product – Página 2

Matrices de Pascal

PorJosé A. Alonso 9-marzo-201816-marzo-2018

El triángulo de Pascal es un triángulo de números

         1
        1 1
       1 2 1
     1  3 3  1
    1 4  6  4 1
   1 5 10 10 5 1
  ...............

1 1

1 2 1

1 3 3 1

1 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1

...............

construido de la siguiente forma

la primera fila está formada por el número 1;
las filas siguientes se construyen sumando los números adyacentes de la fila superior y añadiendo un 1 al principio y al final de la fila.

La matriz de Pascal es la matriz cuyas filas son los elementos de la
correspondiente fila del triángulo de Pascal completadas con ceros. Por ejemplo, la matriz de Pascal de orden 6 es

   |1 0  0  0 0 0|
   |1 1  0  0 0 0|
   |1 2  1  0 0 0|
   |1 3  3  1 0 0|
   |1 4  6  4 1 0|
   |1 5 10 10 5 1|

|1 0 0 0 0 0|

|1 1 0 0 0 0|

|1 2 1 0 0 0|

|1 3 3 1 0 0|

|1 4 6 4 1 0|

|1 5 10 10 5 1|

Definir la función

   matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

1	matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

tal que (matrizPascal n) es la matriz de Pascal de orden n. Por ejemplo,

   λ> matrizPascal 6
   (  1  0  0  0  0  0 )
   (  1  1  0  0  0  0 )
   (  1  2  1  0  0  0 )
   (  1  3  3  1  0  0 )
   (  1  4  6  4  1  0 )
   (  1  5 10 10  5  1 )

λ> matrizPascal 6

( 1 0 0 0 0 0 )

( 1 1 0 0 0 0 )

( 1 2 1 0 0 0 )

( 1 3 3 1 0 0 )

( 1 4 6 4 1 0 )

( 1 5 10 10 5 1 )

Soluciones

import Data.Matrix

-- 1ª solución
-- ===========

matrizPascal :: Int -> Matrix Integer 
matrizPascal 1 = fromList 1 1 [1]
matrizPascal n = matrix n n f 
  where f (i,j) | i < n && j <  n  = p!(i,j)
                | i < n && j == n  = 0
                | j == 1 || j == n = 1
                | otherwise        = p!(i-1,j-1) + p!(i-1,j)
        p = matrizPascal (n-1)

-- 2ª solución
-- ===========

matrizPascal2 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal2 n = fromLists xss
  where yss = take n pascal
        xss = map (take n) (map (++ repeat 0) yss)
        
pascal :: [[Integer]]
pascal = [1] : map f pascal
    where f xs = zipWith (+) (0:xs) (xs ++ [0])

-- 3ª solución
-- ===========

matrizPascal3 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal3 n =  matrix n n f
  where f (i,j) | i >=  j   = comb (i-1) (j-1)
                | otherwise = 0

-- (comb n k) es el número de combinaciones (o coeficiente binomial) de
-- n sobre k. Por ejemplo,
comb :: Int -> Int -> Integer
comb n k = product [n',n'-1..n'-k'+1] `div` product [1..k']
  where n' = fromIntegral n
        k' = fromIntegral k

-- 4ª solución
-- ===========

matrizPascal4 :: Int -> Matrix Integer
matrizPascal4 n = p
  where p = matrix n n (\(i,j) -> f i j)
        f i 1 = 1
        f i j
          | j >  i    = 0
          | i == j    = 1
          | otherwise = p!(i-1,j) + p!(i-1,j-1)

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

--    λ> maximum (matrizPascal 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (2.58 secs, 394,030,504 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal2 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.03 secs, 8,326,784 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal3 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.38 secs, 250,072,360 bytes)
--    λ> maximum (matrizPascal4 150)
--    46413034868354394849492907436302560970058760
--    (0.10 secs, 13,356,360 bytes)
--    
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal2 300)))
--    89
--    (0.06 secs, 27,286,296 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal3 300)))
--    89
--    (2.74 secs, 2,367,037,536 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal4 300)))
--    89
--    (0.36 secs, 53,934,792 bytes)
--    
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal2 700)))
--    209
--    (0.83 secs, 207,241,080 bytes)
--    λ> length (show (maximum (matrizPascal4 700)))
--    209
--    (2.22 secs, 311,413,008 bytes)

import Data.Matrix

-- 1ª solución

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

matrizPascal :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal 1 = fromList 1 1 [1]

matrizPascal n = matrix n n f

where f (i,j) | i < n && j < n = p!(i,j)

| i < n && j == n = 0

| j == 1 || j == n = 1

| otherwise = p!(i-1,j-1) + p!(i-1,j)

p = matrizPascal (n-1)

-- 2ª solución

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

matrizPascal2 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal2 n = fromLists xss

where yss = take n pascal

xss = map (take n) (map (++ repeat 0) yss)

pascal :: [[Integer]]

pascal = [1] : map f pascal

where f xs = zipWith (+) (0:xs) (xs ++ [0])

-- 3ª solución

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

matrizPascal3 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal3 n = matrix n n f

where f (i,j) | i >= j = comb (i-1) (j-1)

| otherwise = 0

-- (comb n k) es el número de combinaciones (o coeficiente binomial) de

-- n sobre k. Por ejemplo,

comb :: Int -> Int -> Integer

comb n k = product [n',n'-1..n'-k'+1] `div` product [1..k']

where n' = fromIntegral n

k' = fromIntegral k

-- 4ª solución

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

matrizPascal4 :: Int -> Matrix Integer

matrizPascal4 n = p

where p = matrix n n (\(i,j) -> f i j)

f i 1 = 1

f i j

| j > i = 0

| i == j = 1

| otherwise = p!(i-1,j) + p!(i-1,j-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximum (matrizPascal 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (2.58 secs, 394,030,504 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal2 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.03 secs, 8,326,784 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal3 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.38 secs, 250,072,360 bytes)

-- λ> maximum (matrizPascal4 150)

-- 46413034868354394849492907436302560970058760

-- (0.10 secs, 13,356,360 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal2 300)))

-- 89

-- (0.06 secs, 27,286,296 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal3 300)))

-- 89

-- (2.74 secs, 2,367,037,536 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal4 300)))

-- 89

-- (0.36 secs, 53,934,792 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal2 700)))

-- 209

-- (0.83 secs, 207,241,080 bytes)

-- λ> length (show (maximum (matrizPascal4 700)))

-- 209

-- (2.22 secs, 311,413,008 bytes)

Números cuyos factoriales son divisibles por x pero no por y

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20187-marzo-2018

Hay 3 números (el 2, 3 y 4) cuyos factoriales son divisibles por 2 pero no por 5. Análogamente, hay números 5 (el 5, 6, 7, 8, 9) cuyos factoriales son divisibles por 15 pero no por 25.

Definir la función

   nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

1	nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (nNumerosConFactorialesDivisibles x y) es la cantidad de números cuyo factorial es divisible por x pero no por y. Por ejemplo,

  nNumerosConFactorialesDivisibles 2   5     ==  3
  nNumerosConFactorialesDivisibles 15  25    ==  5
  nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000  ==  5

nNumerosConFactorialesDivisibles 2 5 == 3

nNumerosConFactorialesDivisibles 15 25 == 5

nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000 == 5

Soluciones

import Data.List (genericLength)

-- 1ª solución
-- ===========

nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer
nNumerosConFactorialesDivisibles x y =
  genericLength (numerosConFactorialesDivisibles x y)

-- (numerosConFactorialesDivisibles x y) es la lista de números
-- divisibles por el factorial de x pero no divisibles por el 
-- factorial de y. Por ejemplo,
--   numerosConFactorialesDivisibles 2  5   ==  [2,3,4]
--   numerosConFactorialesDivisibles 15 25  ==  [5,6,7,8,9]
numerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> [Integer]
numerosConFactorialesDivisibles x y =
  [z | z <- [0..y-1]
     , factorial z `mod` x == 0
     , factorial z `mod` y /= 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo, 
--   factorial 4  ==  24
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 2ª solución (usando la función de Smarandache)
-- ==============================================

nNumerosConFactorialesDivisibles2 :: Integer -> Integer -> Integer
nNumerosConFactorialesDivisibles2 x y =
  max 0 (smarandache y - smarandache x)

--(smarandache n) es el menor número cuyo factorial es divisible por
-- n. Por ejemplo,   
--    smarandache 8   ==  4
--    smarandache 10  ==  5
--    smarandache 16  ==  6
smarandache :: Integer -> Integer
smarandache x =
  head [n | (n,y) <- zip [0..] factoriales
          , y `mod` x == 0]

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    λ> take 12 factoriales
--    [1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880,3628800,39916800]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000
--    5
--    (2.70 secs, 3,933,938,648 bytes)
--    λ> nNumerosConFactorialesDivisibles2 100 2000
--    5
--    (0.01 secs, 148,200 bytes)

import Data.List (genericLength)

-- 1ª solución

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

nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

nNumerosConFactorialesDivisibles x y =

genericLength (numerosConFactorialesDivisibles x y)

-- (numerosConFactorialesDivisibles x y) es la lista de números

-- divisibles por el factorial de x pero no divisibles por el

-- factorial de y. Por ejemplo,

-- numerosConFactorialesDivisibles 2 5 == [2,3,4]

-- numerosConFactorialesDivisibles 15 25 == [5,6,7,8,9]

numerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> [Integer]

numerosConFactorialesDivisibles x y =

[z | z <- [0..y-1]

, factorial z `mod` x == 0

, factorial z `mod` y /= 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,

-- factorial 4 == 24

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 2ª solución (usando la función de Smarandache)

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

nNumerosConFactorialesDivisibles2 :: Integer -> Integer -> Integer

nNumerosConFactorialesDivisibles2 x y =

max 0 (smarandache y - smarandache x)

--(smarandache n) es el menor número cuyo factorial es divisible por

-- n. Por ejemplo,

-- smarandache 8 == 4

-- smarandache 10 == 5

-- smarandache 16 == 6

smarandache :: Integer -> Integer

smarandache x =

head [n | (n,y) <- zip [0..] factoriales

, y `mod` x == 0]

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

-- λ> take 12 factoriales

-- [1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880,3628800,39916800]

factoriales :: [Integer]

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

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000

-- 5

-- (2.70 secs, 3,933,938,648 bytes)

-- λ> nNumerosConFactorialesDivisibles2 100 2000

-- 5

-- (0.01 secs, 148,200 bytes)

Factorial módulo

PorJosé A. Alonso 28-diciembre-201719-febrero-2018

Definir la función

   factorialMod :: Integer -> Integer -> Integer

1	factorialMod :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (factorialMod n x) es el factorial de x módulo n. Por ejemplo,

   factorialMod (7+10^9) 100       ==  437918130
   factorialMod (7+10^9) (5*10^6)  ==  974067448

1 2	factorialMod (7+10^9) 100 == 437918130 factorialMod (7+10^9) (5*10^6) == 974067448

Soluciones

import Data.List (foldl')

-- 1ª definición
-- =============

factorialMod :: Integer -> Integer -> Integer
factorialMod n x =
  factorial x `mod` n

-- (factorial x) es el factorial de x. Por ejemplo,
--    factorial 3  ==  6
factorial :: Integer -> Integer
factorial x = product [1..x]

-- 2ª definición
-- =============

factorialMod2 :: Integer -> Integer -> Integer
factorialMod2 n x =
  foldl' (prodMod n) 1 [1..x]

-- (prodMod n x y) es el producto de x e y módulo n. Por ejemplo,
--    prodMod 3 4 7  ==  1
--    prodMod 5 4 7  ==  -- 3
prodMod :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer
prodMod n x y =
  ((x `mod` n) * (y `mod` n)) `mod` n
  
-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> factorialMod (7+10^9) (5*10^4)
--    737935835
--    (2.62 secs, 2,601,358,640 bytes)
--    λ> factorialMod2 (7+10^9) (5*10^4)
--    737935835
--    (0.07 secs, 23,471,880 bytes)

import Data.List (foldl')

-- 1ª definición

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

factorialMod :: Integer -> Integer -> Integer

factorialMod n x =

factorial x `mod` n

-- (factorial x) es el factorial de x. Por ejemplo,

-- factorial 3 == 6

factorial :: Integer -> Integer

factorial x = product [1..x]

-- 2ª definición

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

factorialMod2 :: Integer -> Integer -> Integer

factorialMod2 n x =

foldl' (prodMod n) 1 [1..x]

-- (prodMod n x y) es el producto de x e y módulo n. Por ejemplo,

-- prodMod 3 4 7 == 1

-- prodMod 5 4 7 == -- 3

prodMod :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

prodMod n x y =

((x `mod` n) * (y `mod` n)) `mod` n

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> factorialMod (7+10^9) (5*10^4)

-- 737935835

-- (2.62 secs, 2,601,358,640 bytes)

-- λ> factorialMod2 (7+10^9) (5*10^4)

-- 737935835

-- (0.07 secs, 23,471,880 bytes)

Aplicaciones biyectivas

PorJosé A. Alonso 14-diciembre-201721-diciembre-2017

Definir las funciones

   biyectivas  :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
   nBiyectivas :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

1 2	biyectivas :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]] nBiyectivas :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

tales que

(biyectivas xs ys) es el conjunto de las aplicaciones biyectivas del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     λ> biyectivas [1,3] [2,4]
     [[(1,2),(3,4)],[(1,4),(3,2)]]
     λ> biyectivas [1,3,5] [2,4,6]
     [[(1,2),(3,4),(5,6)],[(1,4),(3,2),(5,6)],[(1,6),(3,4),(5,2)],
      [(1,4),(3,6),(5,2)],[(1,6),(3,2),(5,4)],[(1,2),(3,6),(5,4)]]
     λ> biyectivas [1,3] [2,4,6]
     []

λ> biyectivas [1,3] [2,4]

[[(1,2),(3,4)],[(1,4),(3,2)]]

λ> biyectivas [1,3,5] [2,4,6]

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

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

λ> biyectivas [1,3] [2,4,6]

[]

(nBiyectivas xs ys) es el número de aplicaciones biyectivas del conjunto xs en el conjunto ys. Por ejemplo,

     nBiyectivas [1,3] [2,4]      ==  2
     nBiyectivas [1,3,5] [2,4,6]  ==  6
     λ> nBiyectivas [1,3] [2,4,6] ==  0
     length (show (nBiyectivas2 [1..2*10^4] [1..2*10^4]))  ==  77338

nBiyectivas [1,3] [2,4] == 2

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

λ> nBiyectivas [1,3] [2,4,6] == 0

length (show (nBiyectivas2 [1..2*10^4] [1..2*10^4])) == 77338

Nota: En este ejercicio los conjuntos se representan mediante listas ordenadas de elementos distintos.

