Orden superior

Mínimo producto escalar

PorJosé A. Alonso 9-mayo-202214-mayo-2022

El producto escalar de los vectores [a1,a2,…,an] y [b1,b2,…, bn] es

   a1 * b1 + a2 * b2 + ··· + an * bn.

1	a1 * b1 + a2 * b2 + ··· + an * bn.

Definir la función

   menorProductoEscalar :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a

1	menorProductoEscalar :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a

tal que (menorProductoEscalar xs ys) es el mínimo de los productos escalares de las permutaciones de xs y de las permutaciones de ys. Por ejemplo,

   menorProductoEscalar [3,2,5]  [1,4,6]    == 29
   menorProductoEscalar [3,2,5]  [1,4,-6]   == -19
   menorProductoEscalar [1..10^2] [1..10^2] == 171700
   menorProductoEscalar [1..10^3] [1..10^3] == 167167000
   menorProductoEscalar [1..10^4] [1..10^4] == 166716670000
   menorProductoEscalar [1..10^5] [1..10^5] == 166671666700000
   menorProductoEscalar [1..10^6] [1..10^6] == 166667166667000000

menorProductoEscalar [3,2,5] [1,4,6] == 29

menorProductoEscalar [3,2,5] [1,4,-6] == -19

menorProductoEscalar [1..10^2] [1..10^2] == 171700

menorProductoEscalar [1..10^3] [1..10^3] == 167167000

menorProductoEscalar [1..10^4] [1..10^4] == 166716670000

menorProductoEscalar [1..10^5] [1..10^5] == 166671666700000

menorProductoEscalar [1..10^6] [1..10^6] == 166667166667000000

Soluciones

module Minimo_producto_escalar where

import Data.List (sort, permutations)
import Test.QuickCheck (quickCheck)

-- 1ª solución
-- ===========

menorProductoEscalar1 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a
menorProductoEscalar1 xs ys =
  minimum [sum (zipWith (*) pxs pys) | pxs <- permutations xs,
                                       pys <- permutations ys]

-- 2ª solución
-- ===========

menorProductoEscalar2 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a
menorProductoEscalar2 xs ys =
  minimum [sum (zipWith (*) pxs ys) | pxs <- permutations xs]

-- 3ª solución
-- ===========

menorProductoEscalar3 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a
menorProductoEscalar3 xs ys =
  sum (zipWith (*) (sort xs) (reverse (sort ys)))

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

-- La propiedad es
prop_menorProductoEscalar :: [Integer] -> [Integer] -> Bool
prop_menorProductoEscalar xs ys =
  all (== menorProductoEscalar1 xs' ys')
      [menorProductoEscalar2 xs' ys',
       menorProductoEscalar3 xs' ys']
  where n   = min (length xs) (length ys)
        xs' = take n xs
        ys' = take n ys

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

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

-- La comparación es
--    λ> menorProductoEscalar1 [0..5] [0..5]
--    20
--    (3.24 secs, 977385528 bytes)
--    λ> menorProductoEscalar2 [0..5] [0..5]
--    20
--    (0.01 secs, 4185776 bytes)
--
--    λ> menorProductoEscalar2 [0..9] [0..9]
--    120
--    (23.86 secs, 9342872784 bytes)
--    λ> menorProductoEscalar3 [0..9] [0..9]
--    120
--    (0.01 secs, 2580824 bytes)
--
--    λ> menorProductoEscalar3 [0..10^6] [0..10^6]
--    166666666666500000
--    (2.46 secs, 473,338,912 bytes)

module Minimo_producto_escalar where

import Data.List (sort, permutations)

import Test.QuickCheck (quickCheck)

-- 1ª solución

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

menorProductoEscalar1 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a

menorProductoEscalar1 xs ys =

minimum [sum (zipWith (*) pxs pys) | pxs <- permutations xs,

pys <- permutations ys]

-- 2ª solución

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

menorProductoEscalar2 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a

menorProductoEscalar2 xs ys =

minimum [sum (zipWith (*) pxs ys) | pxs <- permutations xs]

-- 3ª solución

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

menorProductoEscalar3 :: (Ord a, Num a) => [a] -> [a] -> a

menorProductoEscalar3 xs ys =

sum (zipWith (*) (sort xs) (reverse (sort ys)))

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_menorProductoEscalar :: [Integer] -> [Integer] -> Bool

prop_menorProductoEscalar xs ys =

all (== menorProductoEscalar1 xs' ys')

[menorProductoEscalar2 xs' ys',

menorProductoEscalar3 xs' ys']

where n = min (length xs) (length ys)

xs' = take n xs

ys' = take n ys

-- La comprobación es

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

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> menorProductoEscalar1 [0..5] [0..5]

-- 20

-- (3.24 secs, 977385528 bytes)

-- λ> menorProductoEscalar2 [0..5] [0..5]

-- 20

-- (0.01 secs, 4185776 bytes)

-- λ> menorProductoEscalar2 [0..9] [0..9]

-- 120

-- (23.86 secs, 9342872784 bytes)

-- λ> menorProductoEscalar3 [0..9] [0..9]

-- 120

-- (0.01 secs, 2580824 bytes)

-- λ> menorProductoEscalar3 [0..10^6] [0..10^6]

-- 166666666666500000

-- (2.46 secs, 473,338,912 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

Clausura de un conjunto respecto de una función

PorJosé A. Alonso 2-mayo-20223-mayo-2022

Un conjunto A está cerrado respecto de una función f si para elemento x de A se tiene que f(x) pertenece a A. La clausura de un conjunto B respecto de una función f es el menor conjunto A que contiene a B y es cerrado respecto de f. Por ejemplo, la clausura de {0,1,2] respecto del opuesto es {-2,-1,0,1,2}.

