8,9,10,12,14,16,18]

Soluciones

mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]
mezclaTodas = foldr1 xmezcla
    where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y  = x : mezcla xs (y:ys)
                     | x == y = x : mezcla xs ys
                     | x > y  = y : mezcla (x:xs) ys

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

mezclaTodas = foldr1 xmezcla

where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

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

mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y = x : mezcla xs (y:ys)

| x == y = x : mezcla xs ys

| x > y = y : mezcla (x:xs) ys

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 29-abril-201625-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..]

Productos simultáneos de dos y tres números consecutivos

PorJosé A. Alonso 25-abril-201625-abril-2021

Definir la función

   productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

1	productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

tal que (productos n x) es las listas de n elementos consecutivos cuyo producto es x. Por ejemplo,

   productos 2 6     ==  [[2,3]]
   productos 3 6     ==  [[1,2,3]]
   productos 4 1680  ==  [[5,6,7,8]]
   productos 2 5     ==  []

productos 2 6 == [[2,3]]

productos 3 6 == [[1,2,3]]

productos 4 1680 == [[5,6,7,8]]

productos 2 5 == []

Comprobar con QuickCheck que si n > 0 y x > 0, entonces

   productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

1	productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

Usando productos, definir la función

   productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

1	productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

cuyos elementos son los números naturales (no nulos) que pueden expresarse simultáneamente como producto de dos y tres números consecutivos. Por ejemplo,

   head productosDe2y3consecutivos  ==  6

1	head productosDe2y3consecutivos == 6

Nota. Según demostró Mordell en 1962, productosDe2y3consecutivos sólo tiene dos elementos.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
productos1 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos1 n x = [[y..y+n-1] | y <- [1..x],
                               product [y..y+n-1] == x]

-- 2ª definición
-- =============

-- Se puede reducir el intervalo de búsqueda teniendo en cuenta las
-- siguientes desigualdades
--    y*(y+1)* ... (y+n-1) = x
--    y^n <= x <= (y+n-1)^n
--    y <= x^(1/n), x^(1/n)-n+1 <= y
--    x^(1/n)-n+1 <= y <= x^(1/n)

productos2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos2 n x = [[z..z+n-1] | z <- [y-n+1..y],
                               product [z..z+n-1] == x]
    where y = floor ((fromIntegral x)**(1/(fromIntegral n)))

productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
productos = productos2

prop_productos n x =
    n > 0 && x > 0 ==> productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_productos
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    (0.10 secs, 26409644 bytes)

productosDe2y3consecutivos :: [Integer]
productosDe2y3consecutivos = [x| x <- [1..], 
                                 let ys = productos 2 x,
                                 not (null ys), 
                                 let zs = productos 3 x,
                                 not (null zs)] 

-- El cálculo es
--    ghci> take 2 productosDe2y3consecutivos
--    [6,210]
--    ghci> productos 2 210
--    [[14,15]]
--    ghci> productos 3 210
--    [[5,6,7]]

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

productos1 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos1 n x = [[y..y+n-1] | y <- [1..x],

product [y..y+n-1] == x]

-- 2ª definición

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

-- Se puede reducir el intervalo de búsqueda teniendo en cuenta las

-- siguientes desigualdades

-- y*(y+1)* ... (y+n-1) = x

-- y^n <= x <= (y+n-1)^n

-- y <= x^(1/n), x^(1/n)-n+1 <= y

-- x^(1/n)-n+1 <= y <= x^(1/n)

productos2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos2 n x = [[z..z+n-1] | z <- [y-n+1..y],

product [z..z+n-1] == x]

where y = floor ((fromIntegral x)**(1/(fromIntegral n)))

productos :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

productos = productos2

prop_productos n x =

n > 0 && x > 0 ==> productos n (product [x..x+n-1]) == [[x..x+n-1]]

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_productos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- (0.10 secs, 26409644 bytes)

productosDe2y3consecutivos :: [Integer]

productosDe2y3consecutivos = [x| x <- [1..],

let ys = productos 2 x,

not (null ys),

let zs = productos 3 x,

not (null zs)]

-- El cálculo es

-- ghci> take 2 productosDe2y3consecutivos

-- [6,210]

-- ghci> productos 2 210

-- [[14,15]]

-- ghci> productos 3 210

-- [[5,6,7]]

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 15-abril-201625-abril-2021

En el artículo Integers as a sum of consecutive primes in 2,3,4,.. ways se presentan números que se pueden escribir como sumas de primos consecutivos de varias formas. Por ejemplo, el 41 se puede escribir de dos formas distintas

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

1 2	41 = 2 + 3 + 5 + 7 + 11 + 13 41 = 11 + 13 + 17

el 240 se puede escribir de tres formas

   240 =  17 +  19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43
   240 =  53 +  59 + 61 + 67
   240 = 113 + 127

240 = 17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43

240 = 53 + 59 + 61 + 67

240 = 113 + 127

y el 311 se puede escribir de 4 formas

   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 = 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

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 dos o más números primos consecutivos. Por ejemplo,

   ghci> sumas 41
   [[2,3,5,7,11,13],[11,13,17]]
   ghci> sumas 240
   [[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]
   ghci> 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]]
   ghci> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]
   4

ghci> sumas 41

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

ghci> sumas 240

[[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]

ghci> 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]]

ghci> 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)

Caminos reducidos

PorJosé A. Alonso 12-abril-201625-abril-2021

Un camino es una sucesión de pasos en una de las cuatros direcciones Norte, Sur, Este, Oeste. Ir en una dirección y a continuación en la opuesta es un esfuerzo que se puede reducir, Por ejemplo, el camino [Norte,Sur,Este,Sur] se puede reducir a [Este,Sur].

Un camino se dice que es reducido si no tiene dos pasos consecutivos en direcciones opuesta. Por ejemplo, [Este,Sur] es reducido y [Norte,Sur,Este,Sur] no lo es.

En Haskell, las direcciones y los caminos se pueden definir por

   data Direccion = N | S | E | O deriving (Show, Eq)
   type Camino = [Direccion]

1 2	data Direccion = N \| S \| E \| O deriving (Show, Eq) type Camino = [Direccion]

Definir la función

   reducido :: Camino -> Camino

1	reducido :: Camino -> Camino

tal que (reducido ds) es el camino reducido equivalente al camino ds. Por ejemplo,

   reducido []                              ==  []
   reducido [N]                             ==  [N]
   reducido [N,O]                           ==  [N,O]
   reducido [N,O,E]                         ==  [N]
   reducido [N,O,E,S]                       ==  [] 
   reducido [N,O,S,E]                       ==  [N,O,S,E]
   reducido [S,S,S,N,N,N]                   ==  []
   reducido [N,S,S,E,O,N]                   ==  []
   reducido [N,S,S,E,O,N,O]                 ==  [O]
   reducido (take (10^7) (cycle [N,E,O,S])) ==  []

reducido [] == []

reducido [N] == [N]

reducido [N,O] == [N,O]

reducido [N,O,E] == [N]

reducido [N,O,E,S] == []

reducido [N,O,S,E] == [N,O,S,E]

reducido [S,S,S,N,N,N] == []

reducido [N,S,S,E,O,N] == []

reducido [N,S,S,E,O,N,O] == [O]

reducido (take (10^7) (cycle [N,E,O,S])) == []

Nótese que en el penúltimo ejemplo las reducciones son

       [N,S,S,E,O,N,O]  
   --> [S,E,O,N,O]  
   --> [S,N,O]  
   --> [O]

[N,S,S,E,O,N,O]

--> [S,E,O,N,O]

--> [S,N,O]

--> [O]

Soluciones

data Direccion = N | S | E | O deriving (Show, Eq)

type Camino = [Direccion]

-- 1ª solución (por recursión):
reducido1 :: Camino -> Camino
reducido1 [] = []
reducido1 (d:ds) | null ds'                = [d]
                 | d == opuesta (head ds') = tail ds'
                 | otherwise               = d:ds'
    where ds' = reducido1 ds

opuesta :: Direccion -> Direccion
opuesta N = S
opuesta S = N
opuesta E = O
opuesta O = E

-- 2ª solución (por plegado)
reducido2 :: Camino -> Camino
reducido2 = foldr aux []
    where aux N (S:xs) = xs
          aux S (N:xs) = xs
          aux E (O:xs) = xs
          aux O (E:xs) = xs
          aux x xs     = x:xs

-- 3ª solución 
reducido3 :: Camino -> Camino
reducido3 []       = []
reducido3 (N:S:ds) = reducido3 ds
reducido3 (S:N:ds) = reducido3 ds
reducido3 (E:O:ds) = reducido3 ds
reducido3 (O:E:ds) = reducido3 ds
reducido3 (d:ds) | null ds'                = [d]
                 | d == opuesta (head ds') = tail ds'
                 | otherwise               = d:ds'
    where ds' = reducido3 ds

-- 4ª solución
reducido4 :: Camino -> Camino
reducido4 ds = reverse (aux ([],ds)) where 
    aux (N:xs, S:ys) = aux (xs,ys)
    aux (S:xs, N:ys) = aux (xs,ys)
    aux (E:xs, O:ys) = aux (xs,ys)
    aux (O:xs, E:ys) = aux (xs,ys)
    aux (  xs, y:ys) = aux (y:xs,ys)
    aux (  xs,   []) = xs

-- Comparación de eficiencia
--    ghci> reducido1 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (3.87 secs, 460160736 bytes)
--    ghci> reducido2 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (1.16 secs, 216582880 bytes)
--    ghci> reducido3 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (0.58 secs, 98561872 bytes)
--    ghci> reducido4 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (0.64 secs, 176154640 bytes)
--    
--    ghci> reducido3 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (5.43 secs, 962694784 bytes)
--    ghci> reducido4 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))
--    []
--    (9.29 secs, 1722601528 bytes)
-- 
--    ghci> length $ reducido3 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])
--    400002
--    (4.52 secs, 547004960 bytes)
--    ghci> length $ reducido4 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])
--    400002
--    (2.17 secs, 379049224 bytes)

data Direccion = N | S | E | O deriving (Show, Eq)

type Camino = [Direccion]

-- 1ª solución (por recursión):

reducido1 :: Camino -> Camino

reducido1 [] = []

reducido1 (d:ds) | null ds' = [d]

| d == opuesta (head ds') = tail ds'

| otherwise = d:ds'

where ds' = reducido1 ds

opuesta :: Direccion -> Direccion

opuesta N = S

opuesta S = N

opuesta E = O

opuesta O = E

-- 2ª solución (por plegado)

reducido2 :: Camino -> Camino

reducido2 = foldr aux []

where aux N (S:xs) = xs

aux S (N:xs) = xs

aux E (O:xs) = xs

aux O (E:xs) = xs

aux x xs = x:xs

-- 3ª solución

reducido3 :: Camino -> Camino

reducido3 [] = []

reducido3 (N:S:ds) = reducido3 ds

reducido3 (S:N:ds) = reducido3 ds

reducido3 (E:O:ds) = reducido3 ds

reducido3 (O:E:ds) = reducido3 ds

reducido3 (d:ds) | null ds' = [d]

| d == opuesta (head ds') = tail ds'

| otherwise = d:ds'

where ds' = reducido3 ds

-- 4ª solución

reducido4 :: Camino -> Camino

reducido4 ds = reverse (aux ([],ds)) where

aux (N:xs, S:ys) = aux (xs,ys)

aux (S:xs, N:ys) = aux (xs,ys)

aux (E:xs, O:ys) = aux (xs,ys)

aux (O:xs, E:ys) = aux (xs,ys)

aux ( xs, y:ys) = aux (y:xs,ys)

aux ( xs, []) = xs

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> reducido1 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (3.87 secs, 460160736 bytes)

-- ghci> reducido2 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (1.16 secs, 216582880 bytes)

-- ghci> reducido3 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (0.58 secs, 98561872 bytes)

-- ghci> reducido4 (take (10^6) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (0.64 secs, 176154640 bytes)

-- ghci> reducido3 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (5.43 secs, 962694784 bytes)

-- ghci> reducido4 (take (10^7) (cycle [N,E,O,S]))

-- []

-- (9.29 secs, 1722601528 bytes)

-- ghci> length $ reducido3 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])

-- 400002

-- (4.52 secs, 547004960 bytes)

-- ghci> length $ reducido4 (take 2000000 $ cycle [N,O,N,S,E,N,S,O,S,S])

-- 400002

-- (2.17 secs, 379049224 bytes)

Primos permutables

PorJosé A. Alonso 11-abril-201618-abril-2016

Un primo permutable es un número primo tal que todos los números obtenidos permutando sus cifras son primos. Por ejemplo, 337 es un primo permutable ya que 337, 373 y 733 son primos.