Soluciones

import Data.List (genericLength, permutations)

-- 1ª definición de biyectivas
biyectivas :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]
biyectivas xs ys
  | length xs == length ys = [zip xs zs | zs <- permutations ys]
  | otherwise              = []

-- 1ª definición de nBiyectivas
nBiyectivas :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer
nBiyectivas xs ys
  | length xs == length ys = genericLength (biyectivas xs ys)
  | otherwise              = 0

-- 2ª definición de nBiyectivas
nBiyectivas2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer
nBiyectivas2 xs ys 
  | n == m    = product [1..n]
  | otherwise = 0
  where n = genericLength xs
        m = genericLength ys

import Data.List (genericLength, permutations)

-- 1ª definición de biyectivas

biyectivas :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> [[(a,b)]]

biyectivas xs ys

| length xs == length ys = [zip xs zs | zs <- permutations ys]

| otherwise = []

-- 1ª definición de nBiyectivas

nBiyectivas :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

nBiyectivas xs ys

| length xs == length ys = genericLength (biyectivas xs ys)

| otherwise = 0

-- 2ª definición de nBiyectivas

nBiyectivas2 :: (Ord a, Ord b) => [a] -> [b] -> Integer

nBiyectivas2 xs ys

| n == m = product [1..n]

| otherwise = 0

where n = genericLength xs

m = genericLength ys

Cadenas de sumas de factoriales de los dígitos

PorJosé A. Alonso 17-noviembre-201725-noviembre-2017

Dado un número n se considera la sucesión cuyo primer término es n y los restantes se obtienen sumando los factoriales de los dígitos del anterior. Por ejemplo, la sucesión que empieza en 69 es

         69
     363600  (porque 6! + 9! = 363600)  
       1454  (porque 3! + 6! + 3! + 6! + 0! + 0! = 1454)
        169  (porque 1! + 4! + 5! + 4! = 169)
     363601  (porque 1! + 6! + 9! = 363601)
       1454  (porque 3! + 6! + 3! + 6! + 0! + 1! = 1454)
     ......

363600 (porque 6! + 9! = 363600)

1454 (porque 3! + 6! + 3! + 6! + 0! + 0! = 1454)

169 (porque 1! + 4! + 5! + 4! = 169)

363601 (porque 1! + 6! + 9! = 363601)

1454 (porque 3! + 6! + 3! + 6! + 0! + 1! = 1454)

......

La cadena correspondiente a un número n son los términos de la sucesión que empieza en n hasta la primera repetición de un elemento en la sucesión. Por ejemplo, la cadena de 69 es

   [69,363600,1454,169,363601,1454]

1	[69,363600,1454,169,363601,1454]

Consta de una parte no periódica ([69,363600]) y de una periódica ([1454,169,363601]).

Definir las funciones

   cadena  :: Integer -> [Integer]
   periodo :: Integer -> [Integer]

1 2	cadena :: Integer -> [Integer] periodo :: Integer -> [Integer]

tales que

(cadena n es la cadena correspondiente al número n. Por ejemplo,

      cadena 69    ==  [69,363600,1454,169,363601,1454]
      cadena 145   ==  [145,145]
      cadena 78    ==  [78,45360,871,45361,871]
      cadena 569   ==  [569,363720,5775,10320,11,2,2]
      cadena 3888  ==  [3888,120966,364324,782,45362,872,45362]
      maximum [length (cadena n) | n <- [1..5000]]  ==  61
      length (cadena 1479)                          ==  61

cadena 69 == [69,363600,1454,169,363601,1454]

cadena 145 == [145,145]

cadena 78 == [78,45360,871,45361,871]

cadena 569 == [569,363720,5775,10320,11,2,2]

cadena 3888 == [3888,120966,364324,782,45362,872,45362]

maximum [length (cadena n) | n <- [1..5000]] == 61

length (cadena 1479) == 61

(periodo n) es la parte periódica de la cadena de n. Por ejemplo,

      periodo 69    ==  [169,363601,1454]
      periodo 145   ==  [145]
      periodo 78    ==  [45361,871]
      periodo 569   ==  [2]
      periodo 3888  ==  [872,45362]
      maximum [length (periodo n) | n <- [1..5000]]  ==  3
      length (periodo 1479)                          ==  3

periodo 69 == [169,363601,1454]

periodo 145 == [145]

periodo 78 == [45361,871]

periodo 569 == [2]

periodo 3888 == [872,45362]

maximum [length (periodo n) | n <- [1..5000]] == 3

length (periodo 1479) == 3

Soluciones

-- Definición de cadena
-- ====================

cadena :: Integer -> [Integer]
cadena n = reverse (extension [n])

extension :: [Integer] -> [Integer]
extension (n:ns)
  | m `elem` (n:ns) = m : n : ns
  | otherwise       = extension (m : n : ns)
  where m = siguiente n

siguiente :: Integer -> Integer
siguiente n =
  sum [factorial d | d <- digitos n]

factorial :: Integer -> Integer
factorial n =
  product [1..n]

digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [c] | c <- show n]

-- Definición de periodo
-- =====================

periodo :: Integer -> [Integer]
periodo n =
  reverse (x : takeWhile (/= x) xs)
  where (x:xs) = reverse (cadena n)

-- Definición de cadena

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

cadena :: Integer -> [Integer]

cadena n = reverse (extension [n])

extension :: [Integer] -> [Integer]

extension (n:ns)

| m `elem` (n:ns) = m : n : ns

| otherwise = extension (m : n : ns)

where m = siguiente n

siguiente :: Integer -> Integer

siguiente n =

sum [factorial d | d <- digitos n]

factorial :: Integer -> Integer

factorial n =

product [1..n]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n =

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

-- Definición de periodo

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

periodo :: Integer -> [Integer]

periodo n =

reverse (x : takeWhile (/= x) xs)

where (x:xs) = reverse (cadena n)

Pares definidos por su MCD y su MCM

PorJosé A. Alonso 10-noviembre-201725-abril-2021

Definir las siguientes funciones

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

1 2	pares :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)] nPares :: Integer -> Integer -> Integer

tales que

(pares a b) es la lista de los pares de números enteros positivos tales que su máximo común divisor es a y su mínimo común múltiplo es b. Por ejemplo,

     pares 3 3  == [(3,3)]
     pares 4 12 == [(4,12),(12,4)]
     pares 2 12 == [(2,12),(4,6),(6,4),(12,2)]
     pares 2 60 == [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]
     pares 2 7  == []
     pares 12 3 == []
     length (pares 3 (product [3,5..91]))  ==  8388608

pares 3 3 == [(3,3)]

pares 4 12 == [(4,12),(12,4)]

pares 2 12 == [(2,12),(4,6),(6,4),(12,2)]

pares 2 60 == [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]

pares 2 7 == []

pares 12 3 == []

length (pares 3 (product [3,5..91])) == 8388608

(nPares a b) es el número de pares de enteros positivos tales que su máximo común divisor es a y su mínimo común múltiplo es b. Por ejemplo,

     nPares 3 3   ==  1
     nPares 4 12  ==  2
     nPares 2 12  ==  4
     nPares 2 60  ==  8
     nPares 2 7   ==  0
     nPares 12 3  ==  0
     nPares 3 (product [3..3*10^4]) `mod` (10^12)  ==  477999992832
     length (show (nPares 3 (product [3..3*10^4])))  ==  977

nPares 3 3 == 1

nPares 4 12 == 2

nPares 2 12 == 4

nPares 2 60 == 8

nPares 2 7 == 0

nPares 12 3 == 0

nPares 3 (product [3..3*10^4]) `mod` (10^12) == 477999992832

length (show (nPares 3 (product [3..3*10^4]))) == 977

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Data.List (genericLength, group, nub, sort, subsequences)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de pares
-- ======================

pares1 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares1 a b = [(x,y) | x <- [1..b]
                    , y <- [1..b]
                    , gcd x y == a
                    , lcm x y == b]

-- 2ª definición de pares
-- ======================

pares2 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares2 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]
                    , y <- [a,a+a..b]
                    , gcd x y == a
                    , lcm x y == b]

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares1 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (95.12 secs, 86,534,165,528 bytes)
--    λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- 3ª definición de pares
-- ======================

pares3 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares3 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]
                    , c `rem` x == 0
                    , let y = c `div` x
                    , gcd x y == a
                    ]
  where c = a * b

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)
--    λ> length (pares3 3 (product [3,5..11]))
--    16
--    (0.01 secs, 878,104 bytes)

-- 4ª definición de pares
-- ======================

-- Para la cuarta definición de pares se observa la relación con los
-- factores primos
--    λ> [(primeFactors x, primeFactors y) | (x,y) <- pares1 2 12]
--    [([2],[2,2,3]),([2,2],[2,3]),([2,3],[2,2]),([2,2,3],[2])]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 12]
--    [[2],[2,2],[2,3],[2,2,3]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 60]
--    [[2],[2,2],[2,3],[2,5],[2,2,3],[2,2,5],[2,3,5],[2,2,3,5]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 6 60]
--    [[2,3],[2,2,3],[2,3,5],[2,2,3,5]]
--    λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 24]
--    [[2],[2,3],[2,2,2],[2,2,2,3]]
-- Se observa que cada pare se obtiene de uno de los subconjuntos de los
-- divisores primos de b/a. Por ejemplo,
--    λ> (a,b) = (2,24)
--    λ> b `div` a
--    12
--    λ> primeFactors it
--    [2,2,3]
--    λ> group it
--    [[2,2],[3]]
--    λ> subsequences it
--    [[],[[2,2]],[[3]],[[2,2],[3]]]
--    λ> map concat it
--    [[],[2,2],[3],[2,2,3]]
--    λ> map product it
--    [1,4,3,12]
--    λ> [(a * x, b `div` x) | x <- it]
--    [(2,24),(8,6),(6,8),(24,2)]
-- A partir de la observación se construye la siguiente definición

pares4 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]
pares4 a b
  | b `mod` a /= 0 = []
  | otherwise =
    [(a * x, b `div` x)
    | x <- map (product . concat)
               ((subsequences . group . primeFactors) (b `div` a))]

-- Nota. La función pares4 calcula el mismo conjunto que las anteriores,
-- pero no necesariamente en el mismo orde. Por ejemplo,
--    λ> pares3 2 60 
--    [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]
--    λ> pares4 2 60 
--    [(2,60),(4,30),(6,20),(12,10),(10,12),(20,6),(30,4),(60,2)]
--    λ> pares3 2 60 == sort (pares4 2 60)
--    True

-- Comparacioń de eficiencia
--    λ> length (pares3 3 (product [3,5..17]))
--    64
--    (4.44 secs, 2,389,486,440 bytes)
--    λ> length (pares4 3 (product [3,5..17]))
--    64
--    (0.00 secs, 177,704 bytes)
  
-- Propiedades de equivalencia de pares
-- ====================================

prop_pares :: Integer -> Integer -> Property
prop_pares a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  all (== pares1 a b)
      [sort (f a b) | f <- [ pares2
                           , pares3
                           , pares4
                           ]]
  
prop_pares2 :: Integer -> Integer -> Property
prop_pares2 a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  all (== pares1 a (a * b))
      [sort (f a (a * b)) | f <- [ pares2
                                 , pares3
                                 , pares4
                                 ]]
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares2
--    +++ OK, passed 100 tests.
             
-- 1ª definición de nPares
-- =======================

nPares1 :: Integer -> Integer -> Integer
nPares1 a b = genericLength (pares4 a b)

-- 2ª definición de nPares
-- =======================

nPares2 :: Integer -> Integer -> Integer
nPares2 a b = 2^(length (nub (primeFactors (b `div` a))))

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nPares1 3 (product [3,5..91])
--    8388608
--    (4.68 secs, 4,178,295,920 bytes)
--    λ> nPares2 3 (product [3,5..91])
--    8388608
--    (0.00 secs, 234,688 bytes)

-- Propiedad de equivalencia de nPares
-- ===================================

prop_nPares :: Integer -> Integer -> Property
prop_nPares a b =
  a > 0 && b > 0 ==>
  nPares1 a (a * b) == nPares2 a (a * b)
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_nPares
--    +++ OK, passed 100 tests.

100

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168

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Data.List (genericLength, group, nub, sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de pares

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

pares1 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares1 a b = [(x,y) | x <- [1..b]

, y <- [1..b]

, gcd x y == a

, lcm x y == b]

-- 2ª definición de pares

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

pares2 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares2 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]

, y <- [a,a+a..b]

, gcd x y == a

, lcm x y == b]

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares1 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (95.12 secs, 86,534,165,528 bytes)

-- λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- 3ª definición de pares

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

pares3 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares3 a b = [(x,y) | x <- [a,a+a..b]

, c `rem` x == 0

, let y = c `div` x

, gcd x y == a

]

where c = a * b

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares2 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (15.80 secs, 14,808,762,128 bytes)

-- λ> length (pares3 3 (product [3,5..11]))

-- 16

-- (0.01 secs, 878,104 bytes)

-- 4ª definición de pares

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

-- Para la cuarta definición de pares se observa la relación con los

-- factores primos

-- λ> [(primeFactors x, primeFactors y) | (x,y) <- pares1 2 12]

-- [([2],[2,2,3]),([2,2],[2,3]),([2,3],[2,2]),([2,2,3],[2])]

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 12]

-- [[2],[2,2],[2,3],[2,2,3]]

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 60]

-- [[2],[2,2],[2,3],[2,5],[2,2,3],[2,2,5],[2,3,5],[2,2,3,5]]

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 6 60]

-- [[2,3],[2,2,3],[2,3,5],[2,2,3,5]]

-- λ> [primeFactors x | (x,y) <- pares1 2 24]

-- [[2],[2,3],[2,2,2],[2,2,2,3]]

-- Se observa que cada pare se obtiene de uno de los subconjuntos de los

-- divisores primos de b/a. Por ejemplo,

-- λ> (a,b) = (2,24)

-- λ> b `div` a

-- 12

-- λ> primeFactors it

-- [2,2,3]

-- λ> group it

-- [[2,2],[3]]

-- λ> subsequences it

-- [[],[[2,2]],[[3]],[[2,2],[3]]]

-- λ> map concat it

-- [[],[2,2],[3],[2,2,3]]

-- λ> map product it

-- [1,4,3,12]

-- λ> [(a * x, b `div` x) | x <- it]

-- [(2,24),(8,6),(6,8),(24,2)]

-- A partir de la observación se construye la siguiente definición

pares4 :: Integer -> Integer -> [(Integer,Integer)]

pares4 a b

| b `mod` a /= 0 = []

| otherwise =

[(a * x, b `div` x)

| x <- map (product . concat)

((subsequences . group . primeFactors) (b `div` a))]

-- Nota. La función pares4 calcula el mismo conjunto que las anteriores,

-- pero no necesariamente en el mismo orde. Por ejemplo,

-- λ> pares3 2 60

-- [(2,60),(4,30),(6,20),(10,12),(12,10),(20,6),(30,4),(60,2)]

-- λ> pares4 2 60

-- [(2,60),(4,30),(6,20),(12,10),(10,12),(20,6),(30,4),(60,2)]

-- λ> pares3 2 60 == sort (pares4 2 60)

-- True

-- Comparacioń de eficiencia

-- λ> length (pares3 3 (product [3,5..17]))

-- 64

-- (4.44 secs, 2,389,486,440 bytes)

-- λ> length (pares4 3 (product [3,5..17]))

-- 64

-- (0.00 secs, 177,704 bytes)

-- Propiedades de equivalencia de pares

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

prop_pares :: Integer -> Integer -> Property

prop_pares a b =

a > 0 && b > 0 ==>

all (== pares1 a b)

[sort (f a b) | f <- [ pares2

, pares3

, pares4

]]

prop_pares2 :: Integer -> Integer -> Property

prop_pares2 a b =

a > 0 && b > 0 ==>

all (== pares1 a (a * b))