Definir la función

   clausura :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]

1	clausura :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]

tal que (clausura f xs) es la clausura de xs respecto de f. Por ejemplo,

   clausura (\x -> -x) [0,1,2]         ==  [-2,-1,0,1,2]
   clausura (\x -> (x+1) `mod` 5) [0]  ==  [0,1,2,3,4]
   length (clausura (\x -> (x+1) `mod` (10^6)) [0]) == 1000000

clausura (\x -> -x) [0,1,2] == [-2,-1,0,1,2]

clausura (\x -> (x+1) `mod` 5) [0] == [0,1,2,3,4]

length (clausura (\x -> (x+1) `mod` (10^6)) [0]) == 1000000

Soluciones

module Clausura where

import Data.List ((\\), nub, sort, union)
import Test.QuickCheck.HigherOrder (quickCheck')
import qualified Data.Set as S (Set, difference, fromList, map, null, toList, union)

-- 1ª solución
-- ===========

clausura1 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
clausura1 f xs
  | esCerrado f xs = sort xs
  | otherwise      = clausura1 f (expansion f xs)

-- (esCerrado f xs) se verifica si al aplicar f a cualquier elemento de
-- xs se obtiene un elemento de xs. Por ejemplo,
--    λ> esCerrado (\x -> -x) [0,1,2]
--    False
--    λ> esCerrado (\x -> -x) [0,1,2,-2,-1]
--    True
esCerrado :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> Bool
esCerrado f xs = all (`elem` xs) (map f xs)

-- (expansion f xs) es la lista (sin repeticiones) obtenidas añadiéndole
-- a xs el resulta de aplicar f a sus elementos. Por ejemplo,
--    expansion (\x -> -x) [0,1,2]  ==  [0,1,2,-1,-2]
expansion :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
expansion f xs = xs `union` map f xs

-- 2ª solución
-- ===========

clausura2 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
clausura2 f xs = sort (until (esCerrado f) (expansion f) xs)

-- 3ª solución
-- ===========

clausura3 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
clausura3 f xs = aux xs xs
  where aux ys vs | null ns   = sort vs
                  | otherwise = aux ns (vs ++ ns)
          where ns = nub (map f ys) \\ vs

-- 4ª solución
-- ===========

clausura4 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]
clausura4 f xs = S.toList (clausura4' f (S.fromList xs))

clausura4' :: Ord a => (a -> a) -> S.Set a -> S.Set a
clausura4' f xs = aux xs xs
  where aux ys vs | S.null ns = vs
                  | otherwise = aux ns (vs `S.union` ns)
          where ns = S.map f ys `S.difference` vs

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- La propiedad es
prop_clausura :: (Int -> Int) -> [Int] -> Bool
prop_clausura f xs =
  all (== clausura1 f xs')
      [ clausura2 f xs'
      , clausura3 f xs'
      , clausura4 f xs'
      ]
  where xs' = sort (nub xs)

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

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

-- La comparación es
--    λ> length (clausura1 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])
--    800
--    (1.95 secs, 213,481,560 bytes)
--    λ> length (clausura2 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])
--    800
--    (1.96 secs, 213,372,824 bytes)
--    λ> length (clausura3 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])
--    800
--    (0.03 secs, 42,055,128 bytes)
--    λ> length (clausura4 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])
--    800
--    (0.01 secs, 1,779,768 bytes)
--
--    λ> length (clausura3 (\x -> (x+1) `mod` (10^4)) [0])
--    10000
--    (2.50 secs, 8,080,105,816 bytes)
--    λ> length (clausura4 (\x -> (x+1) `mod` (10^4)) [0])
--    10000
--    (0.05 secs, 27,186,920 bytes)

module Clausura where

import Data.List ((\\), nub, sort, union)

import Test.QuickCheck.HigherOrder (quickCheck')

import qualified Data.Set as S (Set, difference, fromList, map, null, toList, union)

-- 1ª solución

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

clausura1 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]

clausura1 f xs

| esCerrado f xs = sort xs

| otherwise = clausura1 f (expansion f xs)

-- (esCerrado f xs) se verifica si al aplicar f a cualquier elemento de

-- xs se obtiene un elemento de xs. Por ejemplo,

-- λ> esCerrado (\x -> -x) [0,1,2]

-- False

-- λ> esCerrado (\x -> -x) [0,1,2,-2,-1]

-- True

esCerrado :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> Bool

esCerrado f xs = all (`elem` xs) (map f xs)

-- (expansion f xs) es la lista (sin repeticiones) obtenidas añadiéndole

-- a xs el resulta de aplicar f a sus elementos. Por ejemplo,

-- expansion (\x -> -x) [0,1,2] == [0,1,2,-1,-2]

expansion :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]

expansion f xs = xs `union` map f xs

-- 2ª solución

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

clausura2 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]

clausura2 f xs = sort (until (esCerrado f) (expansion f) xs)

