Test.QuickCheck – Página 3

Posiciones de conjuntos finitos de naturales

PorJosé A. Alonso 27-diciembre-20193-enero-2020

En un ejercicio anterior se mostró que los conjuntos finitos de números naturales se pueden enumerar como sigue

    0: []
    1: [0]
    2: [1]
    3: [1,0]
    4: [2]
    5: [2,0]
    6: [2,1]
    7: [2,1,0]
    8: [3]
    9: [3,0]
   10: [3,1]
   11: [3,1,0]
   12: [3,2]
   13: [3,2,0]
   14: [3,2,1]
   15: [3,2,1,0]
   16: [4]
   17: [4,0]
   18: [4,1]
   19: [4,1,0]

0: []

1: [0]

2: [1]

3: [1,0]

4: [2]

5: [2,0]

6: [2,1]

7: [2,1,0]

8: [3]

9: [3,0]

10: [3,1]

11: [3,1,0]

12: [3,2]

13: [3,2,0]

14: [3,2,1]

15: [3,2,1,0]

16: [4]

17: [4,0]

18: [4,1]

19: [4,1,0]

en la que los elementos están ordenados de manera decreciente.

Además, se definió la constante

   enumeracionCFN :: [[Integer]]

1	enumeracionCFN :: [[Integer]]

tal que sus elementos son los conjuntos de los números naturales con la ordenación descrita anteriormente. Por ejemplo,

   λ> take 20 enumeracionCFN
   [[],
    [0],
    [1],[1,0],
    [2],[2,0],[2,1],[2,1,0],
    [3],[3,0],[3,1],[3,1,0],[3,2],[3,2,0],[3,2,1],[3,2,1,0],
    [4],[4,0],[4,1],[4,1,0]]

λ> take 20 enumeracionCFN

[[],

[0],

[1],[1,0],

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

[3],[3,0],[3,1],[3,1,0],[3,2],[3,2,0],[3,2,1],[3,2,1,0],

[4],[4,0],[4,1],[4,1,0]]

Definir la función

   posicion :: [Integer] -> Integer

1	posicion :: [Integer] -> Integer

tal que (posicion xs) es la posición del conjunto finito de números naturales xs, representado por una lista decreciente, en enumeracionCFN. Por ejemplo,

   posicion [2,0]          ==  5
   posicion [2,1]          ==  6
   posicion [2,1,0]        ==  7
   posicion [0]            ==  1
   posicion [1,0]          ==  3
   posicion [2,1,0]        ==  7
   posicion [3,2,1,0]      ==  15
   posicion [4,3,2,1,0]    ==  31
   posicion [5,4,3,2,1,0]  ==  63
   length (show (posicion [3*10^7])) == 9030900

posicion [2,0] == 5

posicion [2,1] == 6

posicion [2,1,0] == 7

posicion [0] == 1

posicion [1,0] == 3

posicion [2,1,0] == 7

posicion [3,2,1,0] == 15

posicion [4,3,2,1,0] == 31

posicion [5,4,3,2,1,0] == 63

length (show (posicion [3*10^7])) == 9030900

Comprobar con QuickCheck que para todo número natural n,

   posicion [n,n-1..0] == 2^(n+1) - 1.

1	posicion [n,n-1..0] == 2^(n+1) - 1.

Soluciones

import Data.List (genericLength, nub, sort)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

posicion :: [Integer] -> Integer
posicion xs =
  genericLength (takeWhile (< xs) enumeracionCFN)

enumeracionCFN :: [[Integer]]
enumeracionCFN = concatMap enumeracionCFNHasta [0..]

-- (enumeracionCFNHasta n) es la lista de conjuntos con la enumeración
-- anterior cuyo primer elemento es n. Por ejemplo,
--    λ> enumeracionCFNHasta 1
--    [[1],[1,0]]
--    λ> enumeracionCFNHasta 2
--    [[2],[2,0],[2,1],[2,1,0]]
--    λ> enumeracionCFNHasta 3
--    [[3],[3,0],[3,1],[3,1,0],[3,2],[3,2,0],[3,2,1],[3,2,1,0]]
enumeracionCFNHasta :: Integer -> [[Integer]]
enumeracionCFNHasta 0 = [[],[0]]
enumeracionCFNHasta n =
  [n:xs | k <- [0..n-1], xs <- enumeracionCFNHasta k]

-- 2ª solución
-- ===========

posicion2 :: [Integer] -> Integer
posicion2 []     = 0
posicion2 (x:xs) = 2^x + posicion2 xs

-- 3ª solución
-- ===========

posicion3 :: [Integer] -> Integer
posicion3 = foldr (\x -> (+) (2^x)) 0 

-- 4ª solución
-- ===========

posicion4 :: [Integer] -> Integer
posicion4 xs = sum [2^x | x <- xs ]

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

-- La propiedad es
prop_equiv :: [Integer] -> Bool
prop_equiv xs =
  all (== posicion xs') [f xs' | f <- [ posicion2
                                      , posicion3
                                      , posicion4]]
  where xs' = reverse (sort (nub (map abs xs)))

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=15}) prop_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

-- La comparación es
--    λ> posicion [19,18,17,16,14,9,6]
--    1000000
--    (2.61 secs, 1,754,265,776 bytes)
--    λ> posicion2 [19,18,17,16,14,9,6]
--    1000000
--    (0.01 secs, 111,808 bytes)
--    λ> posicion3 [19,18,17,16,14,9,6]
--    1000000
--    λ> posicion4 [19,18,17,16,14,9,6]
--    1000000
--    (0.01 secs, 111,704 bytes)

--    λ> length (show (posicion2 [3*10^7]))
--    9030900
--    (2.06 secs, 571,911,304 bytes)
--    λ> length (show (posicion3 [3*10^7]))
--    9030900
--    (2.06 secs, 571,911,544 bytes)
--    λ> length (show (posicion4 [3*10^7]))
--    9030900
--    (2.05 secs, 571,911,464 bytes)

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

-- La propiedad es
prop_posicion :: Integer -> Property
prop_posicion n =
  n >= 0 ==> posicion3 [n,n-1..0] == 2^(n+1) - 1

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

import Data.List (genericLength, nub, sort)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

posicion :: [Integer] -> Integer

posicion xs =

genericLength (takeWhile (< xs) enumeracionCFN)

enumeracionCFN :: [[Integer]]

enumeracionCFN = concatMap enumeracionCFNHasta [0..]

-- (enumeracionCFNHasta n) es la lista de conjuntos con la enumeración

-- anterior cuyo primer elemento es n. Por ejemplo,

-- λ> enumeracionCFNHasta 1

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

-- λ> enumeracionCFNHasta 2

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

-- λ> enumeracionCFNHasta 3

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

enumeracionCFNHasta :: Integer -> [[Integer]]

enumeracionCFNHasta 0 = [[],[0]]

enumeracionCFNHasta n =

[n:xs | k <- [0..n-1], xs <- enumeracionCFNHasta k]

-- 2ª solución

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

posicion2 :: [Integer] -> Integer

posicion2 [] = 0

posicion2 (x:xs) = 2^x + posicion2 xs

-- 3ª solución

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

posicion3 :: [Integer] -> Integer

posicion3 = foldr (\x -> (+) (2^x)) 0

-- 4ª solución

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

posicion4 :: [Integer] -> Integer

posicion4 xs = sum [2^x | x <- xs ]

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- La propiedad es

prop_equiv :: [Integer] -> Bool

prop_equiv xs =

all (== posicion xs') [f xs' | f <- [ posicion2

, posicion3

, posicion4]]

where xs' = reverse (sort (nub (map abs xs)))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=15}) prop_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> posicion [19,18,17,16,14,9,6]

-- 1000000

-- (2.61 secs, 1,754,265,776 bytes)

-- λ> posicion2 [19,18,17,16,14,9,6]

-- 1000000

-- (0.01 secs, 111,808 bytes)

-- λ> posicion3 [19,18,17,16,14,9,6]

-- 1000000

-- λ> posicion4 [19,18,17,16,14,9,6]

-- 1000000

-- (0.01 secs, 111,704 bytes)

-- λ> length (show (posicion2 [3*10^7]))

-- 9030900

-- (2.06 secs, 571,911,304 bytes)

-- λ> length (show (posicion3 [3*10^7]))

-- 9030900

-- (2.06 secs, 571,911,544 bytes)

-- λ> length (show (posicion4 [3*10^7]))

-- 9030900

-- (2.05 secs, 571,911,464 bytes)

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_posicion :: Integer -> Property

prop_posicion n =

n >= 0 ==> posicion3 [n,n-1..0] == 2^(n+1) - 1

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_posicion

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

¡Volar sin alas donde todo es cielo!

Antonio Machado

Infinitud de primos gemelos

PorJosé A. Alonso 24-diciembre-201931-diciembre-2019

Un par de números primos (p,q) es un par de números primos gemelos si su distancia de 2; es decir, si q = p+2. Por ejemplo, (17,19) es una par de números primos gemelos.

La conjetura de los primos gemelos postula la existencia de infinitos pares de primos gemelos.

Definir la constante

   primosGemelos :: [(Integer,Integer)]

1	primosGemelos :: [(Integer,Integer)]

tal que sus elementos son los pares de primos gemelos. Por ejemplo,

   λ> take 7 primosGemelos
   [(3,5),(5,7),(11,13),(17,19),(29,31),(41,43),(59,61)]
   λ> primosGemelos !! (4*10^4)
   (6381911,6381913)

λ> take 7 primosGemelos

[(3,5),(5,7),(11,13),(17,19),(29,31),(41,43),(59,61)]

λ> primosGemelos !! (4*10^4)

(6381911,6381913)

Comprobar con QuickCheck la conjetura de los primos gemelos.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
primosGemelos :: [(Integer,Integer)]
primosGemelos = [(x,x+2) | x <- primes, isPrime (x+2)]

-- 2ª solución
primosGemelos2 :: [(Integer,Integer)]
primosGemelos2 = [(x,y) | (x,y) <- zip primes (tail primes)
                        , y - x == 2]

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

--    λ> primosGemelos !! (2*10^4)
--    (2840447,2840449)
--    (3.93 secs, 12,230,474,952 bytes)
--    λ> primosGemelos2 !! (2*10^4)
--    (2840447,2840449)
--    (0.77 secs, 2,202,822,456 bytes)

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

-- La propiedad es
prop_primosGemelos :: Integer -> Property
prop_primosGemelos n =
  n >= 0 ==> not (null [(x,y) | (x,y) <- primosGemelos2, x > n])

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

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

primosGemelos :: [(Integer,Integer)]

primosGemelos = [(x,x+2) | x <- primes, isPrime (x+2)]

-- 2ª solución

primosGemelos2 :: [(Integer,Integer)]

primosGemelos2 = [(x,y) | (x,y) <- zip primes (tail primes)

, y - x == 2]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> primosGemelos !! (2*10^4)

-- (2840447,2840449)

-- (3.93 secs, 12,230,474,952 bytes)

-- λ> primosGemelos2 !! (2*10^4)

-- (2840447,2840449)

-- (0.77 secs, 2,202,822,456 bytes)

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_primosGemelos :: Integer -> Property

prop_primosGemelos n =

n >= 0 ==> not (null [(x,y) | (x,y) <- primosGemelos2, x > n])

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_primosGemelos

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

El sentimiento ha de tener tanto de individual como de genérico; debe orientarse hacia valores universales, o que pretenden serlo.

Antonio Machado

Suma de números de Fibonacci con índice impar

PorJosé A. Alonso 23-diciembre-201930-diciembre-2019

La sucesión de Fibonacci, F(n), es la siguiente sucesión infinita de números naturales:

   0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, ...

1	0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, ...

La sucesión comienza con los números 0 y 1. A partir de estos, cada término es la suma de los dos anteriores.

Definir la función

   sumaFibsIndiceImpar :: Int -> Integer

1	sumaFibsIndiceImpar :: Int -> Integer

tal que (sumaFibsIndiceImpar n) es la suma de los n primeros términos de la sucesión de Fibonacci no índice impar; es decir,

   sumaFibsIndiceImpar n = F(1) + F(3) + ... + F(2*n-1)

1	sumaFibsIndiceImpar n = F(1) + F(3) + ... + F(2*n-1)

Por ejemplo,

   sumaFibsIndiceImpar 1  ==  1
   sumaFibsIndiceImpar 2  ==  3
   sumaFibsIndiceImpar 3  ==  8
   sumaFibsIndiceImpar 4  ==  21
   sumaFibsIndiceImpar 5  ==  55
   sumaFibsIndiceImpar (10^4) `rem` (10^9)  ==  213093125

sumaFibsIndiceImpar 1 == 1

sumaFibsIndiceImpar 2 == 3

sumaFibsIndiceImpar 3 == 8

sumaFibsIndiceImpar 4 == 21

sumaFibsIndiceImpar 5 == 55

sumaFibsIndiceImpar (10^4) `rem` (10^9) == 213093125

En los ejemplos anteriores se observa que

   sumaFibsIndiceImpar 1  ==  F(2)
   sumaFibsIndiceImpar 2  ==  F(4)
   sumaFibsIndiceImpar 3  ==  F(6)
   sumaFibsIndiceImpar 4  ==  F(8)
   sumaFibsIndiceImpar 5  ==  F(10)

sumaFibsIndiceImpar 1 == F(2)

sumaFibsIndiceImpar 2 == F(4)

sumaFibsIndiceImpar 3 == F(6)

sumaFibsIndiceImpar 4 == F(8)

sumaFibsIndiceImpar 5 == F(10)

Comprobar con QuickCheck que (sumaFibsIndiceImpar n) es F(2n); es decir, el 2n-ésimo número de Fibonacci

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

sumaFibsIndiceImpar :: Int -> Integer
sumaFibsIndiceImpar n = sum [fib (2*k-1) | k <- [1..n]]

-- (fib n) es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci. Por
-- ejemplo,
--    fib 6  ==  8
fib :: Int -> Integer
fib n = fibs !! n

-- fibs es la lista de términos de la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,
--    λ> take 20 fibs
--    [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1597,2584,4181]
fibs :: [Integer]
fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

-- 2ª solución
-- ============

sumaFibsIndiceImpar2 :: Int -> Integer
sumaFibsIndiceImpar2 n =
  sum [a | (a,b) <- zip fibs [0..2*n], odd b]

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

--    λ> sumaFibsIndiceImpar (10^4) `rem` (10^9)
--    213093125
--    (0.98 secs, 13,889,312 bytes)
--    λ> sumaFibsIndiceImpar2 (10^4) `rem` (10^9)
--    213093125
--    (0.05 secs, 18,047,720 bytes)

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_sumaFibsIndiceImpar :: Int -> Property
prop_sumaFibsIndiceImpar n =
  n >= 0 ==> sumaFibsIndiceImpar n == fib (2*n)

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

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

sumaFibsIndiceImpar :: Int -> Integer

sumaFibsIndiceImpar n = sum [fib (2*k-1) | k <- [1..n]]

-- (fib n) es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci. Por

-- ejemplo,

-- fib 6 == 8

fib :: Int -> Integer

fib n = fibs !! n

-- fibs es la lista de términos de la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,

-- λ> take 20 fibs

-- [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1597,2584,4181]

fibs :: [Integer]

fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

-- 2ª solución

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

sumaFibsIndiceImpar2 :: Int -> Integer

sumaFibsIndiceImpar2 n =

sum [a | (a,b) <- zip fibs [0..2*n], odd b]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sumaFibsIndiceImpar (10^4) `rem` (10^9)

-- 213093125

-- (0.98 secs, 13,889,312 bytes)

-- λ> sumaFibsIndiceImpar2 (10^4) `rem` (10^9)

-- 213093125

-- (0.05 secs, 18,047,720 bytes)

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_sumaFibsIndiceImpar :: Int -> Property

prop_sumaFibsIndiceImpar n =

n >= 0 ==> sumaFibsIndiceImpar n == fib (2*n)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaFibsIndiceImpar

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencia

Sum of sequence of odd index Fibonacci numbers en ProofWiki.

Pensamiento

El corazón del poeta, tan rico en sonoridades, es casi un insulto a la afonía cordial de la masa.

Antonio Machado

El teorema de Navidad de Fermat

PorJosé A. Alonso 20-diciembre-201927-diciembre-2019

El 25 de diciembre de 1640, en una carta a Mersenne, Fermat demostró la conjetura de Girard: todo primo de la forma 4n+1 puede expresarse de manera única como suma de dos cuadrados. Por eso es conocido como el Teorema de Navidad de Fermat.

Definir las funciones

   representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
   primos4nM1 :: [Integer]

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primos4nM1 :: [Integer]

tales que

(representaciones n) es la lista de pares de números naturales (x,y) tales que n = x^2 + y^2 con x <= y. Por ejemplo,

     representaciones  20           ==  [(2,4)]
     representaciones  25           ==  [(0,5),(3,4)]
     representaciones 325           ==  [(1,18),(6,17),(10,15)]
     representaciones 100000147984  ==  [(0,316228)]
     length (representaciones (10^10))    ==  6
     length (representaciones (4*10^12))  ==  7

representaciones 20 == [(2,4)]

representaciones 25 == [(0,5),(3,4)]

representaciones 325 == [(1,18),(6,17),(10,15)]

representaciones 100000147984 == [(0,316228)]

length (representaciones (10^10)) == 6

length (representaciones (4*10^12)) == 7

primosImparesConRepresentacionUnica es la lista de los números primos impares que se pueden escribir exactamente de una manera como suma de cuadrados de pares de números naturales (x,y) con x <= y. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

primos4nM1 es la lista de los números primos que se pueden escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que son congruentes con 1 módulo 4). Por ejemplo,

     λ> take 20 primos4nM1
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primos4nM1 [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

El teorema de Navidad de Fermat afirma que un número primo impar p se puede escribir exactamente de una manera como suma de dos cuadrados de números naturales p = x² + y^2 (con x <= y) si, y sólo si, p se puede escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que es congruente con 1 módulo 4).

Comprobar con QuickCheck el teorema de Navidad de Fermat; es decir, que para todo número n, los n-ésimos elementos de primosImparesConRepresentacionUnica y de primos4nM1 son iguales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones n =
  [(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones2 n =
  [(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)] 
              , let z = n - x*x
              , esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer 
raiz 0 = 0
raiz 1 = 1
raiz x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = a
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^2

-- 3ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones3 n =
  [(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)] 
               , let z = n - x*x
               , esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado3 25  ==  True
--    esCuadrado3 26  ==  False
esCuadrado3 :: Integer -> Bool
esCuadrado3 x = x == y * y
  where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz3 25  ==  5
--    raiz3 24  ==  4
--    raiz3 26  ==  5
raiz3 :: Integer -> Integer
raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))
          
-- 4ª definición de representaciones
-- =================================
 
representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))
  where aux x y
          | x > y     = [] 
          | otherwise = case compare (x*x + y*y) n of
                          LT -> aux (x + 1) y
                          EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)
                          GT -> aux x (y - 1)

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

-- La propiedad es
prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_representaciones_equiv (Positive n) =
  representaciones  n == representaciones2 n &&
  representaciones2 n == representaciones3 n &&
  representaciones3 n == representaciones4 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones
-- =================================================================

--    λ> representaciones 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)
--    λ> representaciones2 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 867,944 bytes)
--    λ> representaciones3 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 173,512 bytes)
--    λ> representaciones4 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 423,424 bytes)
--    
--    λ> length (representaciones2 (10^10))
--    6
--    (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)
--    λ> length (representaciones3 (10^10))
--    6
--    (0.10 secs, 62,349,048 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (10^10))
--    6
--    (0.11 secs, 48,052,360 bytes)
--
--    λ> length (representaciones3 (4*10^12))
--    7
--    (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (4*10^12))
--    7
--    (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica
-- =================================================

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
primosImparesConRepresentacionUnica =
  [x | x <- tail primes
     , length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1
-- ========================

primos4nM1 :: [Integer]
primos4nM1 = [x | x <- primes
                , x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat
-- ============================

-- La propiedad es
prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool
prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =
  primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n
             
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat
--    +++ OK, passed 100 tests.

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import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones

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

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

representaciones n =

[(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones

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

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones2 n =

[(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz 0 = 0

raiz 1 = 1

raiz x = aux (0,x)

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

| c == a = a

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

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

d = c^2

-- 3ª definición de representaciones

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

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones3 n =

[(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado3 25 == True

-- esCuadrado3 26 == False

esCuadrado3 :: Integer -> Bool

esCuadrado3 x = x == y * y

where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz3 25 == 5

-- raiz3 24 == 4

-- raiz3 26 == 5

raiz3 :: Integer -> Integer

raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 4ª definición de representaciones

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

representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))

where aux x y

| x > y = []

| otherwise = case compare (x*x + y*y) n of

LT -> aux (x + 1) y

EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)

GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones

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

-- La propiedad es

prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_representaciones_equiv (Positive n) =

representaciones n == representaciones2 n &&

representaciones2 n == representaciones3 n &&

representaciones3 n == representaciones4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_representaciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones

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

-- λ> representaciones 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)

-- λ> representaciones2 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 867,944 bytes)

-- λ> representaciones3 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 173,512 bytes)

-- λ> representaciones4 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 423,424 bytes)

-- λ> length (representaciones2 (10^10))

-- 6

-- (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (10^10))

-- 6

-- (0.10 secs, 62,349,048 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (10^10))

-- 6

-- (0.11 secs, 48,052,360 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (4*10^12))

-- 7

-- (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (4*10^12))

-- 7

-- (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primosImparesConRepresentacionUnica =

[x | x <- tail primes

, length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1

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

primos4nM1 :: [Integer]

primos4nM1 = [x | x <- primes

, x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat

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

-- La propiedad es

prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool

prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =

primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Dijo Dios: brote la nada
Y alzó su mano derecha,
hasta ocultar su mirada.
Y quedó la nada hecha.