[sort (f a (a * b)) | f <- [ pares2

, pares3

, pares4

]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_pares2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- 1ª definición de nPares

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

nPares1 :: Integer -> Integer -> Integer

nPares1 a b = genericLength (pares4 a b)

-- 2ª definición de nPares

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

nPares2 :: Integer -> Integer -> Integer

nPares2 a b = 2^(length (nub (primeFactors (b `div` a))))

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nPares1 3 (product [3,5..91])

-- 8388608

-- (4.68 secs, 4,178,295,920 bytes)

-- λ> nPares2 3 (product [3,5..91])

-- 8388608

-- (0.00 secs, 234,688 bytes)

-- Propiedad de equivalencia de nPares

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

prop_nPares :: Integer -> Integer -> Property

prop_nPares a b =

a > 0 && b > 0 ==>

nPares1 a (a * b) == nPares2 a (a * b)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=10}) prop_nPares

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números libres de cuadrados

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

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

Definir la función

   libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

1	libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

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

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

libreDeCuadrados 70 == True

libreDeCuadrados 40 == False

libreDeCuadrados 510510 == True

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

Otro ejemplo,

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

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

Soluciones

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

import Data.List (genericLength) -- Para OS

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

100

import Data.Numbers.Primes (primeFactors, primes)

import Data.List (nub)

import Test.QuickCheck

import Data.List (genericLength) -- Para OS

-- 1ª definición:

libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

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

-- ejemplo,

-- divisoresPrimos 40 == [2,5]

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

divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]

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

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

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

divisores :: Integer -> [Integer]

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

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

-- primo 30 == False

-- primo 31 == True

primo :: Integer -> Bool

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

-- 2ª definición

libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados2 n =

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

-- 3ª definición

libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados3 n =

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

rem n (x^2) == 0]

-- 4ª definición

libreDeCuadrados4 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados4 n =

xs == nub xs

where xs = primeFactors n

-- 5ª definición

libreDeCuadrados5 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados5 n =

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

where xs = primeFactors n

-- Equivalencia de las definiciones

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

prop_equivalencia :: Integer -> Property

prop_equivalencia n =

n > 0 ==>

all (== libreDeCuadrados n)

[f n | f <- [ libreDeCuadrados2

, libreDeCuadrados3

, libreDeCuadrados4

, libreDeCuadrados5

]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> libreDeCuadrados 510510

-- True

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

-- λ> libreDeCuadrados2 510510

-- True

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

-- λ> libreDeCuadrados3 510510

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados4 510510

-- True

-- (0.00 secs, 152,712 bytes)

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

-- 32906

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

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

-- 32906

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

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

-- 32906

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

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

-- 164499

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

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

-- 164499

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

El problema de las N torres

PorJosé A. Alonso 10-abril-201725-abril-2021

El problema de las N torres consiste en colocar N torres en un tablero con N filas y N columnas de forma que no haya dos torres en la misma fila ni en la misma columna.

Cada solución del problema de puede representar mediante una matriz con ceros y unos donde los unos representan las posiciones ocupadas por las torres y los ceros las posiciones libres. Por ejemplo,

   ( 0 1 0 )
   ( 1 0 0 )
   ( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

representa una solución del problema de las 3 torres.

Definir las funciones

   torres  :: Int -> [Matrix Int]
   nTorres :: Int -> Integer

1 2	torres :: Int -> [Matrix Int] nTorres :: Int -> Integer

tales que
+ (torres n) es la lista de las soluciones del problema de las n torres. Por ejemplo,

      λ> torres 3
      [( 1 0 0 )
       ( 0 1 0 )
       ( 0 0 1 )
      ,( 1 0 0 )
       ( 0 0 1 )
       ( 0 1 0 )
      ,( 0 1 0 )
       ( 1 0 0 )
       ( 0 0 1 )
      ,( 0 1 0 )
       ( 0 0 1 )
       ( 1 0 0 )
      ,( 0 0 1 )
       ( 1 0 0 )
       ( 0 1 0 )
      ,( 0 0 1 )
       ( 0 1 0 )
       ( 1 0 0 )
      ]

λ> torres 3

[( 1 0 0 )

( 0 1 0 )

( 0 0 1 )

,( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

,( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

( 0 0 1 )

,( 0 1 0 )

( 0 0 1 )

( 1 0 0 )

,( 0 0 1 )

( 1 0 0 )

( 0 1 0 )

,( 0 0 1 )

( 0 1 0 )

( 1 0 0 )

]

(nTorres n) es el número de soluciones del problema de las n torres. Por ejemplo,

      λ> nTorres 3
      6
      λ> length (show (nTorres (10^4)))
      35660

λ> nTorres 3

λ> length (show (nTorres (10^4)))

35660

Soluciones

import Data.List (genericLength, sort, permutations)
import Data.Matrix 

-- 1ª definición de torres
-- =======================

torres1 :: Int -> [Matrix Int]
torres1 n = 
    [permutacionAmatriz n p | p <- sort (permutations [1..n])]

permutacionAmatriz :: Int -> [Int] -> Matrix Int
permutacionAmatriz n p =
    matrix n n f
    where f (i,j) | (i,j) `elem` posiciones = 1
                  | otherwise               = 0
          posiciones = zip [1..n] p    

-- 2ª definición de torres
-- =======================

torres2 :: Int -> [Matrix Int]
torres2 = map fromLists . permutations . toLists . identity

-- El cálculo con la definición anterior es:
--    λ> identity 3
--    ( 1 0 0 )
--    ( 0 1 0 )
--    ( 0 0 1 )
--    
--    λ> toLists it
--    [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]
--    λ> permutations it
--    [[[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]],
--     [[0,1,0],[1,0,0],[0,0,1]],
--     [[0,0,1],[0,1,0],[1,0,0]],
--     [[0,1,0],[0,0,1],[1,0,0]],
--     [[0,0,1],[1,0,0],[0,1,0]],
--     [[1,0,0],[0,0,1],[0,1,0]]]
--    λ> map fromLists it
--    [( 1 0 0 )
--     ( 0 1 0 )
--     ( 0 0 1 )
--    ,( 0 1 0 )
--     ( 1 0 0 )
--     ( 0 0 1 )
--    ,( 0 0 1 )
--     ( 0 1 0 )
--     ( 1 0 0 )
--    ,( 0 1 0 )
--     ( 0 0 1 )
--     ( 1 0 0 )
--    ,( 0 0 1 )
--     ( 1 0 0 )
--     ( 0 1 0 )
--    ,( 1 0 0 )
--     ( 0 0 1 )
--     ( 0 1 0 )
--    ]

-- 1ª definición de nTorres
-- ========================

nTorres1 :: Int -> Integer
nTorres1 = genericLength . torres1

-- 2ª definición de nTorres
-- ========================

nTorres2 :: Int -> Integer
nTorres2 n = product [1..fromIntegral n]

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

--    λ> nTorres1 9
--    362880
--    (4.22 secs, 693,596,128 bytes)
--    λ> nTorres2 9
--    362880
--    (0.00 secs, 0 bytes)

import Data.List (genericLength, sort, permutations)

import Data.Matrix

-- 1ª definición de torres

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

torres1 :: Int -> [Matrix Int]

torres1 n =

[permutacionAmatriz n p | p <- sort (permutations [1..n])]

permutacionAmatriz :: Int -> [Int] -> Matrix Int

permutacionAmatriz n p =

matrix n n f

where f (i,j) | (i,j) `elem` posiciones = 1

| otherwise = 0

posiciones = zip [1..n] p

-- 2ª definición de torres

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

torres2 :: Int -> [Matrix Int]

torres2 = map fromLists . permutations . toLists . identity

-- El cálculo con la definición anterior es:

-- λ> identity 3

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- λ> toLists it

-- [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]

-- λ> permutations it

-- [[[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]],

-- [[0,1,0],[1,0,0],[0,0,1]],

-- [[0,0,1],[0,1,0],[1,0,0]],

-- [[0,1,0],[0,0,1],[1,0,0]],

-- [[0,0,1],[1,0,0],[0,1,0]],

-- [[1,0,0],[0,0,1],[0,1,0]]]

-- λ> map fromLists it

-- [( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ,( 0 1 0 )

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ,( 0 0 1 )

-- ( 0 1 0 )

-- ( 1 0 0 )

-- ,( 0 1 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ( 1 0 0 )

-- ,( 0 0 1 )

-- ( 1 0 0 )

-- ( 0 1 0 )

-- ,( 1 0 0 )

-- ( 0 0 1 )

-- ( 0 1 0 )

-- ]

-- 1ª definición de nTorres

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

nTorres1 :: Int -> Integer

nTorres1 = genericLength . torres1

-- 2ª definición de nTorres

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

nTorres2 :: Int -> Integer

nTorres2 n = product [1..fromIntegral n]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nTorres1 9

-- 362880

-- (4.22 secs, 693,596,128 bytes)

-- λ> nTorres2 9

-- 362880

-- (0.00 secs, 0 bytes)

Número de dígitos del factorial

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

Definir las funciones

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

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

tales que

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

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

nDigitosFact 0 == 1

nDigitosFact 4 == 2

nDigitosFact 5 == 3

nDigitosFact 10 == 7

nDigitosFact 100 == 158

nDigitosFact 1000 == 2568

nDigitosFact 10000 == 35660

nDigitosFact 100000 == 456574

nDigitosFact 1000000 == 5565709

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

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

Se puede simular como sigue

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

λ> import System.Random

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

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5561492

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

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5563303

Soluciones

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

import Data.List (genericLength, genericIndex)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

nDigitosFact1 :: Integer -> Integer

nDigitosFact1 n =

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

-- 2ª definición (usando logaritmos)

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

-- Basado en

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

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

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

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer

nDigitosFact2 n =

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

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

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

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer

nDigitosFact3 0 = 1

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

logs :: [Double]

logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]

sumLogs = scanl1 (+) logs

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

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

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

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer

nDigitosFact4 0 = 1

nDigitosFact4 1 = 1

nDigitosFact4 n =

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

where m = fromIntegral n

e = exp 1

-- λ> nDigitosFact1 (4*10^4)

-- 166714

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

-- λ> nDigitosFact2 (4*10^4)

-- 166714

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

-- λ> nDigitosFact2 (7*10^5)

-- 3787566

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

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

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

-- λ> nDigitosFact4 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> import System.Random

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

-- λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)

-- 5565097

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

-- λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)

-- 5565097

-- (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()

graficas xs =

plotLists [Key Nothing]

[p1, p2]

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

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

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

fi = fromIntegral

Cálculo de pi mediante la variante de Euler de la serie armónica

PorJosé A. Alonso 21-febrero-201726-marzo-2022

En el artículo El desarrollo más bello de Pi como suma infinita, Miguel Ángel Morales comenta el desarrollo de pi publicado por Leonhard Euler en su libro «Introductio in Analysis Infinitorum» (1748).

El desarrollo es el siguiente

y se obtiene a partir de la serie armónica

modificando sólo el signo de algunos términos según el siguiente criterio:

Dejamos un + cuando el denominador de la fracción sea un 2 o un primo de la forma 4m-1.
Cambiamos a – si el denominador de la fracción es un primo de la forma 4m+1.
Si el número es compuesto ponemos el signo que quede al multiplicar los signos correspondientes a cada factor.

Por ejemplo,

la de denominador 3 = 4×1-1 lleva un +,
la de denominador 5 = 4×1+1 lleva un -,
la de denominador 13 = 4×3+1 lleva un -,
la de denominador 6 = 2×3 lleva un + (porque los dos llevan un +),
la de denominador 10 = 2×5 lleva un – (porque el 2 lleva un + y el 5 lleva un -) y
la de denominador 50 = 5x5x2 lleva un + (un – por el primer 5, otro – por el segundo 5 y un + por el 2).

Definir las funciones

  aproximacionPi :: Int -> Double
  grafica        :: Int -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double grafica :: Int -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la aproximación de pi obtenida sumando los n primeros términos de la serie de Euler. Por ejemplo.

     aproximacionPi 1        ==  1.0
     aproximacionPi 10       ==  2.3289682539682537
     aproximacionPi 100      ==  2.934318000847734
     aproximacionPi 1000     ==  3.0603246224585128
     aproximacionPi 10000    ==  3.1105295744825403
     aproximacionPi 100000   ==  3.134308801935256
     aproximacionPi 1000000  ==  3.1395057903490806

aproximacionPi 1 == 1.0

aproximacionPi 10 == 2.3289682539682537

aproximacionPi 100 == 2.934318000847734

aproximacionPi 1000 == 3.0603246224585128

aproximacionPi 10000 == 3.1105295744825403

aproximacionPi 100000 == 3.134308801935256

aproximacionPi 1000000 == 3.1395057903490806

(grafica n) dibuja la gráfica de las aproximaciones de pi usando k sumando donde k toma los valores de la lista [100,110..n]. Por ejemplo, al evaluar (grafica 4000) se obtiene

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Paula Macías.

Soluciones

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

-- 1ª definición
-- =============

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n =
  sum [1 / fromIntegral (k * signo k) | k <- [1..n]] 

signoPrimo :: Int -> Int
signoPrimo 2 = 1
signoPrimo p | p `mod` 4 == 3 = 1
             | otherwise      = -1

signo :: Int -> Int
signo n | isPrime n = signoPrimo n
        | otherwise = product (map signoPrimo (primeFactors n))

-- 2ª definición
-- =============

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n = serieEuler !! (n-1)

serieEuler :: [Double]
serieEuler =
  scanl1 (+) [1 / fromIntegral (n * signo n) | n <- [1..]]

-- Definición de grafica
-- =====================

grafica :: Int -> IO ()
grafica n = 
    plotList [Key Nothing]
             [(k,aproximacionPi2 k) | k <- [100,110..n]]

import Data.Numbers.Primes

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n =

sum [1 / fromIntegral (k * signo k) | k <- [1..n]]

signoPrimo :: Int -> Int

signoPrimo 2 = 1

signoPrimo p | p `mod` 4 == 3 = 1

| otherwise = -1

signo :: Int -> Int

signo n | isPrime n = signoPrimo n

| otherwise = product (map signoPrimo (primeFactors n))

-- 2ª definición

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 n = serieEuler !! (n-1)

serieEuler :: [Double]

serieEuler =

scanl1 (+) [1 / fromIntegral (n * signo n) | n <- [1..]]