-- 3ª solución

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

clausura3 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]

clausura3 f xs = aux xs xs

where aux ys vs | null ns = sort vs

| otherwise = aux ns (vs ++ ns)

where ns = nub (map f ys) \\ vs

-- 4ª solución

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

clausura4 :: Ord a => (a -> a) -> [a] -> [a]

clausura4 f xs = S.toList (clausura4' f (S.fromList xs))

clausura4' :: Ord a => (a -> a) -> S.Set a -> S.Set a

clausura4' f xs = aux xs xs

where aux ys vs | S.null ns = vs

| otherwise = aux ns (vs `S.union` ns)

where ns = S.map f ys `S.difference` vs

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_clausura :: (Int -> Int) -> [Int] -> Bool

prop_clausura f xs =

all (== clausura1 f xs')

[ clausura2 f xs'

, clausura3 f xs'

, clausura4 f xs'

]

where xs' = sort (nub xs)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck' prop_clausura

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> length (clausura1 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])

-- 800

-- (1.95 secs, 213,481,560 bytes)

-- λ> length (clausura2 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])

-- 800

-- (1.96 secs, 213,372,824 bytes)

-- λ> length (clausura3 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])

-- 800

-- (0.03 secs, 42,055,128 bytes)

-- λ> length (clausura4 (\x -> (x+1) `mod` 800) [0])

-- 800

-- (0.01 secs, 1,779,768 bytes)

-- λ> length (clausura3 (\x -> (x+1) `mod` (10^4)) [0])

-- 10000

-- (2.50 secs, 8,080,105,816 bytes)

-- λ> length (clausura4 (\x -> (x+1) `mod` (10^4)) [0])

-- 10000

-- (0.05 secs, 27,186,920 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Números con todos sus dígitos primos

PorJosé A. Alonso 29-abril-20221-mayo-2022

Definir la lista

   numerosConDigitosPrimos :: [Integer]

1	numerosConDigitosPrimos :: [Integer]

cuyos elementos son los números con todos sus dígitos primos. Por ejemplo,

   λ> take 22 numerosConDigitosPrimos
   [2,3,5,7,22,23,25,27,32,33,35,37,52,53,55,57,72,73,75,77,222,223]
   λ> numerosConDigitosPrimos !! (10^7)
   322732232572

λ> take 22 numerosConDigitosPrimos

[2,3,5,7,22,23,25,27,32,33,35,37,52,53,55,57,72,73,75,77,222,223]

λ> numerosConDigitosPrimos !! (10^7)

322732232572

Soluciones

module Numeros_con_digitos_primos where

import Test.QuickCheck (NonNegative (NonNegative), quickCheck)
import Data.Char (intToDigit)

-- 1ª solución
-- ===========

numerosConDigitosPrimos1 :: [Integer]
numerosConDigitosPrimos1 = [n | n <- [2..], digitosPrimos n]

-- (digitosPrimos n) se verifica si todos los dígitos de n son
-- primos. Por ejemplo,
--    digitosPrimos 352  ==  True
--    digitosPrimos 362  ==  False
digitosPrimos :: Integer -> Bool
digitosPrimos n = subconjunto (digitos n) [2,3,5,7]

-- (digitos n) es la lista de las digitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 325  ==  [3,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [x] | x <- show n]

-- (subconjunto xs ys) se verifica si xs es un subconjunto de ys. Por
-- ejemplo,
--    subconjunto [3,2,5,2] [2,7,3,5]  ==  True
--    subconjunto [3,2,5,2] [2,7,2,5]  ==  False
subconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
subconjunto xs ys = and [x `elem` ys | x <- xs]

-- 2ª solución
-- ===========

numerosConDigitosPrimos2 :: [Integer]
numerosConDigitosPrimos2 =
  filter (all (`elem` "2357") . show) [2..]

-- 3ª solución
-- ===========

--    λ> take 60 numerosConDigitosPrimos2
--    [  2,  3,  5,  7,
--      22, 23, 25, 27,
--      32, 33, 35, 37,
--      52, 53, 55, 57,
--      72, 73, 75, 77,
--     222,223,225,227,
--     232,233,235,237,
--     252,253,255,257,
--     272,273,275,277,
--     322,323,325,327,
--     332,333,335,337,
--     352,353,355,357,
--     372,373,375,377,
--     522,523,525,527,
--     532,533,535,537]

numerosConDigitosPrimos3 :: [Integer]
numerosConDigitosPrimos3 =
  [2,3,5,7] ++ [10*n+d | n <- numerosConDigitosPrimos3, d <- [2,3,5,7]]

-- 4ª solución
-- ===========

--    λ> take 60 numerosConDigitosPrimos2
--    [ 2, 3, 5, 7,
--     22,23,25,27,
--     32,33,35,37,
--     52,53,55,57,
--     72,73,75,77,
--     222,223,225,227, 232,233,235,237, 252,253,255,257, 272,273,275,277,
--     322,323,325,327, 332,333,335,337, 352,353,355,357, 372,373,375,377,
--     522,523,525,527, 532,533,535,537]

numerosConDigitosPrimos4 :: [Integer]
numerosConDigitosPrimos4 = concat (iterate siguiente [2,3,5,7])