Antonio Machado

Primos o cuadrados de primos

PorJosé A. Alonso 6-diciembre-201917-diciembre-2019

Definir la constante

   primosOcuadradosDePrimos :: [Integer]

1	primosOcuadradosDePrimos :: [Integer]

cuyos elementos son los número primos o cuadrados de primos. Por ejemplo,

   λ> take 20 primosOcuadradosDePrimos
   [2,3,4,5,7,9,11,13,17,19,23,25,29,31,37,41,43,47,49,53]
   λ> primosOcuadradosDePrimos !! (10^6)
   15476729

λ> take 20 primosOcuadradosDePrimos

[2,3,4,5,7,9,11,13,17,19,23,25,29,31,37,41,43,47,49,53]

λ> primosOcuadradosDePrimos !! (10^6)

15476729

Comprobar con QuickCheck que las lista primosOcuadradosDePrimos y unifactorizables (definida en el ejercicio anterior) son iguales.

Soluciones

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

-- 1ª solución
-- ===========

primosOcuadradosDePrimos :: [Integer]
primosOcuadradosDePrimos =
  filter esPrimoOcuadradoDePrimo [2..]

esPrimoOcuadradoDePrimo :: Integer -> Bool
esPrimoOcuadradoDePrimo n = aux xs
  where xs = primeFactors n
        aux [_]   = True
        aux [x,y] = x == y
        aux _     = False

-- 2ª solución
-- ===========
  
primosOcuadradosDePrimos2 :: [Integer]
primosOcuadradosDePrimos2 = mezcla primes (map (^2) primes)

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

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

--    λ> primosOcuadradosDePrimos !! (2*10^4)
--    223589
--    (3.08 secs, 9,829,725,096 bytes)
--    λ> primosOcuadradosDePrimos2 !! (2*10^4)
--    223589
--    (0.04 secs, 73,751,888 bytes)
--
--    λ> primosOcuadradosDePrimos2 !! (5*10^5)
--    7362497
--    (1.29 secs, 3,192,803,040 bytes)

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

-- La propiedad es
prop_equivalencia :: Int -> Property
prop_equivalencia n =
  n >= 0 ==> primosOcuadradosDePrimos2 !! n == unifactorizables !! n

--  unifactorizables es la lísta de los números enteros mayores que 1
--  que se pueden escribir sólo de una forma única como producto de
--  enteros distintos mayores que uno. Por ejemplo,
--     λ> take 20 unifactorizables
--     [2,3,4,5,7,9,11,13,17,19,23,25,29,31,37,41,43,47,49,53]
--     λ> unifactorizables !! 300
--     1873
unifactorizables :: [Integer]
unifactorizables =
  [n | n <- [2..]
     , length (sublistasConProducto n [2..n]) == 1]

-- (sublistasConProducto n xs) es la lista de las sublistas de la
-- lista ordenada estrictamente creciente xs (cuyos elementos son
-- enteros mayores que 1) cuyo producto es el número entero n (con n
-- mayor que 1). Por ejemplo,  
--    λ> sublistasConProducto 72 [2,3,4,5,6,7,9,10,16]
--    [[2,4,9],[3,4,6]]
--    λ> sublistasConProducto 720 [2,3,4,5,6,7,9,10,16]
--    [[2,3,4,5,6],[2,4,9,10],[3,4,6,10],[5,9,16]]
--    λ> sublistasConProducto 2 [4,7]
--    []
sublistasConProducto :: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]
sublistasConProducto _ [] = []
sublistasConProducto n (x:xs)
  | x > n     = []
  | x == n    = [[x]]
  | r == 0    = map (x:) (sublistasConProducto q xs)
                ++ sublistasConProducto n xs
  | otherwise = sublistasConProducto n xs
  where (q,r) = quotRem n x

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

import Test.QuickCheck

import Data.Numbers.Primes (primeFactors, primes)

-- 1ª solución

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

primosOcuadradosDePrimos :: [Integer]

primosOcuadradosDePrimos =

filter esPrimoOcuadradoDePrimo [2..]

esPrimoOcuadradoDePrimo :: Integer -> Bool

esPrimoOcuadradoDePrimo n = aux xs

where xs = primeFactors n

aux [_] = True

aux [x,y] = x == y

aux _ = False

-- 2ª solución

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

primosOcuadradosDePrimos2 :: [Integer]

primosOcuadradosDePrimos2 = mezcla primes (map (^2) primes)

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

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

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

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> primosOcuadradosDePrimos !! (2*10^4)

-- 223589

-- (3.08 secs, 9,829,725,096 bytes)

-- λ> primosOcuadradosDePrimos2 !! (2*10^4)

-- 223589

-- (0.04 secs, 73,751,888 bytes)

-- λ> primosOcuadradosDePrimos2 !! (5*10^5)

-- 7362497

-- (1.29 secs, 3,192,803,040 bytes)

-- Propiedad de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_equivalencia :: Int -> Property

prop_equivalencia n =

n >= 0 ==> primosOcuadradosDePrimos2 !! n == unifactorizables !! n

-- unifactorizables es la lísta de los números enteros mayores que 1

-- que se pueden escribir sólo de una forma única como producto de

-- enteros distintos mayores que uno. Por ejemplo,

-- λ> take 20 unifactorizables

-- [2,3,4,5,7,9,11,13,17,19,23,25,29,31,37,41,43,47,49,53]

-- λ> unifactorizables !! 300

-- 1873

unifactorizables :: [Integer]

unifactorizables =

[n | n <- [2..]

, length (sublistasConProducto n [2..n]) == 1]

-- (sublistasConProducto n xs) es la lista de las sublistas de la

-- lista ordenada estrictamente creciente xs (cuyos elementos son

-- enteros mayores que 1) cuyo producto es el número entero n (con n

-- mayor que 1). Por ejemplo,

-- λ> sublistasConProducto 72 [2,3,4,5,6,7,9,10,16]

-- [[2,4,9],[3,4,6]]

-- λ> sublistasConProducto 720 [2,3,4,5,6,7,9,10,16]

-- [[2,3,4,5,6],[2,4,9,10],[3,4,6,10],[5,9,16]]

-- λ> sublistasConProducto 2 [4,7]

-- []

sublistasConProducto :: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]

sublistasConProducto _ [] = []

sublistasConProducto n (x:xs)

| x > n = []

| x == n = [[x]]

| r == 0 = map (x:) (sublistasConProducto q xs)

++ sublistasConProducto n xs

| otherwise = sublistasConProducto n xs

where (q,r) = quotRem n x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Despacito y buena letra: el hacer las cosas bien importa más que el hacerlas.

Antonio Machado

Sublistas con producto dado

PorJosé A. Alonso 5-diciembre-201917-diciembre-2019

Definir las funciones

   sublistasConProducto :: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]
   unifactorizables :: [Integer]

1 2	sublistasConProducto :: Integer -> [Integer] -> [[Integer]] unifactorizables :: [Integer]

tales que

(sublistasConProducto n xs) es la lista de las sublistas de la lista ordenada estrictamente creciente xs (cuyos elementos son enteros mayores que 1) cuyo producto es el número entero n (con n mayor que 1). Por ejemplo,

     λ> sublistasConProducto 72 [2,3,4,5,6,7,9,10,16]
     [[2,4,9],[3,4,6]]
     λ> sublistasConProducto 720 [2,3,4,5,6,7,9,10,16]
     [[2,3,4,5,6],[2,4,9,10],[3,4,6,10],[5,9,16]]
     λ> sublistasConProducto 2 [4,7]
     []
     λ> length (sublistasConProducto 1234567 [1..1234567])
     4

λ> sublistasConProducto 72 [2,3,4,5,6,7,9,10,16]

[[2,4,9],[3,4,6]]

λ> sublistasConProducto 720 [2,3,4,5,6,7,9,10,16]

[[2,3,4,5,6],[2,4,9,10],[3,4,6,10],[5,9,16]]

λ> sublistasConProducto 2 [4,7]

[]

λ> length (sublistasConProducto 1234567 [1..1234567])

unifactorizables es la lísta de los números enteros mayores que 1 que se pueden escribir sólo de una forma única como producto de enteros distintos mayores que uno. Por ejemplo,

     λ> take 20 unifactorizables
     [2,3,4,5,7,9,11,13,17,19,23,25,29,31,37,41,43,47,49,53]
     λ> unifactorizables !! 300
     1873

λ> take 20 unifactorizables

[2,3,4,5,7,9,11,13,17,19,23,25,29,31,37,41,43,47,49,53]

λ> unifactorizables !! 300

1873

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Data.List (nub, sort, subsequences)

-- 1ª solución
-- ===========

sublistasConProducto :: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]
sublistasConProducto n xs =
  [ys | ys <- subsequences xs
      , product ys == n]

-- 2ª solución
-- ===========

sublistasConProducto2 :: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]
sublistasConProducto2 _ [] = []
sublistasConProducto2 n (x:xs)
  | x > n     = []
  | x == n    = [[x]]
  | r == 0    = map (x:) (sublistasConProducto2 q xs)
                ++ sublistasConProducto2 n xs
  | otherwise = sublistasConProducto2 n xs
  where (q,r) = quotRem n x

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

-- La propiedad es
prop_sublistasConProducto :: Integer -> [Integer] -> Bool
prop_sublistasConProducto n xs =
  sort (sublistasConProducto n' xs') == sublistasConProducto2 n' xs'
  where n'  = 2 + abs n
        xs' = (nub . sort . map ((+2) . abs)) xs

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=30}) prop_sublistasConProducto
--    +++ OK, passed 100 tests.

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

--    λ> sublistasConProducto 15 [1..23]
--    [[3,5],[1,3,5],[15],[1,15]]
--    (3.44 secs, 7,885,411,472 bytes)
--    λ> sublistasConProducto2 15 [1..23]
--    [[1,3,5],[1,15],[3,5],[15]]
--    (0.01 secs, 135,056 bytes)
--
--    λ> length (sublistasConProducto2 1234567 [1..1234567])
--    4
--    (1.49 secs, 1,054,380,480 bytes)

-- Definición de unifactorizables
-- ==============================

unifactorizables :: [Integer]
unifactorizables =
  [n | n <- [2..]
     , length (sublistasConProducto2 n [2..n]) == 1]

import Test.QuickCheck

import Data.List (nub, sort, subsequences)

-- 1ª solución

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

sublistasConProducto :: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]

sublistasConProducto n xs =

[ys | ys <- subsequences xs

, product ys == n]

-- 2ª solución

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

sublistasConProducto2 :: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]

sublistasConProducto2 _ [] = []

sublistasConProducto2 n (x:xs)

| x > n = []

| x == n = [[x]]

| r == 0 = map (x:) (sublistasConProducto2 q xs)

++ sublistasConProducto2 n xs

| otherwise = sublistasConProducto2 n xs

where (q,r) = quotRem n x

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_sublistasConProducto :: Integer -> [Integer] -> Bool

prop_sublistasConProducto n xs =

sort (sublistasConProducto n' xs') == sublistasConProducto2 n' xs'

where n' = 2 + abs n

xs' = (nub . sort . map ((+2) . abs)) xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=30}) prop_sublistasConProducto

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sublistasConProducto 15 [1..23]

-- [[3,5],[1,3,5],[15],[1,15]]

-- (3.44 secs, 7,885,411,472 bytes)

-- λ> sublistasConProducto2 15 [1..23]

-- [[1,3,5],[1,15],[3,5],[15]]

-- (0.01 secs, 135,056 bytes)

-- λ> length (sublistasConProducto2 1234567 [1..1234567])

-- 4

-- (1.49 secs, 1,054,380,480 bytes)

-- Definición de unifactorizables

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

unifactorizables :: [Integer]

unifactorizables =

[n | n <- [2..]

, length (sublistasConProducto2 n [2..n]) == 1]

Pensamiento

Y en el encinar,
¡luna redonda y beata,
siempre conmigo a la par!
Cerca de Úbeda la grande,
cuyos cerros nadie verá,
me iba siguiendo la luna
sobre el olivar.
Una luna jadeante,
siempre conmigo a la par.

Antonio Machado

Último dígito no nulo del factorial

PorJosé A. Alonso 12-noviembre-201920-noviembre-2019

El factorial de 7 es

   7! = 1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 = 5040

1	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

1	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

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 Data.Char (digitToInt)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

ultimoNoNuloFactorial :: Integer -> Integer
ultimoNoNuloFactorial = ultimoNoNulo . factorial

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,
--    factorial 7  ==  5040
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- (ultimoNoNulo n) es el último dígito no nulo de n. Por ejemplo,
--    ultimoNoNulo 5040  ==  4
ultimoNoNulo :: Integer -> Integer
ultimoNoNulo n | r /= 0    = r
               | otherwise = ultimoNoNulo q
  where (q,r) = n `quotRem` 10

-- 2ª solución
-- ===========

ultimoNoNuloFactorial2 :: Integer -> Integer
ultimoNoNuloFactorial2 = last . filter (/= 0) . digitos . factorial

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

-- 3ª solución
-- ===========

ultimoNoNuloFactorial3 :: Integer -> Integer
ultimoNoNuloFactorial3 = last . filter (/= 0) . digitos3 . factorial3

digitos3 :: Integer -> [Integer]
digitos3 = map (fromIntegral . digitToInt) . show

factorial3 :: Integer -> Integer
factorial3 = product . enumFromTo 1

-- 4ª solución
-- ===========

ultimoNoNulo4 :: Integer -> Integer
ultimoNoNulo4 n = read [head (dropWhile (=='0') (reverse (show n)))]

-- 5ª solución
-- ===========

ultimoNoNulo5 :: Integer -> Integer
ultimoNoNulo5 =
  read . return . head . dropWhile ('0' ==) . reverse . show

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

-- 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 Data.Char (digitToInt)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

ultimoNoNuloFactorial :: Integer -> Integer

ultimoNoNuloFactorial = ultimoNoNulo . factorial

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

-- factorial 7 == 5040

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- (ultimoNoNulo n) es el último dígito no nulo de n. Por ejemplo,

-- ultimoNoNulo 5040 == 4

ultimoNoNulo :: Integer -> Integer

ultimoNoNulo n | r /= 0 = r

| otherwise = ultimoNoNulo q

where (q,r) = n `quotRem` 10

-- 2ª solución

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

ultimoNoNuloFactorial2 :: Integer -> Integer

ultimoNoNuloFactorial2 = last . filter (/= 0) . digitos . factorial

digitos :: Integer -> [Integer]

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

-- 3ª solución

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

ultimoNoNuloFactorial3 :: Integer -> Integer

ultimoNoNuloFactorial3 = last . filter (/= 0) . digitos3 . factorial3

digitos3 :: Integer -> [Integer]

digitos3 = map (fromIntegral . digitToInt) . show

factorial3 :: Integer -> Integer

factorial3 = product . enumFromTo 1

-- 4ª solución

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

ultimoNoNulo4 :: Integer -> Integer

ultimoNoNulo4 n = read [head (dropWhile (=='0') (reverse (show n)))]

-- 5ª solución

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

ultimoNoNulo5 :: Integer -> Integer

ultimoNoNulo5 =

read . return . head . dropWhile ('0' ==) . reverse . show

-- Propiedad

-- =========

-- 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.

Pensamiento

Busca el tu esencial,
que no está en ninguna parte
y en todas partes está.

Antonio Machado

Elementos no repetidos

PorJosé A. Alonso 22-abril-20191-mayo-2019

Definir la función

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

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

tal que (noRepetidos xs) es la lista de los elementos no repetidos de la lista xs. Por ejemplo,

   noRepetidos [3,2,5,2,4,7,3]  ==  [5,4,7]
   noRepetidos "noRepetidos"    ==  "nRptids"
   noRepetidos "Roma"           ==  "Roma"

noRepetidos [3,2,5,2,4,7,3] == [5,4,7]

noRepetidos "noRepetidos" == "nRptids"

noRepetidos "Roma" == "Roma"

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

noRepetidos :: Eq a => [a] -> [a]
noRepetidos xs = 
  [x | x <- xs, ocurrencias x xs == 1]
  
-- (ocurrencias x ys) es el número de ocurrencias de x en ys. Por
-- ejemplo,
--    ocurrencias 3 [3,2,5,2,4,7,3]  ==  2
--    ocurrencias 5 [3,2,5,2,4,7,3]  ==  1
ocurrencias :: Eq a => a -> [a] -> Int
ocurrencias x ys = 
  length [y | y <- ys, y == x]

-- 2ª solución
-- ===========
noRepetidos2 :: Eq a => [a] -> [a]
noRepetidos2 [] = []
noRepetidos2 (x:xs) | elem x xs = noRepetidos2 [y | y <- xs, y /= x]
                    | otherwise = x : noRepetidos2 xs

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

-- La propiedad de equivalencia es
prop_equivalencia :: [Int] -> Bool
prop_equivalencia xs =
  noRepetidos xs == noRepetidos2 xs

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

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

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

noRepetidos xs =

[x | x <- xs, ocurrencias x xs == 1]

-- (ocurrencias x ys) es el número de ocurrencias de x en ys. Por

-- ejemplo,

-- ocurrencias 3 [3,2,5,2,4,7,3] == 2

-- ocurrencias 5 [3,2,5,2,4,7,3] == 1

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

ocurrencias x ys =

length [y | y <- ys, y == x]

-- 2ª solución

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

noRepetidos2 :: Eq a => [a] -> [a]

noRepetidos2 [] = []

noRepetidos2 (x:xs) | elem x xs = noRepetidos2 [y | y <- xs, y /= x]

| otherwise = x : noRepetidos2 xs

-- Equivalencia

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

-- La propiedad de equivalencia es

prop_equivalencia :: [Int] -> Bool

prop_equivalencia xs =

noRepetidos xs == noRepetidos2 xs

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Y en perfecto rimo
— así a la vera del agua
el doble chopo del río.

Antonio Machado

Matriz dodecafónica

PorJosé A. Alonso 10-abril-201925-abril-2019

Como se explica en Create a Twelve-Tone Melody With a Twelve-Tone Matrix una matriz dodecafónica es una matriz de 12 filas y 12 columnas construidas siguiendo los siguientes pasos:

Se escribe en la primera fila una permutación de los números del 1 al 12. Por ejemplo,

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )
     (                                     )

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( )

Escribir la primera columna de forma que, para todo i (entre 2 y 12), a(i,1) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente condición

     (a(1,1) - a(i,1)) = (a(1,i) - a(1,1)) (módulo 12)

1	(a(1,1) - a(i,1)) = (a(1,i) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz con la 1ª fila y la 1ª columna es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5                                  )
     (  9                                  )
     (  1                                  )
     (  2                                  )
     ( 12                                  )
     ( 10                                  )
     ( 11                                  )
     (  6                                  )
     (  8                                  )
     (  7                                  )
     (  4                                  )

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( 5 )

( 9 )

( 1 )

( 2 )

( 12 )

( 10 )

( 11 )

( 6 )

( 8 )

( 7 )

( 4 )

Escribir la segunda fila de forma que, para todo j (entre 2 y 12), a(j,2) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente condición

     (a(2,j) - a(1,j)) = (a(2,1) - a(1,1)) (módulo 12)

1	(a(2,j) - a(1,j)) = (a(2,1) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz con la 1ª fila, 1ª columna y 2ª fila es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5  3 11  7  6  8 10  9  2 12  1  4 )
     (  9                                  )
     (  1                                  )
     (  2                                  )
     ( 12                                  )
     ( 10                                  )
     ( 11                                  )
     (  6                                  )
     (  8                                  )
     (  7                                  )
     (  4                                  )

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( 5 3 11 7 6 8 10 9 2 12 1 4 )

( 9 )

( 1 )

( 2 )

( 12 )

( 10 )

( 11 )

( 6 )

( 8 )

( 7 )

( 4 )

Las restantes filas se completan como la 2ª; es decir, para todo i (entre 3 y 12) y todo j (entre 2 y 12), a(i,j) es el número entre 1 y 12 que verifica la siguiente relación.