Definir las funciones

   esPrimoPermutable :: Integer -> Bool
   primosPermutables :: [Integer]

1 2	esPrimoPermutable :: Integer -> Bool primosPermutables :: [Integer]

tales que

(esPrimoPermutable x) se verifica si x es un primo permutable. Por ejemplo,

     esPrimoPermutable 97  ==  True
     esPrimoPermutable 337 ==  True
     esPrimoPermutable 23  ==  False

esPrimoPermutable 97 == True

esPrimoPermutable 337 == True

esPrimoPermutable 23 == False

primosPermutables es la lista de los primos permutables. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosPermutables
     [2,3,5,7,11,13,17,31,37,71,73,79,97,113,131,199,311,337,373,733]

1 2	λ> take 20 primosPermutables [2,3,5,7,11,13,17,31,37,71,73,79,97,113,131,199,311,337,373,733]

Soluciones

import Data.List (nub, permutations)
import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

-- 1ª solución
-- ===========
    
esPrimoPermutable :: Integer -> Bool
esPrimoPermutable x =
    all isPrime (permutacionesN x)

permutacionesN :: Integer -> [Integer]
permutacionesN x =
    [read ys | ys <- nub (permutations xs)]
    where xs = show x
          n  = length xs
        
primosPermutables :: [Integer]
primosPermutables =
    [x | x <- primes, esPrimoPermutable x]

-- 2ª solución
-- ===========

esPrimoPermutable2 :: Integer -> Bool
esPrimoPermutable2 = all isPrime . map read . nub . permutations . show
 
primosPermutables2 :: [Integer]
primosPermutables2 = filter esPrimoPermutable2 primes

import Data.List (nub, permutations)

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

-- 1ª solución

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

esPrimoPermutable :: Integer -> Bool

esPrimoPermutable x =

all isPrime (permutacionesN x)

permutacionesN :: Integer -> [Integer]

permutacionesN x =

[read ys | ys <- nub (permutations xs)]

where xs = show x

n = length xs

primosPermutables :: [Integer]

primosPermutables =

[x | x <- primes, esPrimoPermutable x]

-- 2ª solución

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

esPrimoPermutable2 :: Integer -> Bool

esPrimoPermutable2 = all isPrime . map read . nub . permutations . show

primosPermutables2 :: [Integer]

primosPermutables2 = filter esPrimoPermutable2 primes

Referencias

Permutable prime en Wikipedia.
Sucesión A003459 de la OEIS.

Raíz entera

PorJosé A. Alonso 8-abril-20161-mayo-2016

Definir la función

   raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

1	raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (raizEnt x n) es la raíz entera n-ésima de x; es decir, el mayor número entero y tal que y^n <= x. Por ejemplo,

   raizEnt  8 3      ==  2
   raizEnt  9 3      ==  2
   raizEnt 26 3      ==  2
   raizEnt 27 3      ==  3
   raizEnt (10^50) 2 ==  10000000000000000000000000

raizEnt 8 3 == 2

raizEnt 9 3 == 2

raizEnt 26 3 == 2

raizEnt 27 3 == 3

raizEnt (10^50) 2 == 10000000000000000000000000

Comprobar con QuickCheck que para todo número natural n,

    raizEnt (10^(2*n)) 2 == 10^n

1	raizEnt (10^(2*n)) 2 == 10^n

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
raizEnt1 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt1 x n =
    last (takeWhile (\y -> y^n <= x) [0..])

-- 2ª definición         
raizEnt2 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt2 x n =
    floor ((fromIntegral x)**(1 / fromIntegral n))

-- Nota. La definición anterior falla para números grandes. Por ejemplo,
--    λ> raizEnt2 (10^50) 2 == 10^25
--    False
          
-- 3ª definición          
raizEnt3 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt3 x n = aux (1,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = c
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^n

-- Comparación de eficiencia
--    λ> raizEnt1 (10^14) 2
--    10000000
--    (6.15 secs, 6,539,367,976 bytes)
--    λ> raizEnt2 (10^14) 2
--    10000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> raizEnt3 (10^14) 2
--    10000000
--    (0.00 secs, 25,871,944 bytes)
--    
--    λ> raizEnt2 (10^50) 2
--    9999999999999998758486016
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> raizEnt3 (10^50) 2
--    10000000000000000000000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
                        
-- La propiedad es                        
prop_raizEnt :: Integer -> Bool
prop_raizEnt n =
    raizEnt3 (10^(2*m)) 2 == 10^m
    where m = abs n

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

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

raizEnt1 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt1 x n =

last (takeWhile (\y -> y^n <= x) [0..])

-- 2ª definición

raizEnt2 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt2 x n =

floor ((fromIntegral x)**(1 / fromIntegral n))

-- Nota. La definición anterior falla para números grandes. Por ejemplo,

-- λ> raizEnt2 (10^50) 2 == 10^25

-- False

-- 3ª definición

raizEnt3 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt3 x n = aux (1,x)

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

| c == a = c

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

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

d = c^n

-- Comparación de eficiencia

-- λ> raizEnt1 (10^14) 2

-- 10000000

-- (6.15 secs, 6,539,367,976 bytes)

-- λ> raizEnt2 (10^14) 2

-- 10000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> raizEnt3 (10^14) 2

-- 10000000

-- (0.00 secs, 25,871,944 bytes)

-- λ> raizEnt2 (10^50) 2

-- 9999999999999998758486016

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> raizEnt3 (10^50) 2

-- 10000000000000000000000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- La propiedad es

prop_raizEnt :: Integer -> Bool

prop_raizEnt n =

raizEnt3 (10^(2*m)) 2 == 10^m

where m = abs n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_raizEnt

-- +++ OK, passed 100 tests.

Soluciones en Maxima

raizEnt (x,n) := inrt (x,n)$

1	raizEnt (x,n) := inrt (x,n)$

Números de Lucas

PorJosé A. Alonso 7-abril-201614-abril-2016

Los números de Lucas son los elementos de la sucesión L(n) definida por

   L(0) = 2
   L(1) = 1
   L(n) = L(n-1) + L(n-2), si n > 1.

L(0) = 2

L(1) = 1

L(n) = L(n-1) + L(n-2), si n > 1.

Los primeros números de Lucas son

   2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...

1	2, 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123, ...

Definir las funciones

   nLucas :: Integer -> Integer 
   lucas  :: [Integer]

1 2	nLucas :: Integer -> Integer lucas :: [Integer]

tales que

(nLucas n) es el n-ésimo número de Lucas. Por ejemplo,

   nLucas 5                       ==  11
   nLucas 32                      ==  4870847
   length (show (nLucas (10^5)))  ==  20899

nLucas 5 == 11

nLucas 32 == 4870847

length (show (nLucas (10^5))) == 20899

lucas es la lista de los números de Lucas. Por ejemplo,

   take 11 lucas ==  [2,1,3,4,7,11,18,29,47,76,123]

1	take 11 lucas == [2,1,3,4,7,11,18,29,47,76,123]

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición
-- =============

nLucas1 :: Integer -> Integer
nLucas1 0 = 2
nLucas1 1 = 1
nLucas1 n = nLucas1 (n-1) + nLucas1 (n-2)

lucas1 :: [Integer]
lucas1 = [nLucas1 n | n <- [0..]]

-- 2ª definición
-- =============

lucas2 :: [Integer]
lucas2 = 2 : 1 : zipWith (+) lucas2 (tail lucas2)

nLucas2 :: Integer -> Integer
nLucas2 n = lucas2 `genericIndex` n

-- 3ª definición
-- =============

lucas3  :: [Integer]
lucas3 = 2 : scanl (+) 1 lucas3
 
nLucas3 :: Integer -> Integer
nLucas3 = genericIndex lucas3
            
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> nLucas1 32
--    4870847
--    (3.22 secs, 1,467,677,208 bytes)
--    λ> nLucas2 32
--    4870847
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> nLucas3 32
--    4870847
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> length (show (nLucas2 230000))
--    48068
--    (1.57 secs, 2,415,008,392 bytes)
--    λ> length (show (nLucas3 230000))
--    48068
--    (2.08 secs, 2,411,107,352 bytes)

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición

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

nLucas1 :: Integer -> Integer

nLucas1 0 = 2

nLucas1 1 = 1

nLucas1 n = nLucas1 (n-1) + nLucas1 (n-2)

lucas1 :: [Integer]

lucas1 = [nLucas1 n | n <- [0..]]

-- 2ª definición

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

lucas2 :: [Integer]

lucas2 = 2 : 1 : zipWith (+) lucas2 (tail lucas2)

nLucas2 :: Integer -> Integer

nLucas2 n = lucas2 `genericIndex` n

-- 3ª definición

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

lucas3 :: [Integer]

lucas3 = 2 : scanl (+) 1 lucas3

nLucas3 :: Integer -> Integer

nLucas3 = genericIndex lucas3

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nLucas1 32

-- 4870847

-- (3.22 secs, 1,467,677,208 bytes)

-- λ> nLucas2 32

-- 4870847

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> nLucas3 32

-- 4870847

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (nLucas2 230000))

-- 48068

-- (1.57 secs, 2,415,008,392 bytes)

-- λ> length (show (nLucas3 230000))

-- 48068

-- (2.08 secs, 2,411,107,352 bytes)

Soluciones en Maxima

nLucas (n) := lucas (n)$

1	nLucas (n) := lucas (n)$

La evaluación de los ejemplos es

(%i5) nLucas (5);
(%o5) 11
(%i6) nLucas (32);
(%o6) 4870847

(%i5) nLucas (5);

(%o5) 11

(%i6) nLucas (32);

(%o6) 4870847

Clases de equivalencia

PorJosé A. Alonso 5-abril-201625-abril-2021

Definir la función

   clasesEquivalencia :: [a] -> (a -> a -> Bool) -> [[a]]

1	clasesEquivalencia :: [a] -> (a -> a -> Bool) -> [[a]]

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

   λ> clasesEquivalencia [1..20] (\x y -> x `mod` 3 == y `mod` 3)
   [[1,4,7,10,13,16,19],[2,5,8,11,14,17,20],[3,6,9,12,15,18]]
   λ> clasesEquivalencia [1..20] (\x y -> (x - y) `mod` 5 == 0)
   [[1,6,11,16],[2,7,12,17],[3,8,13,18],[4,9,14,19],[5,10,15,20]]
   λ> clasesEquivalencia [-4..4] (\x y -> abs x == abs y)
   [[-4,4],[-3,3],[-2,2],[-1,1],[0]]

λ> clasesEquivalencia [1..20] (\x y -> x `mod` 3 == y `mod` 3)

[[1,4,7,10,13,16,19],[2,5,8,11,14,17,20],[3,6,9,12,15,18]]

λ> clasesEquivalencia [1..20] (\x y -> (x - y) `mod` 5 == 0)

[[1,6,11,16],[2,7,12,17],[3,8,13,18],[4,9,14,19],[5,10,15,20]]

λ> clasesEquivalencia [-4..4] (\x y -> abs x == abs y)