-- (siguiente xs) es la lista obtenida añadiendo delante de cada
-- elemento de xs los dígitos 2, 3, 5 y 7. Por ejemplo,
--    λ> siguiente [5,6,8]
--    [25,26,28,
--     35,36,38,
--     55,56,58,
--     75,76,78]
siguiente :: [Integer] -> [Integer]
siguiente xs = concat [map (pega d) xs | d <- [2,3,5,7]]

-- (pega d n) es el número obtenido añadiendo el dígito d delante del
-- número n. Por ejemplo,
--    pega 3 35  ==  335
pega :: Int -> Integer -> Integer
pega d n = read (intToDigit d : show n)

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- La propiedad es
prop_numerosConDigitosPrimos :: NonNegative Int -> Bool
prop_numerosConDigitosPrimos (NonNegative n) =
  all (== numerosConDigitosPrimos1 !! n)
      [ numerosConDigitosPrimos2 !! n
      , numerosConDigitosPrimos3 !! n
      , numerosConDigitosPrimos4 !! n
      ]

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

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

-- La comparación es
--    λ> numerosConDigitosPrimos1 !! 5000
--    752732
--    (2.45 secs, 6,066,926,272 bytes)
--    λ> numerosConDigitosPrimos2 !! 5000
--    752732
--    (0.34 secs, 387,603,456 bytes)
--    λ> numerosConDigitosPrimos3 !! 5000
--    752732
--    (0.01 secs, 1,437,624 bytes)
--    λ> numerosConDigitosPrimos4 !! 5000
--    752732
--    (0.00 secs, 1,556,104 bytes)
--
--    λ> numerosConDigitosPrimos3 !! (10^7)
--    322732232572
--    (3.94 secs, 1,820,533,328 bytes)
--    λ> numerosConDigitosPrimos4 !! (10^7)
--    322732232572
--    (1.84 secs, 2,000,606,640 bytes)

100

101

102

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132

module Numeros_con_digitos_primos where

import Test.QuickCheck (NonNegative (NonNegative), quickCheck)

import Data.Char (intToDigit)

-- 1ª solución

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

numerosConDigitosPrimos1 :: [Integer]

numerosConDigitosPrimos1 = [n | n <- [2..], digitosPrimos n]

-- (digitosPrimos n) se verifica si todos los dígitos de n son

-- primos. Por ejemplo,

-- digitosPrimos 352 == True

-- digitosPrimos 362 == False

digitosPrimos :: Integer -> Bool

digitosPrimos n = subconjunto (digitos n) [2,3,5,7]

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

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

digitos :: Integer -> [Integer]

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

-- (subconjunto xs ys) se verifica si xs es un subconjunto de ys. Por

-- ejemplo,

-- subconjunto [3,2,5,2] [2,7,3,5] == True

-- subconjunto [3,2,5,2] [2,7,2,5] == False

subconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool

subconjunto xs ys = and [x `elem` ys | x <- xs]

-- 2ª solución

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

numerosConDigitosPrimos2 :: [Integer]

numerosConDigitosPrimos2 =

filter (all (`elem` "2357") . show) [2..]

-- 3ª solución

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

-- λ> take 60 numerosConDigitosPrimos2

-- [ 2, 3, 5, 7,

-- 22, 23, 25, 27,

-- 32, 33, 35, 37,

-- 52, 53, 55, 57,

-- 72, 73, 75, 77,

-- 222,223,225,227,

-- 232,233,235,237,

-- 252,253,255,257,

-- 272,273,275,277,

-- 322,323,325,327,

-- 332,333,335,337,

-- 352,353,355,357,

-- 372,373,375,377,

-- 522,523,525,527,

-- 532,533,535,537]

numerosConDigitosPrimos3 :: [Integer]

numerosConDigitosPrimos3 =

[2,3,5,7] ++ [10*n+d | n <- numerosConDigitosPrimos3, d <- [2,3,5,7]]

-- 4ª solución

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

-- λ> take 60 numerosConDigitosPrimos2

-- [ 2, 3, 5, 7,

-- 22,23,25,27,

-- 32,33,35,37,

-- 52,53,55,57,

-- 72,73,75,77,

-- 222,223,225,227, 232,233,235,237, 252,253,255,257, 272,273,275,277,

-- 322,323,325,327, 332,333,335,337, 352,353,355,357, 372,373,375,377,

-- 522,523,525,527, 532,533,535,537]

numerosConDigitosPrimos4 :: [Integer]

numerosConDigitosPrimos4 = concat (iterate siguiente [2,3,5,7])

-- (siguiente xs) es la lista obtenida añadiendo delante de cada

-- elemento de xs los dígitos 2, 3, 5 y 7. Por ejemplo,

-- λ> siguiente [5,6,8]

-- [25,26,28,

-- 35,36,38,

-- 55,56,58,

-- 75,76,78]

siguiente :: [Integer] -> [Integer]

siguiente xs = concat [map (pega d) xs | d <- [2,3,5,7]]