-- Definición de grafica

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

grafica :: Int -> IO ()

grafica n =

plotList [Key Nothing]

[(k,aproximacionPi2 k) | k <- [100,110..n]]

Cálculo de pi usando la fórmula de Vieta

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

La fórmula de Vieta para el cálculo de pi es la siguiente

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   errorPi :: Double -> Int

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double errorPi :: Double -> Int

tales que

(aproximacionPi n) es la aproximación de pi usando n factores de la fórmula de Vieta. Por ejemplo,

     aproximacionPi  5  ==  3.140331156954753
     aproximacionPi 10  ==  3.1415914215112
     aproximacionPi 15  ==  3.141592652386592
     aproximacionPi 20  ==  3.1415926535886207
     aproximacionPi 25  ==  3.141592653589795

aproximacionPi 5 == 3.140331156954753

aproximacionPi 10 == 3.1415914215112

aproximacionPi 15 == 3.141592652386592

aproximacionPi 20 == 3.1415926535886207

aproximacionPi 25 == 3.141592653589795

(errorPi x) es el menor número de factores de la fórmula de Vieta necesarios para obtener pi con un error menor que x. Por ejemplo,

     errorPi 0.1        ==  2
     errorPi 0.01       ==  4
     errorPi 0.001      ==  6
     errorPi 0.0001     ==  7
     errorPi 1e-4       ==  7
     errorPi 1e-14      ==  24
     pi                 ==  3.141592653589793
     aproximacionPi 24  ==  3.1415926535897913

errorPi 0.1 == 2

errorPi 0.01 == 4

errorPi 0.001 == 6

errorPi 0.0001 == 7

errorPi 1e-4 == 7

errorPi 1e-14 == 24

pi == 3.141592653589793

aproximacionPi 24 == 3.1415926535897913

Soluciones

-- 1ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = product [2 / aux x | x <- [0..n]]
  where
    aux 0 = 1
    aux 1 = sqrt 2
    aux n = sqrt (2 + aux (n-1))

-- 2ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n = product [2/x | x <- 1 : xs] 
  where xs = take n $ iterate (\x -> sqrt (2+x)) (sqrt 2)

-- 3ª definición de aproximaxionPi
aproximacionPi3 :: Int -> Double
aproximacionPi3 n =  product (2 : take n (map (2/) xs))
  where xs = sqrt 2 : [sqrt (2 + x) | x <- xs]

-- 1ª definición de errorPi
errorPi :: Double -> Int
errorPi x = head [n | n <- [1..]
                    , abs (pi - aproximacionPi n) < x]

-- 2ª definición de errorPi
errorPi2 :: Double -> Int
errorPi2 x = until aceptable (+1) 1
  where aceptable n = abs (pi - aproximacionPi n) < x

-- 1ª definición de aproximacionPi

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = product [2 / aux x | x <- [0..n]]

where

aux 0 = 1

aux 1 = sqrt 2

aux n = sqrt (2 + aux (n-1))

-- 2ª definición de aproximacionPi

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 n = product [2/x | x <- 1 : xs]

where xs = take n $ iterate (\x -> sqrt (2+x)) (sqrt 2)

-- 3ª definición de aproximaxionPi

aproximacionPi3 :: Int -> Double

aproximacionPi3 n = product (2 : take n (map (2/) xs))

where xs = sqrt 2 : [sqrt (2 + x) | x <- xs]

-- 1ª definición de errorPi

errorPi :: Double -> Int

errorPi x = head [n | n <- [1..]

, abs (pi - aproximacionPi n) < x]

-- 2ª definición de errorPi

errorPi2 :: Double -> Int

errorPi2 x = until aceptable (+1) 1

where aceptable n = abs (pi - aproximacionPi n) < x

Máxima potencia que divide al factorial

PorJosé A. Alonso 26-enero-20172-febrero-2017

La máxima potencia de 2 que divide al factorial de 5 es 3, ya que 5! = 120, 120 es divisible por 2^3 y no lo es por 2^4.

Definir la función

   maxPotDivFact :: Integer -> Integer -> Integer

1	maxPotDivFact :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (maxPotDivFact p n), para cada primo p, es el mayor k tal que p^k divide al factorial de n. Por ejemplo,

   maxPotDivFact 2 5       ==  3
   maxPotDivFact 3 6       ==  2
   maxPotDivFact 2 10      ==  8
   maxPotDivFact 3 10      ==  4
   maxPotDivFact 2 (10^2)  ==  97
   maxPotDivFact 2 (10^3)  ==  994
   maxPotDivFact 2 (10^4)  ==  9995
   maxPotDivFact 2 (10^5)  ==  99994
   maxPotDivFact 2 (10^6)  ==  999993
   maxPotDivFact 3 (10^5)  ==  49995
   maxPotDivFact 3 (10^6)  ==  499993
   maxPotDivFact 7 (10^5)  ==  16662
   maxPotDivFact 7 (10^6)  ==  166664
   length (show (maxPotDivFact 2 (10^20000)))  ==  20000

maxPotDivFact 2 5 == 3

maxPotDivFact 3 6 == 2

maxPotDivFact 2 10 == 8

maxPotDivFact 3 10 == 4

maxPotDivFact 2 (10^2) == 97

maxPotDivFact 2 (10^3) == 994

maxPotDivFact 2 (10^4) == 9995

maxPotDivFact 2 (10^5) == 99994

maxPotDivFact 2 (10^6) == 999993

maxPotDivFact 3 (10^5) == 49995

maxPotDivFact 3 (10^6) == 499993

maxPotDivFact 7 (10^5) == 16662

maxPotDivFact 7 (10^6) == 166664

length (show (maxPotDivFact 2 (10^20000))) == 20000

Soluciones

import Data.List (genericIndex, genericTake)
import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
maxPotDivFact :: Integer -> Integer -> Integer
maxPotDivFact p n =
  head [k | k <- [0..], f `mod` (p^k) /= 0] - 1
  where f = product [1..n]

-- 1ª definición
maxPotDivFact2 :: Integer -> Integer -> Integer
maxPotDivFact2 p n
  | n < p     = 0
  | otherwise = m + maxPotDivFact2 p m
  where m = n `div` p  
  
-- 3ª definición
maxPotDivFact3 :: Integer -> Integer -> Integer
maxPotDivFact3 p = sum . takeWhile (> 0) . tail . iterate (`div` p)

-- Comparación de eficiencia
--    λ> maxPotDivFact 2 (10^4)
--    9995
--    (5.47 secs, 161,040,624 bytes)
--    λ> maxPotDivFact2 2 (10^4)
--    9995
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> maxPotDivFact2 2 (10^4)
--    9995
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--
--    λ> length (show (maxPotDivFact2 2 (10^20000)))
--    20000
--    (1.93 secs, 592,168,544 bytes)
--    λ> length (show (maxPotDivFact3 2 (10^20000)))
--    20000
--    (2.93 secs, 861,791,504 bytes)

import Data.List (genericIndex, genericTake)

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

maxPotDivFact :: Integer -> Integer -> Integer

maxPotDivFact p n =

head [k | k <- [0..], f `mod` (p^k) /= 0] - 1

where f = product [1..n]

-- 1ª definición

maxPotDivFact2 :: Integer -> Integer -> Integer

maxPotDivFact2 p n

| n < p = 0

| otherwise = m + maxPotDivFact2 p m

where m = n `div` p

-- 3ª definición

maxPotDivFact3 :: Integer -> Integer -> Integer

maxPotDivFact3 p = sum . takeWhile (> 0) . tail . iterate (`div` p)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> maxPotDivFact 2 (10^4)

-- 9995

-- (5.47 secs, 161,040,624 bytes)

-- λ> maxPotDivFact2 2 (10^4)

-- 9995

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> maxPotDivFact2 2 (10^4)

-- 9995

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (maxPotDivFact2 2 (10^20000)))

-- 20000

-- (1.93 secs, 592,168,544 bytes)

-- λ> length (show (maxPotDivFact3 2 (10^20000)))

-- 20000

-- (2.93 secs, 861,791,504 bytes)

Huecos de Euclides

PorJosé A. Alonso 29-noviembre-20166-diciembre-2016

El teorema de Euclides afirma que existen infinitos números primos. En palabras de Euclides,

«Hay más números primos que cualquier cantidad propuesta de números primos.» (Proposición 20 del Libro IX de «Los Elementos»)

Su demostración se basa en que si p₁,…,pₙ son los primeros n números primos, entonces entre 1+pₙ y 1+p₁·p₂·…·pₙ hay algún número primo. La cantidad de dichos números primos se llama el n-ésimo hueco de Euclides. Por ejemplo, para n = 3 se tiene que p₁ = 2, p₂ = 3 y p₃ = 5 entre 1+p₃ = 6 y 1+p₁·p₂·p₃ = 31 hay 8 números primos (7, 11, 13, 17, 19, 23, 29 y 31), por lo que el valor del tercer hueco de Euclides es 8.

Definir la función

   hueco :: Int -> Integer

1	hueco :: Int -> Integer

tal que (hueco n) es el n-ésimo hueco de Eulides. Por ejemplo,

   hueco 3                   ==  8
   [hueco n | n <- [1..8]]   ==  [1,2,8,43,339,3242,42324,646021]

1 2	hueco 3 == 8 [hueco n \| n <- [1..8]] == [1,2,8,43,339,3242,42324,646021]

Soluciones

import Data.List
import Data.Numbers.Primes

hueco :: Int -> Integer
hueco n = nPrimosEntre (primes !! (n-1)) (1 + product (take n primes))

-- (nPrimosEntre x y) es el número de primos entre x e y. Por ejemplo, 
--    nPrimosEntre 3 7  ==  2
nPrimosEntre :: Integer -> Integer -> Integer
nPrimosEntre x y = genericLength (primosEntre x y)

-- (primosEntre x y) es la lista de los números de primos entre x e
-- y. Por ejemplo,  
--    primosEntre 3 7  ==  [5,7]
primosEntre :: Integer -> Integer -> [Integer]
primosEntre x y =
  takeWhile (<=y) (dropWhile (<=x) primes)

import Data.List

import Data.Numbers.Primes

hueco :: Int -> Integer

hueco n = nPrimosEntre (primes !! (n-1)) (1 + product (take n primes))

-- (nPrimosEntre x y) es el número de primos entre x e y. Por ejemplo,

-- nPrimosEntre 3 7 == 2

nPrimosEntre :: Integer -> Integer -> Integer

nPrimosEntre x y = genericLength (primosEntre x y)

-- (primosEntre x y) es la lista de los números de primos entre x e

-- y. Por ejemplo,

-- primosEntre 3 7 == [5,7]

primosEntre :: Integer -> Integer -> [Integer]

primosEntre x y =

takeWhile (<=y) (dropWhile (<=x) primes)

Referencias

Euclid’s theorem en la ProofWiki.

Máximo producto en la partición de un número

PorJosé A. Alonso 16-noviembre-201623-noviembre-2016

El artículo de esta semana de Antonio Roldán en su blog Números y hoja de cálculo es Máximo producto en la partición de un número (1)

Una partición de un entero positivo n es una forma de descomponer n como suma de enteros positivos. Dos sumas se considerarán iguales si solo difieren en el orden de los sumandos. Por ejemplo, las 11 particiones de 6 (con sus correspondientes productos) son

   6 = 6                      |  6                     = 6
   6 = 5 + 1                  |  5 x 1                 = 5
   6 = 4 + 2                  |  4 x 2                 = 8
   6 = 4 + 1 + 1              |  4 x 1 x 1             = 4
   6 = 3 + 3                  |  3 x 3                 = 9
   6 = 3 + 2 + 1              |  3 x 2 x 1             = 6
   6 = 3 + 1 + 1 + 1          |  3 x 1 x 1 x 1         = 3
   6 = 2 + 2 + 2              |  2 x 2 x 2             = 8
   6 = 2 + 2 + 1 + 1          |  2 x 2 x 1 x 1         = 4
   6 = 2 + 1 + 1 + 1 + 1      |  2 x 1 x 1 x 1 x 1     = 2
   6 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1  |  1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 = 1

6 = 6 | 6 = 6

6 = 5 + 1 | 5 x 1 = 5

6 = 4 + 2 | 4 x 2 = 8

6 = 4 + 1 + 1 | 4 x 1 x 1 = 4

6 = 3 + 3 | 3 x 3 = 9

6 = 3 + 2 + 1 | 3 x 2 x 1 = 6

6 = 3 + 1 + 1 + 1 | 3 x 1 x 1 x 1 = 3

6 = 2 + 2 + 2 | 2 x 2 x 2 = 8

6 = 2 + 2 + 1 + 1 | 2 x 2 x 1 x 1 = 4

6 = 2 + 1 + 1 + 1 + 1 | 2 x 1 x 1 x 1 x 1 = 2

6 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 | 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 = 1

Se observa que el máximo producto de las particiones de 6 es 9.

Definir la función

   maximoProductoParticiones :: Int -> Int

1	maximoProductoParticiones :: Int -> Int

tal que (maximoProductoParticiones n) es el máximo de los productos de las particiones de n. Por ejemplo,

   maximoProductoParticiones 4     ==  4
   maximoProductoParticiones 5     ==  6
   maximoProductoParticiones 6     ==  9
   maximoProductoParticiones 7     ==  12
   maximoProductoParticiones 8     ==  18
   maximoProductoParticiones 9     ==  27
   maximoProductoParticiones 50    ==  86093442
   maximoProductoParticiones 100   ==  7412080755407364
   maximoProductoParticiones 200   ==  61806308765265224723841283607058
   length (show (maximoProductoParticiones (10^7)))  ==  1590405

maximoProductoParticiones 4 == 4

maximoProductoParticiones 5 == 6

maximoProductoParticiones 6 == 9

maximoProductoParticiones 7 == 12

maximoProductoParticiones 8 == 18

maximoProductoParticiones 9 == 27

maximoProductoParticiones 50 == 86093442

maximoProductoParticiones 100 == 7412080755407364

maximoProductoParticiones 200 == 61806308765265224723841283607058

length (show (maximoProductoParticiones (10^7))) == 1590405

Comprobar con QuickChek que los únicos posibles factores de (maximoProductoParticiones n) son 2 y 3.