[[-4,4],[-3,3],[-2,2],[-1,1],[0]]

Soluciones

import Data.List (partition)

clasesEquivalencia :: [a] -> (a -> a -> Bool) -> [[a]]
clasesEquivalencia [] r = []
clasesEquivalencia ys@(x:xs) r =
    us : clasesEquivalencia vs r
    where (us,vs) = partition (r x) ys

import Data.List (partition)

clasesEquivalencia :: [a] -> (a -> a -> Bool) -> [[a]]

clasesEquivalencia [] r = []

clasesEquivalencia ys@(x:xs) r =

us : clasesEquivalencia vs r

where (us,vs) = partition (r x) ys

Solución en Maxima

clasesEquivalencia (xs,r) :=
  equiv_classes (setify (xs),r)$

1 2	clasesEquivalencia (xs,r) := equiv_classes (setify (xs),r)$

La evaluación de los ejemplos es

(%i6) xs : makelist (k,k,1,10)$
(%i7) clasesEquivalencia (xs, lambda ([x,y], is (remainder (x-y,3) = 0)));
(%o7) {{1, 4, 7, 10}, {2, 5, 8}, {3, 6, 9}}
(%i8) clasesEquivalencia (xs, lambda ([x,y], is (remainder (x-y,5) = 0)));
(%o8) {{1, 6}, {2, 7}, {3, 8}, {4, 9}, {5, 10}}
(%i9) clasesEquivalencia (makelist(k,k,-4,4), lambda ([x,y], is (abs (x) = abs (y))));
(%o9) {{- 4, 4}, {- 3, 3}, {- 2, 2}, {- 1, 1}, {0}}

(%i6) xs : makelist (k,k,1,10)$

(%i7) clasesEquivalencia (xs, lambda ([x,y], is (remainder (x-y,3) = 0)));

(%o7) {{1, 4, 7, 10}, {2, 5, 8}, {3, 6, 9}}

(%i8) clasesEquivalencia (xs, lambda ([x,y], is (remainder (x-y,5) = 0)));

(%o8) {{1, 6}, {2, 7}, {3, 8}, {4, 9}, {5, 10}}

(%i9) clasesEquivalencia (makelist(k,k,-4,4), lambda ([x,y], is (abs (x) = abs (y))));

(%o9) {{- 4, 4}, {- 3, 3}, {- 2, 2}, {- 1, 1}, {0}}

Representación decimal de números racionales

PorJosé A. Alonso 1-abril-20168-abril-2016

Los números decimales se representan por ternas, donde el primer elemento es la parte entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período. Por ejemplo,

    6/2  = 3                  se representa por (3,[],[])
    1/2  = 0.5                se representa por (0,[5],[])
    1/3  = 0.333333...        se representa por (0,[],[3])  
   23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

6/2 = 3 se representa por (3,[],[])

1/2 = 0.5 se representa por (0,[5],[])

1/3 = 0.333333... se representa por (0,[],[3])

23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

Su tipo es

   type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

1	type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

Los números racionales se representan por un par de enteros, donde el primer elemento es el numerador y el segundo el denominador. Por ejemplo, el número 2/3 se representa por (2,3). Su tipo es

   type Racional = (Integer,Integer)

1	type Racional = (Integer,Integer)

Definir las funciones

   decimal  :: Racional -> Decimal
   racional :: Decimal -> Racional

1 2	decimal :: Racional -> Decimal racional :: Decimal -> Racional

tales que

(decimal r) es la representación decimal del número racional r. Por ejemplo,

        decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
        decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
        decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal (1,4) == (0,[2,5],[])

decimal (1,3) == (0,[],[3])

decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

(racional d) es el número racional cuya representación decimal es d. Por ejemplo,

        racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
        racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
        racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)

racional (0,[2,5],[]) == (1,4)

racional (0,[],[3]) == (1,3)

racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1]) == (23,14)

Con la función decimal se puede calcular los períodos de los números racionales. Por ejemplo,

   ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p
   "428571"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p
   "0212765957446808510638297872340425531914893617"
   ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)
   540

ghci> let (_,_,p) = decimal (23,14) in concatMap show p

"428571"

ghci> let (_,_,p) = decimal (1,47) in concatMap show p

"0212765957446808510638297872340425531914893617"

ghci> let (_,_,p) = decimal (1,541) in length (concatMap show p)

540

Comprobar con QuickCheck si las funciones decimal y racional son inversas.

Soluciones

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Librerías auxiliares                                             --
-- ---------------------------------------------------------------------

import Data.List
import Test.QuickCheck

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Tipos                                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el
-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.
type Racional = (Integer,Integer)

-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte
-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.
type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De racional a decimal                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,
--    mayorExponente 2 40  ==  3
--    mayorExponente 5 40  ==  1
--    mayorExponente 5 41  ==  0
mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer
mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1

-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudAnteperiodo 2   ==  1
--    longitudAnteperiodo 3   ==  0
--    longitudAnteperiodo 14  ==  1
longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer
longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)

-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de
-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo, 
--    longitudPeriodo 2  ==  0
--    longitudPeriodo 3  ==  1
--    longitudPeriodo 7  ==  6
longitudPeriodo :: Integer -> Integer
longitudPeriodo n
    | m == 1    = 0 
    | otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]
    where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))

-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo, 
--    take 10 (expansionDec (1,4))    ==  [0,2,5]
--    take 10 (expansionDec (1,7))    ==  [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]
--    take 12 (expansionDec (90,7))   ==  [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]
--    take 12 (expansionDec (23,14))  ==  [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]
expansionDec :: Racional -> [Integer]
expansionDec (x,y) 
    | r == 0    = [q] 
    | otherwise = q : expansionDec (r*10,y)
    where (q,r) = quotRem x y

-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,
--    parteEntera (125,3)  ==  41
parteEntera :: Racional -> Integer
parteEntera (a,b) = a `div` b

-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de
-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de
-- a/b. Por ejemplo,
--    antePeriodo (23,14)  ==  [6]
--    antePeriodo (1,5)    ==  [2]
antePeriodo :: Racional -> [Integer]
antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b

-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que
-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por
-- ejemplo, 
--    periodo (1,3)                   ==  [3]
--    periodo (1,5)                   ==  []
--    periodo (1,7)                   ==  [1,4,2,8,5,7]
--    periodo (23,14)                 ==  [4,2,8,5,7,1]
--    concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"
periodo :: Racional -> [Integer]
periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)
    where xs = expansionDec (a,b)
          s  = longitudAnteperiodo b
          t  = longitudPeriodo b

-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por
-- ejemplo, 
--    reducido (40,80)  ==  (1,2)
reducido :: Racional -> Racional
reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m) 
    where m = gcd a b

-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna
-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal
-- periódica. Por ejemplo, 
--    decimal (1,4)    ==  (0,[2,5],[])
--    decimal (1,3)    ==  (0,[],[3])
--    decimal (23,14)  ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])
decimal :: Racional -> Decimal
decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)
    where r = reducido (a,b)

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § De decimal a racional                                            --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de
-- dígitos xs. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [3,2,5]  ==  325
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0

-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]
    where n = length xs

-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación
-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,
--    racional (0,[2,5],[])           ==  (1,4)
--    racional (0,[],[3])             ==  (1,3)
--    racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1])  ==  (23,14)
racional :: Decimal -> Racional
racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where
    a = digitosAnumero (x:ys)
    b = 10^(length ys)
racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where 
    a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)
    b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)

-- ---------------------------------------------------------------------
-- § Propiedades                                                      --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- La 1ª propiedad es
prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property
prop_RacionalDecimal (a,b) =
    a >= 0 && b > 0  ==>
    racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)

-- La comprobación es 
--    ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales
numeroRacional :: Gen Racional
numeroRacional = do a <- arbitrary
                    b <- arbitrary
                    return (reducido (abs a, 1+ abs b))

-- La propiedad es
prop_RacionalDecimal2 :: Property
prop_RacionalDecimal2 =
    forAll numeroRacional
           (\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))

-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2
--   +++ OK, passed 100 tests.

-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales
numeroDecimal :: Gen Decimal
numeroDecimal = do a <- arbitrary
                   b <- arbitrary
                   return (decimal (abs a, 1+ abs b))

-- La 2ª propiedad es
prop_DecimalRacional :: Property
prop_DecimalRacional =
    forAll numeroDecimal 
           (\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))

-- La comprobación es
--   ghci> quickCheck prop_DecimalRacional
--   +++ OK, passed 100 tests.

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

-- § Librerías auxiliares --

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

import Data.List

import Test.QuickCheck

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

-- § Tipos --

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

-- Un número racional se representa por un par de enteros, donde el

-- primer elemento es el numerador y el segundo el denominador.

type Racional = (Integer,Integer)

-- Un número decimal es una terna donde el primer elemento es la parte

-- entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período.

type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

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

-- § De racional a decimal --

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

-- (mayorExponente a x) es el mayor n tal que a^n divide a x. Por ejemplo,

-- mayorExponente 2 40 == 3

-- mayorExponente 5 40 == 1

-- mayorExponente 5 41 == 0

mayorExponente :: Integer -> Integer -> Integer

mayorExponente a x = head [n | n <- [1..], mod x (a^n) /= 0] - 1

-- (longitudAnteperiodo n) es la longitud del anteperíodo de 1/n (y de

-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo,

-- longitudAnteperiodo 2 == 1

-- longitudAnteperiodo 3 == 0

-- longitudAnteperiodo 14 == 1

longitudAnteperiodo :: Integer -> Integer

longitudAnteperiodo n = max (mayorExponente 2 n) (mayorExponente 5 n)

-- (longitudPeriodo n) es la longitud del período de 1/n (y de

-- cualquier fracción irreducible de denominador n). Por ejemplo,

-- longitudPeriodo 2 == 0

-- longitudPeriodo 3 == 1

-- longitudPeriodo 7 == 6

longitudPeriodo :: Integer -> Integer

longitudPeriodo n

| m == 1 = 0

| otherwise = head [k | k <- [1..], (10^k) `mod` m == 1]

where m = n `div` (2^(mayorExponente 2 n) * 5^(mayorExponente 5 n))

-- (expansionDec (x,y)) es la expansión decimal de x/y. Por ejemplo,

-- take 10 (expansionDec (1,4)) == [0,2,5]

-- take 10 (expansionDec (1,7)) == [0,1,4,2,8,5,7,1,4,2]

-- take 12 (expansionDec (90,7)) == [12,8,5,7,1,4,2,8,5,7,1,4]

-- take 12 (expansionDec (23,14)) == [1,6,4,2,8,5,7,1,4,2,8,5]

expansionDec :: Racional -> [Integer]

expansionDec (x,y)

| r == 0 = [q]

| otherwise = q : expansionDec (r*10,y)

where (q,r) = quotRem x y

-- (parteEntera (a,b)) es la parte entera de a/b. Por ejemplo,

-- parteEntera (125,3) == 41

parteEntera :: Racional -> Integer

parteEntera (a,b) = a `div` b

-- (antePeriodo (a,b)) es el anteperíodo de a/b; es decir, la lista de

-- cifras que se encuentran entre la parte entera y el primer período de

-- a/b. Por ejemplo,

-- antePeriodo (23,14) == [6]

-- antePeriodo (1,5) == [2]

antePeriodo :: Racional -> [Integer]

antePeriodo (a,b) = genericTake s (tail xs)

where xs = expansionDec (a,b)

s = longitudAnteperiodo b

-- (periodo (a,b)) es el período de a/b; es decir, la lista de cifras que

-- se encuentran entre la parte entera y el primer período de a/b. Por

-- ejemplo,

-- periodo (1,3) == [3]

-- periodo (1,5) == []

-- periodo (1,7) == [1,4,2,8,5,7]

-- periodo (23,14) == [4,2,8,5,7,1]