-- (pega d n) es el número obtenido añadiendo el dígito d delante del

-- número n. Por ejemplo,

-- pega 3 35 == 335

pega :: Int -> Integer -> Integer

pega d n = read (intToDigit d : show n)

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_numerosConDigitosPrimos :: NonNegative Int -> Bool

prop_numerosConDigitosPrimos (NonNegative n) =

all (== numerosConDigitosPrimos1 !! n)

[ numerosConDigitosPrimos2 !! n

, numerosConDigitosPrimos3 !! n

, numerosConDigitosPrimos4 !! n

]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_numerosConDigitosPrimos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> numerosConDigitosPrimos1 !! 5000

-- 752732

-- (2.45 secs, 6,066,926,272 bytes)

-- λ> numerosConDigitosPrimos2 !! 5000

-- 752732

-- (0.34 secs, 387,603,456 bytes)

-- λ> numerosConDigitosPrimos3 !! 5000

-- 752732

-- (0.01 secs, 1,437,624 bytes)

-- λ> numerosConDigitosPrimos4 !! 5000

-- 752732

-- (0.00 secs, 1,556,104 bytes)

-- λ> numerosConDigitosPrimos3 !! (10^7)

-- 322732232572

-- (3.94 secs, 1,820,533,328 bytes)

-- λ> numerosConDigitosPrimos4 !! (10^7)

-- 322732232572

-- (1.84 secs, 2,000,606,640 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Producto cartesiano de una familia de conjuntos

PorJosé A. Alonso 27-abril-20221-mayo-2022

Definir la función

   producto :: [[a]] -> [[a]]

1	producto :: [[a]] -> [[a]]

tal que (producto xss) es el producto cartesiano de los conjuntos xss. Por ejemplo,

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

λ> producto [[1,3],[2,5]]

[[1,2],[1,5],[3,2],[3,5]]

λ> producto [[1,3],[2,5],[6,4]]

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

λ> producto [[1,3,5],[2,4]]

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

λ> producto []

[[]]

Comprobar con QuickCheck que para toda lista de listas de números enteros, xss, se verifica que el número de elementos de (producto xss) es igual al producto de los números de elementos de cada una de las listas de xss.

Soluciones

module Producto_cartesiano where

import Test.QuickCheck (quickCheck)
import Control.Monad (liftM2)
import Control.Applicative (liftA2)

-- 1ª solución
-- ===========

producto1 :: [[a]] -> [[a]]
producto1 []       = [[]]
producto1 (xs:xss) = [x:ys | x <- xs, ys <- producto1 xss]

-- 2ª solución
-- ===========

producto2 :: [[a]] -> [[a]]
producto2 []       = [[]]
producto2 (xs:xss) = [x:ys | x <- xs, ys <- ps]
  where ps = producto2 xss

-- 3ª solución
-- ===========

producto3 :: [[a]] -> [[a]]
producto3 []       = [[]]
producto3 (xs:xss) = inserta3 xs (producto3 xss)

-- (inserta xs xss) inserta cada elemento de xs en los elementos de
-- xss. Por ejemplo,
--    λ> inserta [1,2] [[3,4],[5,6]]
--    [[1,3,4],[1,5,6],[2,3,4],[2,5,6]]
inserta3 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta3 [] _       = []
inserta3 (x:xs) yss = [x:ys | ys <- yss] ++ inserta3 xs yss

-- 4ª solución
-- ===========

producto4 :: [[a]] -> [[a]]
producto4 = foldr inserta4 [[]]

inserta4 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta4 []     _   = []
inserta4 (x:xs) yss = map (x:) yss ++ inserta4 xs yss

-- 5ª solución
-- ===========

producto5 :: [[a]] -> [[a]]
producto5 = foldr inserta5 [[]]

inserta5 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta5 xs yss = [x:ys | x <- xs, ys <- yss]

-- 6ª solución
-- ===========

producto6 :: [[a]] -> [[a]]
producto6 = foldr inserta6 [[]]

inserta6 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta6 xs yss = concatMap (\x -> map (x:) yss) xs

-- 7ª solución
-- ===========

producto7 :: [[a]] -> [[a]]
producto7 = foldr inserta7 [[]]

inserta7 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta7 xs yss = xs >>= (\x -> map (x:) yss)

-- 8ª solución
-- ===========

producto8 :: [[a]] -> [[a]]
producto8 = foldr inserta8 [[]]

inserta8 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta8 xs yss = (:) <$> xs <*> yss

-- 9ª solución
-- ===========

producto9 :: [[a]] -> [[a]]
producto9 = foldr inserta9 [[]]

inserta9 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]
inserta9 = liftA2 (:)

-- 10ª solución
-- ============

producto10 :: [[a]] -> [[a]]
producto10 = foldr (liftM2 (:)) [[]]

-- 11ª solución
-- ============

producto11 :: [[a]] -> [[a]]
producto11 = sequence

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- La propiedad es
prop_producto :: [[Int]] -> Bool
prop_producto xss =
  all (== producto1 xss)
      [ producto2 xss
      , producto3 xss
      , producto4 xss
      , producto5 xss
      , producto6 xss
      , producto7 xss
      , producto8 xss
      , producto9 xss
      , producto10 xss
      , producto11 xss
      ]