Soluciones

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

-- 1ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones1 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones1 n =
  maximum [product xs | xs <- particiones1 n]

-- (particiones1 n) es la lista de las particiones de n. Por ejemplo,  
--    λ> particiones1 4
--    [[4],[3,1],[2,2],[2,1,1],[1,1,1,1]]
--    λ> particiones1 5
--    [[5],[4,1],[3,2],[3,1,1],[2,2,1],[2,1,1,1],[1,1,1,1,1]]
particiones1 :: Integer -> [[Integer]]
particiones1 0 = [[]]
particiones1 n = [x:y | x <- [n,n-1..1]
                      , y <- particiones1 (n-x) 
                      , [x] >= take 1 y]
 
-- 2ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones2 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones2 n =
  maximum [product xs | xs <- particiones2 n]

-- (particiones2 n) es la lista de las particiones de n. Por ejemplo,  
--    λ> particiones2 4
--    [[4],[3,1],[2,2],[2,1,1],[1,1,1,1]]
--    λ> particiones2 5
--    [[5],[4,1],[3,2],[3,1,1],[2,2,1],[2,1,1,1],[1,1,1,1,1]]
particiones2 :: Integer -> [[Integer]]
particiones2 n = aux `genericIndex` n
  where aux = [] : map particiones [1..]
          where particiones n = [n] : [x:p | x <- [n,n-1..1]
                                           , p <- aux `genericIndex` (n-x) 
                                           , x >= head p]

-- 3ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones3 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones3 0 = 1
maximoProductoParticiones3 n =
  maximum [(n-i) * maximoProductoParticiones3 i | i <- [0..n-1]]

-- 4ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones4 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones4 n =
  maximosProductosParticiones `genericIndex` n

maximosProductosParticiones :: [Integer]
maximosProductosParticiones = 1 : f [1]
  where f xs = y : f (y:xs)
          where y = maximum (zipWith (*) [1..] xs)

-- 5ª definición
-- =============

maximoProductoParticiones5 :: Integer -> Integer
maximoProductoParticiones5 1 = 1
maximoProductoParticiones5 n
  | r == 0 = 3^q
  | r == 1 = 4 * 3^(q-1)
  | r == 2 = 2 * 3 ^q
  where (q,r) = quotRem n 3
        
-- Comparación de eficiencia                                        
-- =========================

-- La comparación es
--    λ> maximoProductoParticiones1 20
--    1458
--    (5.42 secs, 832,283,184 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones2 20
--    1458
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones3 20
--    1458
--    (3.18 secs, 524,500,000 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones4 20
--    1458
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> maximoProductoParticiones2 50
--    86093442
--    (9.18 secs, 980,524,320 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones4 50
--    86093442
--    (0.01 secs, 1,381,192 bytes)
--    λ> maximoProductoParticiones5 50
--    86093442
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> length (show (maximoProductoParticiones4 2000))
--    319
--    (2.93 secs, 638,270,872 bytes)
--    λ> length (show (maximoProductoParticiones5 2000))
--    319
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_factores :: Integer -> Property
prop_factores n =
  n > 0 ==> primeFactors (maximoProductoParticiones5 n) `contenido` [2,3]

contenido :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
contenido xs ys = all (`elem` ys) xs

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

100

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118

119

120

import Data.List (genericIndex, sort)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

maximoProductoParticiones1 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones1 n =

maximum [product xs | xs <- particiones1 n]

-- (particiones1 n) es la lista de las particiones de n. Por ejemplo,

-- λ> particiones1 4

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

-- λ> particiones1 5

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

particiones1 :: Integer -> [[Integer]]

particiones1 0 = [[]]

particiones1 n = [x:y | x <- [n,n-1..1]

, y <- particiones1 (n-x)

, [x] >= take 1 y]

-- 2ª definición

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

maximoProductoParticiones2 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones2 n =

maximum [product xs | xs <- particiones2 n]

-- (particiones2 n) es la lista de las particiones de n. Por ejemplo,

-- λ> particiones2 4

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

-- λ> particiones2 5

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

particiones2 :: Integer -> [[Integer]]

particiones2 n = aux `genericIndex` n

where aux = [] : map particiones [1..]

where particiones n = [n] : [x:p | x <- [n,n-1..1]

, p <- aux `genericIndex` (n-x)

, x >= head p]

-- 3ª definición

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

maximoProductoParticiones3 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones3 0 = 1

maximoProductoParticiones3 n =

maximum [(n-i) * maximoProductoParticiones3 i | i <- [0..n-1]]

-- 4ª definición

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

maximoProductoParticiones4 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones4 n =

maximosProductosParticiones `genericIndex` n

maximosProductosParticiones :: [Integer]

maximosProductosParticiones = 1 : f [1]

where f xs = y : f (y:xs)

where y = maximum (zipWith (*) [1..] xs)

-- 5ª definición

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

maximoProductoParticiones5 :: Integer -> Integer

maximoProductoParticiones5 1 = 1

maximoProductoParticiones5 n

| r == 0 = 3^q

| r == 1 = 4 * 3^(q-1)

| r == 2 = 2 * 3 ^q

where (q,r) = quotRem n 3

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> maximoProductoParticiones1 20

-- 1458

-- (5.42 secs, 832,283,184 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones2 20

-- 1458

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones3 20

-- 1458

-- (3.18 secs, 524,500,000 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones4 20

-- 1458

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones2 50

-- 86093442

-- (9.18 secs, 980,524,320 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones4 50

-- 86093442

-- (0.01 secs, 1,381,192 bytes)

-- λ> maximoProductoParticiones5 50

-- 86093442

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (maximoProductoParticiones4 2000))

-- 319

-- (2.93 secs, 638,270,872 bytes)

-- λ> length (show (maximoProductoParticiones5 2000))

-- 319

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_factores :: Integer -> Property

prop_factores n =

n > 0 ==> primeFactors (maximoProductoParticiones5 n) `contenido` [2,3]

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

contenido xs ys = all (`elem` ys) xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_factores

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencia

Máximo producto en la partición de un número (1) de Antonio Roldán en el blog Números y hoja de cálculo.
Sucesión A000792 de la OEIS.

Caminos en una retícula

PorJosé A. Alonso 26-mayo-20162-junio-2016

El problema de los caminos en una retícula consiste en, dada una retícula rectangular con m filas y n columnas, determinar todos los caminos para ir desde el vértice inferior izquierdo hasta el vértice superior derecho donde los movimientos permitidos son mover hacia el siguiente vértice a la derecha o arriba.

Por ejemplo, en la siguiente retícula un posible camino es el indicado en rojo.

Para representar los caminos se definen los siguientes tipos de datos:

    data Direccion = D | A deriving (Show, Eq)
    type Camino = [Direccion]

1 2	data Direccion = D \| A deriving (Show, Eq) type Camino = [Direccion]

Por tanto, el camino de la figura anterior se representa por la lista [D,D,A,D,A].

Definir las funciones

   caminos  :: Int -> Int -> [Camino]
   nCaminos :: Int -> Int -> Integer

1 2	caminos :: Int -> Int -> [Camino] nCaminos :: Int -> Int -> Integer

tales que

(caminos m n) es la lista de los caminos en una retícula rectangular con m filas y n columnas. Por ejemplo,

     λ> caminos 2 2
     [[A,A,D,D],[A,D,A,D],[A,D,D,A],[D,A,A,D],[D,A,D,A],[D,D,A,A]]
     λ> caminos 1 3
     [[A,A,A,D],[A,A,D,A],[A,D,A,A],[D,A,A,A]]
     λ> caminos 2 3
     [[A,A,A,D,D],[A,A,D,A,D],[A,A,D,D,A],[A,D,A,A,D],[A,D,A,D,A],[A,D,D,A,A],
      [D,A,A,A,D],[D,A,A,D,A],[D,A,D,A,A],[D,D,A,A,A]]

λ> caminos 2 2

[[A,A,D,D],[A,D,A,D],[A,D,D,A],[D,A,A,D],[D,A,D,A],[D,D,A,A]]

λ> caminos 1 3

[[A,A,A,D],[A,A,D,A],[A,D,A,A],[D,A,A,A]]

λ> caminos 2 3

[[A,A,A,D,D],[A,A,D,A,D],[A,A,D,D,A],[A,D,A,A,D],[A,D,A,D,A],[A,D,D,A,A],

[D,A,A,A,D],[D,A,A,D,A],[D,A,D,A,A],[D,D,A,A,A]]

(nCaminos m n) es el número de los caminos en una retícula rectangular con m filas y n columnas. Por ejemplo,

     nCaminos 2 2  ==  6
     nCaminos 1 3  ==  4
     nCaminos 2 3  ==  10
     length (show (nCaminos 20000 30000))  ==  14612
     length (show (nCaminos 30000 20000))  ==  14612

nCaminos 2 2 == 6

nCaminos 1 3 == 4

nCaminos 2 3 == 10

length (show (nCaminos 20000 30000)) == 14612

length (show (nCaminos 30000 20000)) == 14612

Soluciones

import Data.List (genericLength)

data Direccion = D | A deriving (Show, Eq)

type Camino = [Direccion]

-- Definición de caminos
-- =====================

caminos :: Int -> Int -> [Camino]
caminos 0 n = [replicate n A]
caminos m 0 = [replicate m D]
caminos m n = [A:xs | xs <- caminos m (n-1)] ++
              [D:xs | xs <- caminos (m-1) n]

-- 1ª definición de nCaminos
-- =========================

nCaminos1 :: Int -> Int -> Integer
nCaminos1 m n = genericLength (caminos m n)

-- 2ª definición de nCaminos
-- =========================

nCaminos2 :: Int -> Int -> Integer
nCaminos2 0 n = 1
nCaminos2 m 0 = 1
nCaminos2 m n = nCaminos2 m (n-1) + nCaminos2 (m-1) n

-- 3ª definición de nCaminos
-- =========================

-- Los caminos desde (0,0) a (m,n) son las permutaciones con repetición
-- de m veces la D y n veces la A. Por tanto, su número es
--    (m+n)! / m!*n!

nCaminos3 :: Int -> Int -> Integer
nCaminos3 m n = 
    fact (m+n) `div` (fact m * fact n)

fact :: Int -> Integer
fact n = product [1..fromIntegral n]

-- 4ª solución de nCaminos
-- =======================

nCaminos4 :: Int -> Int -> Integer
nCaminos4 m n = 
    product [a+1..a+b] `div` product [2..b]
    where m' = fromIntegral m
          n' = fromIntegral n
          a  = max m' n'
          b  = min m' n'

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

--    λ> nCaminos1 10 10
--    184756
--    (3.50 secs, 656,909,648 bytes)
--    λ> nCaminos2 10 10
--    184756
--    (0.50 secs, 47,330,272 bytes)
--    λ> nCaminos3 10 10
--    184756
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> nCaminos4 10 10
--    184756
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> nCaminos2 10 15
--    3268760
--    (8.83 secs, 1,142,623,080 bytes)
--    λ> nCaminos3 10 15
--    3268760
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> nCaminos4 10 15
--    3268760
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--
--    λ> let n = 2*10^4 
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> length (show (nCaminos3 n n))
--    12039
--    (8.41 secs, 2,369,767,480 bytes)
--    λ> length (show (nCaminos4 n n))
--    12039
--    (2.98 secs, 833,386,648 bytes)

import Data.List (genericLength)

data Direccion = D | A deriving (Show, Eq)

type Camino = [Direccion]

-- Definición de caminos

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

caminos :: Int -> Int -> [Camino]

caminos 0 n = [replicate n A]

caminos m 0 = [replicate m D]

caminos m n = [A:xs | xs <- caminos m (n-1)] ++

[D:xs | xs <- caminos (m-1) n]

-- 1ª definición de nCaminos

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

nCaminos1 :: Int -> Int -> Integer

nCaminos1 m n = genericLength (caminos m n)

-- 2ª definición de nCaminos

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

nCaminos2 :: Int -> Int -> Integer

nCaminos2 0 n = 1

nCaminos2 m 0 = 1

nCaminos2 m n = nCaminos2 m (n-1) + nCaminos2 (m-1) n

-- 3ª definición de nCaminos

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

-- Los caminos desde (0,0) a (m,n) son las permutaciones con repetición

-- de m veces la D y n veces la A. Por tanto, su número es

-- (m+n)! / m!*n!

nCaminos3 :: Int -> Int -> Integer

nCaminos3 m n =

fact (m+n) `div` (fact m * fact n)

fact :: Int -> Integer

fact n = product [1..fromIntegral n]

-- 4ª solución de nCaminos

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

nCaminos4 :: Int -> Int -> Integer

nCaminos4 m n =

product [a+1..a+b] `div` product [2..b]

where m' = fromIntegral m

n' = fromIntegral n

a = max m' n'

b = min m' n'

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nCaminos1 10 10

-- 184756

-- (3.50 secs, 656,909,648 bytes)

-- λ> nCaminos2 10 10

-- 184756

-- (0.50 secs, 47,330,272 bytes)

-- λ> nCaminos3 10 10

-- 184756

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> nCaminos4 10 10

-- 184756

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> nCaminos2 10 15

-- 3268760

-- (8.83 secs, 1,142,623,080 bytes)

-- λ> nCaminos3 10 15

-- 3268760

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> nCaminos4 10 15

-- 3268760

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> let n = 2*10^4

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> length (show (nCaminos3 n n))

-- 12039

-- (8.41 secs, 2,369,767,480 bytes)

-- λ> length (show (nCaminos4 n n))

-- 12039

-- (2.98 secs, 833,386,648 bytes)

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]]

Factorial generalizado

PorJosé A. Alonso 4-abril-201611-abril-2016

El factorial generalizado de x respecto de y y z es el producto x(x-z)(x-2z) … (x-(y-1)z). Por ejemplo, el factorial generalizado de 7 respecto de 3 y 2 es 7x5x3 = 105 y el de 7 respecto de 2 y 3 es 7×4 = 28

Definir la función

   factGen :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

1	factGen :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

tal que (factGen x y z) es el factorial generalizado de x respecto de y y z. Por ejemplo,

   factGen 7 3 2  ==  105
   factGen 7 2 3  ==  28

1 2	factGen 7 3 2 == 105 factGen 7 2 3 == 28

Nota: Se supone que x, y y z son positivos y z < x.

Comprobar con QuickCheck que (factGen x x 1) es el factorial de x.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición (por comprensión):
factGen :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer
factGen x y z = product [x,x-z..x-(y-1)*z]

-- 2ª definición (por recursión):
factGen2 :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer
factGen2 x 1 _ = x
factGen2 x y z = x * factGen2 (x-z) (y-1) z

-- Propiedad de equivalencia
prop_equiv :: Positive Integer
           -> Positive Integer -> Positive Integer -> Property
prop_equiv (Positive x) (Positive y) (Positive z) =
    z < x ==> factGen x y z == factGen2 x y z

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.
      
-- La propiedad es       
prop_factGen :: Positive Integer -> Bool
prop_factGen (Positive x) =
    factGen x x 1 == product [1..x]

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

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición (por comprensión):

factGen :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

factGen x y z = product [x,x-z..x-(y-1)*z]

-- 2ª definición (por recursión):

factGen2 :: Integer -> Integer -> Integer -> Integer

factGen2 x 1 _ = x

factGen2 x y z = x * factGen2 (x-z) (y-1) z

-- Propiedad de equivalencia

prop_equiv :: Positive Integer

-> Positive Integer -> Positive Integer -> Property

prop_equiv (Positive x) (Positive y) (Positive z) =

z < x ==> factGen x y z == factGen2 x y z

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La propiedad es

prop_factGen :: Positive Integer -> Bool

prop_factGen (Positive x) =

factGen x x 1 == product [1..x]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_factGen

-- +++ OK, passed 100 tests.

Solución en Maxima

factGen (x,y,z) := genfact (x,y,z)$

1	factGen (x,y,z) := genfact (x,y,z)$

Dígitos en la factorización

PorJosé A. Alonso 19-febrero-20162-marzo-2016

El enunciado del problema 652 de Números y algo más es el siguiente

Si factorizamos los factoriales de un número en función de sus divisores primos y sus potencias, ¿Cuál es el menor número n tal que entre los factores primos y los exponentes de estos, n! contiene los dígitos del cero al nueve? Por ejemplo

6! = 2⁴x3²x5¹, le faltan los dígitos 0,6,7,8 y 9

12! = 2¹⁰x3⁵x5²x7¹x11¹, le faltan los dígitos 4,6,8 y 9

Definir la función

   digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

1	digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

tal que (digitosDeFactorizacion n) es el conjunto de los dígitos que aparecen en la factorización de n. Por ejemplo,

   digitosDeFactorizacion (factorial 6)   ==  [1,2,3,4,5]
   digitosDeFactorizacion (factorial 12)  ==  [0,1,2,3,5,7]

1 2	digitosDeFactorizacion (factorial 6) == [1,2,3,4,5] digitosDeFactorizacion (factorial 12) == [0,1,2,3,5,7]

Usando la función anterior, calcular la solución del problema.