-- concatMap show $ periodo (1,29) == "0344827586206896551724137931"

periodo :: Racional -> [Integer]

periodo (a,b) = genericTake t (genericDrop (1+s) xs)

where xs = expansionDec (a,b)

s = longitudAnteperiodo b

t = longitudPeriodo b

-- (reducido (a,b)) es la forma reducida del número racional a/b. Por

-- ejemplo,

-- reducido (40,80) == (1,2)

reducido :: Racional -> Racional

reducido (a,b) = (a `div` m, b `div` m)

where m = gcd a b

-- (decimal (x,y)) es la forma decimal de x/y; es decir, la terna

-- formada por la parte entera, la parte decimal pura y la parte decimal

-- periódica. Por ejemplo,

-- decimal (1,4) == (0,[2,5],[])

-- decimal (1,3) == (0,[],[3])

-- decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal :: Racional -> Decimal

decimal (a,b) = (parteEntera r, antePeriodo r, periodo r)

where r = reducido (a,b)

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

-- § De decimal a racional --

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

-- (digitosAnumero xs) es el número correspondiente a la lista de

-- dígitos xs. Por ejemplo,

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

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = foldl (\a y -> 10*a+y) 0

-- 2ª definición de digitosAnumero (por comprensión)

digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero2 xs = sum [x*(10^i) | (x,i) <- zip xs [n-1,n-2..0]]

where n = length xs

-- (racional (x,ys,zs)) es el número racional cuya representación

-- decimal es (x,ys,zs). Por ejemplo,

-- racional (0,[2,5],[]) == (1,4)

-- racional (0,[],[3]) == (1,3)

-- racional (1,[6],[4,2,8,5,7,1]) == (23,14)

racional :: Decimal -> Racional

racional (x,ys,[]) = reducido (a,b) where

a = digitosAnumero (x:ys)

b = 10^(length ys)

racional (x,ys,zs) = reducido (a,b) where

a = digitosAnumero (x:ys++zs) - digitosAnumero (x:ys)

b = digitosAnumero (replicate (length zs) 9 ++ replicate (length ys) 0)

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

-- § Propiedades --

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

-- La 1ª propiedad es

prop_RacionalDecimal :: Racional -> Property

prop_RacionalDecimal (a,b) =

a >= 0 && b > 0 ==>

racional (decimal (a,b)) == reducido (a,b)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- En lugar de reducido se puede usar un generador de números racionales

numeroRacional :: Gen Racional

numeroRacional = do a <- arbitrary

b <- arbitrary

return (reducido (abs a, 1+ abs b))

-- La propiedad es

prop_RacionalDecimal2 :: Property

prop_RacionalDecimal2 =

forAll numeroRacional

(\(a,b) -> racional (decimal (a,b)) == (a,b))

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_RacionalDecimal2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Para la 2ª propiedad se define un generador de números decimales

numeroDecimal :: Gen Decimal

numeroDecimal = do a <- arbitrary

b <- arbitrary

return (decimal (abs a, 1+ abs b))

-- La 2ª propiedad es

prop_DecimalRacional :: Property

prop_DecimalRacional =

forAll numeroDecimal

(\(x,ys,zs) -> decimal (racional (x,ys,zs)) == (x,ys,zs))

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_DecimalRacional

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números cuyos dígitos coinciden con los de sus factores primos

PorJosé A. Alonso 30-marzo-201625-marzo-2022

Un número n es especial si al unir los dígitos de sus factores primos, se obtienen exactamente los dígitos de n, aunque puede ser en otro orden. Por ejemplo, 1255 es especial, pues los factores primos de 1255 son 5 y 251.

Definir la función

   esEspecial :: Integer -> Bool

1	esEspecial :: Integer -> Bool

tal que (esEspecial n) se verifica si un número n es especial. Por ejemplo,

   esEspecial 1255 == True
   esEspecial 125  == False
   esEspecial 132  == False

esEspecial 1255 == True

esEspecial 125 == False

esEspecial 132 == False

Comprobar con QuickCheck que todo número primo es especial.

Calcular los 5 primeros números especiales que no son primos.

Soluciones

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

esEspecial :: Integer -> Bool
esEspecial n = 
    sort (show n) == sort (concatMap show (nub (primeFactors n)))

-- La propiedad es
prop_primos:: Integer -> Property
prop_primos n = 
    isPrime (abs n) ==> esEspecial (abs n)

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_primos
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- El cálculo es
--    ghci> take 5 [n | n <- [2..], esEspecial n, not (isPrime n)]
--    [735,1255,3792,7236,11913]

import Data.List (nub, sort)

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)

import Test.QuickCheck

esEspecial :: Integer -> Bool

esEspecial n =

sort (show n) == sort (concatMap show (nub (primeFactors n)))

-- La propiedad es

prop_primos:: Integer -> Property

prop_primos n =

isPrime (abs n) ==> esEspecial (abs n)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_primos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- El cálculo es

-- ghci> take 5 [n | n <- [2..], esEspecial n, not (isPrime n)]

-- [735,1255,3792,7236,11913]

Posiciones de máximos locales

PorJosé A. Alonso 28-marzo-20164-abril-2016

Los vectores se definen usando tablas como sigue:

   type Vector a = Array Int a

1	type Vector a = Array Int a

Un elemento de un vector es un máximo local si no tiene ningún elemento adyacente mayor o igual que él.

Definir la función

   posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

1	posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

tal que (posMaxVec p) devuelve las posiciones del vector p en las que p tiene un máximo local. Por ejemplo,

   posMaxVec (listArray (1,6) [3,2,6,7,5,3]) == [1,4]
   posMaxVec (listArray (1,2) [5,5])         == []
   posMaxVec (listArray (1,1) [5])           == [1]

posMaxVec (listArray (1,6) [3,2,6,7,5,3]) == [1,4]

posMaxVec (listArray (1,2) [5,5]) == []

posMaxVec (listArray (1,1) [5]) == [1]

Soluciones

import Data.Array

type Vector a = Array Int a

-- 1ª definición
posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec p 
    | n == 1 = [1]
    | otherwise = 
        (if p!1 > p!2 then [1] else []) ++ 
        [i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++
        (if p!(n-1) < p!n then [n] else [])
    where (_,n) = bounds p

-- 2ª definición
posMaxVec2 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec2 p  
    | n == 1 = [1]
    | otherwise = 
        [1 | p ! 1 > p ! 2] ++ 
        [i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++
        [n | p ! (n - 1) < p ! n]
    where (_,n) = bounds p

-- 3ª definición
posMaxVec3 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec3 p  
    | n == 1    = [1]
    | otherwise = [i | i <- [1..n],
                       all (<p!i) [p!j | j <- vecinos i]]
    where (_,n) = bounds p
          vecinos 1 = [2]
          vecinos j | j == n    = [n-1]
                    | otherwise = [j-1,j+1]

-- 4ª definición
posMaxVec4 :: Ord a => Vector a -> [Int]
posMaxVec4 p = [i | (i,x) <- assocs p
                  , i == a || p!(i-1) < x
                  , i == b || p!(i+1) < x ]
    where (a,b) = bounds p

import Data.Array

type Vector a = Array Int a

-- 1ª definición

posMaxVec :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec p

| n == 1 = [1]

| otherwise =

(if p!1 > p!2 then [1] else []) ++

[i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++

(if p!(n-1) < p!n then [n] else [])

where (_,n) = bounds p

-- 2ª definición

posMaxVec2 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec2 p

| n == 1 = [1]

| otherwise =

[1 | p ! 1 > p ! 2] ++

[i | i <- [2..n-1], p!(i-1) < p!i && p!(i+1) < p!i] ++

[n | p ! (n - 1) < p ! n]

where (_,n) = bounds p

-- 3ª definición

posMaxVec3 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec3 p

| n == 1 = [1]

| otherwise = [i | i <- [1..n],

all (<p!i) [p!j | j <- vecinos i]]

where (_,n) = bounds p

vecinos 1 = [2]

vecinos j | j == n = [n-1]

| otherwise = [j-1,j+1]

-- 4ª definición

posMaxVec4 :: Ord a => Vector a -> [Int]

posMaxVec4 p = [i | (i,x) <- assocs p

, i == a || p!(i-1) < x

, i == b || p!(i+1) < x ]

where (a,b) = bounds p

Comportamiento del último dígito en primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 18-marzo-20162-mayo-2016

El pasado 11 de marzo se ha publicado el artículo Unexpected biases in the distribution of consecutive primes en el que muestra que los números primos repelen a otros primos que terminan en el mismo dígito.

La lista de los últimos dígitos de los 30 primeros números es

   [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3]

1	[2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3]

Se observa que hay 6 números que su último dígito es un 1 y de sus consecutivos 4 terminan en 3 y 2 terminan en 7.

Definir la función

   distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer

1	distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer

tal que (distribucionUltimos n) es la matriz cuyo elemento (i,j) indica cuántos de los n primeros números primos terminan en i y su siguiente número primo termina en j. Por ejemplo,

   λ> distribucionUltimos 30
   ( 0 0 4 0 0 0 2 0 0 )
   ( 0 0 1 0 0 0 0 0 0 )
   ( 0 0 0 0 1 0 4 0 4 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 0 0 0 0 0 0 1 0 0 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 4 0 1 0 0 0 0 0 2 )
   ( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )
   ( 2 0 3 0 0 0 1 0 0 )
   
   λ> distribucionUltimos (10^5)
   ( 4104    0 7961    0    0    0 8297    0 4605 )
   (    0    0    1    0    0    0    0    0    0 )
   ( 5596    0 3604    0    1    0 7419    0 8387 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   (    0    0    0    0    0    0    1    0    0 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   ( 6438    0 6928    0    0    0 3627    0 8022 )
   (    0    0    0    0    0    0    0    0    0 )
   ( 8830    0 6513    0    0    0 5671    0 3995 )

λ> distribucionUltimos 30

( 0 0 4 0 0 0 2 0 0 )

( 0 0 1 0 0 0 0 0 0 )

( 0 0 0 0 1 0 4 0 4 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 0 0 0 0 0 0 1 0 0 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 4 0 1 0 0 0 0 0 2 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 2 0 3 0 0 0 1 0 0 )

λ> distribucionUltimos (10^5)

( 4104 0 7961 0 0 0 8297 0 4605 )

( 0 0 1 0 0 0 0 0 0 )

( 5596 0 3604 0 1 0 7419 0 8387 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 0 0 0 0 0 0 1 0 0 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 6438 0 6928 0 0 0 3627 0 8022 )

( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

( 8830 0 6513 0 0 0 5671 0 3995 )

Nota: Se observa cómo se «repelen» ya que en las filas del 1, 3, 7 y 9 el menor elemento es el de la diagonal.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Data.Array
import qualified Data.Matrix as M

-- (ultimo n) es el último dígito de n.    
ultimo :: Integer -> Integer
ultimo n = n `mod` 10

-- ultimos es la lista de el último dígito de los primos.
--    λ> take 20 ultimos
--    [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1]
ultimos :: [Integer]
ultimos = map ultimo primes

-- ultimosConsecutivos es la lista de los últimos dígitos de los primos
-- consecutivos. 
--    λ> take 10 ultimosConsecutivos
--    [(2,3),(3,5),(5,7),(7,1),(1,3),(3,7),(7,9),(9,3),(3,9),(9,1)]
ultimosConsecutivos :: [(Integer,Integer)]
ultimosConsecutivos = zip ultimos (tail ultimos)

-- (histograma r is) es el vector formado contando cuantas veces
-- aparecen los elementos del rango r en la lista de índices is. Por
-- ejemplo, 
--    ghci> histograma (0,5) [3,1,4,1,5,4,2,7]
--    array (0,5) [(0,0),(1,2),(2,1),(3,1),(4,2),(5,1)]
histograma :: (Ix a, Num b) => (a,a) -> [a] -> Array a b
histograma r is = 
    accumArray (+) 0 r [(i,1) | i <- is, inRange r i]

distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer
distribucionUltimos n =
    M.fromList 9 9 (elems (histograma ((1,1),(9,9)) (take n ultimosConsecutivos)))

import Data.Numbers.Primes

import Data.Array

import qualified Data.Matrix as M

-- (ultimo n) es el último dígito de n.

ultimo :: Integer -> Integer

ultimo n = n `mod` 10

-- ultimos es la lista de el último dígito de los primos.