     (a(i,j) - a(1,j)) = (a(i,1) - a(1,1)) (módulo 12)

1	(a(i,j) - a(1,j)) = (a(i,1) - a(1,1)) (módulo 12)

Siguiendo con el ejemplo anterior, la matriz dodecafónica es

     (  3  1  9  5  4  6  8  7 12 10 11  2 )
     (  5  3 11  7  6  8 10  9  2 12  1  4 )
     (  9  7  3 11 10 12  2  1  6  4  5  8 )
     (  1 11  7  3  2  4  6  5 10  8  9 12 )
     (  2 12  8  4  3  5  7  6 11  9 10  1 )
     ( 12 10  6  2  1  3  5  4  9  7  8 11 )
     ( 10  8  4 12 11  1  3  2  7  5  6  9 )
     ( 11  9  5  1 12  2  4  3  8  6  7 10 )
     (  6  4 12  8  7  9 11 10  3  1  2  5 )
     (  8  6  2 10  9 11  1 12  5  3  4  7 )
     (  7  5  1  9  8 10 12 11  4  2  3  6 )
     (  4  2 10  6  5  7  9  8  1 11 12  3 )

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( 5 3 11 7 6 8 10 9 2 12 1 4 )

( 9 7 3 11 10 12 2 1 6 4 5 8 )

( 1 11 7 3 2 4 6 5 10 8 9 12 )

( 2 12 8 4 3 5 7 6 11 9 10 1 )

( 12 10 6 2 1 3 5 4 9 7 8 11 )

( 10 8 4 12 11 1 3 2 7 5 6 9 )

( 11 9 5 1 12 2 4 3 8 6 7 10 )

( 6 4 12 8 7 9 11 10 3 1 2 5 )

( 8 6 2 10 9 11 1 12 5 3 4 7 )

( 7 5 1 9 8 10 12 11 4 2 3 6 )

( 4 2 10 6 5 7 9 8 1 11 12 3 )

Definir la función

   matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int

1	matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int

tal que (matrizDodecafonica xs) es la matriz dodecafónica cuya primera fila es xs (que se supone que es una permutación de los números del 1 al 12). Por ejemplo,

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

λ> matrizDodecafonica [3,1,9,5,4,6,8,7,12,10,11,2]

( 3 1 9 5 4 6 8 7 12 10 11 2 )

( 5 3 11 7 6 8 10 9 2 12 1 4 )

( 9 7 3 11 10 12 2 1 6 4 5 8 )

( 1 11 7 3 2 4 6 5 10 8 9 12 )

( 2 12 8 4 3 5 7 6 11 9 10 1 )

( 12 10 6 2 1 3 5 4 9 7 8 11 )

( 10 8 4 12 11 1 3 2 7 5 6 9 )

( 11 9 5 1 12 2 4 3 8 6 7 10 )

( 6 4 12 8 7 9 11 10 3 1 2 5 )

( 8 6 2 10 9 11 1 12 5 3 4 7 )

( 7 5 1 9 8 10 12 11 4 2 3 6 )

( 4 2 10 6 5 7 9 8 1 11 12 3 )

Comprobar con QuickCheck para toda matriz dodecafónica D se verifican las siguientes propiedades:

todas las filas de D son permutaciones de los números 1 a 12,
todos los elementos de la diagonal de D son iguales y
la suma de todos los elementos de D es 936.

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Francisco J. Hidalgo.

Soluciones

import Data.List
import Test.QuickCheck
import Data.Matrix

-- 1ª solución
-- ===========

matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int
matrizDodecafonica xs = matrix 12 12 f
  where f (1,j) = xs !! (j-1)
        f (i,1) = modulo12 (2 * f (1,1) - f (1,i)) 
        f (i,j) = modulo12 (f (1,j) + f (i,1) - f (1,1)) 
        modulo12 0  = 12
        modulo12 12 = 12
        modulo12 x  = x `mod` 12
  
-- 2ª solución
-- ===========

matrizDodecafonica2 :: [Int] -> Matrix Int
matrizDodecafonica2 xs = fromLists (secuencias xs)

secuencias :: [Int] -> [[Int]]
secuencias xs = [secuencia a xs | a <- inversa xs]

inversa :: [Int] -> [Int]
inversa xs = map conv (map (\x -> (-x) + 2* (abs a)) xs)
  where a = head xs
        
secuencia :: Int -> [Int] -> [Int]
secuencia n xs = [conv (a+(n-b)) | a <- xs] 
  where b = head xs

conv :: Int -> Int
conv n | n == 0 = 12
       | n < 0 = conv (n+12)
       | n > 11 = conv (mod n 12)
       | otherwise = n          

-- Propiedades
-- ===========

-- Las propiedades son
prop_dodecafonica :: Int -> Property
prop_dodecafonica n = 
  n >= 0 ==>
  all esPermutacion (toLists d)
  && all (== d!(1,1)) [d!(i,i) | i <- [2..12]]
  && sum d == 936
  where xss = permutations [1..12]
        k   = n `mod` product [1..12]
        d   = matrizDodecafonica (xss !! k)
        esPermutacion ys = sort ys == [1..12]

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

import Data.List

import Test.QuickCheck

import Data.Matrix

-- 1ª solución

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

matrizDodecafonica :: [Int] -> Matrix Int

matrizDodecafonica xs = matrix 12 12 f

where f (1,j) = xs !! (j-1)

f (i,1) = modulo12 (2 * f (1,1) - f (1,i))

f (i,j) = modulo12 (f (1,j) + f (i,1) - f (1,1))

modulo12 0 = 12

modulo12 12 = 12

modulo12 x = x `mod` 12

-- 2ª solución

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

matrizDodecafonica2 :: [Int] -> Matrix Int

matrizDodecafonica2 xs = fromLists (secuencias xs)

secuencias :: [Int] -> [[Int]]

secuencias xs = [secuencia a xs | a <- inversa xs]

inversa :: [Int] -> [Int]

inversa xs = map conv (map (\x -> (-x) + 2* (abs a)) xs)

where a = head xs

secuencia :: Int -> [Int] -> [Int]

secuencia n xs = [conv (a+(n-b)) | a <- xs]

where b = head xs

conv :: Int -> Int

conv n | n == 0 = 12

| n < 0 = conv (n+12)

| n > 11 = conv (mod n 12)

| otherwise = n

-- Propiedades

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

-- Las propiedades son

prop_dodecafonica :: Int -> Property

prop_dodecafonica n =

n >= 0 ==>

all esPermutacion (toLists d)

&& all (== d!(1,1)) [d!(i,i) | i <- [2..12]]

&& sum d == 936

where xss = permutations [1..12]

k = n `mod` product [1..12]

d = matrizDodecafonica (xss !! k)

esPermutacion ys = sort ys == [1..12]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_dodecafonica

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Como el olivar,
mucho fruto lleva,
poca sombra da.

Antonio Machado

La conjetura de Collatz

PorJosé A. Alonso 9-abril-201926-marzo-2022

La conjetura de Collatz, conocida también como conjetura 3n+1, fue enunciada por Lothar Collatz en 1937 y, hasta la fecha, no se ha resuelto.

La conjetura hace referencia a una propiedad de las sucesiones de Siracusa. La sucesión de Siracusa de un número entero positivo x es la sucesión cuyo primer término es x y el siguiente de un término se obtiene dividiéndolo entre 2, si es par o multiplicándolo por 3 y sumándole 1, si es impar. Por ejemplo, la sucesión de Siracusa de 12 es

   12, 6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1, 4, 2, 1, 4, 2, 1, 4, 2, 1, 4, ....

1	12, 6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1, 4, 2, 1, 4, 2, 1, 4, 2, 1, 4, ....

La conjetura de Collatz afirma que para todo número entero positivo x, el 1 pertenece a la sucesión de Siracusa de x.

Definir las funciones

   siracusa        :: Integer -> [Integer]
   graficaSiracusa :: Int -> [Integer] -> IO ()

1 2	siracusa :: Integer -> [Integer] graficaSiracusa :: Int -> [Integer] -> IO ()

tales que

(siracusa x) es la sucesión de Siracusa de x. Por ejemplo,

     λ> take 20 (siracusa 12)
     [12,6,3,10,5,16,8,4,2,1,4,2,1,4,2,1,4,2,1,4]
     λ> take 20 (siracusa 22)
     [22,11,34,17,52,26,13,40,20,10,5,16,8,4,2,1,4,2,1,4]

λ> take 20 (siracusa 12)

[12,6,3,10,5,16,8,4,2,1,4,2,1,4,2,1,4,2,1,4]

λ> take 20 (siracusa 22)

[22,11,34,17,52,26,13,40,20,10,5,16,8,4,2,1,4,2,1,4]

(graficaSiracusa n xs) dibuja los n primeros términos de las sucesiones de Siracusas de los elementos de xs. Por ejemplo, (graficaSiracusa 100 [27]) dibuja

y (graficaSiracusa 150 [1..1000]) dibuja

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Collatz.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de siracusa
-- =========================

siracusa :: Integer -> [Integer]
siracusa n | even n    = n : siracusa (n `div` 2)
           | otherwise = n : siracusa (3*n+1)

-- 2ª definición de siracusa
-- =========================

siracusa2 :: Integer -> [Integer]
siracusa2 = iterate siguiente 
  where siguiente x | even x    = x `div` 2
                    | otherwise = 3*x+1

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

-- La comparación es
--    λ> siracusa 12 !! (10^6)
--    4
--    (0.55 secs, 362,791,008 bytes)
--    λ> siracusa 12 !! (2*10^6)
--    2
--    (1.05 secs, 725,456,376 bytes)
--    λ> siracusa2 12 !! (10^6)
--    4
--    (1.66 secs, 647,189,664 bytes)
--    λ> siracusa2 12 !! (2*10^6)
--    2
--    (3.11 secs, 1,294,286,792 bytes)

-- Definición de graficaSiracusa
-- =============================

graficaSiracusa :: Int -> [Integer] -> IO ()
graficaSiracusa n xs =
  plotLists [ Key Nothing
            , PNG "La_conjetura_de_Collatz.png"
            ]
            [take n (siracusa x) | x <- xs]

-- Comprobación de la conjetura
-- ============================

-- La conjetura es
conjeturaCollatz :: Positive Integer -> Bool
conjeturaCollatz (Positive n) =
  1 `elem` siracusa n

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

import Test.QuickCheck

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de siracusa

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

siracusa :: Integer -> [Integer]

siracusa n | even n = n : siracusa (n `div` 2)

| otherwise = n : siracusa (3*n+1)

-- 2ª definición de siracusa

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

siracusa2 :: Integer -> [Integer]

siracusa2 = iterate siguiente

where siguiente x | even x = x `div` 2

| otherwise = 3*x+1

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> siracusa 12 !! (10^6)

-- 4

-- (0.55 secs, 362,791,008 bytes)

-- λ> siracusa 12 !! (2*10^6)

-- 2

-- (1.05 secs, 725,456,376 bytes)

-- λ> siracusa2 12 !! (10^6)

-- 4

-- (1.66 secs, 647,189,664 bytes)

-- λ> siracusa2 12 !! (2*10^6)

-- 2

-- (3.11 secs, 1,294,286,792 bytes)

-- Definición de graficaSiracusa

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

graficaSiracusa :: Int -> [Integer] -> IO ()

graficaSiracusa n xs =

plotLists [ Key Nothing

, PNG "La_conjetura_de_Collatz.png"

]

[take n (siracusa x) | x <- xs]

-- Comprobación de la conjetura

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

-- La conjetura es

conjeturaCollatz :: Positive Integer -> Bool

conjeturaCollatz (Positive n) =

1 `elem` siracusa n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck conjeturaCollatz

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Que el caminante es suma del camino …

Antonio Machado

Suma de segmentos iniciales

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201925-abril-2021

Los segmentos iniciales de [3,1,2,5] son [3], [3,1], [3,1,2] y [3,1,2,5]. Sus sumas son 3, 4, 6 y 9, respectivamente. La suma de dichas sumas es 24.

Definir la función

   sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

1	sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaSegmentosIniciales xs) es la suma de las sumas de los segmentos iniciales de xs. Por ejemplo,

   sumaSegmentosIniciales [3,1,2,5]     ==  24
   sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]  ==  4500004500001000000

1 2	sumaSegmentosIniciales [3,1,2,5] == 24 sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6] == 4500004500001000000

Comprobar con QuickCheck que la suma de las sumas de los segmentos iniciales de la lista formada por n veces el número uno es el n-ésimo número triangular; es decir que

   sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

1	sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

es igual a

   n * (n + 1) `div` 2

1	n * (n + 1) `div` 2

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericReplicate)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales xs =
  sum [sum (take k xs) | k <- [1.. length xs]]

-- 2ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales2 xs =
  sum (zipWith (*) [n,n-1..1] xs)
  where n = genericLength xs

-- 3ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales3 xs =
  sum (scanl1 (+) xs)

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

-- La propiedad es
prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool
prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =
  all (== sumaSegmentosIniciales xs) [f xs | f <- [ sumaSegmentosIniciales2
                                                  , sumaSegmentosIniciales3]]

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

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

--   λ> sumaSegmentosIniciales [1..10^4]
--   166716670000
--   (2.42 secs, 7,377,926,824 bytes)
--   λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..10^4]
--   166716670000
--   (0.01 secs, 4,855,176 bytes)
--   
--   λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..3*10^6]
--   4500004500001000000
--   (2.68 secs, 1,424,404,168 bytes)
--   λ> sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]
--   4500004500001000000
--   (1.54 secs, 943,500,384 bytes)

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

-- La propiedad es
prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool
prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =
  sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==
  n * (n + 1) `div` 2

-- La compronación es
--   λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales
--   +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericLength, genericReplicate)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales xs =

sum [sum (take k xs) | k <- [1.. length xs]]

-- 2ª solución

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

sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales2 xs =

sum (zipWith (*) [n,n-1..1] xs)

where n = genericLength xs

-- 3ª solución

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

sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales3 xs =

sum (scanl1 (+) xs)

-- Comprobación de la equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =

all (== sumaSegmentosIniciales xs) [f xs | f <- [ sumaSegmentosIniciales2

, sumaSegmentosIniciales3]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosInicialesEquiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sumaSegmentosIniciales [1..10^4]

-- 166716670000

-- (2.42 secs, 7,377,926,824 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..10^4]

-- 166716670000

-- (0.01 secs, 4,855,176 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..3*10^6]

-- 4500004500001000000

-- (2.68 secs, 1,424,404,168 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]

-- 4500004500001000000

-- (1.54 secs, 943,500,384 bytes)

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool

prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =

sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==

n * (n + 1) `div` 2

-- La compronación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Al andar se hace camino,
y al volver la vista atrás
se ve la senda que nunca
se ha de volver a pisar.

Antonio Machado

Número de sumandos en suma de cuadrados

PorJosé A. Alonso 21-febrero-201926-marzo-2022

El teorema de Lagrange de los cuatro cuadrados asegura que cualquier número entero positivo es la suma de, como máximo,cuatro cuadrados de números enteros. Por ejemplo,

   16 = 4²
   29 = 2² + 5²  
   14 = 1² + 2² + 3²
   15 = 1² + 1² + 2² + 3²

16 = 4²

29 = 2² + 5²

14 = 1² + 2² + 3²

15 = 1² + 1² + 2² + 3²

Definir las funciones

   ordenLagrange        :: Integer -> Int
   graficaOrdenLagrange :: Integer -> IO ()

1 2	ordenLagrange :: Integer -> Int graficaOrdenLagrange :: Integer -> IO ()

tales que

(ordenLagrange n) es el menor número de cuadrados necesarios para escribir n como suma de cuadrados. Por ejemplo.

     ordenLagrange 16     ==  1
     ordenLagrange 29     ==  2
     ordenLagrange 14     ==  3
     ordenLagrange 15     ==  4
     ordenLagrange 10000  ==  1
     ordenLagrange 10001  ==  2
     ordenLagrange 10002  ==  3
     ordenLagrange 10007  ==  4

ordenLagrange 16 == 1

ordenLagrange 29 == 2

ordenLagrange 14 == 3

ordenLagrange 15 == 4

ordenLagrange 10000 == 1

ordenLagrange 10001 == 2

ordenLagrange 10002 == 3

ordenLagrange 10007 == 4

(graficaOrdenLagrange n) dibuja la gráfica de los órdenes de Lagrange de los n primeros números naturales. Por ejemplo, (graficaOrdenLagrange 100) dibuja

Comprobar con QuickCheck que. para todo entero positivo k, el orden de Lagrange de k es menos o igual que 4, el de 4k+3 es distinto de 2 y el de 8k+7 es distinto de 3.

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), array)
import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

ordenLagrange :: Integer -> Int
ordenLagrange n
  | esCuadrado n = 1
  | otherwise    = 1 + minimum [ ordenLagrange (n - x^2)
                               | x <- [1..raizEntera n]]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual
-- que n. Por ejemplo,
--    raizEntera 15  ==  3
--    raizEntera 16  ==  4
--    raizEntera 17  ==  4
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

-- 2ª definición
-- =============

ordenLagrange2 :: Integer -> Int
ordenLagrange2 n = (vectorOrdenLagrange n) ! n

vectorOrdenLagrange :: Integer -> Array Integer Int
vectorOrdenLagrange n = v where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f i | esCuadrado i = 1
      | otherwise    = 1 + minimum [ v ! (i - j^2)
                                   | j <- [1..raizEntera i]]

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

-- La comparación es
--    λ> ordenLagrange 50
--    2
--    (10.39 secs, 1,704,144,464 bytes)
--    λ> ordenLagrange2 50
--    2
--    (0.01 secs, 341,920 bytes)

-- Definición de graficaOrdenLagrange
-- ==================================

graficaOrdenLagrange :: Integer -> IO ()
graficaOrdenLagrange n = 
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numero_de_sumandos_en_suma_de_cuadrados.png")
           ]
           (map ordenLagrange2 [0..n-1])

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

-- La propiedad es
prop_OrdenLagrange :: Positive Integer -> Bool
prop_OrdenLagrange (Positive k) =
  ordenLagrange2 k <= 4 &&
  ordenLagrange2 (4*k+3) /= 2 &&
  ordenLagrange2 (8*k+7) /= 3

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

import Data.Array (Array, (!), array)

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

ordenLagrange :: Integer -> Int

ordenLagrange n

| esCuadrado n = 1

| otherwise = 1 + minimum [ ordenLagrange (n - x^2)

| x <- [1..raizEntera n]]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual

-- que n. Por ejemplo,

-- raizEntera 15 == 3

-- raizEntera 16 == 4

-- raizEntera 17 == 4

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

-- 2ª definición

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

ordenLagrange2 :: Integer -> Int

ordenLagrange2 n = (vectorOrdenLagrange n) ! n

vectorOrdenLagrange :: Integer -> Array Integer Int

vectorOrdenLagrange n = v where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

f i | esCuadrado i = 1

| otherwise = 1 + minimum [ v ! (i - j^2)

| j <- [1..raizEntera i]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> ordenLagrange 50

-- 2

-- (10.39 secs, 1,704,144,464 bytes)

-- λ> ordenLagrange2 50

-- 2

-- (0.01 secs, 341,920 bytes)

-- Definición de graficaOrdenLagrange

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

graficaOrdenLagrange :: Integer -> IO ()

graficaOrdenLagrange n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Numero_de_sumandos_en_suma_de_cuadrados.png")

]

(map ordenLagrange2 [0..n-1])

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_OrdenLagrange :: Positive Integer -> Bool

prop_OrdenLagrange (Positive k) =

ordenLagrange2 k <= 4 &&

ordenLagrange2 (4*k+3) /= 2 &&

ordenLagrange2 (8*k+7) /= 3

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_OrdenLagrange

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

— Nuestro español bosteza.
¿Es hambre? ¿Sueño? ¿Hastío?
Doctor, ¿tendrá el estómago vacío?
— El vacío es más bien en la cabeza.

Antonio Machado

Ternas euclídeas

PorJosé A. Alonso 18-febrero-201925-febrero-2019

Uno de los problemas planteados por Euclides en los Elementos consiste en encontrar tres números tales que cada uno de sus productos, dos a dos, aumentados en la unidad sea un cuadrado perfecto.

Diremos que (x,y,z) es una terna euclídea si es una solución del problema; es decir, si x <= y <= z y xy+1, yz+1 y zx+1 son cuadrados. Por ejemplo, (4,6,20) es una terna euclídea ya que

   4x6+1 = 5^2, 6x20+1 = 11^2 y 20*4+1 = 9^2

1	4x6+1 = 5^2, 6x20+1 = 11^2 y 20*4+1 = 9^2

Definir la funciones

   ternasEuclideas        :: [(Integer,Integer,Integer)]
   esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

1 2	ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)] esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

tales que

ternasEuclideas es la lista de las ternas euclídeas. Por ejemplo,

     λ> take 7 ternasEuclideas
     [(1,3,8),(2,4,12),(1,8,15),(3,5,16),(4,6,20),(3,8,21),(5,7,24)]

1 2	λ> take 7 ternasEuclideas [(1,3,8),(2,4,12),(1,8,15),(3,5,16),(4,6,20),(3,8,21),(5,7,24)]

(esMayorDeTernaEuclidea z) se verifica si existen x, y tales que (x,y,z) es una terna euclídea. Por ejemplo,

     esMayorDeTernaEuclidea 20  ==  True
     esMayorDeTernaEuclidea 22  ==  False

1 2	esMayorDeTernaEuclidea 20 == True esMayorDeTernaEuclidea 22 == False

Comprobar con QuickCheck que z es el mayor de una terna euclídea si, y sólo si, existe un número natural x tal que 1 < x < z – 1 y x^2 es congruente con 1 módulo z.