Comprobar con QuickCheck que si n es mayor que 100, entonces

   digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]

1	digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]

Soluciones

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

-- 1ª definición
-- =============

digitosDeFactorizacion1 :: Integer -> [Integer]
digitosDeFactorizacion1 n =
   sort (nub (concat [digitos x | x <- numerosDeFactorizacion n]))

-- (digitos n) es la lista de los digitos del número n. Por ejemplo, 
--    digitos 320274  ==  [3,2,0,2,7,4]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [x] | x <- show n]

-- (numerosDeFactorizacion n) es el conjunto de los números en la
-- factorización de n. Por ejemplo,
--    numerosDeFactorizacion 60  ==  [1,2,3,5]
numerosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]
numerosDeFactorizacion n = 
   sort (nub (aux (factorizacion n)))
   where aux [] = []
         aux ((x,y):zs) = x : y : aux zs

-- (factorización n) es la factorización de n. Por ejemplo,
--    factorizacion 300  ==  [(2,2),(3,1),(5,2)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n = 
    [(head xs, genericLength xs) | xs <- group (factorizacion' n)]

-- (factorizacion' n) es la lista de todos los factores primos de n; es
-- decir, es una lista de números primos cuyo producto es n. Por ejemplo,
--    factorizacion 300  ==  [2,2,3,5,5]
factorizacion' :: Integer -> [Integer]
factorizacion' n | n == 1    = []
                 | otherwise = x : factorizacion' (div n x)
                 where x = menorFactor n

-- (menorFactor n) es el menor factor primo de n. Por ejemplo,
--    menorFactor 15  ==  3
menorFactor :: Integer -> Integer
menorFactor n = head [x | x <- [2..], rem n x == 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,
--    factorial 5  ==  120
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 2ª definición
-- =============

digitosDeFactorizacion2 :: Integer -> [Integer]
digitosDeFactorizacion2 n =
   sort (nub (concat [digitos x | x <- numerosDeFactorizacion2 n]))

-- (numerosDeFactorizacion2 n) es el conjunto de los números en la
-- factorización de n. Por ejemplo,
--    numerosDeFactorizacion2 60  ==  [1,2,3,5]
numerosDeFactorizacion2 :: Integer -> [Integer]
numerosDeFactorizacion2 n = 
    sort (nub (aux (factorizacion2 n)))
    where aux xs = concat [[a,b] | (a,b) <- xs]

-- (factorización2 n) es la factorización de n. Por ejemplo,
--    factorizacion2 300  ==  [(2,2),(3,1),(5,2)]
factorizacion2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion2 n =
    [(head xs, genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 3ª definición
-- =============

digitosDeFactorizacion3 :: Integer -> [Integer]
digitosDeFactorizacion3 n =
    sort (nub (concat [digitos x | x <- aux (group (primeFactors n))]))
    where aux  []            = []
          aux (ys@(y:_):xss) = y : genericLength ys : aux xss

-- Definición
-- ==========

digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]
digitosDeFactorizacion = digitosDeFactorizacion3

-- Solución
-- ========

-- Para calcular la solución, se define la constante
solucion :: Integer
solucion = 
    head [n | n <- [1..], digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]]

-- El cálculo de la solución es
--    ghci> solucion2
--    49

-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad es
prop_completa :: Integer -> Bool
prop_completa n =
    digitosDeFactorizacion (factorial n1) == [0..9]
    where n1 = 101 + abs n

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

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

import Data.List (genericLength, group, nub, sort)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

digitosDeFactorizacion1 :: Integer -> [Integer]

digitosDeFactorizacion1 n =

sort (nub (concat [digitos x | x <- numerosDeFactorizacion n]))

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

-- digitos 320274 == [3,2,0,2,7,4]

digitos :: Integer -> [Integer]

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

-- (numerosDeFactorizacion n) es el conjunto de los números en la

-- factorización de n. Por ejemplo,

-- numerosDeFactorizacion 60 == [1,2,3,5]

numerosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

numerosDeFactorizacion n =

sort (nub (aux (factorizacion n)))

where aux [] = []

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

-- (factorización n) es la factorización de n. Por ejemplo,

-- factorizacion 300 == [(2,2),(3,1),(5,2)]

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

factorizacion n =

[(head xs, genericLength xs) | xs <- group (factorizacion' n)]

-- (factorizacion' n) es la lista de todos los factores primos de n; es

-- decir, es una lista de números primos cuyo producto es n. Por ejemplo,

-- factorizacion 300 == [2,2,3,5,5]

factorizacion' :: Integer -> [Integer]

factorizacion' n | n == 1 = []

| otherwise = x : factorizacion' (div n x)

where x = menorFactor n

-- (menorFactor n) es el menor factor primo de n. Por ejemplo,

-- menorFactor 15 == 3

menorFactor :: Integer -> Integer

menorFactor n = head [x | x <- [2..], rem n x == 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,

-- factorial 5 == 120

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 2ª definición

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

digitosDeFactorizacion2 :: Integer -> [Integer]

digitosDeFactorizacion2 n =

sort (nub (concat [digitos x | x <- numerosDeFactorizacion2 n]))

-- (numerosDeFactorizacion2 n) es el conjunto de los números en la

-- factorización de n. Por ejemplo,

-- numerosDeFactorizacion2 60 == [1,2,3,5]

numerosDeFactorizacion2 :: Integer -> [Integer]

numerosDeFactorizacion2 n =

sort (nub (aux (factorizacion2 n)))

where aux xs = concat [[a,b] | (a,b) <- xs]

-- (factorización2 n) es la factorización de n. Por ejemplo,

-- factorizacion2 300 == [(2,2),(3,1),(5,2)]

factorizacion2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

factorizacion2 n =

[(head xs, genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 3ª definición

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

digitosDeFactorizacion3 :: Integer -> [Integer]

digitosDeFactorizacion3 n =

sort (nub (concat [digitos x | x <- aux (group (primeFactors n))]))

where aux [] = []

aux (ys@(y:_):xss) = y : genericLength ys : aux xss

-- Definición

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

digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

digitosDeFactorizacion = digitosDeFactorizacion3

-- Solución

-- ========

-- Para calcular la solución, se define la constante

solucion :: Integer

solucion =

head [n | n <- [1..], digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]]

-- El cálculo de la solución es

-- ghci> solucion2

-- 49

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_completa :: Integer -> Bool

prop_completa n =

digitosDeFactorizacion (factorial n1) == [0..9]

where n1 = 101 + abs n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_completa

-- +++ OK, passed 100 tests.

La solución en Maxima

/* digitos(n) es la lista de los digitos del número n. Por ejemplo, 
      digitos (320274) == [3,2,0,2,7,4]
*/      
digitos (n) := charlist (string (n))$

digitosDeFactorizacion (n) :=
   unique (apply (append, map (digitos, apply (append, ifactors (n))))) $

solucion () := block ([n:1],
  while length (digitosDeFactorizacion (n!)) < 10 do
     n : n+1,
  n)$   

/*
   (%i5) digitosDeFactorizacion (6!);
   (%o5) [1, 2, 3, 4, 5]

   (%i6) solucion ();
   (%o6) 49
*/

/* digitos(n) es la lista de los digitos del número n. Por ejemplo,

digitos (320274) == [3,2,0,2,7,4]

digitos (n) := charlist (string (n))$

digitosDeFactorizacion (n) :=

unique (apply (append, map (digitos, apply (append, ifactors (n))))) $

solucion () := block ([n:1],

while length (digitosDeFactorizacion (n!)) < 10 do

n : n+1,

n)$

(%i5) digitosDeFactorizacion (6!);

(%o5) [1, 2, 3, 4, 5]

(%i6) solucion ();

(%o6) 49

Puntos visibles en la cuadrícula de un plano

PorJosé A. Alonso 13-enero-20161-mayo-2016

La cuadrícula entera de lado n, Cₙ, es el conjunto de los puntos (x,y) donde x e y son números enteros tales que 1 ≤ x, y ≤ n.

Un punto (x,y) de Cₙ es visible desde el origen si el máximo común divisor de x e y es 1. Por ejemplo, el punto (4,6) no es visible porque está ocultado por el (2,3); en cambio, el (2,3) sí es visible.

El conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula entera de lado 6 son (1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,5), (1,6), (2,1), (2,3), (2,5), (3,1), (3,2), (3,4), (3,5), (4,1), (4,3), (4,5), (5,1), (5,2), (5,3), (5,4), (5,6), (6,1) y (6,5).

Definir la función

   nVisibles :: Integer -> Integer

1	nVisibles :: Integer -> Integer

tal que (nVisibles n) es el número de los puntos visibles en la cuadrícula de lado n.Por ejemplo,

   nVisibles 6       ==  23
   nVisibles 10      ==  63
   nVisibles 100     ==  6087
   nVisibles 1000    ==  608383
   nVisibles 10000   ==  60794971
   nVisibles 100000  ==  6079301507

nVisibles 6 == 23

nVisibles 10 == 63

nVisibles 100 == 6087

nVisibles 1000 == 608383

nVisibles 10000 == 60794971

nVisibles 100000 == 6079301507

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, sort)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

type Punto = (Integer,Integer)

-- (visible p) se verifica si el punto p es visible. Por ejemplo,
--    visible (4,5)  ==  True
--    visible (4,6)  ==  False
visible :: Punto -> Bool
visible (x,y) = gcd x y == 1

-- (visibles n) es el conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula
-- de lado 1. Por ejemplo,
-- cuadrado 1 <= x, y <= n. Por ejemplo,
--    λ> sort (visibles 6)
--    [(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6),(2,1),(2,3),(2,5),(3,1),(3,2),(3,4),
--     (3,5),(4,1),(4,3),(4,5),(5,1),(5,2),(5,3),(5,4),(5,6),(6,1),(6,5)]

-- 1ª definición de visibles
visibles1 :: Integer -> [Punto]
visibles1 n = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [1..n], visible (x,y)]

-- 2ª definición de visibles
visibles2 :: Integer -> [Punto]
visibles2 n = (1,1) : ps ++ [(y,x) | (x,y) <- ps] 
    where ps = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [x+1..n], visible (x,y)]

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

--    λ> length (visibles1 1000)
--    608383
--    (3.40 secs, 758,346,208 bytes)
--    λ> length (visibles2 1000)
--    608383
--    (2.22 secs, 464,276,856 bytes)

-- Usaremos la 2ª definición de visibles
visibles :: Integer -> [Punto]
visibles = visibles2

-- 1ª definición de nVisibles
nVisibles1 :: Integer -> Integer
nVisibles1 = genericLength . visibles


-- 2ª definición de nVisibles
nVisibles2 :: Integer -> Integer
nVisibles2 n = 
    1 + 2 * genericLength [(x,y) | x <- [1..n], 
                                   y <- [x+1..n], 
                                   visible (x,y)]

-- 3ª definición de nVisibles
nVisibles3 :: Integer -> Integer
nVisibles3 1 = 1
nVisibles3 n = nVisibles3 (n-1) + (2 * phi n)

-- La función φ de Euler (del ejercicio anterior).
phi :: Integer -> Integer
phi n = product [(p-1)*p^(e-1) | (p,e) <- factorizacion n] 
    
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n =
    [(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 4ª definición de nVisibles
nVisibles4 :: Integer -> Integer
nVisibles4 n = 2 * sum [phi x | x <- [1..n]] - 1

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

--    λ> nVisibles1 1000
--    608383
--    (2.69 secs, 521,599,512 bytes)
--    λ> nVisibles2 1000
--    608383
--    λ> nVisibles3 1000
--    608383
--    (0.05 secs, 0 bytes)
--    λ> nVisibles4 1000
--    608383
--    (0.04 secs, 0 bytes)

import Data.List (genericLength, group, sort)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

type Punto = (Integer,Integer)

-- (visible p) se verifica si el punto p es visible. Por ejemplo,

-- visible (4,5) == True

-- visible (4,6) == False

visible :: Punto -> Bool

visible (x,y) = gcd x y == 1

-- (visibles n) es el conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula

-- de lado 1. Por ejemplo,

-- cuadrado 1 <= x, y <= n. Por ejemplo,

-- λ> sort (visibles 6)

-- [(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6),(2,1),(2,3),(2,5),(3,1),(3,2),(3,4),

-- (3,5),(4,1),(4,3),(4,5),(5,1),(5,2),(5,3),(5,4),(5,6),(6,1),(6,5)]

-- 1ª definición de visibles

visibles1 :: Integer -> [Punto]

visibles1 n = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [1..n], visible (x,y)]

-- 2ª definición de visibles

visibles2 :: Integer -> [Punto]

visibles2 n = (1,1) : ps ++ [(y,x) | (x,y) <- ps]

where ps = [(x,y) | x <- [1..n], y <- [x+1..n], visible (x,y)]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (visibles1 1000)

-- 608383

-- (3.40 secs, 758,346,208 bytes)

-- λ> length (visibles2 1000)

-- 608383

-- (2.22 secs, 464,276,856 bytes)

-- Usaremos la 2ª definición de visibles

visibles :: Integer -> [Punto]

visibles = visibles2

-- 1ª definición de nVisibles

nVisibles1 :: Integer -> Integer

nVisibles1 = genericLength . visibles

-- 2ª definición de nVisibles

nVisibles2 :: Integer -> Integer

nVisibles2 n =

1 + 2 * genericLength [(x,y) | x <- [1..n],

y <- [x+1..n],

visible (x,y)]

-- 3ª definición de nVisibles

nVisibles3 :: Integer -> Integer

nVisibles3 1 = 1

nVisibles3 n = nVisibles3 (n-1) + (2 * phi n)

-- La función φ de Euler (del ejercicio anterior).

phi :: Integer -> Integer

phi n = product [(p-1)*p^(e-1) | (p,e) <- factorizacion n]

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

factorizacion n =

[(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

-- 4ª definición de nVisibles

nVisibles4 :: Integer -> Integer

nVisibles4 n = 2 * sum [phi x | x <- [1..n]] - 1

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nVisibles1 1000

-- 608383

-- (2.69 secs, 521,599,512 bytes)

-- λ> nVisibles2 1000

-- 608383

-- λ> nVisibles3 1000

-- 608383

-- (0.05 secs, 0 bytes)

-- λ> nVisibles4 1000

-- 608383

-- (0.04 secs, 0 bytes)

Referencias

N.J.A. Sloane, Sucesión A018805 en OEIS.

Parte libre de cuadrados y parte cuadrada de un número

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

La parte libre de cuadrados de un número n es el producto de todos sus divisores primos con exponente impar en la factorización prima de n. Por ejemplo, la parte libre de cuadrados de 360 es 10 ya que 360 = 2³3²5 y 2.5 = 10; además, 360 = 10.6²

La parte cuadrada de un número n es el mayor número cuadrado que divide a n. Por ejemplo, la parte cuadrada de 360 es 6.