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

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

-- La comparación es
--    λ> length (producto1 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (10.51 secs, 10,169,418,496 bytes)
--    λ> length (producto2 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (2.14 secs, 1,333,870,712 bytes)
--    λ> length (producto3 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (3.33 secs, 1,956,102,056 bytes)
--    λ> length (producto4 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (0.98 secs, 1,600,542,752 bytes)
--    λ> length (producto5 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (2.10 secs, 1,333,870,288 bytes)
--    λ> length (producto6 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (1.17 secs, 1,600,534,632 bytes)
--    λ> length (producto7 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (0.35 secs, 1,600,534,352 bytes)
--    λ> length (producto8 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (0.87 secs, 978,317,848 bytes)
--    λ> length (producto9 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (1.38 secs, 1,067,201,016 bytes)
--    λ> length (producto10 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (0.54 secs, 2,311,645,392 bytes)
--    λ> length (producto11 (replicate 7 [0..9]))
--    10000000
--    (1.32 secs, 1,067,200,992 bytes)
--
--    λ> length (producto7 (replicate 7 [1..14]))
--    105413504
--    (3.77 secs, 16,347,739,040 bytes)
--    λ> length (producto10 (replicate 7 [1..14]))
--    105413504
--    (5.11 secs, 23,613,162,016 bytes)

-- Comprobación de la propiedad
-- ============================

-- La propiedad es
prop_longitud :: [[Int]] -> Bool
prop_longitud xss =
  length (producto7 xss) == product (map length xss)

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

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

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179

180

181

182

module Producto_cartesiano where

import Test.QuickCheck (quickCheck)

import Control.Monad (liftM2)

import Control.Applicative (liftA2)

-- 1ª solución

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

producto1 :: [[a]] -> [[a]]

producto1 [] = [[]]

producto1 (xs:xss) = [x:ys | x <- xs, ys <- producto1 xss]

-- 2ª solución

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

producto2 :: [[a]] -> [[a]]

producto2 [] = [[]]

producto2 (xs:xss) = [x:ys | x <- xs, ys <- ps]

where ps = producto2 xss

-- 3ª solución

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

producto3 :: [[a]] -> [[a]]

producto3 [] = [[]]

producto3 (xs:xss) = inserta3 xs (producto3 xss)

-- (inserta xs xss) inserta cada elemento de xs en los elementos de

-- xss. Por ejemplo,

-- λ> inserta [1,2] [[3,4],[5,6]]

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

inserta3 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta3 [] _ = []

inserta3 (x:xs) yss = [x:ys | ys <- yss] ++ inserta3 xs yss

-- 4ª solución

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

producto4 :: [[a]] -> [[a]]

producto4 = foldr inserta4 [[]]

inserta4 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta4 [] _ = []

inserta4 (x:xs) yss = map (x:) yss ++ inserta4 xs yss

-- 5ª solución

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

producto5 :: [[a]] -> [[a]]

producto5 = foldr inserta5 [[]]

inserta5 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta5 xs yss = [x:ys | x <- xs, ys <- yss]

-- 6ª solución

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

producto6 :: [[a]] -> [[a]]

producto6 = foldr inserta6 [[]]

inserta6 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta6 xs yss = concatMap (\x -> map (x:) yss) xs

-- 7ª solución

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

producto7 :: [[a]] -> [[a]]

producto7 = foldr inserta7 [[]]

inserta7 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta7 xs yss = xs >>= (\x -> map (x:) yss)

-- 8ª solución

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

producto8 :: [[a]] -> [[a]]

producto8 = foldr inserta8 [[]]

inserta8 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta8 xs yss = (:) <$> xs <*> yss

-- 9ª solución

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

producto9 :: [[a]] -> [[a]]

producto9 = foldr inserta9 [[]]

inserta9 :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

inserta9 = liftA2 (:)

-- 10ª solución

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

producto10 :: [[a]] -> [[a]]

producto10 = foldr (liftM2 (:)) [[]]

-- 11ª solución

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

producto11 :: [[a]] -> [[a]]

producto11 = sequence

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_producto :: [[Int]] -> Bool

prop_producto xss =

all (== producto1 xss)

[ producto2 xss

, producto3 xss

, producto4 xss

, producto5 xss

, producto6 xss

, producto7 xss

, producto8 xss

, producto9 xss

, producto10 xss

, producto11 xss

]

-- La comprobación es

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

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> length (producto1 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (10.51 secs, 10,169,418,496 bytes)

-- λ> length (producto2 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (2.14 secs, 1,333,870,712 bytes)

-- λ> length (producto3 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (3.33 secs, 1,956,102,056 bytes)

-- λ> length (producto4 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (0.98 secs, 1,600,542,752 bytes)

-- λ> length (producto5 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (2.10 secs, 1,333,870,288 bytes)

-- λ> length (producto6 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (1.17 secs, 1,600,534,632 bytes)

-- λ> length (producto7 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (0.35 secs, 1,600,534,352 bytes)

-- λ> length (producto8 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (0.87 secs, 978,317,848 bytes)

-- λ> length (producto9 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (1.38 secs, 1,067,201,016 bytes)

-- λ> length (producto10 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (0.54 secs, 2,311,645,392 bytes)

-- λ> length (producto11 (replicate 7 [0..9]))

-- 10000000

-- (1.32 secs, 1,067,200,992 bytes)

-- λ> length (producto7 (replicate 7 [1..14]))

-- 105413504

-- (3.77 secs, 16,347,739,040 bytes)

-- λ> length (producto10 (replicate 7 [1..14]))

-- 105413504

-- (5.11 secs, 23,613,162,016 bytes)

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_longitud :: [[Int]] -> Bool

prop_longitud xss =

length (producto7 xss) == product (map length xss)

-- La comprobación es

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

-- +++ OK, passed 100 tests.