Soluciones

import Test.QuickCheck

ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)]
ternasEuclideas =
  [(x,y,z) | z <- [1..]
           , y <- [1..z]
           , esCuadrado (y * z + 1)
           , x <- [1..y]
           , esCuadrado (x * y + 1)
           , esCuadrado (z * x + 1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x
  where raizEntera :: Integer -> Integer
        raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool
esMayorDeTernaEuclidea z =
  not (null [(x,y) | y <- [1..z]
                   , esCuadrado (y * z + 1)
                   , x <- [1..y]
                   , esCuadrado (x * y + 1)
                   , esCuadrado (z * x + 1)])


-- La propiedad es
prop_esMayorDeTernaEuclidea :: Positive Integer -> Bool
prop_esMayorDeTernaEuclidea (Positive z) =
  esMayorDeTernaEuclidea z == any (\x -> (x^2) `mod` z == 1) [2..z-2]

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

import Test.QuickCheck

ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)]

ternasEuclideas =

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

, y <- [1..z]

, esCuadrado (y * z + 1)

, x <- [1..y]

, esCuadrado (x * y + 1)

, esCuadrado (z * x + 1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

where raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

esMayorDeTernaEuclidea z =

not (null [(x,y) | y <- [1..z]

, esCuadrado (y * z + 1)

, x <- [1..y]

, esCuadrado (x * y + 1)

, esCuadrado (z * x + 1)])

-- La propiedad es

prop_esMayorDeTernaEuclidea :: Positive Integer -> Bool

prop_esMayorDeTernaEuclidea (Positive z) =

esMayorDeTernaEuclidea z == any (\x -> (x^2) `mod` z == 1) [2..z-2]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_esMayorDeTernaEuclidea

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Todo pasa y todo queda,
pero lo nuestro es pasar,
pasar haciendo caminos,
caminos sobre la mar.

Antonio Machado

Simplificación de expresiones booleanas

PorJosé A. Alonso 14-febrero-201921-febrero-2019

El siguiente tipo de dato algebraico representa las expresiones booleanas construidas con una variable (X), las constantes verdadera (V) y falsa (F), la negación (Neg) y la disyunción (Dis):

   data Expr = X
             | V
             | F
             | Neg Expr
             | Dis Expr Expr
             deriving (Eq, Ord)

data Expr = X

| V

| F

| Neg Expr

| Dis Expr Expr

deriving (Eq, Ord)

Por ejemplo, la fórmula (¬X v V) se representa por (Dis (Neg X) V).

Definir las funciones

   valor      :: Expr -> Bool -> Bool 
   simplifica :: Expr -> Expr

1 2	valor :: Expr -> Bool -> Bool simplifica :: Expr -> Expr

tales que (valor p i) es el valor de la fórmula p cuando se le asigna a X el valor i. Por ejemplo,

   valor (Neg X) True           ==  False
   valor (Neg F) True           ==  True
   valor (Dis X (Neg X)) True   ==  True
   valor (Dis X (Neg X)) False  ==  True

valor (Neg X) True == False

valor (Neg F) True == True

valor (Dis X (Neg X)) True == True

valor (Dis X (Neg X)) False == True

y (simplifica p) es una expresión obtenida aplicándole a p las siguientes reglas de simplificación:

   Neg V       = F
   Neg F       = V
   Neg (Neg q) = q
   Dis V q     = V
   Dis F q     = q
   Dis q V     = V
   Dis q F     = F
   Dis q q     = q

Neg V = F

Neg F = V

Neg (Neg q) = q

Dis V q = V

Dis F q = q

Dis q V = V

Dis q F = F

Dis q q = q

Por ejemplo,

   simplifica (Dis X (Neg (Neg X)))                      ==  X
   simplifica (Neg (Dis (Neg (Neg X)) F))                ==  Neg X
   simplifica (Dis (Neg F) F)                            ==  V
   simplifica (Dis (Neg V) (Neg (Dis (Neg X) F)))        ==  X
   simplifica (Dis (Neg V) (Neg (Dis (Neg (Neg X)) F)))  ==  Neg X

simplifica (Dis X (Neg (Neg X))) == X

simplifica (Neg (Dis (Neg (Neg X)) F)) == Neg X

simplifica (Dis (Neg F) F) == V

simplifica (Dis (Neg V) (Neg (Dis (Neg X) F))) == X

simplifica (Dis (Neg V) (Neg (Dis (Neg (Neg X)) F))) == Neg X

Comprobar con QuickCheck que para cualquier fórmula p y cualquier booleano i se verifica que (valor (simplifica p) i) es igual a (valor p i).

Para la comprobación, de define el generador

   instance Arbitrary Expr where
     arbitrary = sized expr
       where expr n | n <= 0    = atom
                    | otherwise = oneof [ atom
                                        , liftM Neg subexpr
                                        , liftM2 Dis subexpr subexpr ]
               where atom    = oneof [elements [X,V,F]]
                     subexpr = expr (n `div` 2)

instance Arbitrary Expr where

arbitrary = sized expr

where expr n | n <= 0 = atom

| otherwise = oneof [ atom

, liftM Neg subexpr

, liftM2 Dis subexpr subexpr ]

where atom = oneof [elements [X,V,F]]

subexpr = expr (n `div` 2)

que usa las funciones liftM y liftM2 de la librería Control.Monad que hay que importar al principio.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Control.Monad 

data Expr = X
          | V
          | F
          | Neg Expr
          | Dis Expr Expr
          deriving (Eq, Ord, Show)

valor :: Expr -> Bool -> Bool 
valor X i         = i
valor V _         = True
valor F _         = False
valor (Neg p) i   = not (valor p i)
valor (Dis p q) i = valor p i || valor q i

simplifica :: Expr -> Expr
simplifica X = X
simplifica V = V
simplifica F = F
simplifica (Neg p) = negacion (simplifica p)
  where negacion V       = F
        negacion F       = V
        negacion (Neg p) = p
        negacion p       = Neg p
simplifica (Dis p q) = disyuncion (simplifica p) (simplifica q)
  where disyuncion V q = V
        disyuncion F q = q
        disyuncion q V = V
        disyuncion q F = q
        disyuncion p q | p == q    = p
                       | otherwise = Dis p q

-- La propiedad es
prop_simplifica :: Expr -> Bool -> Bool
prop_simplifica p i =
  valor (simplifica p) i == valor p i

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

-- Generador de fórmulas
instance Arbitrary Expr where
  arbitrary = sized expr
    where expr n | n <= 0    = atom
                 | otherwise = oneof [ atom
                                     , liftM Neg subexpr
                                     , liftM2 Dis subexpr subexpr ]
            where atom    = oneof [elements [X,V,F]]
                  subexpr = expr (n `div` 2)

import Test.QuickCheck

import Control.Monad

data Expr = X

| V

| F

| Neg Expr

| Dis Expr Expr

deriving (Eq, Ord, Show)

valor :: Expr -> Bool -> Bool

valor X i = i

valor V _ = True

valor F _ = False

valor (Neg p) i = not (valor p i)

valor (Dis p q) i = valor p i || valor q i

simplifica :: Expr -> Expr

simplifica X = X

simplifica V = V

simplifica F = F

simplifica (Neg p) = negacion (simplifica p)

where negacion V = F

negacion F = V

negacion (Neg p) = p

negacion p = Neg p

simplifica (Dis p q) = disyuncion (simplifica p) (simplifica q)

where disyuncion V q = V

disyuncion F q = q

disyuncion q V = V

disyuncion q F = q

disyuncion p q | p == q = p

| otherwise = Dis p q

-- La propiedad es

prop_simplifica :: Expr -> Bool -> Bool

prop_simplifica p i =

valor (simplifica p) i == valor p i

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_simplifica

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Generador de fórmulas

instance Arbitrary Expr where

arbitrary = sized expr

where expr n | n <= 0 = atom

| otherwise = oneof [ atom

, liftM Neg subexpr

, liftM2 Dis subexpr subexpr ]

where atom = oneof [elements [X,V,F]]

subexpr = expr (n `div` 2)

Pensamiento

¿Dices que nada se pierde?
Si esta copa de cristal
se me rompe, nunca en ella
beberé, nunca jamás.

Antonio Machado

Aritmética lunar

PorJosé A. Alonso 7-febrero-201914-febrero-2019

En la aritmética lunar la suma y el producto se hace como en la terrícola salvo que sus tablas de sumar y de multiplicar son distintas. La suma lunar de dos dígitos es su máximo (por ejemplo, 1 + 3 = 3 y 7 + 4 = 7) y el producto lunar de dos dígitos es su mínimo (por ejemplo, 1 x 3 = 1 y 7 x 4 = 4). Por tanto,

     3 5 7        3 5 7
   +   6 4      x   6 4
   -------      -------
     3 6 7        3 4 4
                3 5 6
                -------
                3 5 6 4

3 5 7 3 5 7

+ 6 4 x 6 4

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

3 6 7 3 4 4

3 5 6

-------

3 5 6 4

Definir las funciones

   suma     :: Integer -> Integer -> Integer
   producto :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	suma :: Integer -> Integer -> Integer producto :: Integer -> Integer -> Integer

tales que

(suma x y) es la suma lunar de x e y. Por ejemplo,

     suma 357 64  ==  367
     suma 64 357  ==  367
     suma 1 3     ==  3
     suma 7 4     ==  7

suma 357 64 == 367

suma 64 357 == 367

suma 1 3 == 3

suma 7 4 == 7

(producto x y) es el producto lunar de x e y. Por ejemplo,

     producto 357 64  ==  3564
     producto 64 357  ==  3564
     producto 1 3     ==  1
     producto 7 4     ==  4

producto 357 64 == 3564

producto 64 357 == 3564

producto 1 3 == 1

producto 7 4 == 4

Comprobar con QuickCheck que la suma y el producto lunar son conmutativos.

Soluciones

import Test.QuickCheck

suma :: Integer -> Integer -> Integer
suma 0 0 = 0
suma x y = max x2 y2 + 10 * suma x1 y1
  where (x1,x2) = x `divMod` 10
        (y1,y2) = y `divMod` 10

producto :: Integer -> Integer -> Integer
producto 0 _ = 0
producto x y = productoDigitoNumero x2 y `suma` (10 * producto x1 y)
  where (x1, x2) = x `divMod` 10

-- (productoDigitoNumero d x) es el producto del dígito d por el número
-- x. Por ejemplo,
--    productoDigitoNumero 4 357  ==  344
--    productoDigitoNumero 6 357  ==  356
productoDigitoNumero :: Integer -> Integer -> Integer
productoDigitoNumero _ 0 = 0
productoDigitoNumero d x = min d x2 + 10 * productoDigitoNumero d x1
  where (x1, x2) = x `divMod` 10

-- La propiedad es
prop_conmutativa :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool
prop_conmutativa (Positive x) (Positive y) =
  suma x y == suma y x &&
  producto x y == producto y x

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

import Test.QuickCheck

suma :: Integer -> Integer -> Integer

suma 0 0 = 0

suma x y = max x2 y2 + 10 * suma x1 y1

where (x1,x2) = x `divMod` 10

(y1,y2) = y `divMod` 10

producto :: Integer -> Integer -> Integer

producto 0 _ = 0

producto x y = productoDigitoNumero x2 y `suma` (10 * producto x1 y)

where (x1, x2) = x `divMod` 10

-- (productoDigitoNumero d x) es el producto del dígito d por el número

-- x. Por ejemplo,

-- productoDigitoNumero 4 357 == 344

-- productoDigitoNumero 6 357 == 356

productoDigitoNumero :: Integer -> Integer -> Integer

productoDigitoNumero _ 0 = 0

productoDigitoNumero d x = min d x2 + 10 * productoDigitoNumero d x1

where (x1, x2) = x `divMod` 10

-- La propiedad es

prop_conmutativa :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool

prop_conmutativa (Positive x) (Positive y) =

suma x y == suma y x &&

producto x y == producto y x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_conmutativa

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Cantad conmigo en coro: saber, nada sabemos,
de arcano mar vinimos, a ignota mar iremos …
La luz nada ilumina y el sabio nada enseña.
¿Qué dice la palabra? ¿Qué el agua de la peña?

Antonio Machado

Dígitos en las posiciones pares de cuadrados

PorJosé A. Alonso 1-febrero-20198-febrero-2019

Definir las funciones

   digitosPosParesCuadrado    :: Integer -> ([Integer],Int)
   invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

1 2	digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int) invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

tales que

(digitosPosParesCuadrado n) es el par formados por los dígitos de n² en la posiciones pares y por el número de dígitos de n². Por ejemplo,

     digitosPosParesCuadrado 8     ==  ([6],2)
     digitosPosParesCuadrado 14    ==  ([1,6],3)
     digitosPosParesCuadrado 36    ==  ([1,9],4)
     digitosPosParesCuadrado 116   ==  ([1,4,6],5)
     digitosPosParesCuadrado 2019  ==  ([4,7,3,1],7)

digitosPosParesCuadrado 8 == ([6],2)

digitosPosParesCuadrado 14 == ([1,6],3)

digitosPosParesCuadrado 36 == ([1,9],4)

digitosPosParesCuadrado 116 == ([1,4,6],5)

digitosPosParesCuadrado 2019 == ([4,7,3,1],7)

(invDigitosPosParesCuadrado (xs,k)) es la lista de los números n tales que xs es la lista de los dígitos de n² en la posiciones pares y k es el número de dígitos de n². Por ejemplo,

     invDigitosPosParesCuadrado ([6],2)             ==  [8]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,6],3)           ==  [14]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,9],4)           ==  [36]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,4,6],5)         ==  [116,136]
     invDigitosPosParesCuadrado ([4,7,3,1],7)       ==  [2019,2139,2231]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],3)           ==  []
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],4)           ==  [32,35,39]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,3,4,5,6],11)  ==  [115256,127334,135254]

invDigitosPosParesCuadrado ([6],2) == [8]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,6],3) == [14]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,9],4) == [36]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,4,6],5) == [116,136]

invDigitosPosParesCuadrado ([4,7,3,1],7) == [2019,2139,2231]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],3) == []

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],4) == [32,35,39]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,3,4,5,6],11) == [115256,127334,135254]

Comprobar con QuickCheck que para todo entero positivo n se verifica que para todo entero positivo m, m pertenece a (invDigitosPosParesCuadrado (digitosPosParesCuadrado n)) si, y sólo si, (digitosPosParesCuadrado m) es igual a (digitosPosParesCuadrado n)

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- Definición de digitosPosParesCuadrado
-- =====================================

digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int)
digitosPosParesCuadrado n =
  (digitosPosPares (n^2),length (show (n^2)))

-- (digitosPosPares n) es la lista de los dígitos de n en posiciones
-- pares. Por ejemplo,
--    digitosPosPares 24012019  ==  [2,0,2,1]
digitosPosPares :: Integer -> [Integer]
digitosPosPares n = elementosPosPares (digitos n)

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

-- (elementosPosPares xs) es la lista de los elementos de xs en
-- posiciones pares. Por ejemplo,
--    elementosPosPares [3,2,5,7,6,4]  ==  [3,5,6]
elementosPosPares :: [a] -> [a]
elementosPosPares []       = []
elementosPosPares [x]      = [x]
elementosPosPares (x:_:zs) = x : elementosPosPares zs

-- 1ª definición de invDigitosPosParesCuadrado
-- ========================================

invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]
invDigitosPosParesCuadrado (xs, a) =
  [x | x <- [ceiling (sqrt 10^(a-1))..ceiling (sqrt 10^a)]
     , digitosPosParesCuadrado x == (xs,a)]

-- 2ª definición de invDigitosPosParesCuadrado
-- ========================================

invDigitosPosParesCuadrado2 :: ([Integer],Int) -> [Integer]
invDigitosPosParesCuadrado2 x =
  [n | n <- [a..b], digitosPosParesCuadrado n == x]
  where a = floor (sqrt (fromIntegral (completaNum x 0)))
        b = ceiling (sqrt (fromIntegral (completaNum x 9)))

-- (completaNum (xs,k) n) es el número cuyos dígitos en las posiciones
-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n
-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un
-- menos). Por ejemplo, 
--    completaNum ([1,3,8],5) 4  ==  14348
--    completaNum ([1,3,8],6) 4  ==  143484
completaNum :: ([Integer],Int) -> Integer -> Integer
completaNum x n = digitosAnumero (completa x n)

-- (completa (xs,k) n) es la lista cuyos elementos en las posiciones
-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n
-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un
-- menos). Por ejemplo, 
--    completa ([1,3,8],5) 4  ==  [1,4,3,4,8]
--    completa ([1,3,8],6) 4  ==  [1,4,3,4,8,4]
completa :: ([Integer],Int) -> Integer -> [Integer]
completa (xs,k) n
  | even k    = ys
  | otherwise = init ys
  where ys = concat [[x,n] | x <- xs]

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [2,0,1,9]  ==  2019
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = read . concatMap show

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

--    λ> invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,1,5,7,4,9],13)
--    [1106393,1234567,1314597]
--    (7.55 secs, 13,764,850,536 bytes)
--    λ> invDigitosPosParesCuadrado2 ([1,2,1,5,7,4,9],13)
--    [1106393,1234567,1314597]
--    (1.96 secs, 3,780,368,816 bytes)

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

-- La propiedad es  
prop_digitosPosParesCuadrado :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool
prop_digitosPosParesCuadrado (Positive n) (Positive m) =
  (digitosPosParesCuadrado m == x)
  == (m `elem` invDigitosPosParesCuadrado x)
  where x = digitosPosParesCuadrado n

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

import Test.QuickCheck

-- Definición de digitosPosParesCuadrado

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

digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int)

digitosPosParesCuadrado n =

(digitosPosPares (n^2),length (show (n^2)))

-- (digitosPosPares n) es la lista de los dígitos de n en posiciones

-- pares. Por ejemplo,

-- digitosPosPares 24012019 == [2,0,2,1]

digitosPosPares :: Integer -> [Integer]

digitosPosPares n = elementosPosPares (digitos n)

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

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

digitos :: Integer -> [Integer]

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

-- (elementosPosPares xs) es la lista de los elementos de xs en

-- posiciones pares. Por ejemplo,

-- elementosPosPares [3,2,5,7,6,4] == [3,5,6]

elementosPosPares :: [a] -> [a]

elementosPosPares [] = []

elementosPosPares [x] = [x]

elementosPosPares (x:_:zs) = x : elementosPosPares zs

-- 1ª definición de invDigitosPosParesCuadrado

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

invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

invDigitosPosParesCuadrado (xs, a) =

[x | x <- [ceiling (sqrt 10^(a-1))..ceiling (sqrt 10^a)]

, digitosPosParesCuadrado x == (xs,a)]

-- 2ª definición de invDigitosPosParesCuadrado

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

invDigitosPosParesCuadrado2 :: ([Integer],Int) -> [Integer]

invDigitosPosParesCuadrado2 x =

[n | n <- [a..b], digitosPosParesCuadrado n == x]

where a = floor (sqrt (fromIntegral (completaNum x 0)))

b = ceiling (sqrt (fromIntegral (completaNum x 9)))

-- (completaNum (xs,k) n) es el número cuyos dígitos en las posiciones

-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n

-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un

-- menos). Por ejemplo,

-- completaNum ([1,3,8],5) 4 == 14348

-- completaNum ([1,3,8],6) 4 == 143484

completaNum :: ([Integer],Int) -> Integer -> Integer

completaNum x n = digitosAnumero (completa x n)

-- (completa (xs,k) n) es la lista cuyos elementos en las posiciones

-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n

-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un

-- menos). Por ejemplo,

-- completa ([1,3,8],5) 4 == [1,4,3,4,8]

-- completa ([1,3,8],6) 4 == [1,4,3,4,8,4]

completa :: ([Integer],Int) -> Integer -> [Integer]

completa (xs,k) n

| even k = ys

| otherwise = init ys

where ys = concat [[x,n] | x <- xs]

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,

-- digitosAnumero [2,0,1,9] == 2019

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = read . concatMap show

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,1,5,7,4,9],13)

-- [1106393,1234567,1314597]

-- (7.55 secs, 13,764,850,536 bytes)

-- λ> invDigitosPosParesCuadrado2 ([1,2,1,5,7,4,9],13)

-- [1106393,1234567,1314597]

-- (1.96 secs, 3,780,368,816 bytes)

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_digitosPosParesCuadrado :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool

prop_digitosPosParesCuadrado (Positive n) (Positive m) =

(digitosPosParesCuadrado m == x)

== (m `elem` invDigitosPosParesCuadrado x)

where x = digitosPosParesCuadrado n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_digitosPosParesCuadrado

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

¡Ojos que a la luz se abrieron
un día para, después,
ciegos tornar a la tierra,
hartos de mirar sin ver.