-- λ> take 20 ultimos

-- [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1]

ultimos :: [Integer]

ultimos = map ultimo primes

-- ultimosConsecutivos es la lista de los últimos dígitos de los primos

-- consecutivos.

-- λ> take 10 ultimosConsecutivos

-- [(2,3),(3,5),(5,7),(7,1),(1,3),(3,7),(7,9),(9,3),(3,9),(9,1)]

ultimosConsecutivos :: [(Integer,Integer)]

ultimosConsecutivos = zip ultimos (tail ultimos)

-- (histograma r is) es el vector formado contando cuantas veces

-- aparecen los elementos del rango r en la lista de índices is. Por

-- ejemplo,

-- ghci> histograma (0,5) [3,1,4,1,5,4,2,7]

-- array (0,5) [(0,0),(1,2),(2,1),(3,1),(4,2),(5,1)]

histograma :: (Ix a, Num b) => (a,a) -> [a] -> Array a b

histograma r is =

accumArray (+) 0 r [(i,1) | i <- is, inRange r i]

distribucionUltimos :: Int -> M.Matrix Integer

distribucionUltimos n =

M.fromList 9 9 (elems (histograma ((1,1),(9,9)) (take n ultimosConsecutivos)))

Solución en Maxima

distribucionUltimos (n) := block (
  [r : zeromatrix (9,9),
   xs : ultimos (n),
   i, j],
  unless length (xs) < 2 do
    ( i : first (xs),
      j : second (xs),
      r[i,j] : 1 + r[i,j],
      xs : rest (xs)),
  r)$

/* ultimos(n) es la lista del último dígito de los n primeros primos.
      (%i5) ultimos (30);
      (%o5) [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3,7]
*/
ultimos (n) := block ([r:[], p:2],
  for k from 0 thru n do
    ( r : cons (mod (p,10), r),
      p : next_prime (p) ),
  reverse (r))$

distribucionUltimos (n) := block (

[r : zeromatrix (9,9),

xs : ultimos (n),

i, j],

unless length (xs) < 2 do

( i : first (xs),

j : second (xs),

r[i,j] : 1 + r[i,j],

xs : rest (xs)),

r)$

/* ultimos(n) es la lista del último dígito de los n primeros primos.

(%i5) ultimos (30);

(%o5) [2,3,5,7,1,3,7,9,3,9,1,7,1,3,7,3,9,1,7,1,3,9,3,9,7,1,3,7,9,3,7]

ultimos (n) := block ([r:[], p:2],

for k from 0 thru n do

( r : cons (mod (p,10), r),

p : next_prime (p) ),

reverse (r))$

Máxima suma de elementos consecutivos

PorJosé A. Alonso 17-marzo-20161-mayo-2016

Definir la función

   sumaMaxima :: [Integer] -> Integer

1	sumaMaxima :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaMaxima xs) es el valor máximo de la suma de elementos consecutivos de la lista xs. Por ejemplo,

   sumaMaxima []             ==  0 
   sumaMaxima [2,-2,3,-3,4]  ==  4
   sumaMaxima [-1,-2,-3]     ==  0
   sumaMaxima [2,-1,3,-2,3]  ==  5
   sumaMaxima [1,-1,3,-2,4]  ==  5
   sumaMaxima [2,-1,3,-2,4]  ==  6
   sumaMaxima [1..10^6]      ==  500000500000

sumaMaxima [] == 0

sumaMaxima [2,-2,3,-3,4] == 4

sumaMaxima [-1,-2,-3] == 0

sumaMaxima [2,-1,3,-2,3] == 5

sumaMaxima [1,-1,3,-2,4] == 5

sumaMaxima [2,-1,3,-2,4] == 6

sumaMaxima [1..10^6] == 500000500000

Comprobar con QuickCheck que

   sumaMaxima xs == sumaMaxima (reverse xs)

1	sumaMaxima xs == sumaMaxima (reverse xs)

Soluciones

import Data.List (inits, tails)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

sumaMaxima1 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima1 [] = 0
sumaMaxima1 xs =
    maximum (0 : map sum [sublista xs i j | i <- [0..length xs - 1],
                                            j <- [i..length xs - 1]])

sublista :: [Integer] -> Int -> Int -> [Integer]
sublista xs i j =
    [xs!!k | k <- [i..j]]

-- 2ª definición
-- =============

sumaMaxima2 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima2 [] = 0
sumaMaxima2 xs = sumaMaximaAux 0 0 xs
    where m = maximum xs

sumaMaximaAux :: Integer -> Integer -> [Integer] -> Integer
sumaMaximaAux m v [] = max m v
sumaMaximaAux m v (x:xs)
    | x >= 0    = sumaMaximaAux m (v+x) xs
    | v+x > 0   = sumaMaximaAux (max m v) (v+x) xs
    | otherwise = sumaMaximaAux (max m v) 0 xs

-- 3ª definición
-- =============

sumaMaxima3 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima3 [] = 0
sumaMaxima3 xs = maximum (map sum (segmentos xs))

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

-- 4ª definición
-- =============

sumaMaxima4 :: [Integer] -> Integer
sumaMaxima4 [] = 0
sumaMaxima4 xs = 
    maximum (concat [scanl (+) 0 ys | ys <- tails xs])

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_sumaMaxima :: [Integer] -> Bool
prop_sumaMaxima xs =
    sumaMaxima2 xs == n &&
    sumaMaxima3 xs == n &&
    sumaMaxima4 xs == n
    where n = sumaMaxima1 xs

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

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

--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima1 [-n..n] 
--    5050
--    (2.10 secs, 390,399,104 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima2 [-n..n] 
--    5050
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima3 [-n..n] 
--    5050
--    (0.27 secs, 147,705,184 bytes)
--    λ> let n = 10^2 in sumaMaxima4 [-n..n] 
--    5050
--    (0.04 secs, 11,582,520 bytes)

prop_inversa :: [Integer] -> Bool
prop_inversa xs =
    sumaMaxima2 xs == sumaMaxima2 (reverse xs)

import Data.List (inits, tails)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

sumaMaxima1 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima1 [] = 0

sumaMaxima1 xs =

maximum (0 : map sum [sublista xs i j | i <- [0..length xs - 1],

j <- [i..length xs - 1]])

sublista :: [Integer] -> Int -> Int -> [Integer]

sublista xs i j =

[xs!!k | k <- [i..j]]

-- 2ª definición

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

sumaMaxima2 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima2 [] = 0

sumaMaxima2 xs = sumaMaximaAux 0 0 xs

where m = maximum xs

sumaMaximaAux :: Integer -> Integer -> [Integer] -> Integer

sumaMaximaAux m v [] = max m v

sumaMaximaAux m v (x:xs)

| x >= 0 = sumaMaximaAux m (v+x) xs

| v+x > 0 = sumaMaximaAux (max m v) (v+x) xs

| otherwise = sumaMaximaAux (max m v) 0 xs

-- 3ª definición

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

sumaMaxima3 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima3 [] = 0

sumaMaxima3 xs = maximum (map sum (segmentos xs))

-- (segmentos xs) es la lista de los segmentos de xs. Por ejemplo

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

segmentos :: [a] -> [[a]]

segmentos xs =

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

-- 4ª definición

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

sumaMaxima4 :: [Integer] -> Integer

sumaMaxima4 [] = 0

sumaMaxima4 xs =

maximum (concat [scanl (+) 0 ys | ys <- tails xs])

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_sumaMaxima :: [Integer] -> Bool

prop_sumaMaxima xs =

sumaMaxima2 xs == n &&

sumaMaxima3 xs == n &&

sumaMaxima4 xs == n

where n = sumaMaxima1 xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaMaxima

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima1 [-n..n]

-- 5050

-- (2.10 secs, 390,399,104 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima2 [-n..n]

-- 5050

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima3 [-n..n]

-- 5050

-- (0.27 secs, 147,705,184 bytes)

-- λ> let n = 10^2 in sumaMaxima4 [-n..n]

-- 5050

-- (0.04 secs, 11,582,520 bytes)

prop_inversa :: [Integer] -> Bool

prop_inversa xs =

sumaMaxima2 xs == sumaMaxima2 (reverse xs)

Mayor sección inicial sin repetidos

PorJosé A. Alonso 15-marzo-20161-mayo-2016

Definir la función

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

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

tal que (seccion xs) es el mayor sección inicial de xs que no contiene ningún elemento repetido. Por ejemplo:

   seccion [1,2,3,2,4,5]                      == [1,2,3] 
   seccion "caceres"                          == "ca"
   length (seccion ([1..7531] ++ [1..10^9]))  ==  7531

seccion [1,2,3,2,4,5] == [1,2,3]

seccion "caceres" == "ca"

length (seccion ([1..7531] ++ [1..10^9])) == 7531

Soluciones

import Data.List (inits, nub)

-- 1ª solución
-- ===========

seccion1 :: Eq a => [a] -> [a]
seccion1 = last . filter (\ys -> nub ys == ys) . inits

-- 2ª solución
-- ===========

seccion2 :: Eq a => [a] -> [a]
seccion2 xs = aux xs []
    where aux [] ys = reverse ys
          aux (x:xs) ys | x `elem` ys = reverse ys
                        | otherwise   = aux xs (x:ys)

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

--    ghci> last (seccion1 [1..10^3])
--    1000
--    (6.19 secs, 59,174,640 bytes)
--    ghci> last (seccion2 [1..10^3])
--    1000
--    (0.04 secs, 0 bytes)

import Data.List (inits, nub)

-- 1ª solución

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

seccion1 :: Eq a => [a] -> [a]

seccion1 = last . filter (\ys -> nub ys == ys) . inits

-- 2ª solución

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

seccion2 :: Eq a => [a] -> [a]

seccion2 xs = aux xs []

where aux [] ys = reverse ys

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

| otherwise = aux xs (x:ys)

-- Comparación de eficiencia

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

-- ghci> last (seccion1 [1..10^3])

-- 1000

-- (6.19 secs, 59,174,640 bytes)

-- ghci> last (seccion2 [1..10^3])

-- 1000

-- (0.04 secs, 0 bytes)

Paridad del número de divisores

PorJosé A. Alonso 10-marzo-201617-marzo-2016

Definir la función

   nDivisoresPar :: Integer -> Bool

1	nDivisoresPar :: Integer -> Bool

tal que (nDivisoresPar n) se verifica si n tiene un número par de divisores. Por ejemplo,

   nDivisoresPar 12                     ==  True
   nDivisoresPar 16                     ==  False
   nDivisoresPar (product [1..2*10^4])  ==  True

nDivisoresPar 12 == True

nDivisoresPar 16 == False

nDivisoresPar (product [1..2*10^4]) == True

Soluciones

import Data.List (group)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª definición
-- =============

nDivisoresPar1 :: Integer -> Bool
nDivisoresPar1 = even . length . divisores

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [1,2,3,4,6,12]
--    divisores 16  ==  [1,2,4,8,16]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores n =
    [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- 2ª definición
-- =============

nDivisoresPar2 :: Integer -> Bool
nDivisoresPar2 n =
    any odd (map length (group (primeFactors n)))