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Representación de Zeckendorf

PorJosé A. Alonso 25-abril-20221-mayo-2022

Los primeros números de Fibonacci son

   1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, ...

1	1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, ...

tales que los dos primeros son iguales a 1 y los siguientes se obtienen sumando los dos anteriores.

El teorema de Zeckendorf establece que todo entero positivo n se puede representar, de manera única, como la suma de números de Fibonacci no consecutivos decrecientes. Dicha suma se llama la representación de Zeckendorf de n. Por ejemplo, la representación de Zeckendorf de 100 es

   100 = 89 + 8 + 3

1	100 = 89 + 8 + 3

Hay otras formas de representar 100 como sumas de números de Fibonacci; por ejemplo,

   100 = 89 +  8 + 2 + 1
   100 = 55 + 34 + 8 + 3

1 2	100 = 89 + 8 + 2 + 1 100 = 55 + 34 + 8 + 3

pero no son representaciones de Zeckendorf porque 1 y 2 son números de Fibonacci consecutivos, al igual que 34 y 55.

Definir la función

   zeckendorf :: Integer -> [Integer]

1	zeckendorf :: Integer -> [Integer]

tal que (zeckendorf n) es la representación de Zeckendorf de n. Por ejemplo,

   zeckendorf 100 == [89,8,3]
   zeckendorf 200 == [144,55,1]
   zeckendorf 300 == [233,55,8,3,1]
   length (zeckendorf (10^50000)) == 66097

zeckendorf 100 == [89,8,3]

zeckendorf 200 == [144,55,1]

zeckendorf 300 == [233,55,8,3,1]

length (zeckendorf (10^50000)) == 66097

Soluciones

module Representacion_de_Zeckendorf where

import Data.List (subsequences)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

zeckendorf1 :: Integer -> [Integer]
zeckendorf1 = head . zeckendorf1Aux

zeckendorf1Aux :: Integer -> [[Integer]]
zeckendorf1Aux n =
  [xs | xs <- subsequences (reverse (takeWhile (<= n) (tail fibs))),
        sum xs == n,
        sinFibonacciConsecutivos xs]

-- fibs es la la sucesión de los números de Fibonacci. Por ejemplo,
--    take 14 fibs  == [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377]
fibs :: [Integer]
fibs = 1 : scanl (+) 1 fibs
-- (sinFibonacciConsecutivos xs) se verifica si en la sucesión
-- decreciente de número de Fibonacci xs no hay dos consecutivos. Por
-- ejemplo, 

-- (sinFibonacciConsecutivos xs) se verifica si en la sucesión
-- decreciente de número de Fibonacci xs no hay dos consecutivos. Por
-- ejemplo, 
--    sinFibonacciConsecutivos [89, 8, 3]      ==  True
--    sinFibonacciConsecutivos [55, 34, 8, 3]  ==  False
sinFibonacciConsecutivos :: [Integer] -> Bool
sinFibonacciConsecutivos xs =
  and [x /= siguienteFibonacci y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- (siguienteFibonacci n) es el menor número de Fibonacci mayor que
-- n. Por ejemplo, 
--    siguienteFibonacci 34  ==  55
siguienteFibonacci :: Integer -> Integer
siguienteFibonacci n =
  head (dropWhile (<= n) fibs)

-- 2ª solución
-- ===========

zeckendorf2 :: Integer -> [Integer]
zeckendorf2 = head . zeckendorf2Aux

zeckendorf2Aux :: Integer -> [[Integer]]
zeckendorf2Aux n = map reverse (aux n (tail fibs))
  where aux 0 _ = [[]]
        aux m (x:y:zs)
            | x <= m     = [x:xs | xs <- aux (m-x) zs] ++ aux m (y:zs)
            | otherwise  = []

-- 3ª solución
-- ===========

zeckendorf3 :: Integer -> [Integer]
zeckendorf3 0 = []
zeckendorf3 n = x : zeckendorf3 (n - x)
  where x = last (takeWhile (<= n) fibs)

-- 4ª solución
-- ===========

zeckendorf4 :: Integer -> [Integer]
zeckendorf4 n = aux n (reverse (takeWhile (<= n) fibs))
  where aux 0 _      = []
        aux m (x:xs) = x : aux (m-x) (dropWhile (>m-x) xs)

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- La propiedad es
prop_zeckendorf :: Positive Integer -> Bool
prop_zeckendorf (Positive n) =
  all (== zeckendorf1 n)
      [zeckendorf2 n,
       zeckendorf3 n,
       zeckendorf4 n]