Antonio Machado

Números con dígitos 1 y 2

PorJosé A. Alonso 28-enero-201926-marzo-2022

Definir las funciones

   numerosCon1y2               :: Int -> [Int]
   restosNumerosCon1y2         :: Int -> [Int]
   grafica_restosNumerosCon1y2 :: Int -> IO ()

numerosCon1y2 :: Int -> [Int]

restosNumerosCon1y2 :: Int -> [Int]

grafica_restosNumerosCon1y2 :: Int -> IO ()

tales que

(numerosCon1y2 n) es la lista ordenada de números de n dígitos que se pueden formar con los dígitos 1 y 2. Por ejemplo,

     numerosCon1y2 2  ==  [11,12,21,22] 
     numerosCon1y2 3  ==  [111,112,121,122,211,212,221,222]

1 2	numerosCon1y2 2 == [11,12,21,22] numerosCon1y2 3 == [111,112,121,122,211,212,221,222]

(restosNumerosCon1y2 n) es la lista de los restos de dividir los elementos de (restosNumerosCon1y2 n) entre 2^n. Por ejemplo,

     restosNumerosCon1y2 2 == [3,0,1,2]
     restosNumerosCon1y2 3 == [7,0,1,2,3,4,5,6]
     restosNumerosCon1y2 4 == [7,8,1,2,11,12,5,6,15,0,9,10,3,4,13,14]

restosNumerosCon1y2 2 == [3,0,1,2]

restosNumerosCon1y2 3 == [7,0,1,2,3,4,5,6]

restosNumerosCon1y2 4 == [7,8,1,2,11,12,5,6,15,0,9,10,3,4,13,14]

(graficaRestosNumerosCon1y2 n) dibuja la gráfica de los restos de dividir los elementos de (restosNumerosCon1y2 n) entre 2^n. Por ejemplo, (graficaRestosNumerosCon1y2 3) dibuja

(graficaRestosNumerosCon1y2 4) dibuja

y (graficaRestosNumerosCon1y2 5) dibuja

Nota: En la definición usar la función plotListStyle y como su segundo argumento (el PloStyle) usar

     (defaultStyle {plotType = LinesPoints,
                    lineSpec = CustomStyle [PointType 7]})

1 2	(defaultStyle {plotType = LinesPoints, lineSpec = CustomStyle [PointType 7]})

Comprobar con QuickCheck que todos los elementos de (restosNumerosCon1y2 n) son distintos.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de numerosCon1y2
-- ===========================

numerosCon1y2 :: Int -> [Int]
numerosCon1y2 = map digitosAnumero . digitos

-- (dígitos n) es la lista ordenada de de listas de n elementos que
-- se pueden formar con los dígitos 1 y 2. Por ejemplo,
--    λ> digitos 2
--    [[1,1],[1,2],[2,1],[2,2]]
--    λ> digitos 3
--    [[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[2,1,1],[2,1,2],[2,2,1],[2,2,2]]
digitos :: Int -> [[Int]]
digitos 0 = [[]]
digitos n = map (1:) xss ++ map (2:) xss
  where xss = digitos (n-1)

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [2,0,1,9]  ==  2019
digitosAnumero :: [Int] -> Int
digitosAnumero = read . concatMap show

-- Definición de restosNumerosCon1y2
-- =================================

restosNumerosCon1y2 :: Int -> [Int]
restosNumerosCon1y2 n =
  [x `mod` m | x <- numerosCon1y2 n]
  where m = 2^n

-- Definición de graficaRestosNumerosCon1y2
-- =========================================

graficaRestosNumerosCon1y2 :: Int -> IO ()
graficaRestosNumerosCon1y2 n =
  plotListStyle
    [ Key Nothing
    , PNG ("Numeros_con_digitos_1_y_2_" ++ show n ++ ".png")
    ]
    (defaultStyle {plotType = LinesPoints,
                   lineSpec = CustomStyle [PointType 7]})
    (restosNumerosCon1y2 n)

-- Propiedad de restosNumerosCon1y2
-- ================================

-- La propiedad
prop_restosNumerosCon1y2 :: Positive Int -> Bool
prop_restosNumerosCon1y2 (Positive n) =
  todosDistintos (restosNumerosCon1y2 n)
  where todosDistintos xs = xs == nub xs

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=12}) prop_restosNumerosCon1y2
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de numerosCon1y2

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

numerosCon1y2 :: Int -> [Int]

numerosCon1y2 = map digitosAnumero . digitos

-- (dígitos n) es la lista ordenada de de listas de n elementos que

-- se pueden formar con los dígitos 1 y 2. Por ejemplo,

-- λ> digitos 2

-- [[1,1],[1,2],[2,1],[2,2]]

-- λ> digitos 3

-- [[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1],[1,2,2],[2,1,1],[2,1,2],[2,2,1],[2,2,2]]

digitos :: Int -> [[Int]]

digitos 0 = [[]]

digitos n = map (1:) xss ++ map (2:) xss

where xss = digitos (n-1)

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,

-- digitosAnumero [2,0,1,9] == 2019

digitosAnumero :: [Int] -> Int

digitosAnumero = read . concatMap show

-- Definición de restosNumerosCon1y2

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

restosNumerosCon1y2 :: Int -> [Int]

restosNumerosCon1y2 n =

[x `mod` m | x <- numerosCon1y2 n]

where m = 2^n

-- Definición de graficaRestosNumerosCon1y2

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

graficaRestosNumerosCon1y2 :: Int -> IO ()

graficaRestosNumerosCon1y2 n =

plotListStyle

[ Key Nothing

, PNG ("Numeros_con_digitos_1_y_2_" ++ show n ++ ".png")

]

(defaultStyle {plotType = LinesPoints,

lineSpec = CustomStyle [PointType 7]})

(restosNumerosCon1y2 n)

-- Propiedad de restosNumerosCon1y2

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

-- La propiedad

prop_restosNumerosCon1y2 :: Positive Int -> Bool

prop_restosNumerosCon1y2 (Positive n) =

todosDistintos (restosNumerosCon1y2 n)

where todosDistintos xs = xs == nub xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=12}) prop_restosNumerosCon1y2

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

¿Para qué llamar caminos
a los surcos del azar? …
Todo el que camina anda,
como Jesús, sobre el mar.

Antonio Machado

El teorema de Navidad de Fermat

PorJosé A. Alonso 31-diciembre-201825-abril-2021

Definir las funciones

   representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
   primos4nM1 :: [Integer]

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primos4nM1 :: [Integer]

tales que

(representaciones n) es la lista de pares de números naturales (x,y) tales que n = x^2 + y^2 con x <= y. Por ejemplo.

     representaciones  20           ==  [(2,4)]
     representaciones  25           ==  [(0,5),(3,4)]
     representaciones 325           ==  [(1,18),(6,17),(10,15)]
     representaciones 100000147984  ==  [(0,316228)]
     length (representaciones (10^10))    ==  6
     length (representaciones (4*10^12))  ==  7

representaciones 20 == [(2,4)]

representaciones 25 == [(0,5),(3,4)]

representaciones 325 == [(1,18),(6,17),(10,15)]

representaciones 100000147984 == [(0,316228)]

length (representaciones (10^10)) == 6

length (representaciones (4*10^12)) == 7

primosImparesConRepresentacionUnica es la lista de los números primos impares que se pueden escribir exactamente de una manera como suma de cuadrados de pares de números naturales (x,y) con x <= y. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

primos4nM1 es la lista de los números primos que se pueden escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que son congruentes con 1 módulo 4). Por ejemplo,

     λ> take 20 primos4nM1
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primos4nM1 [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

Comprobar con QuickCheck el torema de Navidad de Fermat; es decir, que para todo número n, los n-ésimos elementos de primosImparesConRepresentacionUnica y de primos4nM1 son iguales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones n =
  [(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones2 n =
  [(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)] 
              , let z = n - x*x
              , esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer 
raiz 0 = 0
raiz 1 = 1
raiz x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = a
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^2

-- 3ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones3 n =
  [(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)] 
               , let z = n - x*x
               , esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado3 25  ==  True
--    esCuadrado3 26  ==  False
esCuadrado3 :: Integer -> Bool
esCuadrado3 x = x == y * y
  where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz3 25  ==  5
--    raiz3 24  ==  4
--    raiz3 26  ==  5
raiz3 :: Integer -> Integer
raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))
          
-- 4ª definición de representaciones
-- =================================
 
representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))
  where aux x y
          | x > y     = [] 
          | otherwise = case compare (x*x + y*y) n of
                          LT -> aux (x + 1) y
                          EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)
                          GT -> aux x (y - 1)

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

-- La propiedad es
prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_representaciones_equiv (Positive n) =
  representaciones  n == representaciones2 n &&
  representaciones2 n == representaciones3 n &&
  representaciones3 n == representaciones4 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones
-- =================================================================

--    λ> representaciones 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)
--    λ> representaciones2 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 867,944 bytes)
--    λ> representaciones3 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 173,512 bytes)
--    λ> representaciones4 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 423,424 bytes)
--    
--    λ> length (representaciones2 (10^10))
--    6
--    (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)
--    λ> length (representaciones3 (10^10))
--    6
--    (0.10 secs, 62,349,048 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (10^10))
--    6
--    (0.11 secs, 48,052,360 bytes)
--
--    λ> length (representaciones3 (4*10^12))
--    7
--    (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (4*10^12))
--    7
--    (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica
-- =================================================

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
primosImparesConRepresentacionUnica =
  [x | x <- tail primes
     , length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1
-- ========================

primos4nM1 :: [Integer]
primos4nM1 = [x | x <- primes
                , x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat
-- ============================

-- La propiedad es
prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool
prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =
  primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n
             
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat
--    +++ OK, passed 100 tests.

100

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151

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones

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

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

representaciones n =

[(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones

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

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones2 n =

[(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz 0 = 0

raiz 1 = 1

raiz x = aux (0,x)

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

| c == a = a

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

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

d = c^2

-- 3ª definición de representaciones

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

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones3 n =

[(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado3 25 == True

-- esCuadrado3 26 == False

esCuadrado3 :: Integer -> Bool

esCuadrado3 x = x == y * y

where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz3 25 == 5

-- raiz3 24 == 4

-- raiz3 26 == 5

raiz3 :: Integer -> Integer

raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 4ª definición de representaciones

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

representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))

where aux x y

| x > y = []

| otherwise = case compare (x*x + y*y) n of

LT -> aux (x + 1) y

EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)

GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones

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

-- La propiedad es

prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_representaciones_equiv (Positive n) =

representaciones n == representaciones2 n &&

representaciones2 n == representaciones3 n &&

representaciones3 n == representaciones4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_representaciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones

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

-- λ> representaciones 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)

-- λ> representaciones2 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 867,944 bytes)

-- λ> representaciones3 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 173,512 bytes)

-- λ> representaciones4 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 423,424 bytes)

-- λ> length (representaciones2 (10^10))

-- 6

-- (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (10^10))

-- 6

-- (0.10 secs, 62,349,048 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (10^10))

-- 6

-- (0.11 secs, 48,052,360 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (4*10^12))

-- 7

-- (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (4*10^12))

-- 7

-- (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primosImparesConRepresentacionUnica =

[x | x <- tail primes

, length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1

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

primos4nM1 :: [Integer]

primos4nM1 = [x | x <- primes

, x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat

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

-- La propiedad es

prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool

prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =

primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

– ¡Cuándo llegará otro día!
– Hoy es siempre todavía.

Antonio Machado

Árbol de subconjuntos

PorJosé A. Alonso 28-diciembre-20184-enero-2019

Se dice que A es un subconjunto maximal de B si A ⊂ B y no existe ningún C tal que A ⊂ C y C ⊂ B. Por ejemplo, {2,5} es un subconjunto maximal de {2,3,5], pero {3] no lo es.

El árbol de los subconjuntos de un conjunto A es el árbol que tiene como raíz el conjunto A y cada nodo tiene como hijos sus subconjuntos maximales. Por ejemplo, el árbol de subconjuntos de [2,3,5] es

          [2, 3, 5]
          /   |  \
         /    |   \  
        /     |    \   
       /      |     \
      /       |      \
    [5,3]   [2,3]   [2,5]  
    /  \    /  \    /  \  
   [3] [5] [3] [2] [5] [2]
    |   |   |   |   |   | 
   [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

[2, 3, 5]

/ | \

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

/ \ / \ / \

[3] [5] [3] [2] [5] [2]

| | | | | |

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

Usando el tipo de dato

   data Arbol = N [Integer] [Arbol]
     deriving (Eq, Show)

1 2	data Arbol = N [Integer] [Arbol] deriving (Eq, Show)

el árbol anterior se representa por

   N [2,5,3]
     [N [5,3]
        [N [3]
           [N [] []],
         N [5]
           [N [] []]],
      N [2,3]
        [N [3]
           [N [] []],
         N [2]
           [N [] []]],
      N [2,5]
        [N [5]
           [N [] []],
         N [2]
           [N [] []]]]

N [2,5,3]

[N [5,3]

[N [3]

[N [] []],

N [5]

[N [] []]],

N [2,3]

[N [3]

[N [] []],

N [2]

[N [] []]],

N [2,5]

[N [5]

[N [] []],

N [2]

[N [] []]]]

Definir las funciones

   arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol 
   nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

1 2	arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

tales que

(arbolSubconjuntos x) es el árbol de los subconjuntos de xs. Por ejemplo,

     λ> arbolSubconjuntos [2,5,3]
     N [2,5,3] [N [5,3] [N [3] [N [] []],N [5] [N [] []]],
                N [2,3] [N [3] [N [] []],N [2] [N [] []]],
                N [2,5] [N [5] [N [] []],N [2] [N [] []]]]

λ> arbolSubconjuntos [2,5,3]

N [2,5,3] [N [5,3] [N [3] [N [] []],N [5] [N [] []]],

N [2,3] [N [3] [N [] []],N [2] [N [] []]],

N [2,5] [N [5] [N [] []],N [2] [N [] []]]]

(nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys) es el número de veces que aparece el conjunto xs en el árbol de los subconjuntos de ys. Por ejemplo,

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

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [] [2,5,3] == 6

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3] [2,5,3] == 2

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5] [2,5,3] == 1

nOcurrenciasArbolSubconjuntos [3,5,2] [2,5,3] == 1

Comprobar con QuickChek que, para todo entero positivo n, el número de ocurrencia de un subconjunto xs de [1..n] en el árbol de los subconjuntos de [1..n] es el factorial de n-k (donde k es el número de elementos de xs).

Soluciones

import Data.List (delete, nub, sort, subsequences)
import Test.QuickCheck

data Arbol = N [Int] [Arbol]
  deriving (Eq, Show)

arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol 
arbolSubconjuntos xs =
  N xs (map arbolSubconjuntos (subconjuntosMaximales xs))

-- (subconjuntosMaximales xs) es la lista de los subconjuntos maximales
-- de xs. Por ejemplo,
--    subconjuntosMaximales [2,5,3]  ==  [[5,3],[2,3],[2,5]]
subconjuntosMaximales :: [Int] -> [[Int]]
subconjuntosMaximales xs =
  [delete x xs | x <- xs]

-- Definición de nOcurrenciasArbolSubconjuntos
-- ===========================================

nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int
nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys =
  nOcurrencias xs (arbolSubconjuntos ys)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aparece x en el árbol
-- a. Por ejemplo,
--    nOcurrencias 3 (arbolSubconjuntos 30)  ==  2
nOcurrencias :: [Int] -> Arbol -> Int
nOcurrencias xs (N ys [])
  | conjunto xs == conjunto ys  = 1
  | otherwise                   = 0
nOcurrencias xs (N ys zs)
  | conjunto xs == conjunto ys = 1 + sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]
  | otherwise                  = sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

-- (conjunto xs) es el conjunto ordenado correspondiente a xs. Por
-- ejemplo, 
--    conjunto [3,2,5,2,3,7,2]  ==  [2,3,5,7]
conjunto :: [Int] -> [Int]
conjunto = nub . sort

-- La propiedad es
prop_nOcurrencias :: (Positive Int) -> [Int] -> Bool
prop_nOcurrencias (Positive n) xs =
  nOcurrenciasArbolSubconjuntos ys [1..n] == factorial (n-k)
  where ys = nub [1 + x `mod` n | x <- xs]
        k  = length ys
        factorial m = product [1..m]

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

import Data.List (delete, nub, sort, subsequences)

import Test.QuickCheck

data Arbol = N [Int] [Arbol]

deriving (Eq, Show)

arbolSubconjuntos :: [Int] -> Arbol

arbolSubconjuntos xs =

N xs (map arbolSubconjuntos (subconjuntosMaximales xs))

-- (subconjuntosMaximales xs) es la lista de los subconjuntos maximales

-- de xs. Por ejemplo,

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

subconjuntosMaximales :: [Int] -> [[Int]]

subconjuntosMaximales xs =

[delete x xs | x <- xs]

-- Definición de nOcurrenciasArbolSubconjuntos

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

nOcurrenciasArbolSubconjuntos :: [Int] -> [Int] -> Int

nOcurrenciasArbolSubconjuntos xs ys =

nOcurrencias xs (arbolSubconjuntos ys)

-- (nOcurrencias x a) es el número de veces que aparece x en el árbol

-- a. Por ejemplo,

-- nOcurrencias 3 (arbolSubconjuntos 30) == 2

nOcurrencias :: [Int] -> Arbol -> Int

nOcurrencias xs (N ys [])

| conjunto xs == conjunto ys = 1

| otherwise = 0

nOcurrencias xs (N ys zs)

| conjunto xs == conjunto ys = 1 + sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

| otherwise = sum [nOcurrencias xs z | z <- zs]

-- (conjunto xs) es el conjunto ordenado correspondiente a xs. Por

-- ejemplo,

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

conjunto :: [Int] -> [Int]

conjunto = nub . sort

-- La propiedad es

prop_nOcurrencias :: (Positive Int) -> [Int] -> Bool

prop_nOcurrencias (Positive n) xs =

nOcurrenciasArbolSubconjuntos ys [1..n] == factorial (n-k)

where ys = nub [1 + x `mod` n | x <- xs]

k = length ys

factorial m = product [1..m]

-- La comprobación es

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

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Nunca traces tu frontera,
ni cuides de tu perfil;
todo eso es cosa de fuera.

Antonio Machado

Tablas de operaciones binarias

PorJosé A. Alonso 26-diciembre-20182-enero-2019

Para representar las operaciones binarias en un conjunto finito A con n elementos se pueden numerar sus elementos desde el 0 al n-1. Entonces cada operación binaria en A se puede ver como una lista de listas xss tal que el valor de aplicar la operación a los elementos i y j es el j-ésimo elemento del i-ésimo elemento de xss. Por ejemplo, si A = {0,1,2} entonces las tabla de la suma y de la resta módulo 3 en A son

   0 1 2    0 2 1
   1 2 0    1 0 2
   2 0 1    2 1 0
   Suma     Resta

0 1 2 0 2 1

1 2 0 1 0 2

2 0 1 2 1 0

Suma Resta

Definir las funciones

   tablaOperacion :: (Int -> Int -> Int) -> Int -> [[Int]]
   tablaSuma      :: Int -> [[Int]]
   tablaResta     :: Int -> [[Int]]
   tablaProducto  :: Int -> [[Int]]

tablaOperacion :: (Int -> Int -> Int) -> Int -> [[Int]]

tablaSuma :: Int -> [[Int]]

tablaResta :: Int -> [[Int]]

tablaProducto :: Int -> [[Int]]

tales que

(tablaOperacion f n) es la tabla de la operación f módulo n en [0..n-1]. Por ejemplo,

     tablaOperacion (+) 3  ==  [[0,1,2],[1,2,0],[2,0,1]]
     tablaOperacion (-) 3  ==  [[0,2,1],[1,0,2],[2,1,0]]
     tablaOperacion (-) 4  ==  [[0,3,2,1],[1,0,3,2],[2,1,0,3],[3,2,1,0]]
     tablaOperacion (\x y -> abs (x-y)) 3  ==  [[0,1,2],[1,0,1],[2,1,0]]

tablaOperacion (+) 3 == [[0,1,2],[1,2,0],[2,0,1]]

tablaOperacion (-) 3 == [[0,2,1],[1,0,2],[2,1,0]]

tablaOperacion (-) 4 == [[0,3,2,1],[1,0,3,2],[2,1,0,3],[3,2,1,0]]

tablaOperacion (\x y -> abs (x-y)) 3 == [[0,1,2],[1,0,1],[2,1,0]]

(tablaSuma n) es la tabla de la suma módulo n en [0..n-1]. Por ejemplo,

     tablaSuma 3  ==  [[0,1,2],[1,2,0],[2,0,1]]
     tablaSuma 4  ==  [[0,1,2,3],[1,2,3,0],[2,3,0,1],[3,0,1,2]]

1 2	tablaSuma 3 == [[0,1,2],[1,2,0],[2,0,1]] tablaSuma 4 == [[0,1,2,3],[1,2,3,0],[2,3,0,1],[3,0,1,2]]

(tablaResta n) es la tabla de la resta módulo n en [0..n-1]. Por ejemplo,

     tablaResta 3  ==  [[0,2,1],[1,0,2],[2,1,0]]
     tablaResta 4  ==  [[0,3,2,1],[1,0,3,2],[2,1,0,3],[3,2,1,0]]

1 2	tablaResta 3 == [[0,2,1],[1,0,2],[2,1,0]] tablaResta 4 == [[0,3,2,1],[1,0,3,2],[2,1,0,3],[3,2,1,0]]

(tablaProducto n) es la tabla del producto módulo n en [0..n-1]. Por ejemplo,

     tablaProducto 3  ==  [[0,0,0],[0,1,2],[0,2,1]]
     tablaProducto 4  ==  [[0,0,0,0],[0,1,2,3],[0,2,0,2],[0,3,2,1]]

1 2	tablaProducto 3 == [[0,0,0],[0,1,2],[0,2,1]] tablaProducto 4 == [[0,0,0,0],[0,1,2,3],[0,2,0,2],[0,3,2,1]]

Comprobar con QuickCheck, si parato entero positivo n de verificar las siguientes propiedades:

La suma, módulo n, de todos los números de (tablaSuma n) es 0.
La suma, módulo n, de todos los números de (tablaResta n) es 0.
La suma, módulo n, de todos los números de (tablaProducto n) es n/2 si n es el doble de un número impar y es 0, en caso contrario.