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

--    λ> nDivisoresPar1 (10^7)
--    True
--    (14.18 secs, 2,078,736,992 bytes)
--    λ> nDivisoresPar2 (10^7)
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--
--    λ> nDivisoresPar2 (product [1..2*10^4])
--    True
--    (2.30 secs, 1,003,013,112 bytes)

import Data.List (group)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª definición

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

nDivisoresPar1 :: Integer -> Bool

nDivisoresPar1 = even . length . divisores

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

-- divisores 12 == [1,2,3,4,6,12]

-- divisores 16 == [1,2,4,8,16]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores n =

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

-- 2ª definición

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

nDivisoresPar2 :: Integer -> Bool

nDivisoresPar2 n =

any odd (map length (group (primeFactors n)))

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nDivisoresPar1 (10^7)

-- True

-- (14.18 secs, 2,078,736,992 bytes)

-- λ> nDivisoresPar2 (10^7)

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> nDivisoresPar2 (product [1..2*10^4])

-- True

-- (2.30 secs, 1,003,013,112 bytes)

Solución en Maxima

/* concat(xs) es la lista obtenida concatenado los elementos de xss. Por
   ejemplo,
      concat([[1,3],[2,4],[5,7]])  ==  [1, 3, 2, 4, 5, 7]             */
concat (xs) := block ([r:[]],
  for x in reverse (xs) do r : append (x,r),
  r)$

nDivisoresPares (n) := block(
  [xs : concat (map (rest, ifactors (n))), p : false],
  for x in xs do p: oddp (x) or p,
  p)$

/* concat(xs) es la lista obtenida concatenado los elementos de xss. Por

ejemplo,

concat([[1,3],[2,4],[5,7]]) == [1, 3, 2, 4, 5, 7] */

concat (xs) := block ([r:[]],

for x in reverse (xs) do r : append (x,r),

r)$

nDivisoresPares (n) := block(

[xs : concat (map (rest, ifactors (n))), p : false],

for x in xs do p: oddp (x) or p,

p)$

Máxima longitud de las sublistas comunes

PorJosé A. Alonso 9-marzo-201616-marzo-2016

Las sublistas comunes de «1325» y «36572» son «», «3»,»32″, «35», «2» y «5». El máximo de sus longitudes es 2.

Definir la función

   maximo :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

1	maximo :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

tal que (maximo xs ys) es el máximo de las longitudes de las sublistas comunes de xs e ys. Por ejemplo,

   maximo "1325" "36572"       == 2
   maximo [1,4..33] [2,4..33]  == 5
   maximo [1..10^6] [1..10^6]  == 100000

maximo "1325" "36572" == 2

maximo [1,4..33] [2,4..33] == 5

maximo [1..10^6] [1..10^6] == 100000

Soluciones

import Data.List (subsequences, intersect)

-- 1ª definición
-- =============

maximo1 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
maximo1 xs ys = 
    maximum (map length (sublistasComunes xs ys))

-- (sublistasComunes xs ys) es la lista de las sublistas comunes de xs e
-- ys. Por ejemplo,
sublistasComunes :: Eq a => [a] -> [a] -> [[a]]
sublistasComunes xs ys =
    subsequences xs `intersect` subsequences ys

-- 2ª definición
-- =============

maximo2 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
maximo2 l1@(x:xs) l2@(y:ys) 
    | x == y    = 1 + maximo2 xs ys
    | otherwise = max (maximo2 xs l2) (maximo2 l1 ys)  
maximo2 _ _ = 0

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

--    λ> maximo1 [1,4..30] [2,4..30]
--    5
--    (3.60 secs, 0 bytes)
--    λ> maximo2 [1,4..30] [2,4..30]
--    5
--    (1.58 secs, 216,347,472 bytes)
--    
--    λ> maximo2 [1..10^6] [1..10^6]
--    1000000
--    (2.44 secs, 407,051,096 bytes)

import Data.List (subsequences, intersect)

-- 1ª definición

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

maximo1 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

maximo1 xs ys =

maximum (map length (sublistasComunes xs ys))

-- (sublistasComunes xs ys) es la lista de las sublistas comunes de xs e

-- ys. Por ejemplo,

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

sublistasComunes xs ys =

subsequences xs `intersect` subsequences ys

-- 2ª definición

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

maximo2 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

maximo2 l1@(x:xs) l2@(y:ys)

| x == y = 1 + maximo2 xs ys

| otherwise = max (maximo2 xs l2) (maximo2 l1 ys)

maximo2 _ _ = 0

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximo1 [1,4..30] [2,4..30]

-- 5

-- (3.60 secs, 0 bytes)

-- λ> maximo2 [1,4..30] [2,4..30]

-- 5

-- (1.58 secs, 216,347,472 bytes)

-- λ> maximo2 [1..10^6] [1..10^6]

-- 1000000

-- (2.44 secs, 407,051,096 bytes)

Elemento ausente

PorJosé A. Alonso 8-marzo-20162-mayo-2016

Sea xs una lista y n su longitud. Se dice que xs es casi completa si sus elementos son los números enteros entre 0 y n excepto uno. Por ejemplo, la lista [3,0,1] es casi completa.

Definir la función

   ausente :: [Integer] -> Integer

1	ausente :: [Integer] -> Integer

tal que (ausente xs) es el único entero (entre 0 y la longitud de xs) que no pertenece a la lista casi completa xs. Por ejemplo,

   ausente [3,0,1]               ==  2
   ausente [1,2,0]               ==  3
   ausente (1+10^7:[0..10^7-1])  ==  10000000

ausente [3,0,1] == 2

ausente [1,2,0] == 3

ausente (1+10^7:[0..10^7-1]) == 10000000

Soluciones

import Data.List (foldl', genericLength)
import Data.Set (fromList, notMember)
    
-- 1ª definición
ausente1 :: [Integer] -> Integer
ausente1 xs =
    head [n | n <- [0..], n `notElem` xs]

-- 2ª definición
ausente2 :: [Integer] -> Integer
ausente2 xs =
    head [n | n <- [0..], n `notMember` ys]
    where ys = fromList xs
         
-- 3ª definición (lineal)
ausente3 :: [Integer] -> Integer
ausente3 xs =
    ((n * (n+1)) `div` 2) - sum xs
    where n = genericLength xs  

-- 4ª definición
ausente4 :: [Integer] -> Integer
ausente4 xs =
    ((n * (n+1)) `div` 2) - foldl' (+) 0 xs
    where n = genericLength xs  

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

--    λ> let n = 10^5 in ausente1 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (68.51 secs, 25,967,840 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente2 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.12 secs, 123,488,144 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente3 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.07 secs, 30,928,384 bytes)
--    λ> let n = 10^5 in ausente4 (n+1:[0..n-1])
--    100000
--    (0.02 secs, 23,039,904 bytes)
--    
--    λ> let n = 10^7 in ausente2 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (14.32 secs, 15,358,509,280 bytes)
--    λ> let n = 10^7 in ausente3 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (5.57 secs, 2,670,214,936 bytes)
--    λ> let n = 10^7 in ausente4 (n+1:[0..n-1])
--    10000000
--    (3.36 secs, 2,074,919,184 bytes)

import Data.List (foldl', genericLength)

import Data.Set (fromList, notMember)

-- 1ª definición

ausente1 :: [Integer] -> Integer

ausente1 xs =

head [n | n <- [0..], n `notElem` xs]

-- 2ª definición

ausente2 :: [Integer] -> Integer

ausente2 xs =

head [n | n <- [0..], n `notMember` ys]

where ys = fromList xs

-- 3ª definición (lineal)

ausente3 :: [Integer] -> Integer

ausente3 xs =

((n * (n+1)) `div` 2) - sum xs

where n = genericLength xs

-- 4ª definición

ausente4 :: [Integer] -> Integer

ausente4 xs =

((n * (n+1)) `div` 2) - foldl' (+) 0 xs

where n = genericLength xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 10^5 in ausente1 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (68.51 secs, 25,967,840 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente2 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.12 secs, 123,488,144 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente3 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.07 secs, 30,928,384 bytes)

-- λ> let n = 10^5 in ausente4 (n+1:[0..n-1])

-- 100000

-- (0.02 secs, 23,039,904 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente2 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (14.32 secs, 15,358,509,280 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente3 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (5.57 secs, 2,670,214,936 bytes)

-- λ> let n = 10^7 in ausente4 (n+1:[0..n-1])

-- 10000000

-- (3.36 secs, 2,074,919,184 bytes)

Menor no expresable como suma

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201625-abril-2021

Definir la función

   menorNoSuma :: [Integer] -> Integer

1	menorNoSuma :: [Integer] -> Integer

tal que (menorNoSuma xs) es el menor número que no se puede escribir como suma de un subconjunto de xs, donde se supone que xs es un conjunto de números enteros positivos. Por ejemplo,

   menorNoSuma [6,1,2]    ==  4
   menorNoSuma [1,2,3,9]  ==  7
   menorNoSuma [5]        ==  1
   menorNoSuma [1..20]    ==  211
   menorNoSuma [1..10^6]  ==  500000500001

menorNoSuma [6,1,2] == 4

menorNoSuma [1,2,3,9] == 7

menorNoSuma [5] == 1

menorNoSuma [1..20] == 211

menorNoSuma [1..10^6] == 500000500001

Comprobar con QuickCheck que para todo n,

   menorNoSuma [1..n] == 1 + sum [1..n]

1	menorNoSuma [1..n] == 1 + sum [1..n]

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

import Data.List (sort, subsequences)
import Test.QuickCheck
    
menorNoSuma1 :: [Integer] -> Integer
menorNoSuma1 xs =
  head [n | n <- [1..], n `notElem` sumas xs]

-- (sumas xs) es la lista de las sumas de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,
--    sumas [1,2,6]  ==  [0,1,2,3,6,7,8,9]
--    sumas [6,1,2]  ==  [0,6,1,7,2,8,3,9]
sumas :: [Integer] -> [Integer]
sumas xs = map sum (subsequences xs)

-- 2ª definición
-- =============

menorNoSuma2 :: [Integer] -> Integer
menorNoSuma2  = menorNoSumaOrd . reverse . sort 

-- (menorNoSumaOrd xs) es el menor número que no se puede escribir como
-- suma de un subconjunto de xs, donde xs es una lista de números
-- naturales ordenada de mayor a menor. Por ejemplo,
--    menorNoSumaOrd [6,2,1]  ==  4
menorNoSumaOrd [] = 1
menorNoSumaOrd (x:xs) | x > y     = y
                      | otherwise = y+x
    where y = menorNoSumaOrd xs

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

--    λ> menorNoSuma1 [1..20]
--    211
--    (20.40 secs, 28,268,746,320 bytes)
--    λ> menorNoSuma2 [1..20]
--    211
--    (0.01 secs, 0 bytes)
           
-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad es
prop_menorNoSuma :: (Positive Integer) -> Bool
prop_menorNoSuma (Positive n) =
    menorNoSuma2 [1..n] == 1 + sum [1..n]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_menorNoSuma
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- 1ª definición

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

import Data.List (sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

menorNoSuma1 :: [Integer] -> Integer

menorNoSuma1 xs =

head [n | n <- [1..], n `notElem` sumas xs]

-- (sumas xs) es la lista de las sumas de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,

-- sumas [1,2,6] == [0,1,2,3,6,7,8,9]

-- sumas [6,1,2] == [0,6,1,7,2,8,3,9]

sumas :: [Integer] -> [Integer]

sumas xs = map sum (subsequences xs)

-- 2ª definición

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

menorNoSuma2 :: [Integer] -> Integer

menorNoSuma2 = menorNoSumaOrd . reverse . sort

-- (menorNoSumaOrd xs) es el menor número que no se puede escribir como

-- suma de un subconjunto de xs, donde xs es una lista de números

-- naturales ordenada de mayor a menor. Por ejemplo,

-- menorNoSumaOrd [6,2,1] == 4

menorNoSumaOrd [] = 1

menorNoSumaOrd (x:xs) | x > y = y

| otherwise = y+x

where y = menorNoSumaOrd xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> menorNoSuma1 [1..20]

-- 211

-- (20.40 secs, 28,268,746,320 bytes)

-- λ> menorNoSuma2 [1..20]

-- 211

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_menorNoSuma :: (Positive Integer) -> Bool

prop_menorNoSuma (Positive n) =

menorNoSuma2 [1..n] == 1 + sum [1..n]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_menorNoSuma

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números N cuyos cuadrados tienen dos copias de cada dígito de N

PorJosé A. Alonso 3-marzo-201610-marzo-2016

La sucesión A114258 de la OEIS está formada por los números n tales que el número de ocurrencia de cada dígito d de n en n² es el doble del número de ocurrencia de d en n. Por ejemplo, 72576 es un elemento de A114258 porque tiene un 2, un 5, un 6 y dos 7 y su cuadrado es 5267275776 que tiene exactamente dos 2, dos 5, dos 6 y cuatro 7.