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

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

-- La comparación es
--    λ> zeckendorf1 (7*10^4)
--    [46368,17711,4181,1597,89,34,13,5,2]
--    (1.49 secs, 2,380,707,744 bytes)
--    λ> zeckendorf2 (7*10^4)
--    [46368,17711,4181,1597,89,34,13,5,2]
--    (0.07 secs, 21,532,008 bytes)
--
--    λ> zeckendorf2 (10^6)
--    [832040,121393,46368,144,55]
--    (1.40 secs, 762,413,432 bytes)
--    λ> zeckendorf3 (10^6)
--    [832040,121393,46368,144,55]
--    (0.01 secs, 542,488 bytes)
--    λ> zeckendorf4 (10^6)
--    [832040,121393,46368,144,55]
--    (0.01 secs, 536,424 bytes)
--
--    λ> length (zeckendorf3 (10^3000))
--    3947
--    (3.02 secs, 1,611,966,408 bytes)
--    λ> length (zeckendorf4 (10^2000))
--    2611
--    (0.02 secs, 10,434,336 bytes)
--
--    λ> length (zeckendorf4 (10^50000))
--    66097
--    (2.84 secs, 3,976,483,760 bytes)

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module Representacion_de_Zeckendorf where

import Data.List (subsequences)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

zeckendorf1 :: Integer -> [Integer]

zeckendorf1 = head . zeckendorf1Aux

zeckendorf1Aux :: Integer -> [[Integer]]

zeckendorf1Aux n =

[xs | xs <- subsequences (reverse (takeWhile (<= n) (tail fibs))),

sum xs == n,

sinFibonacciConsecutivos xs]

-- fibs es la la sucesión de los números de Fibonacci. Por ejemplo,

-- take 14 fibs == [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377]

fibs :: [Integer]

fibs = 1 : scanl (+) 1 fibs

-- (sinFibonacciConsecutivos xs) se verifica si en la sucesión

-- decreciente de número de Fibonacci xs no hay dos consecutivos. Por

-- ejemplo,

-- (sinFibonacciConsecutivos xs) se verifica si en la sucesión

-- decreciente de número de Fibonacci xs no hay dos consecutivos. Por

-- ejemplo,

-- sinFibonacciConsecutivos [89, 8, 3] == True

-- sinFibonacciConsecutivos [55, 34, 8, 3] == False

sinFibonacciConsecutivos :: [Integer] -> Bool

sinFibonacciConsecutivos xs =

and [x /= siguienteFibonacci y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

-- (siguienteFibonacci n) es el menor número de Fibonacci mayor que

-- n. Por ejemplo,

-- siguienteFibonacci 34 == 55

siguienteFibonacci :: Integer -> Integer

siguienteFibonacci n =

head (dropWhile (<= n) fibs)

-- 2ª solución

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

zeckendorf2 :: Integer -> [Integer]

zeckendorf2 = head . zeckendorf2Aux

zeckendorf2Aux :: Integer -> [[Integer]]

zeckendorf2Aux n = map reverse (aux n (tail fibs))

where aux 0 _ = [[]]

aux m (x:y:zs)

| x <= m = [x:xs | xs <- aux (m-x) zs] ++ aux m (y:zs)

| otherwise = []

-- 3ª solución

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

zeckendorf3 :: Integer -> [Integer]

zeckendorf3 0 = []

zeckendorf3 n = x : zeckendorf3 (n - x)

where x = last (takeWhile (<= n) fibs)

-- 4ª solución

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

zeckendorf4 :: Integer -> [Integer]

zeckendorf4 n = aux n (reverse (takeWhile (<= n) fibs))

where aux 0 _ = []

aux m (x:xs) = x : aux (m-x) (dropWhile (>m-x) xs)

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_zeckendorf :: Positive Integer -> Bool

prop_zeckendorf (Positive n) =

all (== zeckendorf1 n)

[zeckendorf2 n,

zeckendorf3 n,

zeckendorf4 n]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_zeckendorf

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> zeckendorf1 (7*10^4)

-- [46368,17711,4181,1597,89,34,13,5,2]

-- (1.49 secs, 2,380,707,744 bytes)

-- λ> zeckendorf2 (7*10^4)

-- [46368,17711,4181,1597,89,34,13,5,2]

-- (0.07 secs, 21,532,008 bytes)

-- λ> zeckendorf2 (10^6)

-- [832040,121393,46368,144,55]

-- (1.40 secs, 762,413,432 bytes)

-- λ> zeckendorf3 (10^6)

-- [832040,121393,46368,144,55]

-- (0.01 secs, 542,488 bytes)

-- λ> zeckendorf4 (10^6)

-- [832040,121393,46368,144,55]

-- (0.01 secs, 536,424 bytes)

-- λ> length (zeckendorf3 (10^3000))

-- 3947

-- (3.02 secs, 1,611,966,408 bytes)

-- λ> length (zeckendorf4 (10^2000))

-- 2611

-- (0.02 secs, 10,434,336 bytes)

-- λ> length (zeckendorf4 (10^50000))

-- 66097

-- (2.84 secs, 3,976,483,760 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Mínimo producto escalar

Soluciones

Clausura de un conjunto respecto de una función

Soluciones

Números con todos sus dígitos primos

Soluciones

Producto cartesiano de una familia de conjuntos

Soluciones

Representación de Zeckendorf

Soluciones

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