Soluciones

import Test.QuickCheck

tablaOperacion :: (Int -> Int -> Int) -> Int -> [[Int]]
tablaOperacion f n =
  [[f i j `mod` n | j <- [0..n-1]] | i <- [0..n-1]]

tablaSuma :: Int -> [[Int]]
tablaSuma = tablaOperacion (+)

tablaResta :: Int -> [[Int]]
tablaResta = tablaOperacion (-)

tablaProducto :: Int -> [[Int]]
tablaProducto = tablaOperacion (*)

-- (sumaTabla xss) es la suma, módulo n, de los elementos de la tabla de
-- operación xss (donde n es el número de elementos de xss). Por
-- ejemplo, 
--    sumaTabla [[0,2,1],[1,1,2],[2,1,0]]  ==  1
sumaTabla :: [[Int]] -> Int
sumaTabla = sum . concat

-- La propiedad de la tabla de la suma es
prop_tablaSuma :: (Positive Int) -> Bool
prop_tablaSuma (Positive n) =
  sumaTabla (tablaSuma n) == 0

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

-- La propiedad de la tabla de la resta es
prop_tablaResta :: (Positive Int) -> Bool
prop_tablaResta (Positive n) =
  sumaTabla (tablaResta n) == 0

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_tablaResta
--    +++ OK, passed 100 tests.
  
-- La propiedad de la tabla del producto es
prop_tablaProducto :: (Positive Int) -> Bool
prop_tablaProducto (Positive n)
  | even n && odd (n `div` 2) = suma == n `div` 2
  | otherwise                 = suma == 0
  where suma = sumaTabla (tablaProducto n)

import Test.QuickCheck

tablaOperacion :: (Int -> Int -> Int) -> Int -> [[Int]]

tablaOperacion f n =

[[f i j `mod` n | j <- [0..n-1]] | i <- [0..n-1]]

tablaSuma :: Int -> [[Int]]

tablaSuma = tablaOperacion (+)

tablaResta :: Int -> [[Int]]

tablaResta = tablaOperacion (-)

tablaProducto :: Int -> [[Int]]

tablaProducto = tablaOperacion (*)

-- (sumaTabla xss) es la suma, módulo n, de los elementos de la tabla de

-- operación xss (donde n es el número de elementos de xss). Por

-- ejemplo,

-- sumaTabla [[0,2,1],[1,1,2],[2,1,0]] == 1

sumaTabla :: [[Int]] -> Int

sumaTabla = sum . concat

-- La propiedad de la tabla de la suma es

prop_tablaSuma :: (Positive Int) -> Bool

prop_tablaSuma (Positive n) =

sumaTabla (tablaSuma n) == 0

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_tablaSuma

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La propiedad de la tabla de la resta es

prop_tablaResta :: (Positive Int) -> Bool

prop_tablaResta (Positive n) =

sumaTabla (tablaResta n) == 0

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_tablaResta

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La propiedad de la tabla del producto es

prop_tablaProducto :: (Positive Int) -> Bool

prop_tablaProducto (Positive n)

| even n && odd (n `div` 2) = suma == n `div` 2

| otherwise = suma == 0

where suma = sumaTabla (tablaProducto n)

Pensamiento

¿Tu verdad? No, la Verdad,
y ven conmigo a buscarla.
La tuya guárdatela.

Antonio Machado

Divisores propios maximales

PorJosé A. Alonso 20-diciembre-201827-diciembre-2018

Se dice que a es un divisor propio maximal de un número b si a es un divisor de b distinto de b y no existe ningún número c tal que a < c < b, a es un divisor de c y c es un divisor de b. Por ejemplo, 15 es un divisor propio maximal de 30, pero 5 no lo es.

Definir las funciones

   divisoresPropiosMaximales  :: Integer -> [Integer]
   nDivisoresPropiosMaximales :: Integer -> Integer

1 2	divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer] nDivisoresPropiosMaximales :: Integer -> Integer

tales que

(divisoresPropiosMaximales x) es la lista de los divisores propios maximales de x. Por ejemplo,

     divisoresPropiosMaximales 30   ==  [6,10,15]
     divisoresPropiosMaximales 420  ==  [60,84,140,210]
     divisoresPropiosMaximales 7    ==  [1]
     length (divisoresPropiosMaximales (product [1..3*10^4])) == 3245

divisoresPropiosMaximales 30 == [6,10,15]

divisoresPropiosMaximales 420 == [60,84,140,210]

divisoresPropiosMaximales 7 == [1]

length (divisoresPropiosMaximales (product [1..3*10^4])) == 3245

(nDivisoresPropiosMaximales x) es el número de divisores propios maximales de x. Por ejemplo,

     nDivisoresPropiosMaximales 30   ==  3
     nDivisoresPropiosMaximales 420  ==  4
     nDivisoresPropiosMaximales 7    ==  1
     nDivisoresPropiosMaximales (product [1..3*10^4])  ==  3245

nDivisoresPropiosMaximales 30 == 3

nDivisoresPropiosMaximales 420 == 4

nDivisoresPropiosMaximales 7 == 1

nDivisoresPropiosMaximales (product [1..3*10^4]) == 3245

Soluciones

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

-- 1ª definición de divisoresPropiosMaximales
-- ==========================================

divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer]
divisoresPropiosMaximales x =
  [y | y <- divisoresPropios x
     , null [z | z <- divisoresPropios x
               , y < z 
               , z `mod` y == 0]]

-- (divisoresPropios x) es la lista de los divisores propios de x; es
-- decir, de los divisores de x distintos de x. Por ejemplo,
--    divisoresPropios 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15]
divisoresPropios :: Integer -> [Integer]
divisoresPropios x =
  [y | y <- [1..x-1]
     , x `mod` y == 0]

-- 2ª definición de divisoresPropiosMaximales
-- ==========================================

divisoresPropiosMaximales2 :: Integer -> [Integer]
divisoresPropiosMaximales2 x =
  reverse [x `div` y | y <- nub (primeFactors x)]

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

-- La propiedad es
prop_divisoresPropiosMaximales_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_divisoresPropiosMaximales_equiv (Positive x) =
  divisoresPropiosMaximales x == divisoresPropiosMaximales2 x

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

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

--    λ> length (divisoresPropiosMaximales (product [1..10]))
--    4
--    (13.33 secs, 7,037,241,776 bytes)
--    λ> length (divisoresPropiosMaximales2 (product [1..10]))
--    4
--    (0.00 secs, 135,848 bytes)

-- 1ª definición de nDivisoresPropiosMaximales
-- ===========================================

nDivisoresPropiosMaximales :: Integer -> Integer
nDivisoresPropiosMaximales =
  genericLength . divisoresPropiosMaximales
  
-- 2ª definición de nDivisoresPropiosMaximales
-- ===========================================

nDivisoresPropiosMaximales2 :: Integer -> Integer
nDivisoresPropiosMaximales2 =
  genericLength . divisoresPropiosMaximales2
  
-- 3ª definición de nDivisoresPropiosMaximales
-- ===========================================

nDivisoresPropiosMaximales3 :: Integer -> Integer
nDivisoresPropiosMaximales3 =
  genericLength . group . primeFactors

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

-- La propiedad es
prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv (Positive x) =
  nDivisoresPropiosMaximales  x == nDivisoresPropiosMaximales3 x &&
  nDivisoresPropiosMaximales2 x == nDivisoresPropiosMaximales3 x 

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

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

--    λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..10])
--    4
--    (13.33 secs, 7,037,242,536 bytes)
--    λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..10])
--    4
--    (0.00 secs, 135,640 bytes)
--    λ> nDivisoresPropiosMaximales3 (product [1..10])
--    4
--    (0.00 secs, 135,232 bytes)
--    
--    λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..3*10^4])
--    3245
--    (3.12 secs, 4,636,274,040 bytes)
--    λ> nDivisoresPropiosMaximales3 (product [1..3*10^4])
--    3245
--    (3.06 secs, 4,649,295,056 bytes)

100

101

102

103

104

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Data.List (genericLength, group, nub)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de divisoresPropiosMaximales

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

divisoresPropiosMaximales :: Integer -> [Integer]

divisoresPropiosMaximales x =

[y | y <- divisoresPropios x

, null [z | z <- divisoresPropios x

, y < z

, z `mod` y == 0]]

-- (divisoresPropios x) es la lista de los divisores propios de x; es

-- decir, de los divisores de x distintos de x. Por ejemplo,

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

divisoresPropios :: Integer -> [Integer]

divisoresPropios x =

[y | y <- [1..x-1]

, x `mod` y == 0]

-- 2ª definición de divisoresPropiosMaximales

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

divisoresPropiosMaximales2 :: Integer -> [Integer]

divisoresPropiosMaximales2 x =

reverse [x `div` y | y <- nub (primeFactors x)]

-- Equivalencia de las definiciones de divisoresPropiosMaximales

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

-- La propiedad es

prop_divisoresPropiosMaximales_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_divisoresPropiosMaximales_equiv (Positive x) =

divisoresPropiosMaximales x == divisoresPropiosMaximales2 x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_divisoresPropiosMaximales_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de divisoresPropiosMaximales

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

-- λ> length (divisoresPropiosMaximales (product [1..10]))

-- 4

-- (13.33 secs, 7,037,241,776 bytes)

-- λ> length (divisoresPropiosMaximales2 (product [1..10]))

-- 4

-- (0.00 secs, 135,848 bytes)

-- 1ª definición de nDivisoresPropiosMaximales

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

nDivisoresPropiosMaximales :: Integer -> Integer

nDivisoresPropiosMaximales =

genericLength . divisoresPropiosMaximales

-- 2ª definición de nDivisoresPropiosMaximales

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

nDivisoresPropiosMaximales2 :: Integer -> Integer

nDivisoresPropiosMaximales2 =

genericLength . divisoresPropiosMaximales2

-- 3ª definición de nDivisoresPropiosMaximales

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

nDivisoresPropiosMaximales3 :: Integer -> Integer

nDivisoresPropiosMaximales3 =

genericLength . group . primeFactors

-- Equivalencia de las definiciones de nDivisoresPropiosMaximales

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

-- La propiedad es

prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv (Positive x) =

nDivisoresPropiosMaximales x == nDivisoresPropiosMaximales3 x &&

nDivisoresPropiosMaximales2 x == nDivisoresPropiosMaximales3 x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_nDivisoresPropiosMaximales_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de nDivisoresPropiosMaximales

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

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..10])

-- 4

-- (13.33 secs, 7,037,242,536 bytes)

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..10])

-- 4

-- (0.00 secs, 135,640 bytes)

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales3 (product [1..10])

-- 4

-- (0.00 secs, 135,232 bytes)

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales2 (product [1..3*10^4])

-- 3245

-- (3.12 secs, 4,636,274,040 bytes)

-- λ> nDivisoresPropiosMaximales3 (product [1..3*10^4])

-- 3245

-- (3.06 secs, 4,649,295,056 bytes)

Pensamiento

«Moneda que está en la mano
quizá se deba guardar;
la monedita del alma
se pierde si no se da.»

Antonio Machado

Número de parejas

PorJosé A. Alonso 20-noviembre-201819-enero-2019

Definir la función

   nParejas :: Ord a => [a] -> Int

1	nParejas :: Ord a => [a] -> Int

tal que (nParejas xs) es el número de parejas de elementos iguales en xs. Por ejemplo,

   nParejas [1,2,2,1,1,3,5,1,2]        ==  3
   nParejas [1,2,1,2,1,3,2]            ==  2
   nParejas [1..2*10^6]                ==  0
   nParejas2 ([1..10^6] ++ [1..10^6])  ==  1000000

nParejas [1,2,2,1,1,3,5,1,2] == 3

nParejas [1,2,1,2,1,3,2] == 2

nParejas [1..2*10^6] == 0

nParejas2 ([1..10^6] ++ [1..10^6]) == 1000000

En el primer ejemplos las parejas son (1,1), (1,1) y (2,2). En el segundo ejemplo, las parejas son (1,1) y (2,2).

Comprobar con QuickCheck que para toda lista de enteros xs, el número de parejas de xs es igual que el número de parejas de la inversa de xs.

Soluciones

import Test.QuickCheck
import Data.List ((\\), group, sort)

-- 1ª solución
nParejas :: Ord a => [a] -> Int
nParejas []     = 0
nParejas (x:xs) | x `elem` xs = 1 + nParejas (xs \\ [x])
                | otherwise   = nParejas xs

-- 2ª solución
nParejas2 :: Ord a => [a] -> Int
nParejas2 xs =
  sum [length ys `div` 2 | ys <- group (sort xs)]

-- 3ª solución
nParejas3 :: Ord a => [a] -> Int
nParejas3 = sum . map (`div` 2). map length . group . sort

-- 4ª solución
nParejas4 :: Ord a => [a] -> Int
nParejas4 = sum . map ((`div` 2) . length) . group . sort

-- Equivalencia
prop_equiv :: [Int] -> Bool
prop_equiv xs =
  nParejas xs == nParejas2 xs &&
  nParejas xs == nParejas3 xs &&
  nParejas xs == nParejas4 xs 

-- Comprobación:
--    λ> quickCheck prop_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nParejas [1..20000]
--    0
--    (2.54 secs, 4,442,808 bytes)
--    λ> nParejas2 [1..20000]
--    0
--    (0.03 secs, 12,942,232 bytes)
--    λ> nParejas3 [1..20000]
--    0
--    (0.02 secs, 13,099,904 bytes)
--    λ> nParejas4 [1..20000]
--    0
--    (0.01 secs, 11,951,992 bytes)

-- Propiedad:
prop_nParejas :: [Int] -> Bool
prop_nParejas xs =
  nParejas xs == nParejas (reverse xs)

-- Comprobación:
--    λ> quickCheck prop_nParejas
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

import Data.List ((\\), group, sort)

-- 1ª solución

nParejas :: Ord a => [a] -> Int

nParejas [] = 0

nParejas (x:xs) | x `elem` xs = 1 + nParejas (xs \\ [x])

| otherwise = nParejas xs

-- 2ª solución

nParejas2 :: Ord a => [a] -> Int

nParejas2 xs =

sum [length ys `div` 2 | ys <- group (sort xs)]

-- 3ª solución

nParejas3 :: Ord a => [a] -> Int

nParejas3 = sum . map (`div` 2). map length . group . sort

-- 4ª solución

nParejas4 :: Ord a => [a] -> Int

nParejas4 = sum . map ((`div` 2) . length) . group . sort

-- Equivalencia

prop_equiv :: [Int] -> Bool

prop_equiv xs =

nParejas xs == nParejas2 xs &&

nParejas xs == nParejas3 xs &&

nParejas xs == nParejas4 xs

-- Comprobación:

-- λ> quickCheck prop_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nParejas [1..20000]

-- 0

-- (2.54 secs, 4,442,808 bytes)

-- λ> nParejas2 [1..20000]

-- 0

-- (0.03 secs, 12,942,232 bytes)

-- λ> nParejas3 [1..20000]

-- 0

-- (0.02 secs, 13,099,904 bytes)

-- λ> nParejas4 [1..20000]

-- 0

-- (0.01 secs, 11,951,992 bytes)

-- Propiedad:

prop_nParejas :: [Int] -> Bool

prop_nParejas xs =

nParejas xs == nParejas (reverse xs)

-- Comprobación:

-- λ> quickCheck prop_nParejas

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Toda la imaginería
que no ha brotado del río,
barata bisutería.

Antonio Machado

Último dígito no nulo del factorial

PorJosé A. Alonso 13-noviembre-201825-abril-2021

El factorial de 7 es

   7! = 1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 = 5040

1	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

1	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

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

-- 1ª definición
-- =============

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
        
-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,
--    factorial 7  ==  5040
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 2ª definición
-- =============

ultimoNoNuloFactorial2 :: Integer -> Integer
ultimoNoNuloFactorial2 n = ultimoNoNulo2 (factorial n)

-- (ultimoNoNulo2 n) es el último dígito no nulo de n. Por ejemplo,
--    ultimoNoNulo 5040  ==  4
ultimoNoNulo2 :: Integer -> Integer
ultimoNoNulo2 n = read [head (dropWhile (=='0') (reverse (show n)))]

-- Comprobación
-- ============

-- 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

-- 1ª definición

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

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

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

-- factorial 7 == 5040

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 2ª definición

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

ultimoNoNuloFactorial2 :: Integer -> Integer

ultimoNoNuloFactorial2 n = ultimoNoNulo2 (factorial n)

-- (ultimoNoNulo2 n) es el último dígito no nulo de n. Por ejemplo,

-- ultimoNoNulo 5040 == 4

ultimoNoNulo2 :: Integer -> Integer

ultimoNoNulo2 n = read [head (dropWhile (=='0') (reverse (show n)))]

-- Comprobación

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

-- 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.

Pensamiento

Incierto es, lo porvenir. ¿Quién sabe lo que va a pasar? Pero incierto es también lo pretérito. ¿Quién sabe lo que ha pasado? De suerte que ni el porvenir está escrito en ninguna parte, ni el pasado tampoco.

Antonio Machado

Distancia de Hamming

PorJosé A. Alonso 12-noviembre-201817-enero-2019

La distancia de Hamming entre dos listas es el número de posiciones en que los correspondientes elementos son distintos. Por ejemplo, la distancia de Hamming entre «roma» y «loba» es 2 (porque hay 2 posiciones en las que los elementos correspondientes son distintos: la 1ª y la 3ª).

Definir la función

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

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

tal que (distancia xs ys) es la distancia de Hamming entre xs e ys. Por ejemplo,

   distancia "romano" "comino"  ==  2
   distancia "romano" "camino"  ==  3
   distancia "roma"   "comino"  ==  2
   distancia "roma"   "camino"  ==  3
   distancia "romano" "ron"     ==  1
   distancia "romano" "cama"    ==  2
   distancia "romano" "rama"    ==  1

distancia "romano" "comino" == 2

distancia "romano" "camino" == 3

distancia "roma" "comino" == 2

distancia "roma" "camino" == 3

distancia "romano" "ron" == 1

distancia "romano" "cama" == 2

distancia "romano" "rama" == 1

Comprobar con QuickCheck si la distancia de Hamming tiene la siguiente propiedad

   distancia(xs,ys) = 0 si, y sólo si, xs = ys

1	distancia(xs,ys) = 0 si, y sólo si, xs = ys

y, en el caso de que no se verifique, modificar ligeramente la propiedad para obtener una condición necesaria y suficiente de distancia(xs,ys) = 0.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición:
distancia :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
distancia xs ys = length [(x,y) | (x,y) <- zip xs ys, x /= y] 

-- 2ª definición:
distancia2 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int
distancia2 [] ys = 0
distancia2 xs [] = 0
distancia2 (x:xs) (y:ys) | x /= y    = 1 + distancia2 xs ys
                         | otherwise = distancia2 xs ys

-- La propiedad es
prop_distancia1 :: [Int] -> [Int] -> Bool
prop_distancia1 xs ys =
    (distancia xs ys == 0) == (xs == ys)

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_distancia1
--    *** Failed! Falsifiable (after 2 tests and 1 shrink): 
--    []
--    [1]
-- 
-- En efecto,
--    ghci> distancia [] [1] == 0
--    True
--    ghci> [] == [1]
--    False
-- 
-- La primera modificación es restringir la propiedad a lista de igual
-- longitud: 
prop_distancia2 :: [Int] -> [Int] -> Property
prop_distancia2 xs ys =
    length xs == length ys ==> 
    (distancia xs ys == 0) == (xs == ys)

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_distancia2
--    *** Gave up! Passed only 33 tests.

-- Nota. La propiedad se verifica, pero al ser la condición demasiado
-- restringida sólo 33 de los casos la cumple.

-- La segunda restricción es limitar las listas a la longitud de la más
-- corta: 
prop_distancia3 :: [Int] -> [Int] -> Bool
prop_distancia3 xs ys =
    (distancia xs ys == 0) == (take n xs == take n ys)
    where n = min (length xs) (length ys)

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheck prop_distancia3
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición:

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

distancia xs ys = length [(x,y) | (x,y) <- zip xs ys, x /= y]

-- 2ª definición:

distancia2 :: Eq a => [a] -> [a] -> Int

distancia2 [] ys = 0

distancia2 xs [] = 0

distancia2 (x:xs) (y:ys) | x /= y = 1 + distancia2 xs ys

| otherwise = distancia2 xs ys

-- La propiedad es

prop_distancia1 :: [Int] -> [Int] -> Bool

prop_distancia1 xs ys =

(distancia xs ys == 0) == (xs == ys)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_distancia1

-- *** Failed! Falsifiable (after 2 tests and 1 shrink):

-- []

-- [1]

-- En efecto,

-- ghci> distancia [] [1] == 0

-- True

-- ghci> [] == [1]

-- False

-- La primera modificación es restringir la propiedad a lista de igual

-- longitud:

prop_distancia2 :: [Int] -> [Int] -> Property

prop_distancia2 xs ys =

length xs == length ys ==>

(distancia xs ys == 0) == (xs == ys)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_distancia2

-- *** Gave up! Passed only 33 tests.

-- Nota. La propiedad se verifica, pero al ser la condición demasiado

-- restringida sólo 33 de los casos la cumple.

-- La segunda restricción es limitar las listas a la longitud de la más

-- corta:

prop_distancia3 :: [Int] -> [Int] -> Bool

prop_distancia3 xs ys =

(distancia xs ys == 0) == (take n xs == take n ys)

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

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheck prop_distancia3

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

En mi soledad/
he visto cosas muy claras,
que no son verdad.

Antonio Machado

Número medio

PorJosé A. Alonso 24-julio-201826-marzo-2022

Un número medio es número natural que es igual a la media aritmética de las permutaciones de sus dígitos. Por ejemplo, 370 es un número medio ya que las permutaciones de sus dígitos es 073, 037, 307, 370, 703 y 730 cuya media es 2220/6 que es igual a 370.