Definir las funciones

   parteLibre    :: Integer -> Integer
   parteCuadrada :: Integer -> Integer

1 2	parteLibre :: Integer -> Integer parteCuadrada :: Integer -> Integer

tales que

(parteLibre x) es la parte libre de x. Por ejemplo,

     parteLibre 360                 ==  10
     parteLibre 1800                ==  2
     [parteLibre n | n <- [1..14]]  ==  [1,2,3,1,5,6,7,2,1,10,11,3,13,14]

parteLibre 360 == 10

parteLibre 1800 == 2

[parteLibre n | n <- [1..14]] == [1,2,3,1,5,6,7,2,1,10,11,3,13,14]

(parteCuadrada x) es la parte cuadrada de x. Por ejemplo,

     parteCuadrada 360                 ==  36
     parteCuadrada 1800                ==  900
     [parteCuadrada n | n <- [1..14]]  ==  [1,1,1,4,1,1,1,4,9,1,1,4,1,1]

parteCuadrada 360 == 36

parteCuadrada 1800 == 900

[parteCuadrada n | n <- [1..14]] == [1,1,1,4,1,1,1,4,9,1,1,4,1,1]

Soluciones

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

parteLibre :: Integer -> Integer
parteLibre n = product [p | (p,e) <- factorizacion n, odd e]

-- (factorizacion n) es la factorización de n. Por ejemplo, 
--    factorizacion  600  ==  [(2,3),(3,1),(5,2)]
--    factorizacion 1400  ==  [(2,3),(5,2),(7,1)]
factorizacion :: Integer -> [(Integer,Integer)]
factorizacion n =
    [(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

parteCuadrada :: Integer -> Integer
parteCuadrada n = n `div` parteLibre n

import Data.List (group, genericLength)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

parteLibre :: Integer -> Integer

parteLibre n = product [p | (p,e) <- factorizacion n, odd e]

-- (factorizacion n) es la factorización de n. Por ejemplo,

-- factorizacion 600 == [(2,3),(3,1),(5,2)]

-- factorizacion 1400 == [(2,3),(5,2),(7,1)]

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

factorizacion n =

[(head xs,genericLength xs) | xs <- group (primeFactors n)]

parteCuadrada :: Integer -> Integer

parteCuadrada n = n `div` parteLibre n

Referencias

N.J.A. Sloane, Sequence A008833 en OEIS.
N.J.A. Sloane, Sequence A007913 en OEIS.
E.W. Weisstein, Square part en MathWorld.
E.W. Weisstein, Squarefree part en MathWorld.

Producto infinito

PorJosé A. Alonso 22-diciembre-201525-marzo-2022

Definir la función

   productoInfinito :: [Int] -> [Int]

1	productoInfinito :: [Int] -> [Int]

tal que (productoInfinito xs) es la lista infinita que en la posición N tiene el producto de los N primeros elementos de la lista infinita xs. Por ejemplo,

   take 5 (productoInfinito [1..])    ==  [1,2,6,24,120]
   take 5 (productoInfinito [2,4..])  ==  [2,8,48,384,3840]
   take 5 (productoInfinito [1,3..])  ==  [1,3,15,105,945]

take 5 (productoInfinito [1..]) == [1,2,6,24,120]

take 5 (productoInfinito [2,4..]) == [2,8,48,384,3840]

take 5 (productoInfinito [1,3..]) == [1,3,15,105,945]

Nota: Este ejercicio es parte del examen del grupo 3 del 2 de diciembre.

Soluciones

-- 1ª definición (por comprensión):
productoInfinito1 :: [Integer] -> [Integer]
productoInfinito1 xs = [product (take n xs) | n <- [1..]]

-- 2ª definición (por recursión)
productoInfinito2 :: [Integer] -> [Integer]
productoInfinito2 (x:y:zs) = x : productoInfinito2 (x*y:zs)

-- 2ª definición (por recursión y map)
productoInfinito3 :: [Integer] -> [Integer]
productoInfinito3 []     = [1]
productoInfinito3 (x:xs) = map (x*) (1 : productoInfinito3 xs)

-- 4ª definición (con scanl1)
productoInfinito4 :: [Integer] -> [Integer]
productoInfinito4 = scanl1 (*)

-- Comparación de eficiencia
--    λ> take 20 (show (productoInfinito1 [2,4..] !! 10000))
--    "11358071114466915693"
--    (0.35 secs, 98,287,328 bytes)
--    λ> take 20 (show (productoInfinito2 [2,4..] !! 10000))
--    "11358071114466915693"
--    (0.35 secs, 98,840,440 bytes)
--    λ> take 20 (show (productoInfinito3 [2,4..] !! 10000))
--    "11358071114466915693"
--    (7.36 secs, 6,006,360,472 bytes)
--    λ> take 20 (show (productoInfinito4 [2,4..] !! 10000))
--    "11358071114466915693"
--    (0.34 secs, 96,367,000 bytes)

-- 1ª definición (por comprensión):

productoInfinito1 :: [Integer] -> [Integer]

productoInfinito1 xs = [product (take n xs) | n <- [1..]]

-- 2ª definición (por recursión)

productoInfinito2 :: [Integer] -> [Integer]

productoInfinito2 (x:y:zs) = x : productoInfinito2 (x*y:zs)

-- 2ª definición (por recursión y map)

productoInfinito3 :: [Integer] -> [Integer]

productoInfinito3 [] = [1]

productoInfinito3 (x:xs) = map (x*) (1 : productoInfinito3 xs)

-- 4ª definición (con scanl1)

productoInfinito4 :: [Integer] -> [Integer]

productoInfinito4 = scanl1 (*)

-- Comparación de eficiencia

-- λ> take 20 (show (productoInfinito1 [2,4..] !! 10000))

-- "11358071114466915693"

-- (0.35 secs, 98,287,328 bytes)

-- λ> take 20 (show (productoInfinito2 [2,4..] !! 10000))

-- "11358071114466915693"

-- (0.35 secs, 98,840,440 bytes)

-- λ> take 20 (show (productoInfinito3 [2,4..] !! 10000))

-- "11358071114466915693"

-- (7.36 secs, 6,006,360,472 bytes)

-- λ> take 20 (show (productoInfinito4 [2,4..] !! 10000))

-- "11358071114466915693"

-- (0.34 secs, 96,367,000 bytes)

Productos de N números consecutivos

PorJosé A. Alonso 17-noviembre-201526-marzo-2022

La semana pasada se planteó en Twitter el siguiente problema

Se observa que

      1x2x3x4 = 2x3x4 
      2x3x4x5 = 4x5x6

1 2	1x2x3x4 = 2x3x4 2x3x4x5 = 4x5x6

¿Existen ejemplos de otros productos de cuatro enteros consecutivos iguales a un producto de tres enteros consecutivos?

Definir la función

   esProductoDeNconsecutivos :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

1	esProductoDeNconsecutivos :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

tal que (esProductoDeNconsecutivos n x) es (Just m) si x es el producto de n enteros consecutivos a partir de m y es Nothing si x no es el producto de n enteros consecutivos. Por ejemplo,

   esProductoDeNconsecutivos 3   6  == Just 1
   esProductoDeNconsecutivos 4   6  == Nothing
   esProductoDeNconsecutivos 4  24  == Just 1
   esProductoDeNconsecutivos 3  24  == Just 2
   esProductoDeNconsecutivos 3 120  == Just 4
   esProductoDeNconsecutivos 4 120  == Just 2

esProductoDeNconsecutivos 3 6 == Just 1

esProductoDeNconsecutivos 4 6 == Nothing

esProductoDeNconsecutivos 4 24 == Just 1

esProductoDeNconsecutivos 3 24 == Just 2

esProductoDeNconsecutivos 3 120 == Just 4

esProductoDeNconsecutivos 4 120 == Just 2

Para ejemplos mayores,

   λ> esProductoDeNconsecutivos 3 (product [10^20..2+10^20])
   Just 100000000000000000000
   λ> esProductoDeNconsecutivos2 4 (product [10^20..2+10^20])
   Nothing
   λ> esProductoDeNconsecutivos2 4 (product [10^20..3+10^20])
   Just 100000000000000000000

λ> esProductoDeNconsecutivos 3 (product [10^20..2+10^20])

Just 100000000000000000000

λ> esProductoDeNconsecutivos2 4 (product [10^20..2+10^20])

Nothing

λ> esProductoDeNconsecutivos2 4 (product [10^20..3+10^20])

Just 100000000000000000000

Usando la función esProductoDeNconsecutivos resolver el problema.

Soluciones

import Data.Maybe

-- 1ª definición
esProductoDeNconsecutivos1 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer
esProductoDeNconsecutivos1 n x 
    | null productos = Nothing
    | otherwise      = Just (head productos)
    where productos = [m | m <- [1..x-n], product [m..m+n-1] == x]

-- 2ª definición
esProductoDeNconsecutivos2 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer
esProductoDeNconsecutivos2 n x = aux k
    where k = floor (fromIntegral x ** (1/(fromIntegral n))) - (n `div` 2)
          aux m | y == x    = Just m
                | y <  x    = aux (m+1)
                | otherwise = Nothing
                where y = product [m..m+n-1]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> esProductoDeNconsecutivos1 3 (product [10^7..2+10^7])
--    Just 10000000
--    (12.37 secs, 5678433692 bytes)
--    λ> esProductoDeNconsecutivos2 3 (product [10^7..2+10^7])
--    Just 10000000
--    (0.00 secs, 1554932 bytes)

-- Solución del problema
-- =====================

soluciones :: [Integer]
soluciones = [x | x <- [121..]
                , isJust (esProductoDeNconsecutivos2 4 x)
                , isJust (esProductoDeNconsecutivos2 3 x)]

-- El cálculo es
--    λ> head soluciones
--    175560
--    λ> esProductoDeNconsecutivos2 4 175560
--    Just 19
--    λ> esProductoDeNconsecutivos2 3 175560
--    Just 55
--    λ> product [19,20,21,22] 
--    175560
--    λ> product [55,56,57]
--    175560
--    λ> product [19,20,21,22] == product [55,56,57]
--    True

-- Se puede definir una función para automatizar el proceso anterior:
soluciones2 :: [(Integer,[Integer],[Integer])]
soluciones2 = [(x,[a..a+3],[b..b+2]) 
               | x <- [121..]
               , let y = esProductoDeNconsecutivos2 4 x
               , isJust y
               , let z = esProductoDeNconsecutivos2 3 x
               , isJust z
               , let a = fromJust y
               , let b = fromJust z
               ]

-- El cálculo es 
--    λ> head soluciones2
--    (175560,[19,20,21,22],[55,56,57])

import Data.Maybe

-- 1ª definición

esProductoDeNconsecutivos1 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

esProductoDeNconsecutivos1 n x

| null productos = Nothing

| otherwise = Just (head productos)

where productos = [m | m <- [1..x-n], product [m..m+n-1] == x]

-- 2ª definición

esProductoDeNconsecutivos2 :: Integer -> Integer -> Maybe Integer

esProductoDeNconsecutivos2 n x = aux k

where k = floor (fromIntegral x ** (1/(fromIntegral n))) - (n `div` 2)

aux m | y == x = Just m

| y < x = aux (m+1)

| otherwise = Nothing

where y = product [m..m+n-1]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> esProductoDeNconsecutivos1 3 (product [10^7..2+10^7])

-- Just 10000000

-- (12.37 secs, 5678433692 bytes)

-- λ> esProductoDeNconsecutivos2 3 (product [10^7..2+10^7])

-- Just 10000000

-- (0.00 secs, 1554932 bytes)

-- Solución del problema

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

soluciones :: [Integer]

soluciones = [x | x <- [121..]

, isJust (esProductoDeNconsecutivos2 4 x)

, isJust (esProductoDeNconsecutivos2 3 x)]

-- El cálculo es

-- λ> head soluciones

-- 175560

-- λ> esProductoDeNconsecutivos2 4 175560

-- Just 19

-- λ> esProductoDeNconsecutivos2 3 175560

-- Just 55

-- λ> product [19,20,21,22]

-- 175560

-- λ> product [55,56,57]

-- 175560

-- λ> product [19,20,21,22] == product [55,56,57]

-- True

-- Se puede definir una función para automatizar el proceso anterior:

soluciones2 :: [(Integer,[Integer],[Integer])]

soluciones2 = [(x,[a..a+3],[b..b+2])

| x <- [121..]

, let y = esProductoDeNconsecutivos2 4 x

, isJust y

, let z = esProductoDeNconsecutivos2 3 x

, isJust z

, let a = fromJust y

, let b = fromJust z

]

-- El cálculo es

-- λ> head soluciones2

-- (175560,[19,20,21,22],[55,56,57])

Números libres de cuadrados

PorJosé A. Alonso 3-noviembre-201525-abril-2021

Un número es libre de cuadrados si no es divisible el cuadrado de ningún entero mayor que 1. Por ejemplo, 70 es libre de cuadrado porque sólo es divisible por 1, 2, 5, 7 y 70; en cambio, 40 no es libre de cuadrados porque es divisible por 2².

Definir la función

   libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

1	libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

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

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

libreDeCuadrados 70 == True

libreDeCuadrados 40 == False

libreDeCuadrados 510510 == True

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

Soluciones

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

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

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

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

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

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

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

--    λ> libreDeCuadrados 510510
--    True
--    (0.76 secs, 89,522,360 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados2 510510
--    True
--    (1.78 secs, 371,826,320 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados3 510510
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición:

libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

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

-- ejemplo,

-- divisoresPrimos 40 == [2,5]

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

divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]

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

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

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

divisores :: Integer -> [Integer]

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

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

-- primo 30 == False

-- primo 31 == True

primo :: Integer -> Bool

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

-- 2ª definición

libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados2 n =

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

-- 3ª definición

libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados3 n =

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

rem n (x^2) == 0]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> libreDeCuadrados 510510

-- True

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

-- λ> libreDeCuadrados2 510510

-- True

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

-- λ> libreDeCuadrados3 510510

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Productos simultáneos de dos y tres números consecutivos

PorJosé A. Alonso 3-marzo-201525-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]]

Mayor producto de n dígitos consecutivos de un número

PorJosé A. Alonso 12-febrero-201525-abril-2021

Definir la función

   mayorProducto :: Int -> Integer -> Integer

1	mayorProducto :: Int -> Integer -> Integer

tal que (mayorProducto n x) es el mayor producto de n dígitos consecutivos del número x (suponiendo que x tiene al menos n dígitos). Por ejemplo,

   mayorProducto 2 325                  ==  10
   mayorProducto 5 11111                ==  1
   mayorProducto 5 113111               ==  3
   mayorProducto 5 110111               ==  0
   mayorProducto 5 10151112             ==  10
   mayorProducto 5 101511124            ==  10
   mayorProducto 5 (product [1..1000])  ==  41472

mayorProducto 2 325 == 10

mayorProducto 5 11111 == 1

mayorProducto 5 113111 == 3

mayorProducto 5 110111 == 0

mayorProducto 5 10151112 == 10

mayorProducto 5 101511124 == 10

mayorProducto 5 (product [1..1000]) == 41472

Soluciones

import Data.List (inits, tails)
import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª solución
-- ===========

mayorProducto1 :: Int -> Integer -> Integer
mayorProducto1 n x = 
    maximum [product xs | xs <- segmentos n (cifras x)]

-- (cifras x) es la lista de las cifras del número x, de derecha a
-- izquierda. Por ejemplo, 
--    cifras 325  ==  [5,2,3]
cifras :: Integer -> [Integer]
cifras x 
    | x < 10    = [x]
    | otherwise = r : cifras q
    where (q,r) = quotRem x 10

-- (segmentos n xs) es la lista de los segmentos de longitud n de la
-- lista xs. Por ejemplo,
--    segmentos 2 [3,5,4,6]  ==  [[3,5],[5,4],[4,6]]
segmentos :: Int -> [Integer] -> [[Integer]]
segmentos n xs = take (length xs - n + 1) (map (take n) (tails xs))