Un número es especial si pertenece a la sucesión A114258.

Definir la sucesión

   especiales :: [Integer]

1	especiales :: [Integer]

cuyos elementos son los números especiales. Por ejemplo,

   take 5 especiales  ==  [72576,406512,415278,494462,603297]

1	take 5 especiales == [72576,406512,415278,494462,603297]

Soluciones

import Data.List (sort)

especiales :: [Integer]
especiales = filter especial [1..]

especial :: Integer -> Bool
especial x = sort (ys ++ ys) == sort (show (x^2))
    where ys = show x

import Data.List (sort)

especiales :: [Integer]

especiales = filter especial [1..]

especial :: Integer -> Bool

especial x = sort (ys ++ ys) == sort (show (x^2))

where ys = show x

En Maxima

especiales (n) := block ([k:0, r:[], i:1],
  while k < n do
    ( if especial (i)
      then (r : cons (i,r), k : k+1),
      i : i+1),
  reverse (r))$
  
especial (n) := block([ys],
  ys : string(n),
  is (ssort (sconcat(ys,ys)) = ssort (string (n^2))))$

/*
   (%i15) showtime : true$
   Evaluation took 0.0000 seconds (0.0000 elapsed)
   (%i16) especiales (5);
   Evaluation took 29.4800 seconds (29.5400 elapsed)
   (%o16) [72576, 406512, 415278, 494462, 603297]
*/

especiales (n) := block ([k:0, r:[], i:1],

while k < n do

( if especial (i)

then (r : cons (i,r), k : k+1),

i : i+1),

reverse (r))$

especial (n) := block([ys],

ys : string(n),

is (ssort (sconcat(ys,ys)) = ssort (string (n^2))))$

(%i15) showtime : true$

Evaluation took 0.0000 seconds (0.0000 elapsed)

(%i16) especiales (5);

Evaluation took 29.4800 seconds (29.5400 elapsed)

(%o16) [72576, 406512, 415278, 494462, 603297]

Índices de números de Fibonacci

PorJosé A. Alonso 2-marzo-201626-marzo-2022

Los primeros términos de la sucesión de Fibonacci son

   0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34

1	0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34

Se observa que el 6º término de la sucesión (comenzando a contar en 0) es el número 8.

Definir la función

   indiceFib :: Integer -> Maybe Integer

1	indiceFib :: Integer -> Maybe Integer

tal que (indiceFib x) es justo el número n si x es el n-ésimo términos de la sucesión de Fibonacci o Nothing en el caso de que x no pertenezca a la sucesión. Por ejemplo,

    indiceFib 8                                           == Just 6
    indiceFib 9                                           == Nothing
    indiceFib 21                                          == Just 8
    indiceFib 22                                          == Nothing
    indiceFib 280571172992510140037611932413038677189525  == Just 200
    indiceFib 123456789012345678901234567890123456789012  == Nothing

indiceFib 8 == Just 6

indiceFib 9 == Nothing

indiceFib 21 == Just 8

indiceFib 22 == Nothing

indiceFib 280571172992510140037611932413038677189525 == Just 200

indiceFib 123456789012345678901234567890123456789012 == Nothing

Soluciones

indiceFib :: Integer -> Maybe Integer
indiceFib x | y == x    = Just n
            | otherwise = Nothing
    where (y,n) = head (dropWhile (\(z,m) -> z < x) fibsNumerados)

-- fibs es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci. Por
-- ejemplo, 
--    take 10 fibs  ==  [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34]
fibs :: [Integer]
fibs = 0 : 1 : [x+y | (x,y) <- zip fibs (tail fibs)]

-- fibsNumerados es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci
-- juntos con sus posiciones. Por ejemplo,
--    ghci> take 10 fibsNumerados
--    [(0,0),(1,1),(1,2),(2,3),(3,4),(5,5),(8,6),(13,7),(21,8),(34,9)]
fibsNumerados :: [(Integer,Integer)]
fibsNumerados = zip fibs [0..]

indiceFib :: Integer -> Maybe Integer

indiceFib x | y == x = Just n

| otherwise = Nothing

where (y,n) = head (dropWhile (\(z,m) -> z < x) fibsNumerados)

-- fibs es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci. Por

-- ejemplo,

-- take 10 fibs == [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34]

fibs :: [Integer]

fibs = 0 : 1 : [x+y | (x,y) <- zip fibs (tail fibs)]

-- fibsNumerados es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci

-- juntos con sus posiciones. Por ejemplo,

-- ghci> take 10 fibsNumerados

-- [(0,0),(1,1),(1,2),(2,3),(3,4),(5,5),(8,6),(13,7),(21,8),(34,9)]

fibsNumerados :: [(Integer,Integer)]

fibsNumerados = zip fibs [0..]

En Maxima

indiceFib (n) := block([a:0,b:1,c:1,p:0],
  unless n <= a do
   (a : b,
    b : c,
    c : a + b,
    p : p + 1),
  if n = a
  then Just (p)
  else Nothing)$

indiceFib (n) := block([a:0,b:1,c:1,p:0],

unless n <= a do

(a : b,

b : c,

c : a + b,

p : p + 1),

if n = a

then Just (p)

else Nothing)$

Integración por el método de los rectángulos

PorJosé A. Alonso 1-marzo-20161-mayo-2016

La integral definida de una función f entre los límites a y b puede calcularse mediante la regla del rectángulo usando la fórmula

   h * (f(a+h/2) + f(a+h+h/2) + f(a+2h+h/2) + ... + f(a+nh+h/2))

1	h * (f(a+h/2) + f(a+h+h/2) + f(a+2h+h/2) + ... + f(a+nh+h/2))

con a+nh+h/2 ≤ b < a+(n+1)h+h/2 y usando valores pequeños para h.

Definir la función

   integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

1	integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

tal que (integral a b f h) es el valor de dicha expresión. Por ejemplo, el cálculo de la integral de f(x) = x^3 entre 0 y 1, con paso 0.01, es

   integral 0 1 (^3) 0.01  ==  0.24998750000000042

1	integral 0 1 (^3) 0.01 == 0.24998750000000042

Otros ejemplos son

   integral 0 1 (^4) 0.01                        ==  0.19998333362500048
   integral 0 1 (\x -> 3*x^2 + 4*x^3) 0.01       ==  1.9999250000000026
   log 2 - integral 1 2 (\x -> 1/x) 0.01         ==  3.124931644782336e-6
   pi - 4 * integral 0 1 (\x -> 1/(x^2+1)) 0.01  ==  -8.333333331389525e-6

integral 0 1 (^4) 0.01 == 0.19998333362500048

integral 0 1 (\x -> 3*x^2 + 4*x^3) 0.01 == 1.9999250000000026

log 2 - integral 1 2 (\x -> 1/x) 0.01 == 3.124931644782336e-6

pi - 4 * integral 0 1 (\x -> 1/(x^2+1)) 0.01 == -8.333333331389525e-6

Nota: Definir la función también en Maxima. Por ejemplo,

   (%i3) integral (0,1,lambda ([x],x^3),0.01);
   (%o3) 0.2499875

1 2	(%i3) integral (0,1,lambda ([x],x^3),0.01); (%o3) 0.2499875

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral a b f h = h * suma (a+h/2) b (+h) f

-- (suma a b s f) es l valor de
--    f(a) + f(s(a)) + f(s(s(a)) + ... + f(s(...(s(a))...))
-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,
--    suma 2 5 (1+) (^3)  ==  224
suma :: (Ord t, Num a) => t -> t -> (t -> t) -> (t -> a) -> a
suma a b s f = sum [f x | x <- sucesion a b s]

-- (sucesion x y s) es la lista
--    [a, s(a), s(s(a), ..., s(...(s(a))...)]
-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,
--    sucesion 3 20 (+2)  ==  [3,5,7,9,11,13,15,17,19]
sucesion :: Ord a => a -> a -> (a -> a) -> [a]
sucesion a b s = takeWhile (<=b) (iterate s a)

-- 2ª solución
-- ===========

integral2 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral2 a b f h
    | a+h/2 > b = 0
    | otherwise = h * f (a+h/2) + integral2 (a+h) b f h

-- 3ª solución
-- ===========

integral3 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral3 a b f h = aux a where
    aux x | x+h/2 > b = 0
          | otherwise = h * f (x+h/2) + aux (x+h)

-- 1ª solución

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

integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral a b f h = h * suma (a+h/2) b (+h) f

-- (suma a b s f) es l valor de

-- f(a) + f(s(a)) + f(s(s(a)) + ... + f(s(...(s(a))...))

-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,

-- suma 2 5 (1+) (^3) == 224

suma :: (Ord t, Num a) => t -> t -> (t -> t) -> (t -> a) -> a

suma a b s f = sum [f x | x <- sucesion a b s]

-- (sucesion x y s) es la lista

-- [a, s(a), s(s(a), ..., s(...(s(a))...)]

-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,

-- sucesion 3 20 (+2) == [3,5,7,9,11,13,15,17,19]

sucesion :: Ord a => a -> a -> (a -> a) -> [a]

sucesion a b s = takeWhile (<=b) (iterate s a)

-- 2ª solución

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

integral2 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral2 a b f h

| a+h/2 > b = 0

| otherwise = h * f (a+h/2) + integral2 (a+h) b f h

-- 3ª solución

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

integral3 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral3 a b f h = aux a where

aux x | x+h/2 > b = 0

| otherwise = h * f (x+h/2) + aux (x+h)

Solución en Maxima

integral (a,b,f,h) := block ([c:a+h/2, s:0],
  while c <= b do
    ( s : s + f(c),
      c : c+h),
  float(h*s))$

integral (a,b,f,h) := block ([c:a+h/2, s:0],

while c <= b do

( s : s + f(c),

c : c+h),

float(h*s))$

Nota: En Maxima esta definida la función integrate para calcular integrales definidas. Por ejemplo,

     (%i7) integrate (x^3,x,0,1);
           1
     (%o7) -
           4
     (%i8) %, numer;
     (%o8) 0.25

(%i7) integrate (x^3,x,0,1);

(%o7) -

(%i8) %, numer;

(%o8) 0.25

Particiones en sumas de cuadrados

PorJosé A. Alonso 26-febrero-20161-mayo-2016

Definir las funciones

   particionesCuadradas        :: Integer -> [[Integer]]
   nParticionesCuadradas       :: Integer -> Integer
   graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]

nParticionesCuadradas :: Integer -> Integer

graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

tales que

(particionesCuadradas n) es la listas de conjuntos de cuadrados cuya suma es n. Por ejemplo,

      particionesCuadradas 3  ==  [[1,1,1]]
      particionesCuadradas 4  ==  [[4],[1,1,1,1]]
      particionesCuadradas 9  ==  [[9],[4,4,1],[4,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,1,1]]

particionesCuadradas 3 == [[1,1,1]]

particionesCuadradas 4 == [[4],[1,1,1,1]]

particionesCuadradas 9 == [[9],[4,4,1],[4,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,1,1]]

(nParticionesCuadradas n) es el número de conjuntos de cuadrados cuya suma es n. Por ejemplo,

      nParticionesCuadradas 3    ==  1
      nParticionesCuadradas 4    ==  2
      nParticionesCuadradas 9    ==  4
      nParticionesCuadradas 50   ==  104
      nParticionesCuadradas 100  ==  1116
      nParticionesCuadradas 200  ==  27482

nParticionesCuadradas 3 == 1

nParticionesCuadradas 4 == 2

nParticionesCuadradas 9 == 4

nParticionesCuadradas 50 == 104

nParticionesCuadradas 100 == 1116

nParticionesCuadradas 200 == 27482

(graficaParticionesCuadradas n) dibuja la gráfica de la sucesión

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

1	[nParticionesCuadradas k \| k <- [0..n]]

Por ejemplo, con (graficaParticionesCuadradas 100) se obtiene

Soluciones

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

-- Definición de particiones cuadradas
-- ===================================

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]
particionesCuadradas n = 
    particiones n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados)

-- cuadrados es la lista de los cuadrados. Por ejemplo,
--    take 12 cuadrados  ==  [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144]
cuadrados :: [Integer]
cuadrados = map (^2) [1..]