Definir las siguientes funciones

   numeroMedio                :: Integer -> Bool
   densidadesNumeroMedio      :: [Double]
   graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()

numeroMedio :: Integer -> Bool

densidadesNumeroMedio :: [Double]

graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()

tales que

(numeroMedio n) se verifica si n es un número medio. Por ejemplo,

      λ> numeroMedio 370
      True
      λ> numeroMedio 371
      False
      λ> numeroMedio 485596707818930041152263374
      True
      λ> filter numeroMedio [100..600]
      [111,222,333,370,407,444,481,518,555,592]
      λ> filter numeroMedio [3*10^5..6*10^5]
      [333333,370370,407407,444444,481481,518518,555555,592592]

λ> numeroMedio 370

True

λ> numeroMedio 371

False

λ> numeroMedio 485596707818930041152263374

True

λ> filter numeroMedio [100..600]

[111,222,333,370,407,444,481,518,555,592]

λ> filter numeroMedio [3*10^5..6*10^5]

[333333,370370,407407,444444,481481,518518,555555,592592]

densidades es la lista cuyo elemento n-ésimo (empezando a contar en 1) es la densidad de números medios en el intervalo [1,n]; es decir, la cantidad de números medios menores o iguales que n dividida por n. Por ejemplo,

      λ> mapM_ print (take 30 densidades)
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      1.0
      0.9
      0.9090909090909091
      0.8333333333333334
      0.7692307692307693
      0.7142857142857143
      0.6666666666666666
      0.625
      0.5882352941176471
      0.5555555555555556
      0.5263157894736842
      0.5
      0.47619047619047616
      0.5
      0.4782608695652174
      0.4583333333333333
      0.44
      0.4230769230769231
      0.4074074074074074
      0.39285714285714285
      0.3793103448275862
      0.36666666666666664

λ> mapM_ print (take 30 densidades)

1.0

0.9

0.9090909090909091

0.8333333333333334

0.7692307692307693

0.7142857142857143

0.6666666666666666

0.625

0.5882352941176471

0.5555555555555556

0.5263157894736842

0.5

0.47619047619047616

0.5

0.4782608695652174

0.4583333333333333

0.44

0.4230769230769231

0.4074074074074074

0.39285714285714285

0.3793103448275862

0.36666666666666664

(graficaDensidadNumeroMedio n) dibuja la gráfica de las densidades de
los intervalos [1,k] para k desde 1 hasta n. Por ejemplo, (graficaDensidadNumeroMedio 100) dibuja

y (graficaDensidadNumeroMedio 1000) dibuja

Soluciones

Puedes escribir tus soluciones en los comentarios o ver las soluciones propuestas pulsando [expand title=»aquí»]

import Data.List (genericLength, permutations, foldl')
import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple 

-- 1ª definición de numeroMedio
-- ============================

numeroMedio :: Integer -> Bool
numeroMedio n =
  n == media (map digitosAnumero (permutations (digitos n)))

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 425  ==  [4,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [c] | c <- show n]

-- (digitosAnumero xs) es el número cuya lista de dígitos es xs. Por
-- ejemplo, 
--    digitosAnumero [4,2,5]  ==  425

-- 1ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero1 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero1 = aux . reverse
  where aux [] = 0
        aux (x:xs) = x + 10 * aux xs

-- 1ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero2 = foldl' (\x y -> 10*x+y) 0

-- Comparación de eficiencia de definiciones de digitosAnumero
--    λ> length (show (digitosAnumero1 (replicate (10^5) 5)))
--    100000
--    (5.07 secs, 4,317,349,968 bytes)
--    λ> length (show (digitosAnumero2 (replicate (10^5) 5)))
--    100000
--    (0.67 secs, 4,288,054,592 bytes)

-- Se usará la 2ª definición de digitosAnumero
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = digitosAnumero2

-- (media xs) es la media aritmética de la lista xs (se supone que su
-- valor es entero). Por ejemplo,
--    media [370,730,73,703,37,307]  ==  370
media :: [Integer] -> Integer
media xs = sum xs `div` genericLength xs

-- 2ª definición de numeroMedio
-- ============================

numeroMedio2 :: Integer -> Bool
numeroMedio2 n =
  (10^k-1)*s == 9*k*n
  where xs = digitos n
        k  = genericLength xs
        s  = sum xs

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

-- La propiedad es
prop_numeroMedio :: Positive Integer -> Bool
prop_numeroMedio (Positive n) =
  numeroMedio n == numeroMedio2 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de numeroMedio
-- ============================================================

--    λ> filter numeroMedio [10000..20000]
--    [11111]
--    (1.74 secs, 1,500,858,904 bytes)
--    λ> filter numeroMedio2 [10000..20000]
--    [11111]
--    (0.11 secs, 213,060,784 bytes)

-- Definición de densidadesNumeroMedio
-- ===================================

densidadesNumeroMedio :: [Double]
densidadesNumeroMedio = 
  [genericLength (filter numeroMedio2 [1..n]) / fromIntegral n | n <- [1..]]

-- Definición de graficaDensidadNumeroMedio
-- ========================================

graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()
graficaDensidadNumeroMedio n =
  plotList [ Title ("graficaDensidadNumeroMedio")
           , Key Nothing
           -- , PNG ("Numero_medio_" ++ show n ++ ".png" )
           , XRange (1, fromIntegral n)]
           (take n densidadesNumeroMedio)

import Data.List (genericLength, permutations, foldl')

import Test.QuickCheck

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de numeroMedio

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

numeroMedio :: Integer -> Bool

numeroMedio n =

n == media (map digitosAnumero (permutations (digitos n)))

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

-- digitos 425 == [4,2,5]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n =

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

-- (digitosAnumero xs) es el número cuya lista de dígitos es xs. Por

-- ejemplo,

-- digitosAnumero [4,2,5] == 425

-- 1ª definición de digitosAnumero

digitosAnumero1 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero1 = aux . reverse

where aux [] = 0

aux (x:xs) = x + 10 * aux xs

-- 1ª definición de digitosAnumero

digitosAnumero2 :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero2 = foldl' (\x y -> 10*x+y) 0

-- Comparación de eficiencia de definiciones de digitosAnumero

-- λ> length (show (digitosAnumero1 (replicate (10^5) 5)))

-- 100000

-- (5.07 secs, 4,317,349,968 bytes)

-- λ> length (show (digitosAnumero2 (replicate (10^5) 5)))

-- 100000

-- (0.67 secs, 4,288,054,592 bytes)

-- Se usará la 2ª definición de digitosAnumero

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = digitosAnumero2

-- (media xs) es la media aritmética de la lista xs (se supone que su

-- valor es entero). Por ejemplo,

-- media [370,730,73,703,37,307] == 370

media :: [Integer] -> Integer

media xs = sum xs `div` genericLength xs

-- 2ª definición de numeroMedio

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

numeroMedio2 :: Integer -> Bool

numeroMedio2 n =

(10^k-1)*s == 9*k*n

where xs = digitos n

k = genericLength xs

s = sum xs

-- Equivalencia de las definiciones de numeroMedio

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

-- La propiedad es

prop_numeroMedio :: Positive Integer -> Bool

prop_numeroMedio (Positive n) =

numeroMedio n == numeroMedio2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_numeroMedio

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de numeroMedio

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

-- λ> filter numeroMedio [10000..20000]

-- [11111]

-- (1.74 secs, 1,500,858,904 bytes)

-- λ> filter numeroMedio2 [10000..20000]

-- [11111]

-- (0.11 secs, 213,060,784 bytes)

-- Definición de densidadesNumeroMedio

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

densidadesNumeroMedio :: [Double]

densidadesNumeroMedio =

[genericLength (filter numeroMedio2 [1..n]) / fromIntegral n | n <- [1..]]

-- Definición de graficaDensidadNumeroMedio

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

graficaDensidadNumeroMedio :: Int -> IO ()

graficaDensidadNumeroMedio n =

plotList [ Title ("graficaDensidadNumeroMedio")

, Key Nothing

-- , PNG ("Numero_medio_" ++ show n ++ ".png" )

, XRange (1, fromIntegral n)]

(take n densidadesNumeroMedio)

[/expand]

Tren de potencias

PorJosé A. Alonso 23-julio-201824-julio-2018

Si n es el número natural cuya expansión decimal es abc… , el tren de potencias de n es a^bc^d… donde el último exponente es 1, si n tiene un número impar de dígitos. Por ejemplo

   trenDePotencias 2453  = 2^4*5^3     = 2000
   trenDePotencias 24536 = 2^4*5^3*6^1 = 12000

1 2	trenDePotencias 2453 = 2^45^3 = 2000 trenDePotencias 24536 = 2^45^3*6^1 = 12000

Definir las funciones

   trenDePotencias            :: Integer -> Integer
   esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool
   puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]
   tablaTrenDePotencias       :: Integer -> Integer -> IO ()

trenDePotencias :: Integer -> Integer

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

(trenDePotencias n) es el tren de potencia de n. Por ejemplo.

     trenDePotencias 20   ==  1
     trenDePotencias 21   ==  2
     trenDePotencias 24   ==  16
     trenDePotencias 39   ==  19683
     trenDePotencias 623  ==  108

trenDePotencias 20 == 1

trenDePotencias 21 == 2

trenDePotencias 24 == 16

trenDePotencias 39 == 19683

trenDePotencias 623 == 108

(esPuntoFijoTrenDePotencias n) se verifica si n es un punto fijo de trenDePotencias; es decir, (trenDePotencias n) es igual a n. Por ejemplo,

     esPuntoFijoTrenDePotencias 2592                        ==  True
     esPuntoFijoTrenDePotencias 24547284284866560000000000  ==  True

1 2	esPuntoFijoTrenDePotencias 2592 == True esPuntoFijoTrenDePotencias 24547284284866560000000000 == True

puntosFijosTrenDePotencias es la lista de los puntso fijos de trenDePotencias. Por ejemplo,

     take 10 puntosFijosTrenDePotencias  ==  [1,2,3,4,5,6,7,8,9,2592]

1	take 10 puntosFijosTrenDePotencias == [1,2,3,4,5,6,7,8,9,2592]

(tablaTrenDePotencias a b) es la tabla de los trenes de potencias de los números entre a y b. Por ejemplo,

     λ> tablaTrenDePotencias 20 39
     | 20 |     1 |
     | 21 |     2 |
     | 22 |     4 |
     | 23 |     8 |
     | 24 |    16 |
     | 25 |    32 |
     | 26 |    64 |
     | 27 |   128 |
     | 28 |   256 |
     | 29 |   512 |
     | 30 |     1 |
     | 31 |     3 |
     | 32 |     9 |
     | 33 |    27 |
     | 34 |    81 |
     | 35 |   243 |
     | 36 |   729 |
     | 37 |  2187 |
     | 38 |  6561 |
     | 39 | 19683 |
     λ> tablaTrenDePotencias 2340 2359
     | 2340 |        8 |
     | 2341 |       32 |
     | 2342 |      128 |
     | 2343 |      512 |
     | 2344 |     2048 |
     | 2345 |     8192 |
     | 2346 |    32768 |
     | 2347 |   131072 |
     | 2348 |   524288 |
     | 2349 |  2097152 |
     | 2350 |        8 |
     | 2351 |       40 |
     | 2352 |      200 |
     | 2353 |     1000 |
     | 2354 |     5000 |
     | 2355 |    25000 |
     | 2356 |   125000 |
     | 2357 |   625000 |
     | 2358 |  3125000 |
     | 2359 | 15625000 |

λ> tablaTrenDePotencias 20 39

| 20 | 1 |

| 21 | 2 |

| 22 | 4 |

| 23 | 8 |

| 24 | 16 |

| 25 | 32 |

| 26 | 64 |

| 27 | 128 |

| 28 | 256 |

| 29 | 512 |

| 30 | 1 |

| 31 | 3 |

| 32 | 9 |

| 33 | 27 |

| 34 | 81 |

| 35 | 243 |

| 36 | 729 |

| 37 | 2187 |

| 38 | 6561 |

| 39 | 19683 |

λ> tablaTrenDePotencias 2340 2359

| 2340 | 8 |

| 2341 | 32 |

| 2342 | 128 |

| 2343 | 512 |

| 2344 | 2048 |

| 2345 | 8192 |

| 2346 | 32768 |

| 2347 | 131072 |

| 2348 | 524288 |

| 2349 | 2097152 |

| 2350 | 8 |

| 2351 | 40 |

| 2352 | 200 |

| 2353 | 1000 |

| 2354 | 5000 |

| 2355 | 25000 |

| 2356 | 125000 |

| 2357 | 625000 |

| 2358 | 3125000 |

| 2359 | 15625000 |

Comprobar con QuickCheck que entre 2593 y 24547284284866559999999999 la función trenDePotencias no tiene puntos fijos.

Soluciones

Puedes escribir tus soluciones en los comentarios o ver las soluciones propuestas pulsando [expand title=»aquí»]

import Test.QuickCheck
import Text.Printf

-- 1ª definición de trenDePotencias
-- ================================

trenDePotencias :: Integer -> Integer
trenDePotencias = trenDePotenciasLN . digitos

-- (digitos n) es la lista de los dígitos del número n. Por ejemplo,
--    digitos 2018  ==   [2,0,1,8]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n =
  [read [c] | c <- show n]

-- (trenDePotenciasLN xs) es el tren de potencias de la lista de números
-- xs. Por ejemplo,
--    trenDePotenciasLN [2,4,5,3]    ==   2000
--    trenDePotenciasLN [2,4,5,3,6]  ==   12000
trenDePotenciasLN :: [Integer] -> Integer
trenDePotenciasLN []       = 1
trenDePotenciasLN [x]      = x
trenDePotenciasLN (u:v:ws) = u ^ v * (trenDePotenciasLN ws) 

-- 2ª definición de trenDePotencias
-- ================================

trenDePotencias2 :: Integer -> Integer
trenDePotencias2 = trenDePotenciasLN2 . digitos

-- (trenDePotenciasLN2 xs) es el tren de potencias de la lista de números
-- xs. Por ejemplo,
--    trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3]    ==   2000
--    trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3,6]  ==   12000
trenDePotenciasLN2 :: [Integer] -> Integer
trenDePotenciasLN2 xs =
  product [x^y | (x,y) <- pares xs]

-- (pares xs) es la lista de los pares de elementos en la posiciones
-- pares y sus siguientes; si la longitud de xs es impar, la segunda
-- componente del último par es 1. Por ejemplo,
--    pares [2,4,5,3]    ==   [(2,4),(5,3)]
--    pares [2,4,5,3,6]  ==   [(2,4),(5,3),(6,1)]
pares :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
pares []       = []
pares [x]      = [(x,1)]
pares (x:y:zs) = (x,y) : pares zs

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

-- La propiedad es
prop_equivalencia :: (Positive Integer) -> Bool
prop_equivalencia (Positive n) =
  trenDePotencias n == trenDePotencias2 n

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

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

--    λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias (read (replicate n '2')) == 2^n
--    True
--    (2.11 secs, 2,224,301,136 bytes)
--    λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias2 (read (replicate n '2')) == 2^n
--    True
--    (2.08 secs, 2,237,749,216 bytes)

-- Definición de esPuntoFijoTrenDePotencias
-- ========================================

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool
esPuntoFijoTrenDePotencias n =
  trenDePotencias n == n

-- Definición de puntosFijosTrenDePotencias
-- ========================================

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]
puntosFijosTrenDePotencias =
  filter esPuntoFijoTrenDePotencias [1..]

-- Definición de tablaTrenDePotencias
-- ==================================

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()
tablaTrenDePotencias a b =
  sequence_ [printf cabecera x y | (x,y) <- trenes]
  where trenes  = [(n,trenDePotencias n) | n <- [a..b]]
        m1      = show (1 + length (show b))
        m2      = show (length (show (maximum (map snd trenes))))
        cabecera = concat ["|% ",m1,"d | %", m2,"d |\n"]

-- Comprobación
-- ============

-- La propiedad es
prop_puntosFijos :: Positive Integer -> Property
prop_puntosFijos (Positive n) =
  x < 24547284284866560000000000 ==> not (esPuntoFijoTrenDePotencias x)
  where x = 2593 + n 

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

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import Test.QuickCheck

import Text.Printf

-- 1ª definición de trenDePotencias

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

trenDePotencias :: Integer -> Integer

trenDePotencias = trenDePotenciasLN . digitos

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

-- digitos 2018 == [2,0,1,8]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n =

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

-- (trenDePotenciasLN xs) es el tren de potencias de la lista de números

-- xs. Por ejemplo,

-- trenDePotenciasLN [2,4,5,3] == 2000

-- trenDePotenciasLN [2,4,5,3,6] == 12000

trenDePotenciasLN :: [Integer] -> Integer

trenDePotenciasLN [] = 1

trenDePotenciasLN [x] = x

trenDePotenciasLN (u:v:ws) = u ^ v * (trenDePotenciasLN ws)

-- 2ª definición de trenDePotencias

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

trenDePotencias2 :: Integer -> Integer

trenDePotencias2 = trenDePotenciasLN2 . digitos

-- (trenDePotenciasLN2 xs) es el tren de potencias de la lista de números

-- xs. Por ejemplo,

-- trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3] == 2000

-- trenDePotenciasLN2 [2,4,5,3,6] == 12000

trenDePotenciasLN2 :: [Integer] -> Integer

trenDePotenciasLN2 xs =

product [x^y | (x,y) <- pares xs]

-- (pares xs) es la lista de los pares de elementos en la posiciones

-- pares y sus siguientes; si la longitud de xs es impar, la segunda

-- componente del último par es 1. Por ejemplo,

-- pares [2,4,5,3] == [(2,4),(5,3)]

-- pares [2,4,5,3,6] == [(2,4),(5,3),(6,1)]

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

pares [] = []

pares [x] = [(x,1)]

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

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_equivalencia :: (Positive Integer) -> Bool

prop_equivalencia (Positive n) =

trenDePotencias n == trenDePotencias2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias (read (replicate n '2')) == 2^n

-- True

-- (2.11 secs, 2,224,301,136 bytes)

-- λ> let n = 2*10^5 in trenDePotencias2 (read (replicate n '2')) == 2^n

-- True

-- (2.08 secs, 2,237,749,216 bytes)

-- Definición de esPuntoFijoTrenDePotencias

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

esPuntoFijoTrenDePotencias :: Integer -> Bool

esPuntoFijoTrenDePotencias n =

trenDePotencias n == n

-- Definición de puntosFijosTrenDePotencias

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

puntosFijosTrenDePotencias :: [Integer]

puntosFijosTrenDePotencias =

filter esPuntoFijoTrenDePotencias [1..]

-- Definición de tablaTrenDePotencias

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

tablaTrenDePotencias :: Integer -> Integer -> IO ()

tablaTrenDePotencias a b =

sequence_ [printf cabecera x y | (x,y) <- trenes]

where trenes = [(n,trenDePotencias n) | n <- [a..b]]

m1 = show (1 + length (show b))

m2 = show (length (show (maximum (map snd trenes))))

cabecera = concat ["|% ",m1,"d | %", m2,"d |\n"]

-- Comprobación

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

-- La propiedad es

prop_puntosFijos :: Positive Integer -> Property

prop_puntosFijos (Positive n) =

x < 24547284284866560000000000 ==> not (esPuntoFijoTrenDePotencias x)

where x = 2593 + n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_puntosFijos

-- +++ OK, passed 100 tests.

[/expand]

Valores de polinomios y de expresiones

PorJosé A. Alonso 4-junio-201811-junio-2018

Las expresiones aritméticas construidas con una variables, los números enteros y las operaciones de sumar y multiplicar se pueden representar mediante el tipo de datos Exp definido por

   data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp  Exp
              deriving Show

1 2	data Exp = Var \| Const Int \| Sum Exp Exp \| Mul Exp Exp deriving Show

Por ejemplo, la expresión 3+5x^2 se puede representar por

   exp1 :: Exp
   exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

1 2	exp1 :: Exp exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

Por su parte, los polinomios se pueden representar por la lista de sus
coeficientes. Por ejemplo, el polinomio 3+5x^2 se puede representar por [3,0,5].