-- 2ª solución
-- ===========

mayorProducto2 :: Int -> Integer -> Integer
mayorProducto2 n x = maximum (aux ns)
    where ns     = [read [d] | d <- show x]
          aux xs | length xs < n = []
                 | otherwise     = product (take n xs) : aux (tail xs)

-- 3ª solución
-- ===========

mayorProducto3 :: Int -> Integer -> Integer
mayorProducto3 n = maximum . 
                   map (product . take n) .
                   filter ((>=n) . length) .
                   tails . 
                   cifras

-- 4ª solución
-- ===========

mayorProducto4 :: Int -> Integer -> Integer
mayorProducto4 n = maximum . 
                   map (product . map (fromIntegral . digitToInt)) . 
                   filter ((==n) . length) . 
                   concatMap inits . 
                   tails .
                   show

-- ---------------------------------------------------------------------
-- Comparación de soluciones                                          --
-- ---------------------------------------------------------------------

-- Tiempo (en segundos) del cálculo de (mayorProducto4 5 (product [1..]))
-- 
--    | Def | 10   | 100  | 1000 | 5000  |
--    |-----+------+------+------+-------|
--    | 1   | 0.01 | 0.01 | 0.04 |  0.34 |
--    | 2   | 0.01 | 0.01 | 0.07 |  2.86 |
--    | 3   | 0.01 | 0.01 | 0.06 | 12.48 |
--    | 4   | 0.00 | 0.12 |      |       |
...

import Data.List (inits, tails)

import Data.Char (digitToInt)

-- 1ª solución

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

mayorProducto1 :: Int -> Integer -> Integer

mayorProducto1 n x =

maximum [product xs | xs <- segmentos n (cifras x)]

-- (cifras x) es la lista de las cifras del número x, de derecha a

-- izquierda. Por ejemplo,

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

cifras :: Integer -> [Integer]

cifras x

| x < 10 = [x]

| otherwise = r : cifras q

where (q,r) = quotRem x 10

-- (segmentos n xs) es la lista de los segmentos de longitud n de la

-- lista xs. Por ejemplo,

-- segmentos 2 [3,5,4,6] == [[3,5],[5,4],[4,6]]

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

segmentos n xs = take (length xs - n + 1) (map (take n) (tails xs))

-- 2ª solución

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

mayorProducto2 :: Int -> Integer -> Integer

mayorProducto2 n x = maximum (aux ns)

where ns = [read [d] | d <- show x]

aux xs | length xs < n = []

| otherwise = product (take n xs) : aux (tail xs)

-- 3ª solución

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

mayorProducto3 :: Int -> Integer -> Integer

mayorProducto3 n = maximum .

map (product . take n) .

filter ((>=n) . length) .

tails .

cifras

-- 4ª solución

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

mayorProducto4 :: Int -> Integer -> Integer

mayorProducto4 n = maximum .

map (product . map (fromIntegral . digitToInt)) .

filter ((==n) . length) .

concatMap inits .

tails .

show

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

-- Comparación de soluciones --

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

-- Tiempo (en segundos) del cálculo de (mayorProducto4 5 (product [1..]))

-- | Def | 10 | 100 | 1000 | 5000 |

-- |-----+------+------+------+-------|

-- | 1 | 0.01 | 0.01 | 0.04 | 0.34 |

-- | 2 | 0.01 | 0.01 | 0.07 | 2.86 |

-- | 3 | 0.01 | 0.01 | 0.06 | 12.48 |

-- | 4 | 0.00 | 0.12 | | |

...

Menor número triangular con más de n divisores

PorJosé A. Alonso 6-febrero-201525-abril-2021

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales.

Así, el 7º número triangular es

   1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 = 28.

1	1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 = 28.

Los primeros 10 números triangulares son

   1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55, ...

1	1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55, ...

Los divisores de los primeros 7 números triangulares son:

    1: 1
    3: 1,3
    6: 1,2,3,6
   10: 1,2,5,10
   15: 1,3,5,15
   21: 1,3,7,21
   28: 1,2,4,7,14,28

1: 1

3: 1,3

6: 1,2,3,6

10: 1,2,5,10

15: 1,3,5,15

21: 1,3,7,21

28: 1,2,4,7,14,28

Como se puede observar, 28 es el menor número triangular con más de 5 divisores.

Definir la función

   menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer

1	menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer

tal que (menorTriangularConAlMenosNDivisores n) es el menor número triangular que tiene al menos n divisores. Por ejemplo,

   menorTriangularConAlMenosNDivisores 5    ==  28
   menorTriangularConAlMenosNDivisores 50   ==  25200
   menorTriangularConAlMenosNDivisores 500  ==  76576500

menorTriangularConAlMenosNDivisores 5 == 28

menorTriangularConAlMenosNDivisores 50 == 25200

menorTriangularConAlMenosNDivisores 500 == 76576500

Soluciones

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

-- 1ª definición
-- =============

menorTriangularConAlMenosNDivisores1 :: Int -> Integer
menorTriangularConAlMenosNDivisores1 n = 
    head [x | x <- triangulares, nDivisores x >= n]

-- triangulares es la sucesión de los números triangulares. Por ejemplo,
--    take 10 triangulares  ==  [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]
triangulares :: [Integer]
triangulares = scanl (+) 1 [2..]

-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores 28  ==  6
nDivisores :: Integer -> Int
nDivisores x = 
    1 + length [y | y <- [1..x `div` 2], mod x y == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

menorTriangularConAlMenosNDivisores2 :: Int -> Integer
menorTriangularConAlMenosNDivisores2 n = 
    head [x | x <- triangulares, nDivisores2 x >= n]

-- (nDivisores2 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores2 28  ==  6
nDivisores2 :: Integer -> Int
nDivisores2 n = product [1 + length xs | xs <- group (factoresPrimos n)]    

-- (factoresPrimos n) es la lista de los factores primos de n. Por
-- ejemplo, 
--    factoresPrimos 28  ==  [2,2,7]
factoresPrimos :: Integer -> [Integer]
factoresPrimos n = aux n primos
    where aux n (p:ps) 
              | p*p > n        = [n]
              | n `mod` p == 0 = p : aux (n `div` p) (p:ps)
              | otherwise      = aux n ps

-- primos es la lista de los números primos. Por ejemplo,
--    take 10 primos  ==  [2,3,5,7,11,13,17,19,23,29]
primos :: [Integer]
primos = 2 : filter ((==1) . length . factoresPrimos) [3,5..]

-- 3ª solución (usando primes)
-- ===========================

menorTriangularConAlMenosNDivisores3 :: Int -> Integer
menorTriangularConAlMenosNDivisores3 n = 
    head [x | x <- triangulares, nDivisores3 x >= n]

-- (nDivisores3 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores3 28  ==  6
nDivisores3 :: Integer -> Int
nDivisores3 n = product [1 + length xs | xs <- group (factoresPrimos3 n)]    

-- (factoresPrimos3 n) es la lista de los factores primos de n. Por
-- ejemplo, 
--    factoresPrimos3 28  ==  [2,2,7]
factoresPrimos3 n = aux n primes
  where
    aux n (p:ps) 
        | p*p > n        = [n]
        | n `mod` p == 0 = p : aux (n `div` p) (p:ps)
        | otherwise      = aux n ps

-- 4ª solución (usando primeFactors)
-- =================================

menorTriangularConAlMenosNDivisores4 :: Int -> Integer
menorTriangularConAlMenosNDivisores4 n = 
    head [x | x <- triangulares, nDivisores4 x >= n]

-- (nDivisores4 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores4 28  ==  6
nDivisores4 :: Integer -> Int
nDivisores4 n = product [1 + length xs | xs <- group (primeFactors n)]    

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

-- La comparación es
--    ghci> menorTriangularConAlMenosNDivisores1 50
--    25200
--    (1.25 secs, 200236512 bytes)
--    
--    ghci> menorTriangularConAlMenosNDivisores2 50
--    25200
--    (0.02 secs, 4199904 bytes)
--    
--    ghci> menorTriangularConAlMenosNDivisores3 50
--    25200
--    (0.03 secs, 6265128 bytes)
--    
--    ghci> menorTriangularConAlMenosNDivisores4 50
--    25200
--    (0.01 secs, 5753048 bytes)

100

101

102

import Data.List (group)

import Data.Numbers.Primes (primes,primeFactors)

-- 1ª definición

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

menorTriangularConAlMenosNDivisores1 :: Int -> Integer

menorTriangularConAlMenosNDivisores1 n =

head [x | x <- triangulares, nDivisores x >= n]

-- triangulares es la sucesión de los números triangulares. Por ejemplo,

-- take 10 triangulares == [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]

triangulares :: [Integer]

triangulares = scanl (+) 1 [2..]

-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores 28 == 6

nDivisores :: Integer -> Int

nDivisores x =

1 + length [y | y <- [1..x `div` 2], mod x y == 0]

-- 2ª solución

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

menorTriangularConAlMenosNDivisores2 :: Int -> Integer

menorTriangularConAlMenosNDivisores2 n =

head [x | x <- triangulares, nDivisores2 x >= n]

-- (nDivisores2 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores2 28 == 6

nDivisores2 :: Integer -> Int

nDivisores2 n = product [1 + length xs | xs <- group (factoresPrimos n)]

-- (factoresPrimos n) es la lista de los factores primos de n. Por

-- ejemplo,

-- factoresPrimos 28 == [2,2,7]

factoresPrimos :: Integer -> [Integer]

factoresPrimos n = aux n primos

where aux n (p:ps)

| p*p > n = [n]

| n `mod` p == 0 = p : aux (n `div` p) (p:ps)

| otherwise = aux n ps

-- primos es la lista de los números primos. Por ejemplo,

-- take 10 primos == [2,3,5,7,11,13,17,19,23,29]

primos :: [Integer]

primos = 2 : filter ((==1) . length . factoresPrimos) [3,5..]

-- 3ª solución (usando primes)

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

menorTriangularConAlMenosNDivisores3 :: Int -> Integer

menorTriangularConAlMenosNDivisores3 n =

head [x | x <- triangulares, nDivisores3 x >= n]

-- (nDivisores3 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores3 28 == 6

nDivisores3 :: Integer -> Int

nDivisores3 n = product [1 + length xs | xs <- group (factoresPrimos3 n)]

-- (factoresPrimos3 n) es la lista de los factores primos de n. Por

-- ejemplo,

-- factoresPrimos3 28 == [2,2,7]

factoresPrimos3 n = aux n primes

where

aux n (p:ps)

| p*p > n = [n]

| n `mod` p == 0 = p : aux (n `div` p) (p:ps)

| otherwise = aux n ps

-- 4ª solución (usando primeFactors)

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

menorTriangularConAlMenosNDivisores4 :: Int -> Integer

menorTriangularConAlMenosNDivisores4 n =

head [x | x <- triangulares, nDivisores4 x >= n]

-- (nDivisores4 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores4 28 == 6

nDivisores4 :: Integer -> Int

nDivisores4 n = product [1 + length xs | xs <- group (primeFactors n)]

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

-- § Comparación de eficiencia --

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

-- La comparación es

-- ghci> menorTriangularConAlMenosNDivisores1 50

-- 25200

-- (1.25 secs, 200236512 bytes)

-- ghci> menorTriangularConAlMenosNDivisores2 50

-- 25200

-- (0.02 secs, 4199904 bytes)

-- ghci> menorTriangularConAlMenosNDivisores3 50

-- 25200

-- (0.03 secs, 6265128 bytes)

-- ghci> menorTriangularConAlMenosNDivisores4 50

-- 25200

-- (0.01 secs, 5753048 bytes)

Último dígito no nulo del factorial

PorJosé A. Alonso 14-noviembre-201425-abril-2021

Enunciado

-- El factorial de 7 es
--    7! = 1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 = 5040
-- por tanto, el último dígito no nulo del factorial de 7 es 4.
-- 
-- Definir la función
--    ultimoNoNuloFactorial :: Integer -> Integer
-- tal que (ultimoNoNuloFactorial n) es el último dígito no nulo del
-- factorial de n. Por ejemplo,
--    ultimoNoNuloFactorial  7  == 4
--    ultimoNoNuloFactorial 10  == 8
--    ultimoNoNuloFactorial 12  == 6
--    ultimoNoNuloFactorial 97  == 2
--    ultimoNoNuloFactorial  0  == 1
--
-- Comprobar con QuickCheck que si n es mayor que 4, entonces el último
-- dígito no nulo del factorial de n es par.

-- El factorial de 7 es

-- 7! = 1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 = 5040

-- por tanto, el último dígito no nulo del factorial de 7 es 4.

-- Definir la función

-- ultimoNoNuloFactorial :: Integer -> Integer

-- tal que (ultimoNoNuloFactorial n) es el último dígito no nulo del

-- factorial de n. Por ejemplo,

-- ultimoNoNuloFactorial 7 == 4

-- ultimoNoNuloFactorial 10 == 8

-- ultimoNoNuloFactorial 12 == 6

-- ultimoNoNuloFactorial 97 == 2

-- ultimoNoNuloFactorial 0 == 1

-- Comprobar con QuickCheck que si n es mayor que 4, entonces el último

-- dígito no nulo del factorial de n es par.

Soluciones

import Test.QuickCheck

ultimoNoNuloFactorial :: Integer -> Integer
ultimoNoNuloFactorial n = ultimoNoNulo (factorial n)

-- (ultimoNoNulo n) es el último dígito no nulo de n. Por ejemplo,
--    ultimoNoNulo 5040  ==  4
ultimoNoNulo :: Integer -> Integer
ultimoNoNulo n | m /= 0    = m
               | otherwise = ultimoNoNulo (n `div` 10)
               where m = n `rem` 10

-- 2ª definición (por comprensión)
ultimoNoNulo2 :: Integer -> Integer
ultimoNoNulo2 n = read [head (dropWhile (=='0') (reverse (show n)))]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,
--    factorial 7  ==  5040
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]


-- La propiedad es
prop_ultimoNoNuloFactorial :: Integer -> Property
prop_ultimoNoNuloFactorial n = 
    n > 4 ==> even (ultimoNoNuloFactorial n)
                  
-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_ultimoNoNuloFactorial
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

ultimoNoNuloFactorial :: Integer -> Integer

ultimoNoNuloFactorial n = ultimoNoNulo (factorial n)

-- (ultimoNoNulo n) es el último dígito no nulo de n. Por ejemplo,

-- ultimoNoNulo 5040 == 4

ultimoNoNulo :: Integer -> Integer

ultimoNoNulo n | m /= 0 = m

| otherwise = ultimoNoNulo (n `div` 10)

where m = n `rem` 10

-- 2ª definición (por comprensión)

ultimoNoNulo2 :: Integer -> Integer

ultimoNoNulo2 n = read [head (dropWhile (=='0') (reverse (show n)))]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,

-- factorial 7 == 5040

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- La propiedad es

prop_ultimoNoNuloFactorial :: Integer -> Property

prop_ultimoNoNuloFactorial n =

n > 4 ==> even (ultimoNoNuloFactorial n)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_ultimoNoNuloFactorial

-- +++ OK, passed 100 tests.

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