-- (particiones n xs) es la lista de las particiones de n como suma de
-- elementos de xs, donde xs es una lista no creciente. Por ejemplo,
--    particiones 10 [7,4,2]  ==  [[4,4,2],[4,2,2,2],[2,2,2,2,2]]
--    particiones 11 [7,4,2]  ==  [[7,4],[7,2,2]]
--    particiones  5 [7,4,2]  ==  []
particiones:: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]
particiones _ [] = []
particiones n (x:xs)
    | x >  n    = particiones n xs
    | x == n    = [n] : particiones n xs
    | otherwise = map (x:) (particiones (n-x) (x:xs)) ++ particiones n xs

-- 1ª definición de nParticionesCuadradas       
nParticionesCuadradas1 :: Integer -> Integer
nParticionesCuadradas1 = genericLength . particionesCuadradas

-- 2ª definición nParticionesCuadradas   
nParticionesCuadradas2 :: Integer -> Integer
nParticionesCuadradas2 n = aux n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados) where
    aux _ [] = 0
    aux n ys@(x:xs) | x >  n    = aux n xs
                    | x == n    = 1 + aux n xs
                    | otherwise = aux (n-x) ys + aux n xs

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

--    λ> nParticionesCuadradas1 250
--    94987
--    (4.21 secs, 3,256,031,528 bytes)
--    λ> nParticionesCuadradas2 250
--    94987
--    (2.93 secs, 1,714,701,504 bytes)

-- Definición de graficaParticionesCuadradas
-- =========================================
                                  
graficaParticionesCuadradas :: Integer  -> IO ()
graficaParticionesCuadradas n = 
    plotList [Key Nothing] [nParticionesCuadradas2 k | k <- [0..n]]

import Data.List (genericLength)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de particiones cuadradas

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

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]

particionesCuadradas n =

particiones n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados)

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

-- take 12 cuadrados == [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144]

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = map (^2) [1..]

-- (particiones n xs) es la lista de las particiones de n como suma de

-- elementos de xs, donde xs es una lista no creciente. Por ejemplo,

-- particiones 10 [7,4,2] == [[4,4,2],[4,2,2,2],[2,2,2,2,2]]

-- particiones 11 [7,4,2] == [[7,4],[7,2,2]]

-- particiones 5 [7,4,2] == []

particiones:: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]

particiones _ [] = []

particiones n (x:xs)

| x > n = particiones n xs

| x == n = [n] : particiones n xs

| otherwise = map (x:) (particiones (n-x) (x:xs)) ++ particiones n xs

-- 1ª definición de nParticionesCuadradas

nParticionesCuadradas1 :: Integer -> Integer

nParticionesCuadradas1 = genericLength . particionesCuadradas

-- 2ª definición nParticionesCuadradas

nParticionesCuadradas2 :: Integer -> Integer

nParticionesCuadradas2 n = aux n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados) where

aux _ [] = 0

aux n ys@(x:xs) | x > n = aux n xs

| x == n = 1 + aux n xs

| otherwise = aux (n-x) ys + aux n xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nParticionesCuadradas1 250

-- 94987

-- (4.21 secs, 3,256,031,528 bytes)

-- λ> nParticionesCuadradas2 250

-- 94987

-- (2.93 secs, 1,714,701,504 bytes)

-- Definición de graficaParticionesCuadradas

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

graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

graficaParticionesCuadradas n =

plotList [Key Nothing] [nParticionesCuadradas2 k | k <- [0..n]]

Referencias

Sucesión A001156 de OEIS.

Sumas de potencias de 3 primos

PorJosé A. Alonso 24-febrero-201625-marzo-2022

Los primeros números de la forma p²+q³+r⁴, con p, q y r primos son

   28 = 2² + 2³ + 2⁴
   33 = 3² + 2³ + 2⁴
   47 = 2² + 3³ + 2⁴
   49 = 5² + 2³ + 2⁴

28 = 2² + 2³ + 2⁴

33 = 3² + 2³ + 2⁴

47 = 2² + 3³ + 2⁴

49 = 5² + 2³ + 2⁴

Definir la sucesión

   sumas3potencias :: [Integer]

1	sumas3potencias :: [Integer]

cuyos elementos son los números que se pueden escribir de la forma p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo,

   λ> take 15 sumas3potencias
   [28,33,47,49,52,68,73,92,93,98,112,114,117,133,138]
   λ> sumas3potencias !! 234567
   8953761

λ> take 15 sumas3potencias

[28,33,47,49,52,68,73,92,93,98,112,114,117,133,138]

λ> sumas3potencias !! 234567

8953761

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

sumas3potencias1 :: [Integer]
sumas3potencias1 = filter esTripleSuma [1..]
 
-- (esTripleSuma n) se verifica si n se puede escribir de la forma
-- p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo, 
--    esTripleSuma 33  ==  True
--    esTripleSuma 45  ==  False
esTripleSuma :: Integer -> Bool
esTripleSuma = not . null . triplesSumas  

-- (triplesSumas n) es la lista de las ternas de primos (p,q,r) tales
-- que p²+q³+r⁴ = n. Por ejemplo,
--    triplesSumas 33   ==  [(3,2,2)]
--    triplesSumas 145  ==  [(11,2,2),(2,5,2)]
--    triplesSumas 45   ==  []
triplesSumas :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
triplesSumas n =  
    [(p,q,r) 
    | r <- xs, 
      q <- xs, 
      let p2 = n - q^3 - r^4,
      let p = (floor . sqrt . fromIntegral) p2,
      p*p == p2,
      isPrime p]
    where xs = takeWhile (< (ceiling $ sqrt $ fromIntegral n)) primes

-- 2ª solución
-- ===========

sumas3potencias2 :: [Integer]
sumas3potencias2 = sumaOrdenadaInf as (sumaOrdenadaInf bs cs)

sumaOrdenadaInf:: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
sumaOrdenadaInf xs ys = mezclaTodas [map (+x) ys | x <- xs]

mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]
mezclaTodas = foldr1 xmezcla
    where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y  = x : mezcla xs (y:ys)
                     | x == y = x : mezcla xs ys
                     | x > y  = y : mezcla (x:xs) ys
 
as = map (^2) primes
bs = map (^3) primes
cs = map (^4) primes

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

sumas3potencias1 :: [Integer]

sumas3potencias1 = filter esTripleSuma [1..]

-- (esTripleSuma n) se verifica si n se puede escribir de la forma

-- p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo,

-- esTripleSuma 33 == True

-- esTripleSuma 45 == False

esTripleSuma :: Integer -> Bool

esTripleSuma = not . null . triplesSumas

-- (triplesSumas n) es la lista de las ternas de primos (p,q,r) tales

-- que p²+q³+r⁴ = n. Por ejemplo,

-- triplesSumas 33 == [(3,2,2)]

-- triplesSumas 145 == [(11,2,2),(2,5,2)]

-- triplesSumas 45 == []

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

triplesSumas n =

[(p,q,r)

| r <- xs,

q <- xs,

let p2 = n - q^3 - r^4,

let p = (floor . sqrt . fromIntegral) p2,

p*p == p2,

isPrime p]

where xs = takeWhile (< (ceiling $ sqrt $ fromIntegral n)) primes

-- 2ª solución

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

sumas3potencias2 :: [Integer]

sumas3potencias2 = sumaOrdenadaInf as (sumaOrdenadaInf bs cs)

sumaOrdenadaInf:: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

sumaOrdenadaInf xs ys = mezclaTodas [map (+x) ys | x <- xs]

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

mezclaTodas = foldr1 xmezcla

where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

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

mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y = x : mezcla xs (y:ys)

| x == y = x : mezcla xs ys

| x > y = y : mezcla (x:xs) ys

as = map (^2) primes

bs = map (^3) primes

cs = map (^4) primes

Múltiplos con ceros y unos

PorJosé A. Alonso 23-febrero-201625-marzo-2022

Se observa que todos los primeros números naturales tienen al menos un múltiplo no nulo que está formado solamente por ceros y unos. Por ejemplo, 1×10=10, 2×5=10, 3×37=111, 4×25=100, 5×2=10, 6×185=1110; 7×143=1001; 8X125=1000; 9×12345679=111111111.

Definir la función

   multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer]

1	multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer]

tal que (multiplosCon1y0 n) es la lista de los múltiplos de n cuyos dígitos son 1 ó 0. Por ejemplo,

   take 4 (multiplosCon1y0 3)      ==  [111,1011,1101,1110]
   take 3 (multiplosCon1y0 23)     ==  [110101,1011011,1101010]
   head (multiplosCon1y0 1234658)  ==  110101101101000000110

take 4 (multiplosCon1y0 3) == [111,1011,1101,1110]

take 3 (multiplosCon1y0 23) == [110101,1011011,1101010]

head (multiplosCon1y0 1234658) == 110101101101000000110

Comprobar con QuickCheck que todo entero positivo tiene algún múltiplo cuyos dígitos son 1 ó 0.

Soluciones

import Test.QuickCheck

multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer] 
multiplosCon1y0 n = 
    [x | x <- numerosCon1y0, 
         x `rem` n == 0] 

-- numerosCon1y0 es la lista de los números cuyos dígitos son 1 ó 0. Por
-- ejemplo,  
--    ghci> take 15 numerosCon1y0
--    [1,10,11,100,101,110,111,1000,1001,1010,1011,1100,1101,1110,1111]
numerosCon1y0 :: [Integer]
numerosCon1y0 = 1 : concat [[10*x,10*x+1] | x <- numerosCon1y0]

-- La propiedad es
prop_existe_multiplosCon1y0 :: Integer -> Property
prop_existe_multiplosCon1y0 n = 
    n > 0 ==> multiplosCon1y0 n /= []

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_existe_multiplosCon1y0
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer]

multiplosCon1y0 n =

[x | x <- numerosCon1y0,

x `rem` n == 0]

-- numerosCon1y0 es la lista de los números cuyos dígitos son 1 ó 0. Por

-- ejemplo,

-- ghci> take 15 numerosCon1y0

-- [1,10,11,100,101,110,111,1000,1001,1010,1011,1100,1101,1110,1111]

numerosCon1y0 :: [Integer]

numerosCon1y0 = 1 : concat [[10*x,10*x+1] | x <- numerosCon1y0]

-- La propiedad es

prop_existe_multiplosCon1y0 :: Integer -> Property

prop_existe_multiplosCon1y0 n =

n > 0 ==> multiplosCon1y0 n /= []

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_existe_multiplosCon1y0

-- +++ OK, passed 100 tests.

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