Definir las funciones

   valorE :: Exp -> Int -> Int
   expresion :: [Int] -> Exp
   valorP :: [Int] -> Int -> Int

valorE :: Exp -> Int -> Int

expresion :: [Int] -> Exp

valorP :: [Int] -> Int -> Int

tales que

(valorE e n) es el valor de la expresión e cuando se sustituye su variable por n. Por ejemplo,

     λ> valorE (Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))) 2
     23

1 2	λ> valorE (Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))) 2 23

(expresion p) es una expresión aritmética equivalente al polinomio p. Por ejemplo,

     λ> expresion [3,0,5]
     Sum (Const 3) (Mul Var (Sum (Const 0) (Mul Var (Const 5))))

1 2	λ> expresion [3,0,5] Sum (Const 3) (Mul Var (Sum (Const 0) (Mul Var (Const 5))))

(valorP p n) es el valor del polinomio p cuando se sustituye su variable por n. Por ejemplo,

     λ> valorP [3,0,5] 2
     23

1 2	λ> valorP [3,0,5] 2 23

Comprobar con QuickCheck que, para todo polinomio p y todo entero n,

   valorP p n == valorE (expresion p) n

1	valorP p n == valorE (expresion p) n

Soluciones

import Test.QuickCheck

data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp  Exp
           deriving Show
 
exp1 :: Exp
exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))
 
valorE :: Exp -> Int -> Int
valorE Var         n = n
valorE (Const a)   n = a
valorE (Sum e1 e2) n = valorE e1 n + valorE e2 n
valorE (Mul e1 e2) n = valorE e1 n * valorE e2 n
 
expresion :: [Int] -> Exp
expresion [a]   = Const a
expresion (a:p) = Sum (Const a) (Mul Var (expresion p))
 
valorP :: [Int] -> Int -> Int
valorP [a] _ = a
valorP (a:p) n = a + n * valorP p n
 
-- La propiedad es
prop_valor :: [Int] -> Int -> Property
prop_valor p n =
    not (null p) ==> 
    valorP p n == valorE (expresion p) n
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_valor
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

data Exp = Var | Const Int | Sum Exp Exp | Mul Exp Exp

deriving Show

exp1 :: Exp

exp1 = Sum (Const 3) (Mul Var (Mul Var (Const 5)))

valorE :: Exp -> Int -> Int

valorE Var n = n

valorE (Const a) n = a

valorE (Sum e1 e2) n = valorE e1 n + valorE e2 n

valorE (Mul e1 e2) n = valorE e1 n * valorE e2 n

expresion :: [Int] -> Exp

expresion [a] = Const a

expresion (a:p) = Sum (Const a) (Mul Var (expresion p))

valorP :: [Int] -> Int -> Int

valorP [a] _ = a

valorP (a:p) n = a + n * valorP p n

-- La propiedad es

prop_valor :: [Int] -> Int -> Property

prop_valor p n =

not (null p) ==>

valorP p n == valorE (expresion p) n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_valor

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números de Church

PorJosé A. Alonso 28-mayo-20185-junio-2018

Los números naturales pueden definirse de forma alternativa empleando los números de Church. Podemos representar un número natural n como una función que toma una función f como parámetro y devuelve n veces f.

Definimos por tanto los números naturales como

   Type Nat = forall a. (a -> a) -> a -> a

1	Type Nat = forall a. (a -> a) -> a -> a

De esta forma, para representar el número uno, repetir una vez una función es lo mismo que solamente aplicarla.

   uno :: Nat
   uno f x = f x

1 2	uno :: Nat uno f x = f x

De manera similar, dos debe aplicar f dos veces a su argumento.

   dos :: Nat
   dos f x = f (f x)

1 2	dos :: Nat dos f x = f (f x)

Definir cero equivale por tanto a devolver el argumento sin modificar.

   cero :: Nat
   cero f x = x

1 2	cero :: Nat cero f x = x

Definir las funciones

   cero    :: Nat
   uno     :: Nat
   dos     :: Nat
   tres    :: Nat
   nat2Int :: Nat -> Int
   succ    :: Nat -> Nat
   suma    :: Nat -> Nat -> Nat
   mult    :: Nat -> Nat -> Nat
   exp     :: Nat -> Nat -> Nat

cero :: Nat

uno :: Nat

dos :: Nat

tres :: Nat

nat2Int :: Nat -> Int

succ :: Nat -> Nat

suma :: Nat -> Nat -> Nat

mult :: Nat -> Nat -> Nat

exp :: Nat -> Nat -> Nat

tales que

cero, uno y dos son definiciones alternativas a las ya dadas y tres es el número natural 3 con esta representación.
(nat2Int n) es el número entero correspondiente al número natuaral n. Por ejemplo,

    nat2Int cero == 0
    nat2Int uno  == 1
    nat2Int dos  == 2
    nat2Int tres == 3

nat2Int cero == 0

nat2Int uno == 1

nat2Int dos == 2

nat2Int tres == 3

(succ n) es el sucesor del número n. Por ejemplo,

     nat2Int (succ dos)   ==  3
     nat2Int (succ tres)  ==  4

1 2	nat2Int (succ dos) == 3 nat2Int (succ tres) == 4

(suma n m) es la suma de n y m. Por ejemplo,

     nat2Int (suma dos tres)         ==  5
     nat2Int (suma dos (succ tres))  ==  6

1 2	nat2Int (suma dos tres) == 5 nat2Int (suma dos (succ tres)) == 6

(mult n m) es el producto de n y m. Por ejemplo,

     nat2Int (mult dos tres)         ==  6
     nat2Int (mult dos (succ tres))  ==  8

1 2	nat2Int (mult dos tres) == 6 nat2Int (mult dos (succ tres)) == 8

(exp n m) es la potencia m-ésima de n. Por ejemplo,

     nat2Int (exp dos tres)   ==  8
     nat2Int (exp tres dos)   ==  9
     nat2Int (exp tres cero)  ==  1
     nat2Int (exp cero tres)  ==  0

nat2Int (exp dos tres) == 8

nat2Int (exp tres dos) == 9

nat2Int (exp tres cero) == 1

nat2Int (exp cero tres) == 0

Comprobar con QuickCheck las siguientes propiedades. Para ello importar la librería Test.QuickCheck.Function y seguir el siguiente ejemplo:

   prop_Succ1 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
   prop_Succ1 (Fun _ f) x = succ cero f x == uno f x

   succ uno                   = dos
   succ dos                   = tres
   suma cero uno              = uno
   suma dos tres              = suma tres dos
   suma (suma dos dos) tres   = suma uno (suma tres tres)
   mult uno uno               = uno
   mult cero (suma tres tres) = cero
   mult dos tres              = suma tres tres
   exp dos dos                = suma dos dos
   exp tres dos               = suma (mult dos (mult dos dos)) uno
   exp tres cero              = uno

prop_Succ1 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Succ1 (Fun _ f) x = succ cero f x == uno f x

succ uno = dos

succ dos = tres

suma cero uno = uno

suma dos tres = suma tres dos

suma (suma dos dos) tres = suma uno (suma tres tres)

mult uno uno = uno

mult cero (suma tres tres) = cero

mult dos tres = suma tres tres

exp dos dos = suma dos dos

exp tres dos = suma (mult dos (mult dos dos)) uno

exp tres cero = uno

Nota 1: Añadir al inicio del archivo del ejercicio los pragmas

   {-# LANGUAGE RankNTypes #-}
   {-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

1 2	{-# LANGUAGE RankNTypes #-} {-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

Nota 2: Este ejercicio ha sido propuesto por Ángel Ruiz Campos.

Soluciones

{-# LANGUAGE RankNTypes #-}
{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

import Prelude hiding (succ, exp)
import Test.QuickCheck
import Test.QuickCheck.Function

type Nat = forall a. (a -> a) -> a -> a

-- 1ª definición de cero
-- =====================

cero1 :: Nat
cero1 f x = x

-- 2ª definición de cero
-- =====================

cero2 :: Nat
cero2 = (\ _ x -> x)

-- 3ª definición de cero
-- =====================

cero3 :: Nat
cero3 _ x = x

-- 4ª definición de cero
-- =====================

cero4 :: Nat
cero4 _ = id

-- 5ª definición de cero
-- =====================

cero5 :: Nat
cero5 = seq

-- 1ª definición de uno
-- ====================

uno1 :: Nat
uno1 f x = f x

-- 2ª definición de uno
-- ====================

uno2 :: Nat
uno2 = (\ f x -> f x)

-- 3ª definición de uno
-- ====================

uno3 :: Nat
uno3 = ($)

-- 4ª definición de uno
-- ====================

uno4 :: Nat
uno4 = id

-- 1ª definición de dos
-- ====================

dos1 :: Nat
dos1 f x = f (f x)

-- 2ª definición de dos
-- ====================

dos2 :: Nat
dos2 f = f . f

-- 1ª definición de tres
-- =====================

tres1 :: Nat
tres1 f x = f (dos f x)

-- 2ª definición de tres
-- =====================

tres2 :: Nat
tres2 f = f . (dos f)

-- 3ª definición de tres
-- =====================

tres3 :: Nat
tres3 f = f . f . f

-- Definición de nat2Int
-- =====================

nat2Int :: Nat -> Int
nat2Int x = x (+1) 0

-- 1ª definición de succ
-- =====================

succ1 :: Nat -> Nat
succ1 n f x = f (n f x)

-- 2ª definición de succ
-- =====================

succ2 :: Nat -> Nat
succ2 n f = f . n f

-- 1ª definición de suma
-- =====================

suma1 :: Nat -> Nat -> Nat
suma1 n m f x = n f (m f x)

-- 2ª definición de suma
-- =====================

suma2 :: Nat -> Nat -> Nat
suma2 n m f = n f . m f

-- 1ª definición de mult
-- =====================

mult1 :: Nat -> Nat -> Nat
mult1 n m f x = n (m f) x

-- 2ª definición de mult
-- =====================

mult2 :: Nat -> Nat -> Nat
mult2 n m f = n (m f)

-- 3ª definición de mult
-- =====================

mult3 :: Nat -> Nat -> Nat
mult3 n m = n . m

-- 1ª definición de exp
-- ====================

exp1 :: Nat -> Nat -> Nat
exp1 n m f x = m (\y -> (\z -> (n y z))) f x

-- 2ª definición de exp
-- ====================

exp2 :: Nat -> Nat -> Nat
exp2 n m f = m n f

-- 3ª definición de exp
-- ====================

exp3 :: Nat -> Nat -> Nat
exp3 n m = m n

-- Comprobaciones
-- ==============

-- Para las comprobaciones emplearemos las siguientes funciones:

cero, uno, dos, tres :: Nat
cero = cero5
uno  = uno4
dos  = dos2
tres = tres3
succ = succ2

suma, mult, exp :: Nat -> Nat -> Nat
suma = suma2
mult = mult3
exp  = exp3

prop_Succ1, prop_Succ2, prop_Succ3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
prop_Succ1 (Fun _ f) x =
  succ cero f x == uno  f x
prop_Succ2 (Fun _ f) x =
  succ uno  f x == dos  f x
prop_Succ3 (Fun _ f) x =
  succ dos  f x == tres f x

prop_Suma1, prop_Suma2, prop_Suma3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
prop_Suma1 (Fun _ f) x =
  suma cero uno f x == uno f x
prop_Suma2 (Fun _ f) x =
  suma dos tres f x == suma tres dos f x
prop_Suma3 (Fun _ f) x =
  suma (suma dos dos) tres f x == suma uno (suma tres tres) f x

prop_Mult1, prop_Mult2, prop_Mult3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
prop_Mult1 (Fun _ f) x =
  mult uno uno f x == uno f x
prop_Mult2 (Fun _ f) x =
  mult cero (suma tres tres) f x == cero f x
prop_Mult3 (Fun _ f) x =
  mult dos tres f x == suma tres tres f x

prop_Exp1, prop_Exp2, prop_Exp3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool
prop_Exp1 (Fun _ f) x =
  exp dos dos f x == suma dos dos f x
prop_Exp2 (Fun _ f) x =
  exp tres dos f x == suma (mult dos (mult dos dos)) uno f x
prop_Exp3 (Fun _ f) x =
  exp tres cero f x == uno f x
  
return []
runTests = $quickCheckAll

-- La comprobación es
--    λ> runTests
--    === prop_Succ1 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Suma1 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Mult1 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Exp1 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Succ2 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Succ3 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Suma2 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Suma3 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Mult2 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Mult3 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Exp2 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    === prop_Exp3 ===
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    
--    True

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250

{-# LANGUAGE RankNTypes #-}

{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

import Prelude hiding (succ, exp)

import Test.QuickCheck

import Test.QuickCheck.Function

type Nat = forall a. (a -> a) -> a -> a

-- 1ª definición de cero

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

cero1 :: Nat

cero1 f x = x

-- 2ª definición de cero

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

cero2 :: Nat

cero2 = (\ _ x -> x)

-- 3ª definición de cero

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

cero3 :: Nat

cero3 _ x = x

-- 4ª definición de cero

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

cero4 :: Nat

cero4 _ = id

-- 5ª definición de cero

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

cero5 :: Nat

cero5 = seq

-- 1ª definición de uno

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

uno1 :: Nat

uno1 f x = f x

-- 2ª definición de uno

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

uno2 :: Nat

uno2 = (\ f x -> f x)

-- 3ª definición de uno

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

uno3 :: Nat

uno3 = ($)

-- 4ª definición de uno

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

uno4 :: Nat

uno4 = id

-- 1ª definición de dos

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

dos1 :: Nat

dos1 f x = f (f x)

-- 2ª definición de dos

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

dos2 :: Nat

dos2 f = f . f

-- 1ª definición de tres

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

tres1 :: Nat

tres1 f x = f (dos f x)

-- 2ª definición de tres

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

tres2 :: Nat

tres2 f = f . (dos f)

-- 3ª definición de tres

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

tres3 :: Nat

tres3 f = f . f . f

-- Definición de nat2Int

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

nat2Int :: Nat -> Int

nat2Int x = x (+1) 0

-- 1ª definición de succ

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

succ1 :: Nat -> Nat

succ1 n f x = f (n f x)

-- 2ª definición de succ

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

succ2 :: Nat -> Nat

succ2 n f = f . n f

-- 1ª definición de suma

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

suma1 :: Nat -> Nat -> Nat

suma1 n m f x = n f (m f x)

-- 2ª definición de suma

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

suma2 :: Nat -> Nat -> Nat

suma2 n m f = n f . m f

-- 1ª definición de mult

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

mult1 :: Nat -> Nat -> Nat

mult1 n m f x = n (m f) x

-- 2ª definición de mult

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

mult2 :: Nat -> Nat -> Nat

mult2 n m f = n (m f)

-- 3ª definición de mult

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

mult3 :: Nat -> Nat -> Nat

mult3 n m = n . m

-- 1ª definición de exp

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

exp1 :: Nat -> Nat -> Nat

exp1 n m f x = m (\y -> (\z -> (n y z))) f x

-- 2ª definición de exp

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

exp2 :: Nat -> Nat -> Nat

exp2 n m f = m n f

-- 3ª definición de exp

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

exp3 :: Nat -> Nat -> Nat

exp3 n m = m n

-- Comprobaciones

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

-- Para las comprobaciones emplearemos las siguientes funciones:

cero, uno, dos, tres :: Nat

cero = cero5

uno = uno4

dos = dos2

tres = tres3

succ = succ2

suma, mult, exp :: Nat -> Nat -> Nat

suma = suma2

mult = mult3

exp = exp3

prop_Succ1, prop_Succ2, prop_Succ3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Succ1 (Fun _ f) x =

succ cero f x == uno f x

prop_Succ2 (Fun _ f) x =

succ uno f x == dos f x

prop_Succ3 (Fun _ f) x =

succ dos f x == tres f x

prop_Suma1, prop_Suma2, prop_Suma3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Suma1 (Fun _ f) x =

suma cero uno f x == uno f x

prop_Suma2 (Fun _ f) x =

suma dos tres f x == suma tres dos f x

prop_Suma3 (Fun _ f) x =

suma (suma dos dos) tres f x == suma uno (suma tres tres) f x

prop_Mult1, prop_Mult2, prop_Mult3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Mult1 (Fun _ f) x =

mult uno uno f x == uno f x

prop_Mult2 (Fun _ f) x =

mult cero (suma tres tres) f x == cero f x

prop_Mult3 (Fun _ f) x =

mult dos tres f x == suma tres tres f x

prop_Exp1, prop_Exp2, prop_Exp3 :: Fun Int Int -> Int -> Bool

prop_Exp1 (Fun _ f) x =

exp dos dos f x == suma dos dos f x

prop_Exp2 (Fun _ f) x =

exp tres dos f x == suma (mult dos (mult dos dos)) uno f x

prop_Exp3 (Fun _ f) x =

exp tres cero f x == uno f x

return []

runTests = $quickCheckAll

-- La comprobación es

-- λ> runTests

-- === prop_Succ1 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Suma1 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Mult1 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Exp1 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Succ2 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Succ3 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Suma2 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Suma3 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Mult2 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Mult3 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Exp2 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- === prop_Exp3 ===

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- True

Polinomios de Fibonacci

PorJosé A. Alonso 21-mayo-201828-mayo-2018

La sucesión de polinomios de Fibonacci se define por

   p(0) = 0
   p(1) = 1
   p(n) = x*p(n-1) + p(n-2)

p(0) = 0

p(1) = 1

p(n) = x*p(n-1) + p(n-2)

Los primeros términos de la sucesión son

   p(2) = x
   p(3) = x^2 + 1
   p(4) = x^3 + 2*x
   p(5) = x^4 + 3*x^2 + 1

p(2) = x

p(3) = x^2 + 1

p(4) = x^3 + 2*x

p(5) = x^4 + 3*x^2 + 1

Definir la lista

   sucPolFib :: [Polinomio Integer]

1	sucPolFib :: [Polinomio Integer]

tal que sus elementos son los polinomios de Fibonacci. Por ejemplo,

   λ> take 7 sucPolFib
   [0,1,1*x,x^2 + 1,x^3 + 2*x,x^4 + 3*x^2 + 1,x^5 + 4*x^3 + 3*x]
   λ> sum (map grado (take 3000 sucPolFib2))
   4495501

λ> take 7 sucPolFib

[0,1,1*x,x^2 + 1,x^3 + 2*x,x^4 + 3*x^2 + 1,x^5 + 4*x^3 + 3*x]

λ> sum (map grado (take 3000 sucPolFib2))

4495501

Comprobar con QuickCheck que el valor del n-ésimo término de sucPolFib para x=1 es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, …

Nota. Limitar la búsqueda a ejemplos pequeños usando

   quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_polFib

1	quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_polFib

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import I1M.PolOperaciones
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

sucPolFib :: [Polinomio Integer]
sucPolFib = [polFibR n | n <- [0..]]

polFibR :: Integer -> Polinomio Integer
polFibR 0 = polCero
polFibR 1 = polUnidad
polFibR n = 
  sumaPol (multPol (consPol 1 1 polCero) (polFibR (n-1)))
          (polFibR (n-2))

-- 2ª definición (dinámica)
-- ========================

sucPolFib2 :: [Polinomio Integer]
sucPolFib2 = 
  polCero : polUnidad : zipWith f (tail sucPolFib2) sucPolFib2
  where f p = sumaPol (multPol (consPol 1 1 polCero) p)

-- La propiedad es
prop_polFib :: Integer -> Property
prop_polFib n = 
    n >= 0 ==> valor (polFib n) 1 == fib n
    where polFib n = sucPolFib2 `genericIndex` n
          fib n    = fibs `genericIndex` n

fibs :: [Integer]
fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

-- La comprobación es
--    ghci> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_polFib
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericIndex)

import I1M.PolOperaciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

sucPolFib :: [Polinomio Integer]

sucPolFib = [polFibR n | n <- [0..]]

polFibR :: Integer -> Polinomio Integer

polFibR 0 = polCero

polFibR 1 = polUnidad

polFibR n =

sumaPol (multPol (consPol 1 1 polCero) (polFibR (n-1)))

(polFibR (n-2))

-- 2ª definición (dinámica)

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

sucPolFib2 :: [Polinomio Integer]

sucPolFib2 =

polCero : polUnidad : zipWith f (tail sucPolFib2) sucPolFib2

where f p = sumaPol (multPol (consPol 1 1 polCero) p)

-- La propiedad es

prop_polFib :: Integer -> Property

prop_polFib n =

n >= 0 ==> valor (polFib n) 1 == fib n

where polFib n = sucPolFib2 `genericIndex` n

fib n = fibs `genericIndex` n

fibs :: [Integer]

fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

-- La comprobación es

-- ghci> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_polFib

-- +++ OK, passed 100 tests.

Sucesión de antecesores y sucesores

PorJosé A. Alonso 2-abril-20189-abril-2018

Definir la lista

   antecesoresYsucesores :: [[Integer]]

1	antecesoresYsucesores :: [[Integer]]

cuyos elementos son

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

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

donde cada una de las listas se obtiene de la anterior sustituyendo cada elemento por su antecesor y su sucesor; es decir, el 1 por el 0 y el 2, el 0 por el -1 y el 1, el 2 por el 1 y el 3, etc. Por ejemplo,

   λ> take 4 antecesoresYsucesores
   [[1],[0,2],[-1,1,1,3],[-2,0,0,2,0,2,2,4]]

1 2	λ> take 4 antecesoresYsucesores [[1],[0,2],[-1,1,1,3],[-2,0,0,2,0,2,2,4]]

Comprobar con Quickcheck que la suma de los elementos de la lista n-ésima de antecesoresYsucesores es 2^n.

Nota. Limitar la búsqueda a ejemplos pequeños usando

   quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_suma

1	quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_suma

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
antecesoresYsucesores :: [[Integer]]       
antecesoresYsucesores = 
  [1] : map (concatMap (\x -> [x-1,x+1])) antecesoresYsucesores

-- 2ª solución
antecesoresYsucesores2 :: [[Integer]]       
antecesoresYsucesores2 = 
  iterate (concatMap (\x -> [x-1,x+1])) [1]

-- La propiedad es
prop_suma :: (Positive Int) -> Bool
prop_suma (Positive n) =
  sum (antecesoresYsucesores2 !! n) == 2^n

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

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

antecesoresYsucesores :: [[Integer]]

antecesoresYsucesores =

[1] : map (concatMap (\x -> [x-1,x+1])) antecesoresYsucesores

-- 2ª solución

antecesoresYsucesores2 :: [[Integer]]

antecesoresYsucesores2 =

iterate (concatMap (\x -> [x-1,x+1])) [1]

-- La propiedad es

prop_suma :: (Positive Int) -> Bool

prop_suma (Positive n) =

sum (antecesoresYsucesores2 !! n) == 2^n

-- La comprobación es

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

-- +++ OK, passed 100 tests.

Soluciones

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Referencia

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